电吸附技术简介

电吸附技术简介

电吸附除盐技术(Electrosorb Technology)，又称电容性除盐技术(Capacitive

Deionization/Desalination Technology)，是20世纪90年代末开始兴起的一项新型水处理技术。其基本原理是基于电化学中的双电层理论，利用带电电极表面的电化学特性来实现水中离子的去除、有机物的分解等目的。由于该技术采用了全新的水处理概念，在处理效率、适应性、能耗、运行维护以及环境友好等方面有着独特的优势，具有良好的应用和发展前景，是一项21世纪重要的水处理技术。

1.电吸附技术原理

电吸附原理见图1，原水从一端进入由两电极板相隔而成的空间，从另一端流出。原水在阴、阳极之间流动时受到电场的作用，水中带电粒子分别向带相反电荷的电极迁移，被该电极吸附并储存在双电层内。随着电极吸附带电粒子的增多，带电粒子在电极表面富集浓缩，最终实现与水的分离，使水中的溶解盐类、胶体颗粒及其带电物质滞留在电极表面，获得净化/淡化的出水。

图1 电吸附原理图

在电吸附过程中，电量的储存/释放是通过离子的吸脱附而不是化学反应来实现的，故而能快速充放电，而且由于在充放电时仅产生离子的吸脱附，电极结构不会发生变化，所以其充放电次数在原理上没有限制。

当电极表面电位达到一定值时，双电层离子浓度可达溶液体相浓度的成百上千倍，离子在直流电场的作用下被储存在电极表面的双电层中，直至电极达到饱和，此时，将直流电源去掉，并将正负电极短接，由于直流电场的消失，储存在双电层中的离子又重新回到通道中，随水流排出，电极也由此得到再生。

2.电吸附模块

电吸附装置的核心是电吸附模块。电吸附模块通常由电极、集电极、隔离体、固定端板、紧固件及电引线和配套管路管件等组成。多对电极、集电极和隔离体通过固定端板、紧固件固定组成电吸附处理单元，又

称电吸附模块。图2所示常见的几种模块结构形式

图2 各类电吸附模块

3.电吸附系统的组成及工作过程

电吸附系统由电吸附模块、水池、水泵、前置过滤器、后置过滤器、管阀系统、电源系统、检测仪表及电气控制系统等组成，如图3所示。由于电吸附模块的水流阻力很小，所需压力一般小于0.2MPa，所以对泵的要求不高，普通的离心泵即可满足使用要求。前置过滤器主要用于去除泥沙、悬浮物等。一般情况下，电吸附模块对原水中余氯、有机物、高价离子没有特别限制，通常要求原水浊度小于5NTU，悬浮物含量低于5mg/L。电吸附装置采用模块化结构，可针对各特定的应用场合根据需要将模块作任意组合以实现处理目标，在需要大流量时可将模块并联，而在需要大的处理深度时可将模块串联。

图3 电吸附系统工作过程示意图

电吸附系统制水运行时，工作进出水阀门(YV1和YV3)开启，直流电源接通，电吸附模块开始工作，出口水的电导率随时间逐渐降低。随着运行时间的延长，电极表面的离子吸附趋于饱和，此时出水电导率将升高，模块需进行再生。再生时，电吸附模块阴阳两极短接，工作进出水阀门(YV1和YV3)关闭，排污进出水阀门(YV4和YV5)开启，工作过程中富集在电极表面的离子从电极表面解吸下来，随水流经过排污阀冲走，再生排水的电导率瞬时高峰值可达原水电导率值的5～10倍，甚至更高。再生时间一般为运行时间的1/2～1/6。当再生排水电导与原水电导相当时，则可认为再生结束，系统进入第二个运行周期。

4.电吸附(EST)技术特点

1、耐受性好

EST部件使用寿命长(≥5年),避免了因更换核心部件而带来的运行成本的提高。

2、特殊离子去除效果显著

EST技术对氟、氯、钙、镁离子去除效果尤佳。

3、无二次污染

EST系统几乎不添加任何药剂，排放浓水所含成分均系来自于源水，系统本身不产生新的排放物。浓水可直接达标排放，无需进一步处理。

4、对颗粒污染物要求低

由于EST除盐装置采用通道式结构（通道宽度为毫米级），因此不易堵塞。对前处理要求相对较低，因此可降低投资及运行成本。同时，电吸附除盐设备具有很强的耐冲击性。

5、抗油类污染

EST除盐装置采用特殊的惰性材料为电极，可抗油类污染。EST除盐技术已成功应用于炼油废水回用（如齐鲁石化工程），实践证明了此点。

6、操作及维护简便

EST系统不采用膜类元件。在停机期间也无须作特别保养。系统采用计算机控制，自动化程度高，对操作者的技术要求较低。

7、运行成本低

EST技术属于常压操作，能耗比较低，其主要的能量消耗在于使离子发生迁移。与其它出除盐技术相比可以大大地节约能源。其根本原因在于EST技术除盐的原理是有区别地将水中作为溶质的离子提取分离出来，而不是把作为溶剂的水分子从待处理的原水中分离出来。

5.电吸附与传统除盐工艺的比较（应用于污水回用）

注：★为性能相对优异

废水回用系统

废水回用系统电吸附除盐装置类型

（1）能耗低，经济运行性好

（2）除盐效率高，出水水质稳定

（3）无需再生剂，无二次污染

（4）水回收率高

（5）设备使用寿命长，维护简便

（6）灵活采用电吸附模块的串、并联组合模式，可满足不同处理水量和除盐要求

（7）技术集成度高,可半自动/自动切换操作

电吸附除盐的主要性能指标

（1）含盐量：< 5000μS/cm

（在要求不严格的情况下，总含盐量也可以通过电导率仪测量电导率来表示）

（2）除盐率：0-95%（连续可调）

（3）产水率：一般情况下75%，有特殊要求可达95%

（4）单位能耗：0.3~2kWh/m3

工艺流程

电吸附净化设备工艺流程示意图

电吸附模块

电吸附模块为整个电吸附系统的核心，可根据原水水质和用户要求选择适当的模块及模块组合。系统设计需考虑如何正确操作与维护系统。为了满足不同用户所需的出水水质要求，通常从以下几个方面来确定具体的模块组合方式。

（Ⅰ）提高出水水质

为了保证较高的出水水质要求，可以把不同系列的电吸附模块（组）串联起来，工作过程中每增加一个串联模块（组）即增加一级。

（Ⅱ）增大进水流量

当需要处理较大水量的原水时，可采用多个电吸附模块的并联组合，达到处理水量较高的要求。

（Ⅲ）增大得水率

通过浓水再处理回流的方法可以进一步提高得水率。即在再生过程中收集部分含盐量相对较低的浓水作为回流部分的原水，进入另一组电吸附模块进行再处理，这种方式可以减少排放浓水的体积，增加得水率至85%以上。

应用领域

由于电吸附除盐技术具有运行可靠、出水稳定、能耗低、操作方便、对进水水质要求不高、产水率较高、运行成本较低等特点，因此，在工业污（废）水再生利用中可以涉及很多领域，具有竞争优势的污水除盐产品线:

①、钢铁冷轧废水除盐回用处理系统

②、钢铁综合废水除盐回用处理系统

③、石化炼油废水除盐回用处理系统

④、化工废水除盐回用处理系统

⑤、电厂循环冷却排污水除盐回用处理系统

⑥、造纸废水除盐回用处理系统

⑦、印染废水除盐回用处理系统

⑧、市政废水深度提质处理系统等

石油化工废水除盐回用

2006年11月30日，在齐鲁石化分公司建成世界首例每小时百吨级的EST工业废水再生工程，该项目为中石化齐鲁石化分公司胜利炼油厂排海水深度处理回用项目，处理规模2400m3/天。技术要求：除盐率≥50%，得水率≥75%

运行效果：

1）在进水电导率1800~2500μS/cm，油5 mg/L的条件下，除盐率为62.3%，达到循环水水质要求。

2）浓水COD不超标，维持原水标准。

3）平均产水率为75.0%，吨水耗电量为1.33KWh/m3。该装置的吨水处理成本约为0.72元。（标定报告数据）

4）电吸附除盐系统运行稳定，操作维护简单。

图1 齐鲁工程实景图

市政废水除盐回用

2007年7月27日，世界首套大型污水处理1万吨/日回用水提质工程——万吨级电吸附装置，在太原化学工业集团有限公司水厂建成投产。该技术在化工行业污水资源化利用方面具有推广价值，预计每年可为该公司创造效益880万元。

结果表明：

1）电吸附进水平均电导率4176μS/cm，产水平均电导率859μS/cm，去除率80%；氯化物浓度从712 mg/L降到91mg/L，去除率87.2%；系统产水率70%，能耗为1.82 kWoh/t；所有试验结果均优于项目要求。

2）采用电吸附除盐设备，对国电某热电有限公司循环水排污水进行深度除盐处理，运行稳定，并表现出了较强的抗污染能力。