电吸附除盐技术的研究

东北电力学院学报

第25卷第4期 Journal Of Northeast China Vol.25,No.4 2005年8月Institute Of Electric Power Engineering Aug.,2005

文章编号:1005-2992(2005)04-0072-03

电吸附除盐技术的研究

张海平1,吴丽明2,杨 震1,关晓辉1

(1.东北电力学院,化学工程学院,吉林吉林132012;2.吉林化学工业公司研究院,吉林吉林132021)

摘 要:采用表面喷塑的铝板为电极材料,自制了一组电容去离子(EST)模块,并且通过实验确定

厂EST模块运行的最佳条件。结果表明:当电压V=2.5V、流速 =50mL/min时,串联EST模块对自

来水除盐效果较好。此装置因除盐效果好且耗能低,在除盐工艺中将有很好的应用价值。

关 键 词:EST模块;电吸附;除盐;淡化

中图分类号:T P18 文献标识码:A

人类进入21世纪后,所面临的严重挑战就是水资源紧缺和水环境污染问题。由于我国水资源匮乏,污水的大量排放将进一步加剧用水矛盾,水资源污染的问题已经迫在眉睫,人与水的关系可谓是唇亡齿寒。在我国工业蓬勃发展的过程中,水更是工业生产的血液。工业生产过程中所需要的水,很大部分是由除盐系统提供的除盐水或纯水。目前在国内应用的除盐工艺主要有:化学除盐(离子交换法)、膜分离技术除盐(电渗析和反渗透法)和热力除盐(蒸馏法)。

目前,去除水中阴阳离子(包括重金属和放射性同位素)的主要手段为离子交换法。但此法需要大量的离子交换树脂和再生用的酸碱等工业原料,因此不仅运行费用很高,而且酸碱废液的排放还会造成污染。膜分离法对膜和进水水质的要求很高,此外运行和维护的操作也比较麻烦。热力除盐因耗能高使得制水成本相当高,不能满足大量工业生产用水,因此该法难以实现工业化[1,2]。

电吸附除盐又称电容去离子(Electro Sorb Technology,简称EST),因其具有运行能耗低、水利用率高、无二次污染和操作、维护简便等优点,可以应用在饮用水净化、海水、苦咸水淡化(净化)、废水处理领域和工业用水处理等领域,所以已引起众多学者的广泛关注[3~5]。本文中作者自行设计了EST模块,并采用串联组合EST模块形式对自来水进行电吸附处理,除盐效果显著且处理成本低。

1 EST模块制作

1.1 电极材质的选择

EST模块处理效果主要取决于电极的吸附能力,电极直接影响正常运行和除盐效果。它必须具有:(1)良好的化学和电化学稳定性,最好既能耐阳极氧化,又能耐阴极还原;(2)导电性好,电阻小;(3)机械性好,易于加工;(4)原材料便宜[5,6]。实验过程中,选择符合上述要求的铝合金片板为电极材质。

1.2 电极的加工

首先,将铝片加工成长10cm、宽5cm、厚2mm的80片铝电极;然后采用镀膜喷涂工艺,在铝极板表面喷涂上一层防腐膜,能有效的防止铝离子的析出。

收稿日期:2005-04-18

作者简介:张海平(1962-),男,东北电力学院化学工程学院副教授.

图1 模块设计图1.3 模块的加工

模块设计如图1所示。从图上可知,模块上有两种长度不同的卡

槽,较深的卡槽用来镶嵌极板,而相对较浅的卡槽用来固定极板,这样极

板就不会因松动而短路。此外,两卡槽的宽度也不一样。深槽的宽度和

极板的宽度一致,而浅槽宽度仅为2mm ,有利于水的流通。单模块整体

由15对,即30块电极板组成。

2 结果与讨论

2.1 单模块运行条件选择

图2 恒流条件下电压对电导率影响2.1.1 最佳电压测定

将自来水以线形测量方式、恒流( =50mL/min)条

件下,改变电压V= 1.5、2.5、3.5V,检测出水电导率(如

图2所示)。

由图2可知,恒流条件下的电压越高,出水电导率

最低值就越小。此外,电压越高,电导率到达最低值的

时间越短,同时电导率回升的越早。这是因为电压越

高,模块极板间的电流密度也就越大,从而水中离子的

运动速度也越快,因此离子吸附亦快得多;但也是因电

压越高,电极板的电解和极化现象加剧,离子吸附的时

间也相应缩短。

由此,可得出一个经验公式:

除盐最佳时间的相对除盐量=(原水的电导率-最低电导率) 最佳时间

根据以上公式即可得出单模块的最佳电压值为2.5V 。2.1.2 最佳流速测定

在恒电压V=2.5V 条件下,分别调节流速 =25mL/min 、50mL/min 、100mL/m in,检测出水电导率(如图3所示)。

图3 恒压条件下流速对电导率影响

由图3可知,恒电压条件下,流速越小则出水电导

率越低,即处理效果越好。这是因为水的流速越慢,电

极板吸附水中离子就越多,因而处理效果越好。相反,

水流流速越快,因水流冲刷作用将带走越多的离子。当

水流流速趋于零时,吸附效果将达到最好;而当水流流

速趋于无穷大,吸附离子数量也将趋于零。但是,流速

过慢将使模块耗电量增大,所以从EST 模块运行的可

行性及经济性角度考虑,选用运行条件为:电压V= 2.5

V 、流速 =50mL/min 。

2.2 串联双模块

水路和电路连接如图4所示,蓄水池位于较高的位置。利用虹吸将水从蓄水池引入到模块中,模块的电极接直流电源,最后用电导率仪对除盐后的出水进行实时监测。

2.2.1 串联双模块除盐

在双模块串联的情况下,调节电压V=2.5V 、流速 =50mL/min,检测出水电导率(如图5所示)。由图5可知,除盐时间与单模块相当,所以除盐时间主要取决于电压大小;并且两模块串联使用时73第4期张海平等:电吸附除盐技术的研究