２０１４年第３期　总第１６９期　冶　金　动　力　ＭＥＴＡＩ．ＬＵＲＧＩＣＡＬ　ＰＯＷＥＲ　５９　

电吸附除盐水技术的创新特点及其实际效果　

梅艺　（南京钢铁有限公司高线厂，江苏南京２１００３５）　

【摘要】随着工业的快速发展，用水量急剧上升，造成了水资源的短缺。污水回用是解决淡水资源短缺的　主要途径之一。电吸附技术（ＥＳＴ）是一种环境友好的除盐技术，其能耗相对于双膜法较小、成本低，在除盐过程　中无需酸碱再生，不会产生二次污染，有着广阔的应用前景。　【关键词】电吸附技术；除盐水；实际效果　【中图分类号】ＴＱ０８５　【文献标识码】Ｂ　【文章编号】１００６—６７６４（２０１４）０３—００５９—０３　

Ｔｈｅ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ａｃｔｕａｌ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　０ｆ　ＥｌｅｃｔｒＯｓ０ｒｐｔｉ０ｎ　Ｗａｔｅｒ　Ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ＭＥＩ　Ｙｉ　ｒ刀　Ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ　Ｗｉｒｅ　Ｒｏｄ　Ｍｉｌｌ　ｏｆ　Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｓ　ｅｆ，Ｎａｎｊｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ　２１００３５，Ｃｈｉｎａ）　【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｒａｐｉｄｌｙ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｆａｓｔ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｈａｓ　ｃａｕｓｅｄ　ｓｈｏ￣ａｇｅ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ＳＯ　ｗａｓｔｅ　ｗａｔｅｒ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｈａｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｊｏｒ　ｗａｙｓ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｓｈｏ￣ａｇｅ．Ｅｌｅｃｔｒｏｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＥＳ１ｒ）ｉｓ　ａｎ　ｅｎｖｉｒｏｎ—　ｍｅｎｔ－ｆｒｉｅｎｄｌｙ　ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｗｉｔｈ　ｌｅｓｓ　ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｌｏｗｅｒ　ｃｏｓｔ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｄｏｕｂｌｅ—ｍｅｍｂｒａｎｅ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ　ＥＳＴ　ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｒｅｑｕｉｒｅｓ　ｎｏ　ａｃｉｄ　ａｎｄ　ａｌｋａｌｉ　ｒｅｇｅｎｅｒａ－　ｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｒｏｄｕｃｅｓ　ｎｏ　ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ，ｂｅａｒｉｎｇ　ｂｒｉｇｈｔ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ．　【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ】ＥＳＴ；ｄｅｓａｌｉｎａｔｅｄ　ｗａｔｅｒ；ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｅｆｆｅｃｔ　

１　工业冷却水和污水处理的节水减排现状　水资源在一定程度上已经成为制约一些企业发　展的资源因素，迫使人们探索节约用水、减少污水外　排的方法，污水回用技术在不断地创新、发展，成为　工业企业节水减排的重点。提高工业用水重复利用　率是节约工业新水用量、减少工业污水排放的有效　措施；进一步提高外排污水处理后的水质加以回用，　同样可以节约大量新水，大幅度减少污水外排。　目前，工业循环冷却水用量平均占工业用水总　量的８０％；循环冷却用水的补充水取水量占工业取　水总量的３０％～４０％。提高工业循环冷却水的利用　率，减少新水的补水量和排污量将是工业循环水处　理的必然选择。当前我国大多数企业循环水的浓缩　倍数为２～３，且一些直流式用水系统依然存在；而　国外先进水平常常在５　８。但是循环水经高倍浓缩　后，会产生一系列物理和化学变化，水中各种离子浓　度增加，导致成垢因素和腐蚀因素加剧，对循环水系　统的稳定运行造成隐患。水的含盐量的增加制约了　浓缩倍数的提高。除盐技术是钢铁企业废水能否回　用的关键。已成为钢铁企业实现废水零排放的瓶颈。　另一方面，污水治理已得到各方的关注重视，近　年来污水处理技术得到了极大的发展，但污水回用　技术受污水含盐量的制约，遇到技术瓶颈。“十二五”　规划中要求城市污水回用率达到５０％　６５％，目前却　仍＜２０％，问题就在于许多经处理的回用污水的含盐　量高，不能满足用户对水质的要求，无处适用。污水　回用中的除盐技术已成为当代水处理领域面临的一　个重要课题。　２水的除盐方法概述　水的除盐分为局部除盐和完全除盐（深度除　盐）。只除去水中一部分盐类的为局部除盐。除盐　后使水中盐质量浓度为１　５　ｍｇ／Ｌ的为完全除盐。　当前污水回用常用的除盐技术主要有：离子交换、电　渗析、超滤、纳滤、反渗透等。电吸附技术（ＥＳＴ）将电　化学理论与吸附分离技术相结合，可用于水的除盐、　去硬、淡化及饮用水深度处理，以及重金属废水处理　等。ＥＳＴ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，是一种全新的水　台　金　动　力　ＭＦｒＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ　ＰＯＷＥＲ　２０１４年第３期　总第１６９期　

处理概念，有广泛的应用和发展前景。　３　ＥＳＴ技术的原理　ＥＳＴ技术的原理：ＥＳＴ是利用带电电极表面吸　附水中离子及带电粒子，使水中溶解的盐类和其他　带电物质在电极表面富集浓缩而实现水的净化和盐　的去除。其除盐原理为：原水在阴、阳电极组成的空　间流动时，受电场力的作用，水中带电粒子（离子、胶　体微粒、有机物和细菌等）将分别向带相反电荷的电　极迁移，被电极吸附并储存在双电层内，实现带电粒　子（杂质）与水的分离，除盐水从另一端流出。当电极　失电或瞬间反接时，富集在电极上的带电粒子在水　流或电场力的作用下，从电极脱落被冲走，电极获得　再生。　４电吸附与反渗透、电渗析技术比较　电吸附与反渗透、电渗析比较结果见表１。　

表１　电吸附与反渗透、电渗析比较结果表　

序号　比较项目　电吸附ＥＳＴ　反渗透ａｏ（双膜法）　电渗析　离子膜通过直流电定向　１　除盐原理　电极通过静电场将溶质从溶液中分离　分子膜通过静压差将溶剂从溶液中分离　迁移溶质离子　２　分离物　溶质一盐　溶剂一水　溶质一盐　

３　膜类型　无分离膜　不对称膜、复合膜　选择性离子膜　

４　除盐率，％　７０—９５　８０～９５　６０～９０　

５　产水率　７５－９５　７０－８０　４５－７０　

６　工作温度／Ｔ　＞０　４－４０　５－４０　

７　进水预处理　简单　复杂　很少用于污水处理　

８　能耗／（ｋＷ・ｈ・ｔ－１）　０．５－２　１－２　ｌ～２　９　核心元件寿命＿，ａ　≥５　约２　３　

１０　维护保养　无需特别保养、简单　频繁、复杂　频繁、复杂　

１１　清洗周期／月　１２　Ｏ．２５～Ｏ－３　不固定　

１２　抗污染能Ｊ３／（ｍｇ・Ｌ－　）　ＣＯＤ≤１００、油≤３　ＣＯＤ￣＜４０、油≤０．１　ＣＯＤ≤３　

ｌ３　二次污染　浓水量小、可反复利用　化学药剂等使浓水增加有机物　易结垢；浓水末端难溶盐饱和时　１４　结垢影响　较少结垢、高硬水适用　易结垢，加阻垢剂；浓水侧难溶盐过饱和　结垢　

１５　污堵影响　小（可逆）　年衰减７％　１５％　影响大　

１６　温度影响　每降低１℃膜通量降２％～３％　

５　ＥＳＴ技术的创新特点　５．１　节能节水、环境友好、运行成本低，水利用率高　首先，ＥＳＴ能耗低　与蒸馏法、反渗透法等相比，　电吸附是有区别地将水中离子提取分离出来，而不　是把水分子从待处理的原水中分离出来，无需高温　或高压，因此所耗的能量相对较低。水的利用率可以　达到７５％以上，浓水少。经过特殊工艺组合，可达到　８５％以上。由于电吸附脱盐装置采用特殊的惰性材　料为电极．可抗油类污染。　５．２无二次污染　ＥＳＴ系统不添加任何药剂。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。　５．３设备可靠、运行稳定。抗结垢　由于电吸附装置采用通道式结构（宽度为毫米　级），不同于膜类元件，不易堵塞，对颗粒状污染物要　求较低，因此对原水预处理的要求不高。　采用碳类　电极材料，使用寿命长。由于阴、阳离子所处场所不　同，不会互相结合产生垢体。由于电吸附脱盐装置采　用通道式结构，因此不易堵塞。对前处理要求相对较　低，电吸附除盐设备具有很强的耐冲击性。　５．４适应性强，操作及维护简便　

电吸附技术利用电场力作用将阴、阳离子迁移　２０１４年第３期　总第１６９期　冶　金　动　力　ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ　ＰＯＷＥＲ　６１　

到不同区域，不易互相结合产生结垢；惰性电极材料　的抗污染性能较强，少量油类、铁、锰、余氯、有机物、　ＤＨ等对系统没有什么影响，对各类水质具有良好　的适应性。由于ＥＳＴ系统不采用膜类元件，因此对原　水的水质要求不高。在停机期间也无需对核心部件　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。　５．５运行成本低　该技术属于常压操作　能耗比较低，其主要的能　量消耗在于使离子发生迁移。核心部件使用寿命长。　避免了因更换核心部件而带来的运行成本的提高。　这与其他除盐技术相比可以大大地节约能源。其根　本原因在于ＥＳＴ技术净化／淡化水的原理是有区别　性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。　６电吸附技术对回用水中各种污染因子的　去除效果　６．１　电导率　水的电导率与其所含的无机离子的总量一定的　关系，如水中的无机酸、碱、盐等。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。电吸附技术对电导率的　去除效果为：原水平均电导率为８５４　Ｉ．ｚＳ／ｃｍ，产水平　均电导率为１８１　Ｉ￣Ｓ／ｃｍ，平均去除率为７８．３％。　６．２氯化物　当原水中氯化物含量变化较大的情况下，电吸　附产水的氯离子浓度一直很稳定，可见电吸附除盐　技术对氯离子有较好的去除效果。在原水氯化物平　均浓度为１３４．５　ｍｇ／Ｌ时，产水平均值１１．６　ｍｇ／Ｌ，平　均去除率达到了９０．６％。这是由于阴离子一般不会　形成水和离子，其离子半径相对较小，有利于吸附行　为的发生，所以氯离子的去除率要高于阳离子甚至　是其它阴离子。　６．３总硬度　电吸附技术对总硬度的去除效果比较稳定，在　原水平均浓度为１２７．９　ｍｇ／Ｌ时，产水平均值５２．５　ｍｇ／Ｌ，平均去除率为５９．１％。　６．４　ＣＯＤ　电吸附技术对该种原水中的ＣＯＤ也有一定的　去除效果。在原水的ＣＯＤ为２８．６　ｍｇ／Ｌ的情况下，　电吸附产水的ＣＯＤ平均浓度为１０．９　ｍｇ／Ｌ。去除率　为５３．１％。　６．５氨氮　电吸附技术对氨氮的去除效果较低，在原水为　０．２２９４　ｍｇ／Ｌ的情况下，产水的平均含量为０．１５８１　ｍｇ／Ｌ，去除率为４４．１７％，当然这可能是原水中氨氮　的含量本来就比较低的缘故。　６．６硝酸盐氦　电吸附技术对硝酸盐氮的去除效果非常好，大　大高于对氨氮的去除效果，究其原因是电吸附技术　对以离子态形式存在的物质去除效果较好，而对于　以分子尤其是以有机物形式存在的物质去除效果相　对较差。在原水硝酸盐氮含量为５．７３　ｍｇ／Ｌ的情况　下，产水的平均浓度为０．４２　ｍｇ／Ｌ，去除率达到了　９２．６５％。　６．７总磷　电吸附技术对总磷的去除效果与氨氮差不多，　在原水为０．５６４９　ｍｇ／Ｌ的情况下，产水为０．３１４９　ｍｇ／Ｌ，平均去除率为４２．４１％。　６．８吨水电耗与产水率　电吸附技术其吨水电耗为０．５７　ｋｗｈ，电价按　０．７元／ｋＷｈ计，其吨水运行成本为０．３９元；系统产　水率为７６％。　７结语　综上所述，电吸附技术完全能够满足处理回用　水水质的需求，尤其对离子类物质的去除效果较好，　在保证产水水质的情况下，系统的运行成本也比较　低，所以，ＥＳＴ在污水回用领域具有很广的应用前　景，对贯彻我国节水减排基本国策，具有十分重要的　意义。　［参考文献】　［１】查全性．电极过程动力学导论（第３版）【Ｍ】．北京：科学出版社，　２００２．　［２］孙晓慰．电吸附水处理技术及设备叽．工业水处理，２００２，２２（８）：　ｌ一３．　收稿日期：２０１３—１卜Ｏ４　作者简介：梅艺（１９７５一），男，大学本科学历。工程师，现从事给排水　技术管理工作。