電吸附技術(shù)在鋼鐵污水深度處理中的中試研究

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【摘  要】電吸附技術(shù)（est）作為一項(xiàng)新型的水處理技術(shù)，具有很高的性價(jià)比，且處理效果好。采用電吸附技術(shù)對(duì)邯鋼污水處理廠的出水進(jìn)行中試，結(jié)果表明，該技術(shù)對(duì)于降低電導(dǎo)率、氯根和硬度的效果明顯，得水率高，基本適用于工業(yè)循環(huán)用水。 

【關(guān)鍵詞】污水回用；電吸附；除鹽  1.引言  電吸附（electrosorption）又稱電容去離子技術(shù)（capacitive deionization）。它是利用帶電電極表面吸附水中離子及帶電粒子的現(xiàn)象，使水中溶解鹽類及其它帶電物質(zhì)在電極的表面富集濃縮而實(shí)現(xiàn)水的凈化/淡化的一種新型水處理技術(shù)。與常規(guī)的吸附方式不同，電吸附是將吸附劑極化以操縱界面電位，從而改變界面吸附量和選擇性(電增強(qiáng)吸附)。電吸附的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自吸附質(zhì)與電吸附劑電極的各種相互作用。  電吸附過(guò)程中，吸附和脫附都可以通過(guò)電位的調(diào)控來(lái)完成。循環(huán)電吸附時(shí)，吸附劑首先保持在吸附電位，使吸附質(zhì)從一種溶液中移去(電吸附)，然后電位反向控制在脫附電位使其脫附到另一種溶液中(電脫附)。電吸附過(guò)程可構(gòu)成電位控制的吸附、脫附循環(huán)，一方面允許提高吸附容量(電增強(qiáng)吸附)，另一方面原位再生吸附劑。電吸附是一種不涉及電子得失的非法拉第過(guò)程，所需電流僅用于給吸附電極/溶液界面的雙電層充電，因此電吸附本質(zhì)上是一個(gè)低電耗的過(guò)程。它通過(guò)電脫附原位再生使用過(guò)的吸附劑，避免采用熱再生，進(jìn)一步節(jié)約了能耗，并且由于不采用溶劑洗滌或化學(xué)藥劑再生，因而是一種清潔技術(shù)。  電吸附水處理原理：含離子水由一端進(jìn)入由陰陽(yáng)電極形成的通道，在通道中，原水中離子或帶電粒子受到電場(chǎng)力作用而朝極性相反的電極遷移，最終被電極表面的雙電層所吸附。當(dāng)去除電壓并讓雙電層放電時(shí)，雙電層所吸附的離子又重新釋放出來(lái)，這樣雙電層得以再生，為下一輪電吸附做準(zhǔn)備，原水即在這種充放電過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了除鹽及凈化。  2.電吸附技術(shù)在邯鋼污水深度處理中的中試應(yīng)用  2.1 試驗(yàn)要求  為滿足節(jié)能減排的要求，提高邯鋼第一污水處理廠的水質(zhì)，增大回用量減少外排水量，需要對(duì)目前邯鋼第一污水處理廠的出水進(jìn)行深度處理。因此使用電吸附技術(shù)對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)，產(chǎn)水用途為邯鋼循環(huán)補(bǔ)給用水，水質(zhì)需達(dá)到工業(yè)循環(huán)補(bǔ)給水要求。  2.2 試驗(yàn)工藝流程  工藝流程分為三個(gè)步驟：工作流程，排污流程，再生流程。如圖1所示。  工作流程：儲(chǔ)存在原水池中的原水通過(guò)提升泵打入保安過(guò)濾器，大于5μm的殘留固體懸浮物或沉淀物在此道工序被截流，水再被送入電吸附（est）模塊。水中溶解性的鹽類被吸附，水質(zhì)被凈化。  排污過(guò)程：排污過(guò)程其本質(zhì)和再生一樣，是模塊的一個(gè)反沖洗程序，但水源有區(qū)別，排污過(guò)程用的是中間水池的水，即再生之后的濃水，這是一個(gè)有效的節(jié)水過(guò)程，因?yàn)榻?jīng)過(guò)再生之后的濃水尚未達(dá)到飽和，所以用再生后產(chǎn)生的濃水再次沖洗模塊，就節(jié)省了沖洗過(guò)程中的用水量，提高了產(chǎn)水率。  再生流程：就是模塊的反沖洗過(guò)程，用原水沖洗經(jīng)過(guò)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(jìn)入中水池的水等待下一個(gè)周期排污用。  2.3 數(shù)據(jù)與分析  中試分四個(gè)階段運(yùn)行，第一階段要求出水達(dá)到循環(huán)補(bǔ)給水要求，得水率75%；第二階段要求得水率70%；第三階段要求得水率80%；第四階段要求得水率75%。  2.3.1電導(dǎo)率。水的電導(dǎo)率與其所含的無(wú)機(jī)酸、堿、鹽的量有一定關(guān)系。當(dāng)它們的濃度較低時(shí)，電導(dǎo)率隨濃度的增大而增大，因此常用于推測(cè)水中離子的總濃度或含鹽量。本試驗(yàn)對(duì)電導(dǎo)率的去除效果如圖2所示。  從圖2可以看出，第一階段平均去除率74.5%；第二階段平均去除率79.5%；第三階段平均去除率66.6%；第四階段平均平均去除率73.1%；出水平均電導(dǎo)率為588.9μs/cm。  2.3.2總硬度。總硬度是水質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)，對(duì)工業(yè)用水影響很大，過(guò)高的總硬度會(huì)導(dǎo)致結(jié)垢。本次試驗(yàn)總硬度去除率見圖3。  由圖3可以看出，電吸附對(duì)硬度的去除效果還是比較好的。其中第一階段平均去除率79.6%；第二階段平均去除率84.8%；第三階段平均去除率76.4%；第四階段平均去除率77.1%，出水總硬度平均達(dá)到5.1mmol/l。  2.3.3氯化物。氯離子是主要考察指標(biāo)之一，是總鹽中含量最高的組分，氯離子過(guò)高可能對(duì)鋼鐵管道產(chǎn)生腐蝕。氯離子的去除也是除鹽的重要指標(biāo)。本次試驗(yàn)氯離子去除效果見圖4。  由圖4可以看出，對(duì)氯離子的去除效果是相當(dāng)好的（要優(yōu)于電導(dǎo)率），其中，第一階段平均去除率80%；第二階段平均去除率86.2%；第三階段平均去除率69.3%；第四階段平均去除率82.1%；出水氯離子濃度平均為91.05mg/l.  2.3.4cod。cod是水中有機(jī)物消耗氧的含量，是反應(yīng)廢水污染程度的重要指標(biāo)之一，是水質(zhì)監(jiān)測(cè)的重中之重，電吸附對(duì)cod的去除效果見圖5。  電吸附對(duì)cod的去除機(jī)理有兩種，一是吸附（還原性物質(zhì)或極性有機(jī)物），一是分解（非極性有機(jī)物）。濃水cod是否濃縮，主要取決于這兩種處理方式哪個(gè)占主要，而這兩種去除方式哪個(gè)占比例大又主要取決于原水有機(jī)物的種類及濃度。從圖8看，濃水cod是有些濃縮的，經(jīng)對(duì)原水及濃水取樣分析toc，濃水的toc并未增加，因此推斷原水中可能含有還原性的物質(zhì)。  從整個(gè)運(yùn)行結(jié)果看：平均進(jìn)水cod44.7mg/l，平均出水cod 12.6mg/l，平均去除率71.8 %；平均濃水cod102.7mg/l，濃縮1.3倍，而反滲透濃水cod一般都會(huì)濃縮4倍左右。  3.結(jié)論  本試驗(yàn)采用常州愛思特凈化設(shè)備有限公司的電吸附除鹽設(shè)備，在邯鋼第一污水處理廠，對(duì)其外排水進(jìn)行深度除鹽處理試驗(yàn)研究。根據(jù)中試結(jié)果可得出以下結(jié)論：  （1）原水平均電導(dǎo)率2213.93μs/cm.，出水平均電導(dǎo)率588.9μs/cm.，平均去除率為73.4%  （2）原水平均總硬度為24.9mmol/l，出水平均總硬度為5.1mmol/l，平均去除率為79.5%  （3）原水平均氯根為442mg/l.，出水平均氯根為91.05mg/l.，平均去除率為79.4%  （4）原水平均cod為44.7mg/l.，出水平均cod為12.6mg/l.，平均去除率為71.8%,但是去除率及其不穩(wěn)定。  由此可見，電吸附技術(shù)基本能滿足邯鋼循環(huán)水對(duì)電導(dǎo)率、總硬度和氯根這些指標(biāo)的要求，且去除效率較高，但對(duì)鋼鐵綜合污水中cod的去除效果不穩(wěn)定，這和cod的成分有很大關(guān)系，就這部分的去除機(jī)理仍需要進(jìn)行探討。  參考文獻(xiàn)  [1]王秀芳,田勇.納米多孔材料炭氣凝膠及其在電吸附領(lǐng)域的應(yīng)用[j].化工新型材料,2007(01):14-15．  [2]劉海靜,張鴻濤,孫曉慰.電吸附法去除地下水中離子的試驗(yàn)研究[j].中國(guó)給水排水,2003,19(11):36-38．