电吸附除盐技术

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1、电吸附除盐技术电吸附除盐技术（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型水处理技术。该技术利用通电电极表面 带电的特性对水中离子进行静电吸附，从而实现水质的净化目的。KsFl mJr . ih艺过程储 H件廈劇电吸附技术原理水处理中的盐类大多是以离子（带正电或负电）的状态存在。电吸附除盐技术的基本 思想就是通过施加外加电压形成静电场，强制离子向带有相反电荷的电极处移动，使 离子在双电层内富集，大大降低溶液本体浓度，从而实现对水溶液的除盐。电吸附原理见图，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

2、水 在阴、阳极之间流动时受到电场的作用，水中离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。随着电极吸附离子的增多，离子在电极表面富集浓 缩，最终实现与水的分离，获得净化/淡化的产品水。原水正电极 Positive Electrode产水负电极 Negative Electrodea r a r OW ii0丹昭直流电源Ufc）工作过程示意图在电吸附过程中，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。当含有一定量盐类的原水经过由高功能电极材料组成

3、的电吸附模块时，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。浓水负电极原水正电扱Q .- J 七件L) ivli饰再生过程示意图由于电吸附过程主要利用电场力的作用将阴、阳离子分别吸附到不同的电极表面形成 双电层，这会使同一极面上的难溶盐离子浓度积相对低得多，可有效防止难溶盐结垢 现象的发生。其次，电吸附极板间水径流与极板呈切线方向，不利于水中析出难溶盐 结晶在极板上的生长。电吸附可以在浓水难溶盐过饱和状态下运行。另外，在电吸附 模块中，

4、由于电吸附过程中阴、阳离子吸附不平衡导致产生氢离子含量较多的出水， 通过倒极的方式，略偏酸性的出水同样会使有微量结垢现象的垢体溶解掉。电吸附模块处理效果的好坏主要取决于电极的吸附性能。电吸附技术特性科技创新点一、原理创新：电吸附除盐技术利用带电电极表面吸附水中离子，使水中溶解的盐类 在电极表面富集浓缩而实现水的净化/淡化。独特的除盐原理是将水中溶质从溶液中提 取出来，而不是将水中溶剂从溶液中提取出来。二、工艺创新：电吸附模块的电极采用惰性材料加工而成，具有化学性能稳定、使用 寿命长（10年以上）的优点。以电吸附模块为核心元件的电吸附除盐系统具有抗污染 性强、预处理简单、不需要添加专用药剂、通量

5、稳定、不用频繁清洗、运行成本低、 节能环保的特性。三、应用创新：该项目突破了污（废）水再生回用技术的瓶颈。为污（废）水再生回用领域 的发展提供了一项抗污染性强、经济环保、应用范围广的除盐技术。电吸附装置的技术特点一、节能节水，环境友好，运行成本低 首先，电吸附技术能耗低。电吸附技术进行水的除盐处理时，其主要的能量消耗在使 离子发生迁移，而在电极上并没有明显的化学反应发生。与蒸馏法、反渗透法等除盐 技术相比，电吸附技术是有区别性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。另外，由于电 极加电后即为充电电容器，所施加的电能被储存在双电

6、层电容上，如有必要，就可以 将所存储的能量在电极再生时回收一部分，即将吸附饱和的模块上储存的电能再加到 另一再生好的模块上，也即所谓的“秋千式”供电。这样可以大大地节约能源。其次，电吸附技术得水率高，用于再生的冲洗水可重复使用，一般情况下得水率可以 达到 75%以上；如采用适当的工艺组合，甚至可达90%以上。同时电吸附还是一项环境友好型技术。电极再生时只需将储存的电能释放掉，不需任 何化学药剂进行再生。与离子交换技术相比，减少了在浓酸、浓碱的运输、贮存和操 作上的麻烦，而且不向外界排放酸碱中和液；与反渗透相比，无需加入还原剂、分散 剂、阻垢剂等化学药剂，所排放的浓水系来自于原水，系统本身不产生

7、新的排放物， 从而避免了二次污染问题。另外，抗污染性能较强，并表现出一定的去除COD的能 力。二、设备可靠，运行稳定由于电吸附技术不采用膜类元件，只采用特殊的惰性材料为电极，因此对原水预处理 的要求不高，即使在预处理上出一些问题也不易对系统造成不可修复的损坏。电吸附 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，对颗粒状污染物要 求较低；电吸附技术是利用电场作用将阴、阳离子分别去除，因此，阴、阳离子所处 场所不同，不会互相结合产生垢体；少量油类、铁、锰、余氯、有机物、pH值等对系 统几乎没有什么影响，对各类水质的原水具有良好的适应性；在停机期间也无需对核 心部件作特别保养；系统采用

8、计算机控制，自动化程度高；由于采用碳类电极材料， 从理论上讲电吸附模块可以长期服役。三、适应性强，操作及维护简便系统对原水预处理的指标要求不高，铁、锰、氯等离子、 pH 值和有机物等对系统几乎 没有什么影响，所以除盐技术适应性强。在停机期间也无需对核心部件作特别养，维 护方便。即使在预处理上出一些问题也可以进行处理恢复，不易对系统造成不可修复 的损坏。系统采用计算机控制，自动化程度高，操作程序简单容易掌握。由于其广泛的适应性和良好的实用性，电吸附技术可以应用在工业废水回用处理、工 业除盐水处理、苦咸水淡化等领域。苦咸水淡化乃至海水淡化将是EST技术的下一个 更加诱人的应用领域。电吸附技术国内研

9、究概况 电吸附技术在国内的研究起步比较晚，这方面的文献并不多见，国内陈福明、尹广军 等 1999 报道了用多孔大面积电极去除水中离子的方法，并对电吸附进行了一系列的理 论和实验研究。杨慧云对 NaCl 溶液进行电容性除盐，结果分析表明，当溶液种类和浓 度一定时，电极的吸附容量随外加电压的增加而增大，当溶液种类和外加电压确定 后，吸附容量随着浓度的增加而增大，并达到一个极限值吸附。莫剑雄也尝试利用双 电层电容的原理进行电吸附装置的研究。上述研究过程仍处于实验室研究阶段。电吸附技术国外研究概况 电吸附的研究始于20世纪 60年代，俄克拉荷马大学的研究人员利用电吸附原理，从 略带碱性的水中去除了盐分

10、。在Caudle等的报告中描述了使用多孔电极的电容去离子 装置。Johnson和Newman等的研究则包括验证过程的理论基础、参数研究和对多种 候选电极材料的评价。国外的研究工作也主要以炭电极的发展作为主线，但主要停留 在小流量循环处理的实验阶段。国外在电吸附应用方面取得研究成果最多的是美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室，他们 从从上个世纪 90年代，采用内部孔隙极多的炭气凝胶作为电极材料开发出来一套电容 性除盐实验装置。虽然具有一定的除盐效果，但材料制作工艺复杂，制作成本很高。 妨碍了这一技术的推广。污水回用应用现状及主要问题污（废）水回用应用现状随着经济的发展和人口的膨胀，工业及生活所需的淡水资

11、源日益匮乏，水资源净化已 经成为世界范围内普遍关注的问题。解决水资源匮乏的方法有很多，其中污（废）水回 用及开发中水资源，即提高水的重复利用率是当前许多国家解决水资源短缺的有效途 径。水处理技术的不断成熟，特别是近年来高级氧化、膜分离等高级处理技术的发展 给城市、工业污水的达标排放处理提供了新的技术手段。然而，虽然水中的许多污染 物可以通过传统的混凝、沉淀、过滤、吸附等方法去除，但对于水质要求较高的回用 场合，如对于溶解在水中的盐的去除则需要采用适当的除盐手段来实现。常见的水的 除盐方法有蒸馏、反渗透、电渗析、离子交换等。在工业界已有用超滤/微滤与反渗透 （双膜法）进行污（废）水除盐处理的实践

12、，通过采用超滤、微滤来降低污（废）水 对反渗透膜的污染，取得了一定的经验。然而，由于双膜法用于污（废）水回用时工 艺复杂，运行成本高、得水率较低，膜组件的使用寿命与常规水处理时相比要短得 多，同时需要采用大量还原剂和阻垢剂，使浓水的排放难以达到环保要求。因此，在 污（废）水回用领域，存在着技术经济上不尽合理的问题。从 20 世纪 60 年代电吸附除盐技术面世到今天，电吸附在许多领域得到了初步的应 用，如将电吸附作为除盐手段应用于管道直饮水、矿泉水、苦咸水淡化等不同的场 所。近年来，随着对电吸附除盐技术的性质与功能的研究的进一步深入，电吸附除盐 技术在污（废）水回用处理领域的应用正逐渐展开。主要

13、问题污（废）水除盐技术市场发展目前存在的主要问题是：污（废）水的成分比一般自来 水和天然地表（下）水要复杂得多，传统污水除盐技术在该领域应用时，易受水中有 机物、油类等物质的影响而造成污堵，造成设备在产水量、得水率及使用寿命不能满 足设计要求。同时对预处理的要求很高，又需要投放大量药剂，不仅增加工程的总体 投资，也使运行成本居高不下。因此，寻找一种对原水耐受性好，既能以较低的运行 成本对污（废）水进行除盐又对环境友好的除盐技术成为业界的一个重要课题。电吸附技术优势一、采用高效功能材料EST模块采用了高效功能材料作为电极，该电极材料不但除盐效果好，而且具有化学 性质高度稳定、耐酸、耐碱、耐腐蚀、

14、抗氧化等特点，这使得电吸附除盐装置具有对 来水水质约束小、抗污染、设备可靠、运行稳定等优点。这种高效功能材料属于惰性的多孔无机物质，比表面大，且在电吸附运行中还有一定 量的初生活性氧化基团产生，对原水中的有机物具有一定的去除效果，扩大原水水质 约束范围。经过适当的预处理，原水就可以进入 EST 模块，即使在预处理上出一些问 题，如遇到包含少量油污在内的有机物污染，也不会使电吸附材料受到大的危害，仍 能保证相对较高的除盐率。因此，在这种情况下，可以在半年甚至一年的长期运行 后，利用酸洗或碱洗的方式对电极材料进行清洗恢复。停机期间，无需对核心部件作特别保养，维护方便。二、微通道设计电吸附除盐装置采

15、用微通道式设计（通道宽度为毫米级），水流是在宏观通道中运动 的，因此少量悬浮物和有机物不会污堵设备。对前处理要求相对较低，而且可以大大 提高得水率，一般情况下可达 75%以上，如有特殊需要，部分浓水经回收再处理工 艺，可使系统得水率达到 85%以上。三、设备集成度高，实行智能化控制电吸附除盐技术的开发依据于水力学、电化学、机械学、电子控制学等理论。系统采 用模块化设计，各个环节在中央控制计算机的集中控制下形成整个系统。所有的执行 机构、检测仪表等均由计算机按设定程序实现操作，正常运行时不需人工干预。四、绿色技术节能、环保由于电吸附除盐技术利用了双电层电容静电吸附的原理，工艺运行过程中不需添加缓

16、 蚀剂、阻垢剂、还原剂之类的专用药剂，系统所排放的浓水均来自于原水，所以系统 不会产生新污染物。这既节约了运行成本，又避免了二次污染。另外，与其他技术相比，电吸附技术属于常压操作，提升能耗少，其主要的能量消耗 在使离子发生迁移，并通过控制电压使电极表面不发生极化现象，同时工作时所储存 的电能可以在再生时回收一部分，因此，总体能耗较低。五、适应性好，应用领域广泛电吸附除盐技术对进水水质要求不高，并且可以根据电压调节来控制除盐率在60% 90%的范围内变化。因此，拓展了电吸附技术的适用领域。电吸附可以被广泛应用于 饮用水、废水、污水处理等方面，包括冶金、化工、电子、电力、制药、纺织、造纸 等工业领域。对于那些污染较重，不需要完全除盐的场合来说，电吸附不失为一种良 好的选择。电吸附除盐回用工程