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）作為一項新型的水處理技術(shù)，具有很高的性價比，且處理效果好。采用電吸附技術(shù)對邯鋼污水處理廠的出水進行中試，結(jié)果表明，該技術(shù)對于降低電導(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(電增強吸附)。電吸附的驅(qū)動力來自吸附質(zhì)與電吸附劑電極的各種相互作用。  電吸附過程中，吸附和脫附都可以通過電位的調(diào)控來完成。循環(huán)電吸附時，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)上是一個低電耗的過程。它通過電脫附原位再生使用過的吸附劑，避免采用熱再生，進一步節(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：含離子水由一端進入由陰陽電極形成的通道，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，雙電層所吸附的離子又重新釋放出來，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程中實現(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，需要對目前邯鋼第一污水處理廠的出水進行深度處理。因此使用電吸附技術(shù)對其進行試驗，產(chǎn)水用途為邯鋼循環(huán)補給用水，水質(zhì)需達(dá)到工業(yè)循環(huán)補給水要求。  2.2 試驗工藝流程  工藝流程分為三個步驟：工作流程，排污流程，再生流程。如圖1所示。  工作流程：儲存在原水池中的原水通過提升泵打入保安過濾器，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。  排污過程：排污過程其本質(zhì)和再生一樣，是模塊的一個反沖洗程序，但水源有區(qū)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(jié)水過程，因為經(jīng)過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程，用原水沖洗經(jīng)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。  2.3 數(shù)據(jù)與分析  中試分四個階段運行，第一階段要求出水達(dá)到循環(huán)補給水要求，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)率與其所含的無機酸、堿、鹽的量有一定關(guān)系。當(dāng)它們的濃度較低時，電導(dǎo)率隨濃度的增大而增大，因此常用于推測水中離子的總濃度或含鹽量。本試驗對電導(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)的一個重要指標(biāo)，對工業(yè)用水影響很大，過高的總硬度會導(dǎo)致結(jié)垢。本次試驗總硬度去除率見圖3。  由圖3可以看出，電吸附對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，氯離子過高可能對鋼鐵管道產(chǎn)生腐蝕。氯離子的去除也是除鹽的重要指標(biāo)。本次試驗氯離子去除效果見圖4。  由圖4可以看出，對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)測的重中之重，電吸附對cod的去除效果見圖5。  電吸附對cod的去除機理有兩種，一是吸附（還原性物質(zhì)或極性有機物），一是分解（非極性有機物）。濃水cod是否濃縮，主要取決于這兩種處理方式哪個占主要，而這兩種去除方式哪個占比例大又主要取決于原水有機物的種類及濃度。從圖8看，濃水cod是有些濃縮的，經(jīng)對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)。  從整個運行結(jié)果看：平均進水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一般都會濃縮4倍左右。  3.結(jié)論  本試驗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，對其外排水進行深度除鹽處理試驗研究。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，就這部分的去除機理仍需要進行探討。  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研究[j].中國給水排水,2003,19(11):36-38．