电吸附技术简介

电吸附技术简介

电吸附除盐技术(Electrosorb Technology)，又称电容性除盐技术(Capacitive

Deionization/Desalination Technology)，是20世纪90年代末开始兴起的一项新型水处理技术。其基本原理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离子的去除、有机物的分解等目的。由于该技术采用了全新的水处理概念，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，具有良好的应用和发展前景，是一项21世纪重要的水处理技术。

1.电吸附技术原理

电吸附原理见图1，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。原水在阴、阳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、胶体颗粒及其带电物质滞留在电极表面，获得净化/淡化的出水。

图1 电吸附原理图

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。

当电极表面电位达到一定值时，双电层离子浓度可达溶液体相浓度的成百上千倍，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。

2.电吸附模块

电吸附装置的核心是电吸附模块。电吸附模块通常由电极、集电极、隔离体、固定端板、紧固件及电引线和配套管路管件等组成。多对电极、集电极和隔离体通过固定端板、紧固件固定组成电吸附处理单元，又

称电吸附模块。图2所示常见的几种模块结构形式

图2 各类电吸附模块

3.电吸附系统的组成及工作过程

电吸附系统由电吸附模块、水池、水泵、前置过滤器、后置过滤器、管阀系统、电源系统、检测仪表及电气控制系统等组成，如图3所示。由于电吸附模块的水流阻力很小，所需压力一般小于0.2MPa，所以对泵的要求不高，普通的离心泵即可满足使用要求。前置过滤器主要用于去除泥沙、悬浮物等。一般情况下，电吸附模块对原水中余氯、有机物、高价离子没有特别限制，通常要求原水浊度小于5NTU，悬浮物含量低于5mg/L。电吸附装置采用模块化结构，可针对各特定的应用场合根据需要将模块作任意组合以实现处

理目标，在需要大流量时可将模块并联，而在需要大的处理深度时可将模块串联。

图3 电吸附系统工作过程示意图

电吸附系统制水运行时，工作进出水阀门(YV1和YV3)开启，直流电源接通，电吸附模块开始工作，出口水的电导率随时间逐渐降低。随着运行时间的延长，电极表面的离子吸附趋于饱和，此时出水电导率将升高，模块需进行再生。再生时，电吸附模块阴阳两极短接，工作进出水阀门(YV1和YV3)关闭，排污进出水阀门(YV4和YV5)开启，工作过程中富集在电极表面的离子从电极表面解吸下来，随水流经过排污阀冲走，再生排水的电导率瞬时高峰值可达原水电导率值的5～10倍，甚至更高。再生时间一般为运行时间的1/2～1/6。当再生排水电导与原水电导相当时，则可认为再生结束，系统进入第二个运行周期。

4.电吸附(EST)技术特点

1、耐受性好

EST部件使用寿命长(≥5年),避免了因更换核心部件而带来的运行成本的提高。

2、特殊离子去除效果显著

EST技术对氟、氯、钙、镁离子去除效果尤佳。

3、无二次污染

EST系统几乎不添加任何药剂，排放浓水所含成分均系来自于源水，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。

4、对颗粒污染物要求低

由于EST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。对前处理要求相对较低，因此可降低投资及运行成本。同时，电吸附除盐设备具有很强的耐冲击性。

5、抗油类污染

EST除盐装置采用特殊的惰性材料为电极，可抗油类污染。EST除盐技术已成功应用于炼油废水回用（如齐鲁石化工程），实践证明了此点。

6、操作及维护简便

EST系统不采用膜类元件。在停机期间也无须作特别保养。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。

7、运行成本低

EST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。与其它出除盐技术相比可以大大地节约能源。其根本原因在于EST技术除盐的原理是有区别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。

5.电吸附与传统除盐工艺的比较（应用于污水回用）

序号 利用通电电极表面带电的特1 除盐原理 以电极为介质，以静电场为推动力，将溶质从溶液中取出 2 3 4 5 透过物 截留物 类型 除盐率 溶质，盐 溶剂，水 无分离膜 70%-95% ★1 ★75%-95% ★大 ★大于0 ★无 溶剂，水 溶质，盐 不对称膜，复合膜 ★80%-95%（废水） 0.5-0.7 70%-75% 小 大于4℃小于40℃ 每降低1℃ 膜通量下降2-3% 以分子扩散膜为介质，以静压差项目 电吸附EST 反渗透RO（双膜法） 性对水中除盐离子进行静电吸附，为推动力将溶剂从溶液中取出 处理污水膜通量与处理6 净水膜通量比 7 8 9 10 11 12 13 经济回收率 相同浓水量盐去除总量 工作温度 随温度降低通量衰减 污堵导致通量衰减 ★小（可逆） 衰减7%-15%年 盐透过量每年增加量 变化小 变化较大 ★较少结垢，极板难溶盐离是否结垢及原因 极 易结垢，垂直穿透膜，浓差极化，子浓度积低，极板间向流，频繁倒浓水侧偏碱难溶盐离子浓度积过饱和 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 结垢可逆程度 ★结垢可逆 大部分结垢不可逆 解决难溶盐结垢方法 ★不添加阻垢剂，加少量酸 添加阻垢剂，加酸 维护保养性 ★无需特别保养，简单 频繁、复杂 清洗周期 ★12个月 1周-3个月 清洗效果 ★较好 不好，膜通量不能彻底恢复 ★强， 抗污染能力 适应性强 弱，COD≤40mg/L 油≤0.1mg/L（RO） 对来水水质要求严格 预处理要求 ★简单 要求 0.5~2kw.h 复杂并很难满足RO进水水质能耗 1~2kw.h 核心元件使用寿命 ≥5年 1~2年左右 运行成本 低，≤1.5元/m3 高，3-6元/m3 二次污染 浓水排放不超标 需添加阻垢剂、还原剂、酸、碱等药剂，浓水排放 注：★为性能相对优异

废水回用系统

废水回用系统电吸附除盐装置类型

额定水量 （m3/h） 类型 应用领域 水质达标要求 原水符合经二级处理后的污（废）水排放标准 标准 ESTF 50-1000 污（废）水回用 产品水符合工业循环水水质及满足其他各种工业用水要求 GB8978-1996 废水回用系统产品特点

（1） 能耗低，经济运行性好 （2） 除盐效率高，出水水质稳定 （3） 无需再生剂，无二次污染 （4） 水回收率高

（5） 设备使用寿命长，维护简便

（6） 灵活采用电吸附模块的串、并联组合模式，可满足不同处理水量和除盐要求 （7） 技术集成度高,可半自动/自动切换操作

电吸附除盐的主要性能指标

（1）含盐量：< 5000μS/cm

（在要求不严格的情况下，总含盐量也可以通过电导率仪测量电导率来表示） （2）除盐率：0-95%（连续可调）

（3）产水率：一般情况下75%，有特殊要求可达95% （4）单位能耗：0.3~2kWh/m3

工艺流程

电吸附净化设备工艺流程示意图

电吸附模块

电吸附模块为整个电吸附系统的核心，可根据原水水质和用户要求选择适当的模块及模块组合。系统设计需考虑如何正确操作与维护系统。为了满足不同用户所需的出水水质要求，通常从以下几个方面来确定具体的模块组合方式。

（Ⅰ）提高出水水质

为了保证较高的出水水质要求，可以把不同系列的电吸附模块（组）串联起来，工作过程中每增加一个串联模块（组）即增加一级。

（Ⅱ）增大进水流量

当需要处理较大水量的原水时，可采用多个电吸附模块的并联组合，达到处理水量较高的要求。

（Ⅲ）增大得水率

通过浓水再处理回流的方法可以进一步提高得水率。即在再生过程中收集部分含盐量相对较低的浓水作为回流部分的原水，进入另一组电吸附模块进行再处理，这种方式可以减少排放浓水的体积，增加得水率至85%以上。

应用领域

由于电吸附除盐技术具有运行可靠、出水稳定、能耗低、操作方便、对进水水质要求不高、产水率较高、运行成本较低等特点，因此，在工业污（废）水再生利用中可以涉及很多领域，具有竞争优势的污水除盐产品线:

①、钢铁冷轧废水除盐回用处理系统

②、钢铁综合废水除盐回用处理系统 ③、石化炼油废水除盐回用处理系统 ④、化工废水除盐回用处理系统

⑤、电厂循环冷却排污水除盐回用处理系统 ⑥、造纸废水除盐回用处理系统 ⑦、印染废水除盐回用处理系统 ⑧、市政废水深度提质处理系统等

石油化工废水除盐回用

2006年11月30日，在齐鲁石化分公司建成世界首例每小时百吨级的EST工业废水再生工程，该项目为中石化齐鲁石化分公司胜利炼油厂排海水深度处理回用项目，处理规模2400m3/天。技术要求：除盐率≥50%，得水率≥75%

序号 项目 1 2 3 4 5 单位 原水 出水要求 要求去除率 要求去除率 实际出水 实际去除率 50% —— —— —— —— 50% —— —— —— —— 566 1 77.3 71.7 63.2% 83% 68.9% 67% 电导率 μS/cm 1499 ≤750 浊度 NTU 6 —— 总碱度 mg/L 248.4 —— 总硬度 mg/L 217.3 —— COD mg/L 70~80 —— 30~40 50% 运行效果：

1）在进水电导率1800~2500μS/cm，油5 mg/L的条件下，除盐率为62.3%，达到循环水水质要求。

2）浓水COD不超标，维持原水标准。

3）平均产水率为75.0%，吨水耗电量为1.33KWh/m3。该装置的吨水处理成本约为0.72元。（标定报告数据）

4）电吸附除盐系统运行稳定，操作维护简单。

图1 齐鲁工程实景图

市政废水除盐回用

2007年7月27日，世界首套大型污水处理1万吨/日回用水提质工程——万吨级电吸附装置，在太原化学工业集团有限公司水厂建成投产。该技术在化工行业污水资源化利用方面具有推广价值，预计每年可为该公司创造效益880万元。

图2 工艺流程图 图3 工程实景图片 该回用水及提质工程的核心工艺采用常州爱思特净化设备有限公司电吸附专利技术。电吸附提质后的1万吨/日回用水达到化工生产工艺用水标准，可用作工艺用水、锅炉补充水等。该套电吸附装置可将污水含盐量由1000mg/L降至250mg/L，悬浮物由10毫克/升降至3毫克/升，浊度由10NTU降至1NTU，氨氮由10毫克/升降至5毫克/升，CODcr由25毫克/升降至10毫克/升。装置投产后，每年可削减污染物排放CODcr9293吨，BOD54854吨，氨氮1560吨，有效改善区域水体质量，同时有利于缓解严重缺水城市的供水压力。 该工艺国内独创、国际先进，具有预处理简单、电耗药耗和运行费用低、设备使用寿命长、运行管理简单、适用范围广的特点，除盐率大于75%，水的回收率可达75%以上，电耗1千瓦时/吨水，制水成本低，每吨优质再生水的成本为1.35元。 冶金废水除盐回用 宝钢集团冷轧废水站改造工程利用EST除盐技术对冷轧碱性含油废水进行处理，使电导率小于1500μS/cm后，满足生产回用的目的，处理规模4000m3/天。 技术要求：电导率≤1500μS/cm，得水率≥75% 电吸附工程运行结果： 序号 项目 1 2 3 4 PH 浊度 SS 单位 —— 原水 6~9 出水要求 要求去除率 实际出水 实际去除率 679 —— —— —— —— 6~9 — NTU ≤5.0 ≤5.0 mg/L ≤5.0 ≤5.0 ≤70 0.4~1 80% 0.8~1.3 74% —— — CODcr mg/L ≤70 5 6 电导率 μS/cm ≤3500 ≤1500 57% 油 mg/L ≤3.0 ≤3.0 —— 1218 ≤1 66.7% 66.7% 实验结果表明： 1）宝钢集团冷轧废水除盐处理工程运行中，原水平均电导率3770μS/cm，产品水平均电导率1218μS/cm，电导率平均去除率67.7%，系统产水率75.3%，运行结果完全满足技术要求。 2）运行过程中，能耗为1.8 kWoh/t。 3）浓水COD不超标，维持原水标准。 煤化工（化肥）废水除盐回用 金石化肥有限公司为实现零排放，采用EST技术对生产废水进行处理，使电导率小于450μS/cm后，满足生产回用的目的。处理规模5500 m3/天。 技术要求：除盐率≥80%，得水率≥95% 1 2 3 4 5 6 7 项目 单位 原水 出水要求 要求去除率 实际出水 实际去除率 序号 电导率 μS/cm 2023 ≤450 COD mg/L 90.6 ≤80 NH3-N mg/L 12.2 ≤6 SS mg/L 50 ≤20 80% 11.7% 50.8% 60% —— —— 30% 276 65.3 3.7 5 76 73 63 86.4% 27.9% 69.6% 90% 64.7% 50% 85.2% 总硬度 mg/L 215 —— 总碱度 mg/L 147 —— 氯化物 mg/L 425 ≤300 运行效果： 1）工程运行时间，除盐率可达86.4%，电耗1.36kwoh/t,EST产水完全满足技术要求。 2）浓水COD不超标，维持原水标准。 3）本工程为零排放工程，EST除盐装置的产水率达95%，大大减少了浓排水量，使后续多级蒸发的投资减少2/3。 EST除氨氮 爱思特净化设备有限公司与某化工有限公司合作，利用电吸附除盐设备对该公司废水处理站排放水进行深度除氨氮处理，以验证电吸附技术对NH3-N的去除效果。 技术要求：进水NH3-N≤5mg/L 1 2 3 4 5 单位 进水氨氮 出水氨氮 去除率 进水总氮 出水总氮 去除率 取样 μS/cm 1.62 mg/L 2.66 mg/L 0.93 mg/L 12.8 0.47 0.87 0.2 0.47 71% 54.6 67% 77.0 79% 67.6 96% 28.6 94% —— 10.1 9.12 11.2 4.5 —— 82% 88% 82% 84% —— mg/L 15.14 0.89 6 7 8 9 mg/L 16.88 1.16 mg/L 54.2 14.2 93% —— 74% 67.1 —— 20.1 —— —— —— 70% —— —— mg/L 54.92 13.68 75% —— mg/L 65.32 17.14 74% —— 结果表明： 1）当进水氨氮≤10mg/L时，电吸附系统产水氨氮符合排放要求。 2）原水平均COD为33.78mg/L，产水平均COD为13.86 mg/L，平均去除率为60.4%，电吸附模块对有机物也有较好的去除效果。 3）原水平均电导率为891.7μS/cm，产水平均电导率为125.1μS/cm，平均去除率为85.9%。 电厂循环冷却水排污水除盐回用 爱思特净化设备有限公司采用电吸附除盐设备对电厂循环水排污水进行深度除盐处理，考察其对电导率、氯化物、COD以及浊度等的去除效果、得水率、电耗等指标，论证该技术在该领域广泛应用的可行性。 技术要求：除盐率≤1000μS/cm，得水率≥70%，氯化物≤150 mg/L 1 2 3 4 5 6 7 项目 单位 原水 出要求去除率 水要求 实实际去除率 序号 际出水 859 91 14.6 5 150 500 500 80% 87.2% 27% 50% 62.5% 58.3% 58.3% 电导率 μS/cm 4176 ≤1000 76% 氯化物 mg/L 712 ≤150 COD mg/L 20 浊度 NTU 10 ≤80 —— 75% —— —— —— —— —— 总碱度 mg/L 400 —— 总硬度 mg/L 1200 —— SO42- mg/L 990 —— 结果表明：

1）电吸附进水平均电导率4176μS/cm，产水平均电导率859μS/cm，去除率80%；氯化物浓度从712 mg/L降到91mg/L，去除率87.2%；系统产水率70%，能耗为1.82 kWoh/t；所有试验结果均优于项目要求。

2）采用电吸附除盐设备，对国电某热电有限公司循环水排污水进行深度除盐处理，运行稳定，并表现出了较强的抗污染能力。

6 7 8 9 mg/L 16.88 1.16 mg/L 54.2 14.2 93% —— 74% 67.1 —— 20.1 —— —— —— 70% —— —— mg/L 54.92 13.68 75% —— mg/L 65.32 17.14 74% —— 结果表明： 1）当进水氨氮≤10mg/L时，电吸附系统产水氨氮符合排放要求。 2）原水平均COD为33.78mg/L，产水平均COD为13.86 mg/L，平均去除率为60.4%，电吸附模块对有机物也有较好的去除效果。 3）原水平均电导率为891.7μS/cm，产水平均电导率为125.1μS/cm，平均去除率为85.9%。 电厂循环冷却水排污水除盐回用 爱思特净化设备有限公司采用电吸附除盐设备对电厂循环水排污水进行深度除盐处理，考察其对电导率、氯化物、COD以及浊度等的去除效果、得水率、电耗等指标，论证该技术在该领域广泛应用的可行性。 技术要求：除盐率≤1000μS/cm，得水率≥70%，氯化物≤150 mg/L 1 2 3 4 5 6 7 项目 单位 原水 出要求去除率 水要求 实实际去除率 序号 际出水 859 91 14.6 5 150 500 500 80% 87.2% 27% 50% 62.5% 58.3% 58.3% 电导率 μS/cm 4176 ≤1000 76% 氯化物 mg/L 712 ≤150 COD mg/L 20 浊度 NTU 10 ≤80 —— 75% —— —— —— —— —— 总碱度 mg/L 400 —— 总硬度 mg/L 1200 —— SO42- mg/L 990 —— 结果表明：

1）电吸附进水平均电导率4176μS/cm，产水平均电导率859μS/cm，去除率80%；氯化物浓度从712 mg/L降到91mg/L，去除率87.2%；系统产水率70%，能耗为1.82 kWoh/t；所有试验结果均优于项目要求。

2）采用电吸附除盐设备，对国电某热电有限公司循环水排污水进行深度除盐处理，运行稳定，并表现出了较强的抗污染能力。

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