电吸附除盐技术及应用

1、电吸附除盐技术及应用许国清（长岭分公司信息技术管理中心邮编:414012）【摘要】电吸附除盐技术是20世纪90年代末开始兴起的一项新世水处理技术,应用于炼油污水深度处理, 能冇效提高炼汕金-业的水资源利用率。文章对屯吸附除盐技术的原理、吸附电极的发展、电吸附系统的组 成及工作过程和工业化应用进行了介绍。【关键词】电吸附 炼油污水 除盐 应用1引言炼油污水由各炼油装置及储运系统产牛的污水汇集而成，是一种集悬浮油、乳化油、溶 解性有机物及盐于一体的多相体系。主耍污染物包折石油类、cod （化学耗氧量）、bod （生 物耗氧量）、硫化物、挥发酚、悬浮物以及氨氮等。悬浮物及盐出自电脱盐工艺，汕及溶解

2、于污水屮的硫化物、酚、氛化物等与原汕加工工艺有关卩铁炼汕污水处理技术按处理程度分为一级处理、二级处理和三级处理。一级处理所用的方 法包括重力沉降法、浮选法等。二级处理方法主要是凝聚法、生化法等。三级处理方法有吸 附法、膜分离法等。炼油厂污水一般经二级处理可达到排放标准，国内采用三级处理的企业 极少，而国外很多炼汕厂污水一般都采用三级或深度处理工艺卜铁在工业化污水处理过程中，由于反渗透对进水有机物、悬浮物、铁离子浓度严格要求, 而外排污水水质的不稳定是导这些装置不能投人止常运行的主要原因。反渗浓水侧有机物无 法透过反渗透膜，致使浓水冇物无法达到排放标准，这是反渗透的一个授大缺点i】。自2001

3、年以来，中国石化建成的7套膜处理装置中只有1套能够投人正常运行。电吸附除盐技术（electrosorb technology,简写est）, 乂称电容性除盐技术（capacitive dcionization/dcsalination technology）,是20世纪90年代末开始兴起的一项新型水处理技术。 其基木原理是基于电化学屮的双电层理论，利用带电电极表面的电化学特性来实现水屮离子 的去除、有机物的分解等目的。山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。2电吸附技术原

4、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z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了的增多，带电粒了在电极表而富集浓缩, 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农而，获得净 化/淡化的出水。电极材輯（正极）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來实现的，故 而能快速充放电，而j1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。当电极表而电位达到一定值时，双电

5、层离了浓度可达溶液 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屮，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 层中的离子乂重新回到通道中，随水流排出，电极也由此得到再牛。3电吸附电极7电吸附技术除盐，电极是关键。按照材料的不同，国内外主要研究包括以石黑、活性炭、 活性炭纤维和炭气凝胶等材料做电极的电吸附技术。3. 1石墨电极石墨作为一种经典的电极材料，尽管英本身并没有显著的吸附能力,但可用作电吸附剂。 石墨电极作为最早的电极材料曾一度引起许多研究者的兴趣，它有着良好的机械性能及可加 工性，在电吸附初级阶段得到了一定的发展

6、。但随着新型炭材料的出现，石墨电极逐渐被取 代。3.2活性炭电极3. 2.1颗粒活性炭(gac)gac己经成为一种重耍的吸附剂应用于理论研究和生产实际。活性炭是微晶碳的变型, 晶体表而的碳原了与体相碳原了处于不同的电了能级状态。与石墨和比，活性炭具有更人的 比表而积和吸附容量，而且，它的人规模先产使得其成为一种方便易得、相对廉价的吸附剂 材料。尽管研究表明活性炭貝有良好的去除重金属离子的效果，但是由丁活性炭电极本身高 电阻和传质阻力的缺点限制了它在实际中的应用，因此授近的研究集中于新型的炭电极材料 如活性炭纤维和炭气凝胶。3. 2.2活性炭纤维材料(acf)用acf做电吸附剂的研究是近儿年兴起

7、的。与gac相比，acf具冇更大的比表面积 和吸附容量，吸附质在acf内的扩散阻力更小，acf比gac具有更大的外表面积，便更 多的微孔可以直接与吸附质接触，吸附质也可以直接在暴露于纤维表血的三次孔上进行吸附 和脱附，更有效地利川微孔，迅速达到吸附平衡。活性炭纤维具有比颗粒活性炭更高的比表 而积，更好的吸附性能，更好的导电性，并且更易于被加工成为各种形状，如炭彳ij、炭毡等。 3.3炭气凝胶电极炭气凝胶(carbon aerogels)-种新型的多孔炭材料，在过去10年中得到了广泛的应用。 炭气凝胶由美国lawrence livemore国家实验室研制开发，它是rfl间苯二酚甲醛聚合物凝胶裂解

8、而制得，可以根据需要制成不同的形状，如块状、珠状和薄膜纸状。炭气凝胶由 许多纳米开孔(330nm)和中间孔(<50nm)构成,比表面积通常很大(4001100m2/g),电导率很 高(10100s/cm)。炭气凝胶电容性电吸附去除水溶液屮重金属和无机盐的研究表明，炭气凝 胶用作电吸附剂在水体净化等诸多领域拥有更为广阔的空间。4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。5 est电吸附技术的应用5.1 est电吸附技术在齐

9、鲁石化的应用齐鲁石化电吸附除盐中试装置流程如图2原水为齐鲁分公司胜利炼油厂二净化总排水 经曝气生物滤池和da过滤后的出水。装置a、b两组单级模块交替运行，连续产水。图2齐鲁石化电吸附除盐中试装置流程5. 1.1电吸附模块条件及结果屮试电吸附模块设计流量为1.4nf/h。为考察电吸附模块对胜利炼汕厂二净化污水的适应 性，在cod浓度和流量提高时，对电导率去除效果的影响进行了考察。屮试条件为模对电 压1.6v、产水率75%,数据见表1。表-1 cod、流量条件及结果流量进水cod进水电导率出水电导率去除率m3/hmg/1|is/cmys/cm%11.433.8148360459.321.452.5

10、155264058.831.677.6151869954.0分析表j数据，可得岀二个结论: 进水cod变化对电吸附除盐装置的除盐效來影响不大。同吋也表明电吸附模块在除 盐时具冇较好的抗冇机污染能力。 流最提高12.5%,去除率则降低4.8%,进水流最对电吸附除盐装置的除盐效果影响 较大。在保证出水水质合格的前提下，适当提高处理水量，可提高装置的利用效率。当进水电 导率增加时，通过适当降低流量或者降低产水率的方式可以保证产水水质稳定并满足冋用要 求。进水电导率发生变化时，除盐效果如图3所示。.2 400§2000est进水-est岀水去除率80 #70册60 <屮600 *1 2

11、00羽8004齊 2图3不同电导率对除盐效果的影响5. 1. 2中试连续运行总结连续运行期间，未对模块进行酸洗或其它处理。电吸附模块进出水的电导率变化及去除 率曲线见图4。3 2 2 11出*盘根806040200图中曲线表明，试验期间模块中没冇离了的积累现象，电吸附模块可以保持长时间的连 续稳定运行。40天的运行也说明电吸附模块对汕也具有耐受性，汕对除盐效杲不产生影响。图4连续运行期间电导率变化illi线采用电吸附除盐技术处理炼油污水，出水水质见表2。电吸附组合工艺处理后的污水能 满足循环水补水要求，浓水可以达到国家一级排放标准。表-2电吸附除盐出水水质项目出水水质循环水补水要求cod mg

12、/11030w30石油类mg/10. 21.0w1.0电导率ps/cm590690w800为验证电吸附除盐出水应用于循坏水系统的可能性，将出水与白來水2:1混合浓缩3倍 进行旋转挂片腐蚀实验。实验选用的广和2汰药剂为胜利炼汕厂循环水系统使用的药剂，药 剂浓度为80mg/l。数据见表3o采用f和2咏质稳定剂进行的腐蚀实验，挂片腐蚀速率0.02480.0566mm/a,远远低于 0.075mm/a的中国石化企业标准。上述数据表明，电吸附除盐技术深度处理炼汕污水用作循坏水补水是可行的。屮试期间，电吸附除盐的产水率高达75%o表3旋转挂片腐蚀试验数据药剂挂片火重/g腐蚀率/mm. a 1平均腐蚀率/n

13、miar0. 00420. 00320. 00730. 03250. 02480. 05660. 0380. 00460. 03562s0. 00450. 03490. 03820. 00570. 04425. 1. 3工业化装置运行指标在经过多年试验的基础上，齐鲁石化设计并建成了世界首例每小吋百吨级的电吸附工业 废水再生回用工程。该项日以齐鲁石化公司炼汕厂第二污水处理场排海水为原水，经过进一 步牛物深度处理后，利用电吸附装置进行除盐处理，污水回川规模2400m3/dc根据设计， 该项目的产水要求为除盐率50%,产水用于循环水补水，得水率75%o该电吸附装置经过对炼油废水的回用处理实际使用运行

14、，实现了以下指标：在进水电导率18002500卩s/cm,油5mg/l的条件下，平均脱盐率为62.3%,达到循环 水补水要求。平均产水率为75.0%。模块吨水耗电量为1.33kw.h/m经估算，该装置的 吨水处理成本约为0.72元。运行结果显示，电吸附除盐核心部件运行稳定，操作维护简便。电吸附模块具有较强的 抗石油类冇机污染物能力。电吸附处理工艺产生的浓水达到国家一级排放标准，无盂二次处 理。6结论在跨国水处理公司中，美国ge公司拥有电去离子/电渗析技术，陶氏水处理及过程解 决方案业务部开发出elcctrodcionization连续电去离了除盐技术。常州爱思特公司在国内率先研发出电吸附除盐技

15、术，并在石化、化工、冶金等高耗水行 业建立了污废水再牛回用样板工程，最大规模已达日产万吨级。中国工程院李圭白院士认为 该技术基木具备了大规模推广用的条件，具有国际领先的技术水平。常州爱思特公司的电吸附除盐技术在齐鲁石化成功的工业化应用，为炼汕污水的深度处 理回用捉供了稳定、长周期运行的技术路线。要更好地利用电吸附除盐技术，必须与膜技术 等其它水处理优化耦合，形成取长补如的技术组合，有效地冋用炼油污水，降低吨油的新鲜 水消耗，提升炼汕水平。参考文献1 张莉红等.炼油污水处理技术进展j.安全、健康和环境,2008 ,8(1) :30312 马云等.炼油厂污水深度处理与回用技术综述j.石油化工环境保护，2005, 28( 3): 22253 仝志明.双膜工艺i叫用炼汕废水长期稳定运行经验总结j.现代化工，2007,27, (2): 4344364 雍文彬等.膜生物反应器(m br)处理炼油污水j.水处理技术,2005,31, (11):7015 李本高，汪燮卿.污水回用技术进展与发展趋势j.工业用水与废水， 2006, 37, (4):广66 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 ,33 (4):187 李定龙等.电吸附除盐技术进展及其应用j.水资源保护,200& 24 (4) :63