電吸附脫鹽技術(shù)在污水深度處理中的研究進(jìn)展

陳偉

摘 要：本文介紹了電吸附技術(shù)的原理、處理過程、影響電吸附效率的因素，并對電吸附脫鹽技術(shù)在污水深度處理中的研究應(yīng)用情況作整體性介紹和建議。

關(guān)鍵詞：電吸附 電極 脫鹽 中水回用

1 原理

1.1 電吸附原理

電吸附技術(shù)（ElectroSorb Technology，簡稱EST），又稱電容性除鹽技術(shù)，是20世紀(jì)90年代末開始興起的一項(xiàng)新興水處理技術(shù)。

基本原理[1]是基于電化學(xué)中的雙電層理論，利用帶電電極表面的電化學(xué)特性來實(shí)現(xiàn)水中帶電粒子的去除、有機(jī)污染物的分離等目的。原水從一端進(jìn)入正負(fù)極組成的空間，從另一端流出。原水在正、負(fù)極之間流動時受到電場的作用，水中帶電粒子分別向帶相反電荷的電極遷移，被該電極吸附并儲存在雙電層內(nèi)。隨著電極吸附帶電粒子的增多，帶電粒子在電極表面富集濃縮，最終實(shí)現(xiàn)與水的分離，使水中的溶解鹽類滯留在電極表面，獲得凈化/淡化的出水。

1.2 電吸附技術(shù)工藝流程

電吸附技術(shù)工藝流程主要分為三個步驟：工作流程，排污流程，再生流程，其典型的工作流程如圖2所示。

工作流程：儲存在原水池中的原水通過提升泵打入保安過濾器，大于5μm的殘留固體懸浮物或沉淀物在此道工序被截流，水再被送入電吸附（EST）模塊。水中溶解性的鹽類被吸附，水質(zhì)被凈化。

排污過程：排污過程其本質(zhì)和再生一樣，是模塊的一個反沖洗程序，但水源有區(qū)別，排污過程用的是中間水池的水，即再生之后的濃水，這是一個有效的節(jié)水過程，因?yàn)榻?jīng)過再生之后的濃水尚未達(dá)到飽和，所以用再生后產(chǎn)生的濃水再次沖洗模塊，就節(jié)省了沖洗過程中的用水量，提高了產(chǎn)水率。

再生流程：就是模塊的反沖洗過程，用原水沖洗經(jīng)過短接靜置的模塊，使電極再生。反沖洗后的水被送入中間水池，進(jìn)入中水池的水等待下一個周期排污用。

2 電吸附技術(shù)的影響因素

2.1 電極材料

2.1.1 石墨電極

石墨作為一種經(jīng)典的電極材料，具有良好的機(jī)械性能及可加工性，在電吸附初級階段得到了一定的發(fā)展。但隨著新型碳材料的出現(xiàn)，石墨電極逐漸被取代。

2.1.2 活性炭電極

2.1.2.1 顆?；钚蕴浚℅AC）

GAC已經(jīng)成為一種重要的電極材料應(yīng)用于電吸附的理論研究和實(shí)際生產(chǎn)中?；钚蕴渴俏⒕嫉淖冃停w表面的碳原子與體相碳原子處于不同的電子能級狀態(tài)。與石墨相比，活性炭具有更大的比表面積和吸附容量。而且，它的大規(guī)模生產(chǎn)使其成為一種方便易得相對廉價的電極材料。

2.1.2.2 活性炭纖維材料（ACF）

用ACF做電吸附劑的研究是近幾年興起的[2]。與GAC相比，ACF具有更大的比表面積和吸附容量，吸附質(zhì)在ACF內(nèi)的擴(kuò)散阻力更小，ACF比GAC具有更大的外表面積，使更多的微孔可以直接與吸附質(zhì)接觸，吸附質(zhì)也可以直接再暴露于纖維表面的孔上進(jìn)行吸附和脫附，更有效地利用微孔，迅速達(dá)到吸附平衡，并且更易于被加工成為各種形狀，如碳布、碳毯等。

2.1.2.3 炭氣凝膠電極

炭氣凝膠是一種新型的多孔材料[2]，在過去十年中得到了廣泛的應(yīng)用。炭氣凝膠由美國勞倫斯國家實(shí)驗(yàn)室研制，它是由間苯二酚--甲醛聚合物凝膠裂解而制，可以根據(jù)需要制成不同的形狀，如塊狀、珠狀和薄膜紙狀。炭氣凝膠由許多納米開孔（3-30nm）和中間孔（<50nm）構(gòu)成，比表面積通常很大（400-1100m2/g），電導(dǎo)率很高（10-100s/cm）

2.2 電壓

從理論上分析，電極上電壓越高，雙電層將越厚，出水離子濃度（以電導(dǎo)率的高低表示）也越低。但當(dāng)電壓過高時，則有可能導(dǎo)致電解反應(yīng)的發(fā)生，增加能耗。所以極限電極電壓應(yīng)根據(jù)不同電極及不同處理溶液實(shí)驗(yàn)而定，因?yàn)椴煌x子濃度溶液導(dǎo)電能力不一樣，因而發(fā)生電解電流，所對應(yīng)的電壓也就會不同，不可一概而論。

2.3 產(chǎn)水率與鹽濃度

電吸附除鹽效果與產(chǎn)水率有關(guān)。通常在大流量情況下，除鹽效果比小流量差，這可能是因?yàn)樵诖罅髁壳闆r下，離子到達(dá)電極被吸附的時間長于離子在吸附設(shè)備中停留時間所致。 說明在一定情況下，傳質(zhì)過程控制著除鹽效果。因此，改善離子在溶液中的傳質(zhì)過程將是一個重要課題。然而，在一定的條件下，電極的吸附量是恒定的，它不隨溶液流量的改變而改變，因此，在出水要求較高時，可采用小流量處理方式，相反在處理量大而出水要求相對較低時則采用較大流量，以節(jié)約設(shè)備及時間。

3 電吸附在污水深度處理領(lǐng)域應(yīng)用

盡管電吸附深度處理技術(shù)的主要目的是為了脫除水中的鹽度，但人們在應(yīng)用過程中卻發(fā)現(xiàn)，電吸附技術(shù)在去除水中COD濃度也有較好的效率[3]。推測COD去除的主要機(jī)理是：在電場作用下，原水中構(gòu)成COD的鹽類、膠體顆粒及其他帶電污染物質(zhì)在電極表面吸附富集濃縮，從而使產(chǎn)水COD濃度降低。應(yīng)用實(shí)踐證明，電吸附技術(shù)在除鹽的同時可以去除部分COD，排放污水的COD濃度幾乎不濃縮，可以達(dá)標(biāo)排放，無二次污染，屬于綠色環(huán)保工藝。

目前，愛思特凈化設(shè)備有限公司是國內(nèi)從事電吸附水處理技術(shù)的主要單位，也在一些企業(yè)建立相應(yīng)的處理裝置。表1、2為愛思特凈水設(shè)備有限公司處理某些電廠循環(huán)冷卻系統(tǒng)的排污水、鋼廠綜合廢水、造紙廢水、合成氨廢水、鋼廠冷軋廢水、石化油廢水的生化尾水的中試研究結(jié)果[1]。表1和2的結(jié)果表明，電吸附技術(shù)在脫鹽的同時，其對COD的濃度也有很好的去除作用，去除效率對進(jìn)水水質(zhì)有一定的依賴作用。

4 發(fā)展方向

4.1 電極材料的突破

尋找新型的電極材料，兼顧化學(xué)穩(wěn)定性和使用壽命等考慮，提高電吸附系統(tǒng)的抗污染性能和脫鹽效率。

4.2 工藝結(jié)構(gòu)的突破

優(yōu)化工藝設(shè)計，調(diào)整內(nèi)部模塊的構(gòu)成，使流態(tài)分布更均勻，減少水頭損失，提高電吸附工程的可應(yīng)用性。

4.3 適用水質(zhì)的突破

針對多種代表性的水質(zhì)，開發(fā)出更具工程應(yīng)用型的電吸附模塊和系統(tǒng)，為大規(guī)模應(yīng)用做準(zhǔn)備。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 韓 寒、陳新春、尚海利.電吸附技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用[M].工業(yè)水處理，2010，30（2）：20-23

[2] 陳兆林、宋存義、孫曉慰等.電吸附除鹽技術(shù)的研究與應(yīng)用進(jìn)展[M].工業(yè)水處理，2011，，3（4）：11-14

[3] 阿里木江、史殿彬、石文忠等.電吸附技術(shù)用于處理城市污水再生水的中試研究[M].工業(yè)水處理，2013，33（4）：36-39