东北电力学院学报
第25卷第4期 Journal Of Northeast China Vol.25,No.4 2005年8月Institute Of Electric Power Engineering Aug.,2005
文章编号:1005-2992(2005)04-0072-03
电吸附除盐技术的研究
张海平1,吴丽明2,杨 震1,关晓辉1
(1.东北电力学院,化学工程学院,吉林吉林132012;2.吉林化学工业公司研究院,吉林吉林132021)
摘 要:采用表面喷塑的铝板为电极材料,自制了一组电容去离子(EST)模块,并且通过实验确定
厂EST模块运行的最佳条件。
结果表明:当电压V=2.5V、流速 =50mL/min时,串联EST模块对自
来水除盐效果较好。
此装置因除盐效果好且耗能低,在除盐工艺中将有很好的应用价值。
关 键 词:EST模块;电吸附;除盐;淡化
中图分类号:T P18 文献标识码:A
人类进入21世纪后,所面临的严重挑战就是水资源紧缺和水环境污染问题。
由于我国水资源匮乏,污水的大量排放将进一步加剧用水矛盾,水资源污染的问题已经迫在眉睫,人与水的关系可谓是唇亡齿寒。
在我国工业蓬勃发展的过程中,水更是工业生产的血液。
工业生产过程中所需要的水,很大部分是由除盐系统提供的除盐水或纯水。
目前在国内应用的除盐工艺主要有:化学除盐(离子交换法)、膜分离技术除盐(电渗析和反渗透法)和热力除盐(蒸馏法)。
目前,去除水中阴阳离子(包括重金属和放射性同位素)的主要手段为离子交换法。
但此法需要大量的离子交换树脂和再生用的酸碱等工业原料,因此不仅运行费用很高,而且酸碱废液的排放还会造成污染。
膜分离法对膜和进水水质的要求很高,此外运行和维护的操作也比较麻烦。
热力除盐因耗能高使得制水成本相当高,不能满足大量工业生产用水,因此该法难以实现工业化[1,2]。
电吸附除盐又称电容去离子(Electro Sorb Technology,简称EST),因其具有运行能耗低、水利用率高、无二次污染和操作、维护简便等优点,可以应用在饮用水净化、海水、苦咸水淡化(净化)、废水处理领域和工业用水处理等领域,所以已引起众多学者的广泛关注[3~5]。
本文中作者自行设计了EST模块,并采用串联组合EST模块形式对自来水进行电吸附处理,除盐效果显著且处理成本低。
1 EST模块制作
1.1 电极材质的选择
EST模块处理效果主要取决于电极的吸附能力,电极直接影响正常运行和除盐效果。
它必须具有:(1)良好的化学和电化学稳定性,最好既能耐阳极氧化,又能耐阴极还原;(2)导电性好,电阻小;(3)机械性好,易于加工;(4)原材料便宜[5,6]。
实验过程中,选择符合上述要求的铝合金片板为电极材质。
1.2 电极的加工
首先,将铝片加工成长10cm、宽5cm、厚2mm的80片铝电极;然后采用镀膜喷涂工艺,在铝极板表面喷涂上一层防腐膜,能有效的防止铝离子的析出。
收稿日期:2005-04-18
作者简介:张海平(1962-),男,东北电力学院化学工程学院副教授.
图1 模块设计图1.3 模块的加工
模块设计如图1所示。
从图上可知,模块上有两种长度不同的卡
槽,较深的卡槽用来镶嵌极板,而相对较浅的卡槽用来固定极板,这样极
板就不会因松动而短路。
此外,两卡槽的宽度也不一样。
深槽的宽度和
极板的宽度一致,而浅槽宽度仅为2mm ,有利于水的流通。
单模块整体
由15对,即30块电极板组成。
2 结果与讨论
2.1 单模块运行条件选择
图2 恒流条件下电压对电导率影响2.1.1 最佳电压测定
将自来水以线形测量方式、恒流( =50mL/min)条
件下,改变电压V= 1.5、2.5、3.5V,检测出水电导率(如
图2所示)。
由图2可知,恒流条件下的电压越高,出水电导率
最低值就越小。
此外,电压越高,电导率到达最低值的
时间越短,同时电导率回升的越早。
这是因为电压越
高,模块极板间的电流密度也就越大,从而水中离子的
运动速度也越快,因此离子吸附亦快得多;但也是因电
压越高,电极板的电解和极化现象加剧,离子吸附的时
间也相应缩短。
由此,可得出一个经验公式:
除盐最佳时间的相对除盐量=(原水的电导率-最低电导率) 最佳时间
根据以上公式即可得出单模块的最佳电压值为2.5V 。
2.1.2 最佳流速测定
在恒电压V=2.5V 条件下,分别调节流速 =25mL/min 、50mL/min 、100mL/m in,检测出水电导率(如图3所示)。
图3 恒压条件下流速对电导率影响
由图3可知,恒电压条件下,流速越小则出水电导
率越低,即处理效果越好。
这是因为水的流速越慢,电
极板吸附水中离子就越多,因而处理效果越好。
相反,
水流流速越快,因水流冲刷作用将带走越多的离子。
当
水流流速趋于零时,吸附效果将达到最好;而当水流流
速趋于无穷大,吸附离子数量也将趋于零。
但是,流速
过慢将使模块耗电量增大,所以从EST 模块运行的可
行性及经济性角度考虑,选用运行条件为:电压V= 2.5
V 、流速 =50mL/min 。
2.2 串联双模块
水路和电路连接如图4所示,蓄水池位于较高的位置。
利用虹吸将水从蓄水池引入到模块中,模块的电极接直流电源,最后用电导率仪对除盐后的出水进行实时监测。
2.2.1 串联双模块除盐
在双模块串联的情况下,调节电压V=2.5V 、流速 =50mL/min,检测出水电导率(如图5所示)。
由图5可知,除盐时间与单模块相当,所以除盐时间主要取决于电压大小;并且两模块串联使用时73第4期张海平等:电吸附除盐技术的研究
的出水电导率较单模块低( 20uS/cm),
所以双模块串联法在除盐工艺中将有很好的应用价值。
图4 串联EST 模块
图5 串联双模块与单模块比较
图6 双模块再处理
2.2.2 双模块再处理实验
将双模块串联后处理的出水,再次回流至双模块
中,调节电压V= 2.5V 、流速 =50mL/min,检测出水
电导率(如图6所示)。
由图6可知,随着模块级数的递增,电导率值明显
下降,即除盐效果增强。
因此,在实际生产中,如果要提
高出水水质可以适当增加模块的数量。
3 结 论
在电压V= 2.5V 、流速50mL/min 时,采用铝板作
为电极的自制EST 模块对自来水能够达到较好的除盐效果,除盐率达80%以上。
在出水水质要求较高的工艺中,可以采用增加串联模块的数量来达到要求。
此装置因除盐效果好且耗能低,在除盐工艺中将有很好的应用价值。
参 考 文 献
[1] 尹广军,陈福名.电容去离子研究进展[J].水处理技术.2003,04(10).
[2] 霍仲存,钱凯,刘念华.工业水处理原理和应用[M ].化学工业出版社.2002-11.
[3] 倪亚明,宋卫锋,何德文.电解法水处理技术的研究进展[J].化学环保.2001-01-21.
[4] 孙晓慰,朱国富.电吸附水处理技术(EST)的原理及构成[J].工业用水与废水.2002-03-03.
[5] 孙晓慰,朱国富.电吸附水处理技术与设备[J].水处理技术.2002-5,15.
[6] 杨玉成,孙晓慰,朱国富.EST 技术及其住宅直饮水设备[J].节能与环保技术.2002-6-30.The Research of the Desalt by ElectroSorb Technology
ZHANG Ha-i ping,WU L-i ming,YANG Zhen,GUAN Xiao -hui
(Chemical Engineer ing Institute of No rtheast China Institute of Electr ic Po wer Engineer ing ,Jilin City 132012)
Abstract:T he unit of ElectroSorb T echnolog y(EST )is sel-f made and the material of the electrode is alu -m inum.And the optimal running conditions are confirmed.The research show s that w hen the value of volt -age is 2.5V and the value of flow ing velocity is 50mL/min,the desalt effect of tap w ater through the series -w ound EST is good.And because of the w ell desalted effect and low energy consumption,the ElectroSorb technology module w ill have well applied value.Key words:T he unit of EST ;Electro Sorb;Desalt;Water purification 74 东北电力学院学报第25卷。