电吸附技术在钢铁污水深度处理中的中试研究

【关键词】污水回用；电吸附；除盐 

1.引言 

电吸附（electrosorption）又称电容去离子技术（capacitive deionization）。它是利用带电电极表面吸附水中离子及带电粒子的现象，使水中溶解盐类及其它带电物质在电极的表面富集浓缩而实现水的净化/淡化的一种新型水处理技术。与常规的吸附方式不同，电吸附是将吸附剂极化以操纵界面电位，从而改变界面吸附量和选择性(电增强吸附)。电吸附的驱动力来自吸附质与电吸附剂电极的各种相互作用。 

电吸附过程中，吸附和脱附都可以通过电位的调控来完成。循环电吸附时，吸附剂首先保持在吸附电位，使吸附质从一种溶液中移去(电吸附)，然后电位反向控制在脱附电位使其脱附到另一种溶液中(电脱附)。电吸附过程可构成电位控制的吸附、脱附循环，一方面允许提高吸附容量(电增强吸附)，另一方面原位再生吸附剂。电吸附是一种不涉及电子得失的非法拉第过程，所需电流仅用于给吸附电极/溶液界面的双电层充电，因此电吸附本质上是一个低电耗的过程。它通过电脱附原位再生使用过的吸附剂，避免采用热再生，进一步节约了能耗，并且由于不采用溶剂洗涤或化学药剂再生，因而是一种清洁技术。 

电吸附水处理原理：含离子水由一端进入由阴阳电极形成的通道，在通道中，原水中离子或带电粒子受到电场力作用而朝极性相反的电极迁移，最终被电极表面的双电层所吸附。当去除电压并让双电层放电时，双电层所吸附的离子又重新释放出来，这样双电层得以再生，为下一轮电吸附做准备，原水即在这种充放电过程中实现了除盐及净化。 

2.电吸附技术在邯钢污水深度处理中的中试应用 

2.1 试验要求 

为满足节能减排的要求，提高邯钢第一污水处理厂的水质，增大回用量减少外排水量，需要对目前邯钢第一污水处理厂的出水进行深度处理。因此使用电吸附技术对其进行试验，产水用途为邯钢循环补给用水，水质需达到工业循环补给水要求。 

2.2 试验工艺流程 

工艺流程分为三个步骤：工作流程，排污流程，再生流程。如图1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。 

2.3 数据与分析 

中试分四个阶段运行，第一阶段要求出水达到循环补给水要求，得水率75%；第二阶段要求得水率70%；第三阶段要求得水率80%；第四阶段要求得水率75%。 

2.3.1电导率。水的电导率与其所含的无机酸、碱、盐的量有一定关系。当它们的浓度较低时，电导率随浓度的增大而增大，因此常用于推测水中离子的总浓度或含盐量。本试验对电导率的去除效果如图2所示。 

从图2可以看出，第一阶段平均去除率74.5%；第二阶段平均去除率79.5%；第三阶段平均去除率66.6%；第四阶段平均平均去除率73.1%；出水平均电导率为588.9μs/cm。 

2.3.2总硬度。总硬度是水质的一个重要指标，对工业用水影响很大，过高的总硬度会导致结垢。本次试验总硬度去除率见图3。 

由图3可以看出，电吸附对硬度的去除效果还是比较好的。其中第一阶段平均去除率79.6%；第二阶段平均去除率84.8%；第三阶段平均去除率76.4%；第四阶段平均去除率77.1%，出水总硬度平均达到5.1mmol/l。 

2.3.3氯化物。氯离子是主要考察指标之一，是总盐中含量最高的组分，氯离子过高可能对钢铁管道产生腐蚀。氯离子的去除也是除盐的重要指标。本次试验氯离子去除效果见图4。 

由图4可以看出，对氯离子的去除效果是相当好的（要优于电导率），其中，第一阶段平均去除率80%；第二阶段平均去除率86.2%；第三阶段平均去除率69.3%；第四阶段平均去除率82.1%；出水氯离子浓度平均为91.05mg/l. 

2.3.4cod。cod是水中有机物消耗氧的含量，是反应废水污染程度的重要指标之一，是水质监测的重中之重，电吸附对cod的去除效果见图5。 

电吸附对cod的去除机理有两种，一是吸附（还原性物质或极性有机物），一是分解（非极性有机物）。浓水cod是否浓缩，主要取决于这两种处理方式哪个占主要，而这两种去除方式哪个占比例大又主要取决于原水有机物的种类及浓度。从图8看，浓水cod是有些浓缩的，经对原水及浓水取样分析toc，浓水的toc并未增加，因此推断原水中可能含有还原性的物质。 

从整个运行结果看：平均进水cod44.7mg/l，平均出水cod 12.6mg/l，平均去除率71.8 %；平均浓水cod102.7mg/l，浓缩1.3倍，而反渗透浓水cod一般都会浓缩4倍左右。 

3.结论 

本试验采用常州爱思特净化设备有限公司的电吸附除盐设备，在邯钢第一污水处理厂，对其外排水进行深度除盐处理试验研究。根据中试结果可得出以下结论： 

（1）原水平均电导率2213.93μs/cm.，出水平均电导率588.9μs/cm.，平均去除率为73.4% 

（2）原水平均总硬度为24.9mmol/l，出水平均总硬度为5.1mmol/l，平均去除率为79.5% 

（3）原水平均氯根为442mg/l.，出水平均氯根为91.05mg/l.，平均去除率为79.4% 

（4）原水平均cod为44.7mg/l.，出水平均cod为12.6mg/l.，平均去除率为71.8%,但是去除率及其不稳定。 

由此可见，电吸附技术基本能满足邯钢循环水对电导率、总硬度和氯根这些指标的要求，且去除效率较高，但对钢铁综合污水中cod的去除效果不稳定，这和cod的成分有很大关系，就这部分的去除机理仍需要进行探讨。 

参考文献 

[1]王秀芳,田勇.纳米多孔材料炭气凝胶及其在电吸附领域的应用[j].化工新型材料,2007(01):14-15． 

[2]刘海静,张鸿涛,孙晓慰.电吸附法去除地下水中离子的试验研究[j].中国给水排水,2003,19(11):36-38．