1、電吸附技術及在污水回用中的應用技術資料目錄1.前言12.污（廢）水除鹽技術的發展簡述12.1.應用現狀12.2.主要問題23.電吸附除鹽技術及其研究與發展23.1.電吸附除鹽技術原理23.2.國內外電吸附技術研究概述53.2.1.國外研究應用概況53.2.2.國內研究應用概況53.3.電吸附除鹽裝置類型83.4.主要性能指標參數與運行工況93.4.1.電吸附除鹽的主要性能指標93.4.2.運行參數及運行工況93.5.電吸附的工藝流程103.5.1.電吸附系統的組成103.5.2.電吸附工藝流程的設計要點113.5.3.電吸附除鹽的工藝過程133.6.應用領域144.電吸附除鹽技術的技術特點15

2、4.1.科技創新點和主要技術特點154.1.1.科技創新點154.1.2.電吸附除鹽裝置的技術特點154.2.與常規除鹽技術的比較分析與技術優勢164.3.技術優勢195.電吸附技術在污（廢）水回用除鹽方面的中試研究205.1.某鋼鐵公司中試205.2.某紙業中試246.電吸附除鹽技術的工程應用266.1.工程應用的技術目標和技術關鍵266.1.1.工程應用的技術目標266.1.2.工程應用的技術關鍵266.2.電吸附除鹽技術在污（廢）水回用領域工程應用實例266.2.1.某化工集團項目266.2.2.某石化項目297.電吸附除鹽技術的經濟分析317.1.電吸附除鹽工程的經濟評價317.2.電

3、吸附除鹽技術的經濟優勢328.電吸附主要技術的應用前景與發展趨勢338.1.應用前景338.2.發展趨勢331. 前言2. 污（廢）水除鹽技術的發展簡述2.1. 應用現狀然而，由于雙膜法用于工藝復雜，運行成本高、得水率較低，膜組件的使用壽命與常規水處理時相比要短得多，同時需要采用大量還原劑和阻垢劑，使濃水的排放難以達到環保要求。因此，在污（廢）水回用領域，存在著技術經濟上不盡合理的問題。從20世紀60年代電吸附除鹽技術面世到今天，電吸附在許多領域得到了初步的應用，如將電吸附作為除鹽手段應用于管道直飲水、礦泉水、苦咸水淡化等不同的場所。近年來，隨著對電吸附除鹽技術的性質與功能的研究的進一步深入，

4、電吸附除鹽技術在污（廢）水回用處理領域的應用正逐漸展開。2.2. 主要問題污（廢）水除鹽技術市場發展目前存在的主要問題是：污（廢）水的成分比一般自來水和天然地表（下）水要復雜得多，傳統污水除鹽技術在該領域應用時，易受水中有機物、油類等物質的影響而造成污堵，造成設備在產水量、得水率及使用壽命不能滿足設計要求。同時對預處理的要求很高，又需要投放大量藥劑，不僅增加工程的總體投資，也使運行成本居高不下。因此，尋找一種對原水耐受性好，既能以較低的運行成本對污（廢）水進行除鹽又對環境友好的除鹽技術成為業界的一個重要課題。3. 電吸附除鹽技術及其研究與發展3.1. 電吸附除鹽技術原理水處理中的鹽類大多是以離

5、子（帶正電或負電）的狀態存在。電吸附除鹽技術的基本思想就是通過施加外加電壓形成靜電場，強制離子向帶有相反電荷的電極處移動，使離子在雙電層內富集，大大降低溶液本體濃度，從而實現對水溶液的除鹽。電吸附原理見圖3.1，原水從一端進入由兩電極板相隔而成的空間，從另一端流出。原水在陰、陽極之間流動時受到電場的作用，水中離子分別向帶相反電荷的電極遷移，被該電極吸附并儲存在雙電層內。隨著電極吸附離子的增多，離子在電極表面富集濃縮，最終實現與水的分離，獲得凈化/淡化的產品水。圖3.1電吸附基本工作原理示意圖在電吸附過程中，電量的儲存/釋放是通過離子的吸/脫附而不是化學反應來實現的，故而能快速充放電，而且由于在

6、充放電時僅產生離子的吸/脫附，電極結構不會發生變化，所以其充放電次數在原理上沒有限制。另外，在短時間內過電壓一般不會對裝置產生不良影響。溫度對離子的吸脫附速度影響不是很大，故其容量變化也相對小得多。根據Gouy-Chapman-Stern模型，在一個理想的等價離子電解質溶液雙電層系統中，電極表面電荷量與電極電位、離子濃度、溫度等參數之間有如下關系式：qM=+(8RT)1/2(Cb)1/2sinh(zF2/2RT)（3-1）其中：qM為電極表面電荷量，為溶液介電常數，Cb為溶液離子濃度，z為離子電荷數，2為擴散層電勢差，R為氣體常數，T為絕對溫度。從（3-1）式可以看出，雙電層內可集聚的離子數量

7、與離子的濃度和在電極上所施加的電勢密切相關。當體系的溫度、電勢為一定時，（3-1）式可簡化為：qM=k(Cb)1/2（3-2）如果假設電極電荷密度與電極表面所集聚的離子量成正比，則有S=K(Cb)1/2（3-3）其中S為雙電層內離子的集聚密度，也即離子吸附量。從（3-3）式可以看出，在等溫等電勢條件下，電極對離子的電吸附量與溶液離子濃度平方根成正比關系，與Frundlich吸附等溫線相似。當電極表面電位達到一定值時，雙電層離子濃度可達溶液體相濃度的成百上千倍。當含有一定量鹽類的原水經過由高功能電極材料組成的電吸附模塊時，離子在直流電場的作用下被儲存在電極表面的雙電層中，直至電極達到飽和。此時，

8、將直流電源去掉，并將正負電極短接，由于直流電場的消失，儲存在雙電層中的離子又重新回到通道中，隨水流排出，電極也由此得到再生。電吸附模塊處理效果的好壞主要取決于電極的吸附性能。通常，對材料吸附能力的描述是用等電勢吸附等溫線來進行描述的，而對電吸附來說，除了要考慮到溫度的影響外，還必須考慮電極電勢的影響。因此，本技術的研究是從通過測定等電勢吸附等溫線，了解掌握電極材料的電吸附性能著手。圖3.2示出電極材料對氯化鈉的等電勢吸附等溫線。實驗條件為溫度25，電極電壓1.0V。通過對曲線的回歸計算，得出吸附量與平衡濃度的關系，如（3-4）式所示，吸附量與平衡濃度呈平方根關系，符合上述雙電層理論計算式的預測

9、。（3-4）式中：mad每克電極材料的吸附量，mg/g；C氯化鈉溶液的平衡濃度，mg/L。圖3.2 氯化鈉在電極材料上的等電勢吸附等溫線由于電吸附過程主要利用電場力的作用將陰、陽離子分別吸附到不同的電極表面形成雙電層，這會使同一極面上的難溶鹽離子濃度積相對低得多，可有效防止難溶鹽結垢現象的發生。其次，電吸附極板間水徑流與極板呈切線方向，不利于水中析出難溶鹽結晶在極板上的生長。電吸附可以在濃水難溶鹽過飽和狀態下運行。另外，在電吸附模塊中，由于電吸附過程中陰、陽離子吸附不平衡導致產生氫離子含量較多的出水，通過倒極的方式，略偏酸性的出水同樣會使有微量結垢現象的垢體溶解掉。電吸附工作再生出水濃度曲線1

10、0分鐘電導率S/cm3.2. 國內外電吸附技術研究概述3.2.1. 國外研究應用概況電吸附的研究始于20世紀60年代，俄克拉荷馬大學的研究人員利用電吸附原理，從略帶堿性的水中去除了鹽分。在Caudle等的報告中描述了使用多孔電極的電容去離子裝置。Johnson 和Newman等的研究則包括驗證過程的理論基礎、參數研究和對多種候選電極材料的評價。國外的研究工作也主要以炭電極的發展作為主線，但主要停留在小流量循環處理的實驗階段。國外在電吸附應用方面取得研究成果最多的是美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室，他們從從上個世紀90年代，采用內部孔隙極多的炭氣凝膠作為電極材料開發出來一套電容性除鹽實驗

11、裝置。雖然具有一定的除鹽效果，但材料制作工藝復雜，制作成本很高。妨礙了這一技術的推廣。3.2.2. 國內研究應用概況一、文獻報導電吸附技術在國內的研究起步比較晚，這方面的文獻并不多見，國內陳福明、尹廣軍等1999報道了用多孔大面積電極去除水中離子的方法，并對電吸附進行了一系列的理論和實驗研究。楊慧云對NaCl溶液進行電容性除鹽，結果分析表明，當溶液種類和濃度一定時，電極的吸附容量隨外加電壓的增加而增大，當溶液種類和外加電壓確定后，吸附容量隨著濃度的增加而增大，并達到一個極限值吸附。莫劍雄也嘗試利用雙電層電容的原理進行電吸附裝置的研究。上述研究過程仍處于實驗室研究階段。二、常州愛思特公司的研究與

12、應用概況常州愛思特凈化設備有限公司從2000年開始了電吸附技術的研發應用，到目前已經發展了四代電吸附產品，其核心元件電吸附模塊演變過程如圖3.3所示。單位模塊處理量從50L/h增至目前的20t/h。 第一代（2000年） 第二代（2002年） 第三代（2003年）第四代（2005年）圖3.3電吸附系列產品的演變1. 原型機的試制與試驗階段2000年，愛思特公司的前身常州高德卡本凈化技術開發有限公司開始了電吸附技術的研發應用，并在電極材料研制、核心部件設計、系統控制和集成等方面取得了突破性進展。2001年常州愛思特公司科研人員在電吸附除鹽技術研發領域實現重大突破，開發出一系列電吸附水處理設備并獲

13、得了2項國家發明專利和6項實用新型專利，成功地將電吸附技術導入水處理領域。2. 中小型設備的制造與應用階段2002年，愛思特牌EST型水處理凈化設備通過了建設部科技成果評估，得到了專家的肯定。實踐證明，采用EST電吸附技術在對高氟、高砷水進行處理時，可以在適當保留飲用水中的其它礦物質的前提下，有針對性地去除過高的氟和砷，而且處理效果穩定、持續、可控。2004年在北京監獄局清河農場安裝了5套飲用水除氟深度處理裝置，已經過連續四年的穩定運行。2003年至2006年期間，愛思特公司利用電吸附技術在北京市自來水集團水源四廠進行了應用試驗研究，結果表明，電吸附技術適用于降低水中陰陽離子的處理，可有效去除

14、水中的鈣、鎂、氯化物、硝酸鹽、氟、砷等，出水質達到生活飲用水水質標準。電吸附技術對于處理高含鹽量水源水在經濟技術上是可行的，適用于市政給水處理，有利于緩解水資源緊張、改善供水環境。2006年，以第四代EMK-4452A型電吸附模塊為核心元件的電吸附除鹽技術成功用于北京順義區農改水工程。3. 大型設備的研制與應用階段從2003年至2005年期間，某石化研究院采用愛思特公司提供的EMK300、EMK300B、EMK320和EMK400電吸附模塊，對某石化乙烯污水處理場、系列低含鹽生化出水和某石化煉油實業部二凈化污水處理場生化出水進行除鹽試驗，結果表明，電吸附除鹽方式可以用于石化污水的除鹽，通過加強

15、控制，EMK400電吸附模塊可以保持長時間的連續穩定運行。2005年在北京建立的國內第一個電吸附實驗研究中心，在電吸附除鹽技術研究和應用開發方面進行了大量的基礎性研究。該研究中心以電吸附為研發平臺，掌握了電吸附研發核心技術，成功開發了EMK4000系列模塊，形成了以電吸附為特色的除鹽產品，在電吸附的研究及其應用開發、產業化方面達到國際先進水平。4. 工程化示范引導、系統化應用階段2006-2007年，針對污（廢）水再生回用的市場前景，愛思特公司通過某化工集團、某石化、某鋼鐵公司、某紙業等多項實際工業廢水的現場中試，為工程項目的應用奠定了基礎。20062007年在總結經驗的基礎上，先后實施了某石

16、化、某化工集團兩個大型示范工程項目的電吸附除鹽工程，其中某化工集團有限公司水廠建成投產的電吸附裝置是國際首套萬噸級的電吸附除鹽設施。經過電吸附處理后的回用水達到了化工生產工藝用水標準，可用作工藝用水、鍋爐補充水等。這使得中國的電吸附除鹽技術已經占據了國際領先地位。2007年底世界規模最大的電吸附產業化基地項目在常州愛思特公司生產基地建成。該項目正式投產后每年可生產各種電吸附模塊2000個，加上污水處理、水凈化等成套裝備和工程，年產值將在1.5億元左右。2008年3月，中國環境保護產業協會水污染治理委員會，在太原召開了“電吸附除鹽技術及其在污水回用中的應用技術評議會”。專家評議委員會由哈爾濱工業

17、大學李圭白院士為評議委員會主任、清華大學王占生教授、太原理工大學崔玉川教授為評議委員會副主任的九位專家組成的評審委員會，對電吸附技術進行了評議，見圖3.4。評議意見認為：(1) 愛思特凈化設備有限公司研發并完成了具有自主知識產權的技術發明，研制了電吸附除鹽技術的關鍵材料和裝置，建成了數千m3/d規模的污水回用工程，成果處于國際領先水平；(2) 采用電吸附技術對石化、鋼鐵、造紙行業的廢水回用進行了中試研究，建立了規模達100m3/h和400m3/h的示范工程，取得了先進的技術經濟指標，原水電導率為10003000S/cm時，系統除鹽率為6095%，穩定產水率為7585%，耗電量為12kWh/m3

18、；(3) 實現了電吸附除鹽技術的模塊化并形成了系列化產品，初步具備了大規模推廣應用的條件。圖3.4電吸附除鹽技術及其在污水回用中的應用技術評議會3.3. 電吸附除鹽裝置類型電吸附除鹽裝置類型如表3.1所示。表3.1電吸附除鹽裝置類型類型額定水量（m3/h）應用領域水質達標要求標準ESTJ家用飲用水原水符合自來水水質要求產品水符合優質飲用水水質標準GB5749-2006CJ94-2005ESTD0.5-20飲用水原水符合自來水水質要求產品水符合優質飲用水水質標準GB5749-2006CJ94-2005ESTG1.0-100工業用水除鹽原水符合自來水水質要求產品水滿足各種工業用水要求GB5749-

19、2006ESTF50-1000污（廢）水回用原水符合經二級處理后的污（廢）水排放標準產品水符合工業循環水水質及滿足其他各種工業用水要求 3.4. 主要性能指標參數與運行工況3.4.1. 電吸附除鹽的主要性能指標（1）含鹽量：10005000S/cm（25） （在要求不嚴格的情況下，總含鹽量也可以通過電導率儀測量電導率來表示）（2）除鹽率：0-95%（可調）（3）產水率：一般情況下75%，有特殊要求可達85%（4）單位能耗：12kWh/m33.4.2. 運行參數及運行工況電吸附裝置的主要運行參數和工況條件包括工作電壓、流量和給水含鹽量。（1）工作電壓電吸附過程是雙電層在電場作用下的對離子的吸附，

20、給電極加上一定的電勢差后，界面雙電層被進一步強化，電極表面由自由電子形成的電荷密度增大，就必然從溶液中吸附更多的離子以中和這一過程。隨著電壓的上升雙電層變得緊密，吸附量增加，但同時又會引起副反應，使得能耗增加，因此選擇合適的工作電壓，既有利于充分發揮電吸附的吸附特性，獲得較好的去除效果，同時能耗又較低。另外，短時間過壓一般不會使裝置產生嚴重影響，但長時間過壓會產生電解現象，產生的氣體使電極材料的性能受到影響。在實際應用中，可以根據電極材料厚度、通道寬度等特征來控制加壓范圍在1.5V2.0V之間。（2）流量流量大小對于出水水質、水量以及制水成本均產生直接的影響。主要體現為水力停留時間的長短。在相

21、同的電壓和電極對數目下，電吸附的處理效果與水力停留時間有著密切的關系。流量大的時候，水力停留時間短，除鹽率低；隨著流量的降低，除鹽的效果越來越好。但流量過低也會對再生效果產生一定的影響，因為它影響了再生沖洗的速率，因此，流量也不宜過低。另外，隨著流量增加，單位能耗的吸附量也增加。因此，選擇較大的流量有利于提高出力，降低能耗，但隨著極板間流速增大，水力停留時間縮短，離子來不及吸附到極板上，會使除鹽率降低，因此，過大的流量不利于保證除鹽率。在實際應用中應該根據不同的出水要求來考慮選擇合適的進水流量。（3）原水含鹽量對同一系統來說，原水含鹽量不同，直接影響到電吸附的除鹽效果，根據目前已有的研究與實踐

22、結果，現階段電吸附除鹽裝置可以接受的污（廢）水電導率范圍是10005000S/cm。3.5. 電吸附的工藝流程3.5.1. 電吸附系統的組成電吸附裝置由電吸附模塊、水箱、水泵、前置過濾器、后置過濾器、管閥系統、電源系統、檢測儀表及電氣控制系統等組成，如圖3.4所示。由于通常電吸附模塊的水流阻力很小，所需壓力一般小于0.2MPa，所以對提升泵的要求不高，普通的離心泵即可滿足使用要求。前置過濾器主要用于去除泥沙、懸浮物等。圖3.4 電吸附工藝流程簡圖一般情況下，電吸附模塊對原水中余氯、有機物、高價離子沒有特別限制，通常要求原水濁度小于5NTU，懸浮物含量低于5mg/L。預處理通常可采用砂濾、疊片式

23、過濾器、袋式過濾器、纖維球過濾器等手段。如對成品水有較高要求，可以在電吸附模塊后加精密過濾器、UV殺菌器或臭氧殺菌器以及其它后處理裝置。模塊的供電通過一大功率直流電源來實現，因模塊是工作在恒電壓狀態下，直流電源必須能夠提供一穩定的直流電壓，一般在2V/（對電極）以下。電吸附模塊的工作是間歇式的，在電極飽和后，需要對其進行再生，電氣控制系統負責電源、水路的通斷、切換。電吸附裝置采用模塊化結構，可針對各特定的應用場合根據需要將模塊作任意組合以實現處理目標，在需要大流量時可將模塊并聯，而在需要大的處理深度時可將模塊串聯。3.5.2. 電吸附工藝流程的設計要點一般的電吸附除鹽工藝流程是由預處理部分和電

24、吸附部分組成。工藝流程的設計以電吸附除鹽工藝為核心，可根據原水的水質情況，將多種工藝技術進行組合，從而形成多種解決方案。 1. 預處理：盡管電吸附對原水條件要求不苛刻，但進水仍需要滿足一定的要求，見表3.2。特別是針對污（廢）水處理，必須進行相應的預處理才能保證設備的長期穩定運行。表3.2電吸附模塊進水水質標準名稱單位限值進水電導率S/cm10005000CODCrmg/L100濁度NTU5固體懸浮物mg/L5油mg/L3堿度mg/L150城市/工業污水經過混凝、沉淀、澄清、過濾后，水中的懸浮物、pH值和油等一些物理指標已經大大降低，但與自來水和一般天然水相比水中所含的油和懸浮物等仍較高，水質

25、的沖擊性也比較強。為了使原水中懸浮物和油的含量穩定在電吸附能夠接受的范圍內，必須在進入電吸附模塊前對原水進行預處理。通過預處理降低水中的懸浮物、濁度和油，同時降低水的堿度，從而防止模塊頻繁清洗、增加設備維護工作量和生產運行成本。在預處理過程中可使用各種單元操作，也可以將幾種方法組合使用。目前，典型的預處理工藝包括：（1）混凝砂濾/疊片過濾器砂濾的濾料成本低、濾料損失小，截留懸浮物及降低濁度效果明顯，不存在工藝性能衰減問題。（2）曝氣生物濾池為了進一步降低廢水中的有機物含量，可以將電吸附技術與曝氣生物濾池結合使用，這既可以確保出水的質量滿足目標要求，同時也保障EST電吸附系統的持久穩定運行。廢水

26、在經過二次處理后，CODCr降至100mg/L以下。通過生物曝氣濾池的進一步生化、過濾處理，使CODCr進一步降至60mg/L以下，懸浮物降至5mg/L以下，濁度小于5NTU。（3）加酸曝氣裝置和纖維過濾器“加酸曝氣裝置和纖維過濾器”結合是常見的電吸附預處理工藝。該流程既可以保證除鹽系統的進水參數穩定可靠，同時相對增加的運行成本又不高。在水中加酸（通常為硫酸），降低pH值后，重碳酸鹽將處于不穩定狀態，使下列平衡右移HCO3-+H+=H2O+CO2，通過曝氣裝置使水中的游離二氧化碳迅速地析出進入空氣中，降低原水中堿度，防止在模塊中出現重碳酸鹽的積存或可能出現的結垢。一般情況下，曝氣裝置采用工作壓

27、力在0.06MPa下的空氣，通過80100m孔徑的曝氣膜片，使其在曝氣水池內產生均勻性良好的微氣泡。同時，曝氣可進一步降低水中的懸浮物和油。纖維過濾器內裝改性纖維過濾料，可以阻擋更小顆粒的懸浮物。具有運行穩定，濾速高、截污量大、工作周期長、懸浮物去除效果好特點，經過曝氣裝置后的原水再經過纖維過濾器進一步過濾后進入電吸附設備進行除鹽處理。（4）保安過濾器或微濾在電吸附裝置前設置保安過濾器或微濾是很有必要的，它可以用來截留水帶來的顆粒，以防預處理失效對模塊帶來沖擊。2. 電吸附除鹽模塊：電吸附模塊為整個電吸附系統的核心，可根據原水水質和用戶要求選擇適當的模塊及模塊組合。系統設計需考慮如何正確操作與

28、維護系統。為了盡早發現潛在問題，須收集系統性能數據并定期分析。若發生了問題，應該能迅速采取措施，準確地排除故障。如果進水水質不穩定，仍然需要考慮經過半年到1年的使用后，對模塊進行一定的保護性清洗工作，目的是將材料所吸附的微粒、膠體、生物粘泥和有機物去除。為了滿足不同用戶所需的出水水質要求，通常從以下幾個方面來確定具體的模塊組合方式。（）提高出水水質為了保證較高的出水水質要求，可以把不同系列的電吸附模塊（組）串聯起來，工作過程中每增加一個串聯模塊（組）即增加一級。（）增大進水流量當需要處理較大水量的原水時，可采用多個電吸附模塊的并聯組合，達到處理水量較高的要求。（）增大得水率通過濃水再處理回流的

29、方法可以進一步提高得水率。即在再生過程中收集部分含鹽量相對較低的濃水作為回流部分的原水，進入另一組電吸附模塊進行再處理，這種方式可以減少排放濃水的體積，增加得水率至85%以上。另外，在實際工程中，可以采用A、B組聯合的交替運行方式，即A組模塊（組）再生時，B組模塊（組）在工作，這種方式可以保證連續出水，滿足用水量大的需求。3. 后處理：電吸附系統的出水是否需要進行后處理，要按具體情況加以確定。后處理技術一般采用紫外線、臭氧或氯氣消毒。4. 最終用途：在電吸附流程設計中，必須慎重考慮產品水的具體用途，根據實際需要來選擇適合的工藝，以免因產水量或產水水質過度高于目標值而增加產品水的費用。3.5.3

30、. 電吸附除鹽的工藝過程（1）電吸附除鹽系統的典型工藝過程經過預處理后的原水，進入電吸附裝置的工藝過程如圖3.5所示，工藝過程分為三個步驟：工作過程、再生過程、排污過程。 圖3.5 工藝過程圖工作過程：原水貯藏在原水池中，與此同時酸溶液也通過計量泵同步連續地加入原水池，經過曝氣后原水通過提升泵被提升進入精密過濾器，大于10m的殘留固體懸浮物在此道工序被截流，水再被送入電吸附（EST）模塊A。水中溶解性的鹽類被吸附，水得到除鹽凈化。再生過程：就是模塊的反沖洗過程，用原水沖洗經過短接靜置的模塊，使電極再生。反沖洗后的水被送入中間水池，進入中水池的水等待下一個周期排污用。排污過程：排污過程其本質和再

31、生一樣，是模塊的一個反沖洗程序，但水源有區別，排污過程用的是中間水池的水，即再生之后的濃水，這是一個有效的節水過程，因為經過再生之后的濃水尚未達到飽和，所以用再生后產生的濃水再次沖洗模塊，就節省了沖洗過程中的用水量，從而提高了得水率。3.6. 應用領域由于電吸附除鹽技術具有運行可靠、出水穩定、能耗低、操作方便、對進水水質要求不高、產水率較高、運行成本較低等特點，因此，在工業污（廢）水再生利用中可以涉及很多領域，如造紙、紡織、印染、電力、化工、冶金等需大量凈水作為工藝用水領域以及核工業廢水的治理等方面。具有競爭優勢的污水脫鹽產品線:、鋼鐵冷軋廢水生化尾水脫鹽回用處理系統 、鋼鐵綜合廢水生化尾水脫

32、鹽回用處理系統 、石化煉油廢水生化尾水脫鹽回用處理系統 、化工（合成氨）生化尾水脫鹽回用處理系統 、電廠循環冷卻水排污水回用處理處理系統 、造紙生化尾水除鹽回用處理系統 、印染生化尾水除鹽回用處理系統 、市政廢水提質處理系統（一級B-地表四類） 4. 電吸附除鹽技術的技術特點4.1. 科技創新點和主要技術特點4.1.1. 科技創新點一、原理創新：電吸附除鹽技術利用帶電電極表面吸附水中離子，使水中溶解的鹽類在電極表面富集濃縮而實現水的凈化/淡化。獨特的除鹽原理是將水中溶質從溶液中提取出來，而不是將水中溶劑從溶液中提取出來。二、工藝創新：電吸附模塊的電極采用惰性材料加工而成，具有化學性能穩定、使用

33、壽命長（10年以上）的優點。以電吸附模塊為核心元件的電吸附除鹽系統具有抗污染性強、預處理簡單、不需要添加專用藥劑、通量穩定、不用頻繁清洗、運行成本低、節能環保的特性。三、應用創新：該項目突破了污(廢)水再生回用技術的瓶頸。為污(廢)水再生回用領域的發展提供了一項抗污染性強、經濟環保、應用范圍廣的除鹽技術。4.1.2. 電吸附除鹽裝置的技術特點一、節能節水，環境友好，運行成本低首先，電吸附技術能耗低。電吸附技術進行水的除鹽處理時，其主要的能量消耗在使離子發生遷移，而在電極上并沒有明顯的化學反應發生。與蒸餾法、反滲透法等除鹽技術相比，電吸附技術是有區別性地將水中離子提取分離出來，而不是把水分子從待

34、處理的原水中分離出來，無需高溫或高壓，因此所耗的能量相對較低。另外，由于電極加電后即為充電電容器，所施加的電能被儲存在雙電層電容上，如有必要，就可以將所存儲的能量在電極再生時回收一部分，即將吸附飽和的模塊上儲存的電能再加到另一再生好的模塊上，也即所謂的“秋千式”供電。這樣可以大大地節約能源。其次，電吸附技術得水率高，用于再生的沖洗水可重復使用，一般情況下得水率可以達到75%以上；如采用適當的工藝組合，甚至可達90%以上。同時電吸附還是一項環境友好型技術。電極再生時只需將儲存的電能釋放掉，不需任何化學藥劑進行再生。與離子交換技術相比，減少了在濃酸、濃堿的運輸、貯存和操作上的麻煩，而且不向外界排放

35、酸堿中和液；與反滲透相比，無需加入還原劑、分散劑、阻垢劑等化學藥劑，所排放的濃水系來自于原水，系統本身不產生新的排放物，從而避免了二次污染問題。另外，抗污染性能較強，并表現出一定的去除COD的能力。二、設備可靠，運行穩定由于電吸附技術不采用膜類元件，只采用特殊的惰性材料為電極，因此對原水預處理的要求不高，即使在預處理上出一些問題也不易對系統造成不可修復的損壞。電吸附除鹽裝置采用通道式結構（通道寬度為毫米級），因此不易堵塞，對顆粒狀污染物要求較低；電吸附技術是利用電場作用將陰、陽離子分別去除，因此，陰、陽離子所處場所不同，不會互相結合產生垢體；少量油類、鐵、錳、余氯、有機物、pH值等對系統幾乎沒

36、有什么影響，對各類水質的原水具有良好的適應性；在停機期間也無需對核心部件作特別保養；系統采用計算機控制，自動化程度高；由于采用碳類電極材料，從理論上講電吸附模塊可以長期服役，預期壽命至少在10年以上。三、適應性強，操作及維護簡便系統對原水預處理的指標要求不高，鐵、錳、氯等離子、pH值和有機物等對系統幾乎沒有什么影響，所以除鹽技術適應性強。在停機期間也無需對核心部件作特別養，維護方便。即使在預處理上出一些問題也可以進行處理恢復，不易對系統造成不可修復的損壞。系統采用計算機控制，自動化程度高，操作程序簡單容易掌握。由于其廣泛的適應性和良好的實用性，電吸附技術可以應用在生活飲用水深度凈化處理、工業廢

37、水回用處理、工業除鹽水處理、苦咸水淡化等領域。苦咸水淡化乃至海水淡化將是EST技術的下一個更加誘人的應用領域。4.2. 與常規除鹽技術的比較分析與技術優勢各行各業對廢水處理中有害物質的去除要求千差萬別，但電吸附水處理技術對此均有其用武之地。由于EST系統不采用膜類元件，因此對原水預處理的要求不高，而且即使在預處理上出一些問題也不會對系統造成不可修復的損壞。一般情況下，鐵、錳、余氯、有機物、鈣、鎂、pH值等對系統幾乎沒有什么影響，在停機期間也無需對核心部件作特別保養。對于有機物及含鹽量較高的工業廢水，現今沒有好的辦法處理，因為在有機物含量高時無法用傳統的水處理技術降低含鹽量，而含鹽量成分高時用生

38、化技術又無法使厭氧菌或好氧菌保持活性，實現去除有機物、降低COD的處理目標。在這種情況下，采用電吸附水處理技術處理此類廢水，則十分方便可行，因為電吸附水處理不僅除去廢水中過高的鹽分，使生化法可以進行處理，而且還可以降低一部分COD，為生化法進一步降低COD減輕了負擔。電吸附除鹽技術在污（廢）水回用方面與反滲透工藝技術特點比較見表4.1。表4.1 污(廢)水回用中電吸附工藝與反滲透工藝技術特點的比較序號項目電吸附EST反滲透RO(雙膜法)1除鹽原理利用通電電極表面帶電的特性對水中鹽離子進行靜電吸附，以電極為介質，以靜電場為推動力，將溶質從溶液中取出以分子擴散膜為介質，以靜壓差為推動力將溶劑從溶液

39、中取出2透過物溶質，鹽，溶劑，水3截留物溶劑，水溶質，鹽4膜類型無分離膜不對稱膜，復合膜5除鹽率70%95%80%95%（廢水）6處理污水膜通量與處理凈水膜通量比10.50.77經濟回收率75%95%70%75%8原水電導(范圍)1000-5000S/cm(小)不限制(大)9相同濃水量鹽去除總量大小10工作溫度大于0小于50大于4小于4011隨溫度降低通量衰減無每降低1膜通量下降2-3%12污堵導致通量衰減小（可逆）衰減7%-15%/年13鹽透過量每年增加量變化小變化較大14是否結垢及原因較少結垢, 極板難溶鹽離子濃度積低,極板間切向流,頻繁倒極易結垢,垂直穿透膜,濃差極化,濃水側偏堿難溶鹽離

40、子濃度積過飽和15結垢可逆程度結垢可逆大部分結垢不可逆16解決難溶鹽結垢方法不添加阻垢劑,加少量酸添加阻垢劑,加酸17維護保養性無需特別保養、簡單頻繁、復雜18清洗周期6-12個月，長1周-3個月，中短19清洗效果較好不好, 膜通量不能徹底恢復20抗污染能力對來水的適應性 強COD100mg/L,油3mg/L 適應性強弱COD40mg/L油0.1mg/L（RO）對來水水質要求嚴格21預處理要求簡單復雜并很難滿足RO進水水質要求22能耗12kWh12kWh23核心元件使用壽命8年2-3年左右24運行成本低，1.5元/ m3高，3-6元/ m325二次污染濃水排放不超標需添加阻垢劑、還原劑、酸、堿

41、等藥劑，濃水排放有污染26濃水回收采用相同模塊采用高性能膜,如海水膜27濃水回收經濟性好較差注：為性能相對優異從除鹽率看，反滲透比電吸附要高一點，但對于污(廢)水除鹽，并不需要太高的除鹽率，而需要關注總除鹽量，由于電吸附水回收率較高，相同濃水量鹽去除總量比反滲透多。電吸附的運行成本和備品備件的費用很低，平均運行成本約1.5元/噸水，一年的運行成本比反滲透少，運行2-3年即可將一次投資收回。其次，電吸附核心部件的壽命較長，而反滲透、超濾膜組件應用于污(廢)水除鹽時，由于水質較差則2-3年就需更換，更換膜組件的費用相當昂貴，相當總投資的40-50%。再者，電吸附維護保養較簡單；在運行中不使用任何添

42、加劑，不存在二次污染，不需要在除鹽前上較多的預處理設施。反滲透在全壽命周期內加阻垢劑費用相當于反滲透膜組件的投資費用。4.3. 技術優勢一、采用高效功能材料EST模塊采用了高效功能材料作為電極，該電極材料不但除鹽效果好，而且具有化學性質高度穩定、耐酸、耐堿、耐腐蝕、抗氧化等特點，這使得電吸附除鹽裝置具有對來水水質約束小、抗污染、設備可靠、運行穩定等優點。這種高效功能材料屬于惰性的多孔無機物質，比表面大，且在電吸附運行中還有一定量的初生活性氧化基團產生，對原水中的有機物具有一定的去除效果，擴大原水水質約束范圍。經過適當的預處理，原水就可以進入EST模塊，即使在預處理上出一些問題，如遇到包含少量油

43、污在內的有機物污染，也不會使電吸附材料受到大的危害，仍能保證相對較高的除鹽率。因此，在這種情況下，可以在半年甚至一年的長期運行后，利用酸洗或堿洗的方式對電極材料進行清洗恢復。停機期間，無需對核心部件作特別保養，維護方便。二、微通道設計電吸附除鹽裝置采用微通道式設計（通道寬度為毫米級），水流是在宏觀通道中運動的，因此少量懸浮物和有機物不會污堵設備。對前處理要求相對較低，而且可以大大提高得水率，一般情況下可達75%以上，如有特殊需要，部分濃水經回收再處理工藝，可使系統得水率達到85%以上。三、設備集成度高，實行智能化控制電吸附除鹽技術的開發依據于水力學、電化學、機械學、電子控制學等理論。系統采用模

44、塊化設計，各個環節在中央控制計算機的集中控制下形成整個系統。所有的執行機構、檢測儀表等均由計算機按設定程序實現操作，正常運行時不需人工干預。四、綠色技術節能、環保由于電吸附除鹽技術利用了雙電層電容靜電吸附的原理，工藝運行過程中不需添加緩蝕劑、阻垢劑、還原劑之類的專用藥劑，系統所排放的濃水均來自于原水，所以系統不會產生新污染物。這既節約了運行成本，又避免了二次污染。另外，與其他技術相比，電吸附技術屬于常壓操作，提升能耗少，其主要的能量消耗在使離子發生遷移，并通過控制電壓使電極表面不發生極化現象，同時工作時所儲存的電能可以在再生時回收一部分，因此，總體能耗較低。五、適應性好，應用領域廣泛電吸附除鹽

45、技術對進水水質要求不高，并且可以根據電壓調節來控制除鹽率在60%90%的范圍內變化。因此，拓展了電吸附技術的適用領域。電吸附可以被廣泛應用于飲用水、廢水、污水處理等方面，包括冶金、化工、電子、電力、制藥、紡織、造紙等工業領域。對于那些污染較重，不需要完全除鹽的場合來說，電吸附不失為一種良好的選擇。5. 電吸附技術在污（廢）水回用除鹽方面的中試研究5.1. S鋼鐵公司中試為解決S鋼鐵公司濁環水含鹽量持續增高問題，逐步實現污水零排放的目標。為了驗證電吸附技術在S鋼鐵公司回用水除鹽應用的技術可行性，常州愛思特凈化設備有限公司在S鋼鐵公司2號污水廠現場進行了電吸附深度除鹽中試試驗。中試電吸附設備見圖5

46、.1。圖5.1電吸附設備試驗分為兩個階段，第一階段為原水試驗，其目標是實現產水率大于75%、除鹽率大于75%；第二階段為濃水試驗，即在原水試驗的基礎上，對濃排水進行二次電吸附除鹽，目的是提高產水率試驗，減少濃排水量。試驗時間：2007年8月24日-9月19日產水要求：除鹽率75%，得水率75%，氟化物<3mg/L流 量：2.2m3/h。中試的原水為S鋼鐵公司2污水處理站出水，其水質見表5.1。表5.1 S鋼鐵公司2污水處理站出水水質指標 （）檢測項目檢測結果單位pH7.7電導率15001900µS/cm總硬度(以碳酸鈣計)200500mg/L總堿度(以碳酸鈣計)250mg/L重

47、碳酸鹽（HCO3-）96.7mg/L全鹽量10001267mg/L溶解性總固體(TDS)1010mg/L化學需氧量(CODcr)30mg/L硫酸鹽（SO42-）250mg/L氯化物(Cl-)350mg/L氟化物(F-)16mg/L亞硝酸鹽（NO2-）0.51mg/L石油類5mg/L氨氮（NH3-N）5.87mg/L鈣(Ca)125mg/L鎂（Mg）8.05mg/L鋁（Al）0.18mg/L鐵（Fe）0.066mg/L鋇（Ba）0.5mg/L鍶（Sr）1mg/L全硅（以SiO2計）15.6mg/L溶解硅（以SiO2計）14.3mg/L由表5.1可知，某鋼鐵公司2污水處理站出水的含油量較高，因此對

48、電吸附設備的抗污染性能是一個較大考驗。S鋼鐵公司中試流程圖見圖5.2。圖5.2S鋼鐵公司中試電吸附系統流程圖中試期間第一階段電吸附設備進出水電導率見圖5.3，第一階段進出水的各項指標及去除率見表5.2。圖5.3S鋼鐵公司中試第一階段電吸附設備進出水電導率及去除率表5.2 S鋼鐵公司中試第一階段進出水指標及去除率序號項目單位進水出水去除率（%）1電導率S/cm141125382.02總硬度mg/L（以CaCO3計）184.621.787.23氯化物mg/L218.923.789.04氟化物mg/L6.171.7971.7注：表中的數值均為中試期間的平均值。第二階段即采用收集部分濃水進行二級電吸附

49、，具體方案見圖5.4。進水2.2m3/h一級電吸附除鹽率82%得水率78.4%凈水1.89m3濃排0.20m3/h回流 0.21m3/h濃排0.31 m3/h收集0.32m3/h二級電吸附除鹽率64%得水率65%濃排0.11 m3/h圖5.4 二級電吸附方案二級電吸附將濃水電導為3100S/cm降為1087S/cm，去除率達到了64.9%，達到了預期目的，兩級電吸附的總產水率達到了85.8%。試驗結果表明： （1）電吸附設備運行穩定，抗污染性能較強。（2）第一階段產水率達到78.4%；平均除鹽率達到82.0%，實現了產水率大于75%、除鹽率大于75%目標。對水中硬度、氟離子及氯根有較高的去除率

50、。（3）二級電吸附將濃水電導由3100S/cm降為1087S/cm，去除率達到了64.9%，達到了預期目的，兩級電吸附的總產水率達到了85.8%。5.2. N紙業中試常州愛思特凈化設備有限公司與N紙業共同研究利用電吸附除鹽設備對造紙廢水進行深度除鹽處理，考察其對鹽類、COD、色度、濁度等的去除效果、得水率、電耗等指標，論證該技術在該領域解決污水回用問題的可行性。試驗時間：2008年1月3日-1月22日產水要求：電導率800S/cm，得水率75%，COD30mg/L，濁度2.5NTU。流 量：2.2m3/h。中試流程圖見圖5.5，中試期間電吸附設備進出水電導率見圖5.6，進出水COD見圖5.7，

51、進出水的各項指標及去除率見表5.4。圖5.6N紙業中試電吸附系統流程圖圖5.7 N紙業中試電吸附設備進出水電導率及去除率圖5.8N紙業中試電吸附設備進出水COD及去除率表5.3N紙業中試進出水指標及去除率序號項目單位進水活性炭過濾器出水電吸附模塊出水去除率（%）1電導率S/cm1606159514491.02CODCrmg/L1141101785.13色度NTU272.180(初期)47.182.74濁度PCU55.345.21.6597.05SSmg/L38.830.110.273.76總硬度mg/L（以CaCO3計）195.8-27.985.87氯化物mg/L191.3-16.191.6注

52、：表中的數值均為中試期間的平均值。初期:系統運行初期活性炭很快失效，電吸附進水色度跟原水一直。以后數據進出水水質基本相近。試驗結果表明： 電吸附設備對造紙廢水進行深度除鹽處理運行穩定，抗污染性能較強，并表現除良好的去除COD的能力，原水平均COD為114mg/L，產品水平均為17mg/L，COD平均去除率85.1%。本次試驗電吸附系統除鹽率為91%，除鹽效果較好，產水率76.2%，能耗為2.23kWh/t。6. 電吸附除鹽技術的工程應用6.1. 工程應用的技術目標和技術關鍵6.1.1. 工程應用的技術目標利用電吸附除鹽設備對冶金、石化、化工、造紙、市政等城市、工業污水處理廠達標排放污水進行深度

53、除鹽處理，驗證其除鹽效果、能耗和設備的耐久性，從而驗證該技術用于示范行業中污（廢）水回用的可行性和技術優勢。6.1.2. 工程應用的技術關鍵充分了解各企業各種來水的水體性質，掌握水質變化規律，做好電吸附除鹽設備的預處理工作，選擇合適工藝路線，可根據進水水質及處理程度要求及時調整電吸附除鹽設備運行參數，實現預定技術目標，如產水要求的除鹽率、系統出力、產水率、產水水質。6.2. 電吸附除鹽技術在污（廢）水回用領域工程應用實例6.2.1. 某化工集團項目一、背景為緩解太原市缺水的問題，近20年來，某化工集團有限公司積極采用新技術、新工藝，大力推進城市污水再生利用工程進程，于1994年由清華大學環境工程系提供技術建成了規模達2.4萬m3/d的回用水工程。某化工集團水廠擬進一步提高回用水水質，實現再生水替代新鮮水用于生產工藝用水，擴大回用水應用范圍。由清華國環環境工程設計院系統設計，采用電吸附技術進行提質處理。二、項目建設經過中試驗證，電吸附系統出水完全能夠滿足某化工集團的回用要求，因此進一步實施某化工集團公司水廠污水回用水質提升工程，目的是將其現狀回用水工程出水或其他類似水源中的無機鹽以及CODCr、氨氮、油含量降到合理的水平，使再生水滿足某化工集團集團公司制定的水質提質后的指標。設計水源：某化工集團水廠回用