电吸附脱盐技术在污水深度处理中的研究进展

陈伟

摘 要：本文介绍了电吸附技术的原理、处理过程、影响电吸附效率的因素，并对电吸附脱盐技术在污水深度处理中的研究应用情况作整体性介绍和建议。

关键词：电吸附 电极 脱盐 中水回用

1 原理

1.1 电吸附原理

电吸附技术（ElectroSorb Technology，简称EST），又称电容性除盐技术，是20世纪90年代末开始兴起的一项新兴水处理技术。

基本原理[1]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带电粒子的去除、有机污染物的分离等目的。原水从一端进入正负极组成的空间，从另一端流出。原水在正、负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，使水中的溶解盐类滞留在电极表面，获得净化/淡化的出水。

1.2 电吸附技术工艺流程

电吸附技术工艺流程主要分为三个步骤：工作流程，排污流程，再生流程，其典型的工作流程如图2所示。

工作流程：储存在原水池中的原水通过提升泵打入保安过滤器，大于5μm的残留固体悬浮物或沉淀物在此道工序被截流，水再被送入电吸附（EST）模块。水中溶解性的盐类被吸附，水质被净化。

排污过程：排污过程其本质和再生一样，是模块的一个反冲洗程序，但水源有区别，排污过程用的是中间水池的水，即再生之后的浓水，这是一个有效的节水过程，因为经过再生之后的浓水尚未达到饱和，所以用再生后产生的浓水再次冲洗模块，就节省了冲洗过程中的用水量，提高了产水率。

再生流程：就是模块的反冲洗过程，用原水冲洗经过短接静置的模块，使电极再生。反冲洗后的水被送入中间水池，进入中水池的水等待下一个周期排污用。

2 电吸附技术的影响因素

2.1 电极材料

2.1.1 石墨电极

石墨作为一种经典的电极材料，具有良好的机械性能及可加工性，在电吸附初级阶段得到了一定的发展。但随着新型碳材料的出现，石墨电极逐渐被取代。

2.1.2 活性炭电极

2.1.2.1 颗粒活性炭（GAC）

GAC已经成为一种重要的电极材料应用于电吸附的理论研究和实际生产中。活性炭是微晶碳的变型，晶体表面的碳原子与体相碳原子处于不同的电子能级状态。与石墨相比，活性炭具有更大的比表面积和吸附容量。而且，它的大规模生产使其成为一种方便易得相对廉价的电极材料。

2.1.2.2 活性炭纤维材料（ACF）

用ACF做电吸附剂的研究是近几年兴起的[2]。与GAC相比，ACF具有更大的比表面积和吸附容量，吸附质在ACF内的扩散阻力更小，ACF比GAC具有更大的外表面积，使更多的微孔可以直接与吸附质接触，吸附质也可以直接再暴露于纤维表面的孔上进行吸附和脱附，更有效地利用微孔，迅速达到吸附平衡，并且更易于被加工成为各种形状，如碳布、碳毯等。

2.1.2.3 炭气凝胶电极

炭气凝胶是一种新型的多孔材料[2]，在过去十年中得到了广泛的应用。炭气凝胶由美国劳伦斯国家实验室研制，它是由间苯二酚--甲醛聚合物凝胶裂解而制，可以根据需要制成不同的形状，如块状、珠状和薄膜纸状。炭气凝胶由许多纳米开孔（3-30nm）和中间孔（<50nm）构成，比表面积通常很大（400-1100m2/g），电导率很高（10-100s/cm）

2.2 电压

从理论上分析，电极上电压越高，双电层将越厚，出水离子浓度（以电导率的高低表示）也越低。但当电压过高时，则有可能导致电解反应的发生，增加能耗。所以极限电极电压应根据不同电极及不同处理溶液实验而定，因为不同离子浓度溶液导电能力不一样，因而发生电解电流，所对应的电压也就会不同，不可一概而论。

2.3 产水率与盐浓度

电吸附除盐效果与产水率有关。通常在大流量情况下，除盐效果比小流量差，这可能是因为在大流量情况下，离子到达电极被吸附的时间长于离子在吸附设备中停留时间所致。 说明在一定情况下，传质过程控制着除盐效果。因此，改善离子在溶液中的传质过程将是一个重要课题。然而，在一定的条件下，电极的吸附量是恒定的，它不随溶液流量的改变而改变，因此，在出水要求较高时，可采用小流量处理方式，相反在处理量大而出水要求相对较低时则采用较大流量，以节约设备及时间。

3 电吸附在污水深度处理领域应用

尽管电吸附深度处理技术的主要目的是为了脱除水中的盐度，但人们在应用过程中却发现，电吸附技术在去除水中COD浓度也有较好的效率[3]。推测COD去除的主要机理是：在电场作用下，原水中构成COD的盐类、胶体颗粒及其他带电污染物质在电极表面吸附富集浓缩，从而使产水COD浓度降低。应用实践证明，电吸附技术在除盐的同时可以去除部分COD，排放污水的COD浓度几乎不浓缩，可以达标排放，无二次污染，属于绿色环保工艺。

目前，爱思特净化设备有限公司是国内从事电吸附水处理技术的主要单位，也在一些企业建立相应的处理装置。表1、2为爱思特净水设备有限公司处理某些电厂循环冷却系统的排污水、钢厂综合废水、造纸废水、合成氨废水、钢厂冷轧废水、石化油废水的生化尾水的中试研究结果[1]。表1和2的结果表明，电吸附技术在脱盐的同时，其对COD的浓度也有很好的去除作用，去除效率对进水水质有一定的依赖作用。

4 发展方向

4.1 电极材料的突破

寻找新型的电极材料，兼顾化学稳定性和使用寿命等考虑，提高电吸附系统的抗污染性能和脱盐效率。

4.2 工艺结构的突破

优化工艺设计，调整内部模块的构成，使流态分布更均匀，减少水头损失，提高电吸附工程的可应用性。

4.3 适用水质的突破

针对多种代表性的水质，开发出更具工程应用型的电吸附模块和系统，为大规模应用做准备。

【参考文献】

[1] 韩 寒、陈新春、尚海利.电吸附技术的发展及应用[M].工业水处理，2010，30（2）：20-23

[2] 陈兆林、宋存义、孙晓慰等.电吸附除盐技术的研究与应用进展[M].工业水处理，2011，，3（4）：11-14

[3] 阿里木江、史殿彬、石文忠等.电吸附技术用于处理城市污水再生水的中试研究[M].工业水处理，2013，33（4）：36-39