電吸附技術在火電廠深度除鹽中的應用
來源： 閱讀：8889 更新時間：2011-11-02 15:441 工程概況：
某熱電有限公司使用經(jīng)過混凝沉淀、過濾、混床等系統(tǒng)工藝處理的河水作為鍋爐水的補水，但經(jīng)過一段時間的運行發(fā)現(xiàn)，靠全離子交換設備進行鍋爐補給水處理，不僅酸堿耗量不斷增加，大宗材料消耗嚴重超標的問題將日趨嚴峻，嚴重影響著本廠的經(jīng)濟效益。而且在對離子交換除鹽設備進行再生時加入多少酸、堿，再生過程中就要排出多少其它鹽類（如殘余廢酸堿、氯化鈣、鎂、氯化鈉、碳酸鈣、硫酸鈣、碳酸鎂等），由于這些大量地排放這些化學物質(zhì)會給環(huán)境造成污染。 因此，對現(xiàn)有全離子交換除鹽技術需進行重大技術革新。目前，除鹽的方法主要有電吸附、反滲透、電滲析、離子交換等。反滲透、電滲析、離子交換這些方法對前道預處理要求普遍較高，且會增加投資和運行成本。電吸附水處理技術為近年來的一項新興技術[1]，技術上已比較成熟，其最大的特點就是對進水的水質(zhì)要求較低，且運行中基本不消耗化學藥劑，所以不需要增加過多預處理設施，運行維護也較方便；谏鲜霰容^明顯的技術及成本優(yōu)勢，該公司于2009年8月底采用電吸附中試設備對其經(jīng)過混凝沉淀及過濾之后的出水進行除鹽中試試驗，并取得了非常滿意的效果。
鑒于良好的中試效果，公司決定領導遂決定采用常州愛思特公司生產(chǎn)的電吸附除鹽設備對其預處理（混凝沉淀、過濾等）之后的出水實施深度除鹽項目工程。該項目設計處理能力：10000m3/d，分二期實施：一期5000 m3/d，二期5000 m3/d，現(xiàn)已完成一期。產(chǎn)水率大于等于75%，即產(chǎn)水大于等于3750 m3/d，即要求產(chǎn)水量為156.25 m3/h，一期實際使用模塊34個。
2 技術原理
電吸附技術（Electro-Sorb Technology,簡稱EST）除鹽的基本思想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，對電極的充放電進行控制，改變電極處的離子濃度，并使之不同于本體濃度，從而實現(xiàn)對水溶液的脫鹽[2]。由于碳材料，如活性炭和炭氣凝膠等制成的電極，不僅導電性能良好，而且具有很大的比表面積，置于靜電場中時會在其與電解質(zhì)溶液界面處產(chǎn)生很強的雙電層[3]。雙電層的厚度只有1～10nm，卻能吸引大量的電解質(zhì)離子。一旦除去電場，吸引的離子被釋放到本體溶液中，溶液濃度升高，通過這一過程實現(xiàn)電極材料的再生，其原理如圖1所示。
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圖1 電吸附原理圖
電吸附除鹽工藝的優(yōu)點
（1）耐受性好，運行成本低
核心部件使用壽命長（實際工程連續(xù)運行已達5年以上），避免了因更換核心部件而帶來的運行成本的提高。該技術屬于常壓操作，能耗比較低，其主要的能量消耗在于使離子發(fā)生遷移，并通過控制電壓使電極表面不發(fā)生極化現(xiàn)象。由于電吸附技術凈化/淡化水的原理是有區(qū)別性地將水中作為溶質(zhì)的離子提取分離出來，而不是把作為溶劑的水分子從待處理的原水中分離出來，因此與其它除鹽技術相比可以大大地節(jié)約能源。
（2）水利用率高
EST技術可以大大提高水的利用率，一般情況下水的利用率可以達到75%以上。
（3）無二次污染
電吸附技術不需任何化學藥劑來進行水的處理，從而避免了二次污染問題。電吸附系統(tǒng)所排放的濃水系來自于原水，系統(tǒng)本身不產(chǎn)生新的排放物。
（4）操作及維護簡便
由于電吸附系統(tǒng)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(tǒng)造成不可修復的損壞。鐵、錳、余氯、有機物、鈣、鎂等對系統(tǒng)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(yǎng)。系統(tǒng)采用計算機控制，自動化程度高，對操作者的技術要求較低。
3 工藝流程
工藝流程分為二個步驟：工作流程，反洗流程。
流程如圖2所示：
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圖2 工藝流程
工作流程：原水池中的水通過提升泵被打入保安過濾器，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。
反洗流程：就是模塊的反沖洗過程，沖洗經(jīng)過短接靜置的模塊，使電極再生，反洗流程可根據(jù)進水條件以及產(chǎn)水率要求選擇一級反洗、二級反洗、三級反洗或四級反洗。
4 數(shù)據(jù)與分析
一期工程調(diào)試時間（試運行及系統(tǒng)檢修）：2010年1月19日至2010年1月24日；
現(xiàn)場驗收時間（驗收整個施工和安裝項目）：2010年1月25日；
驗收時間（連續(xù)運行并考核）：2010年1月26日至2010年1月29日；
檢測電導、總硬度、氯化物等指標，并提出水質(zhì)分析報告單，數(shù)據(jù)分析如下。
4.1 電導率
水的電導率與其所含的無機酸、堿、鹽的量有一定關系。當它們的濃度較低時，電導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。電吸附技術對電導率的去除效果如下圖所示。
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圖3 電吸附系統(tǒng)對電導率去除效果
從運行和檢測結果看，原水和產(chǎn)水的電導率均比較穩(wěn)定，原水平均電導率為389μS/cm，產(chǎn)水平均電導率為118μS/cm，平均去除率為69.4%。
4.2 硬度
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圖4 原水、產(chǎn)水的硬度的去除效果
從圖4可以看出，原水的硬度平均值為1.19mmol/L，產(chǎn)水的硬度平均值為0.4 mmol/L ，去除率為66%。
4.3 氯化物
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圖5 氯化物濃度及去除率的變化情況
由圖可知，電吸附原水和產(chǎn)水的氯化物濃度比較穩(wěn)定，原水氯化物平均濃度為64.7mg/L，產(chǎn)水平均值13.6 mg/L，平均去除率達到了79%。由于陰離子一般不會形成水和離子，其離子半徑相對較小，有利于吸附行為的發(fā)生，所以氯離子的去除率要高于陽離子甚至是其它陰離子[4、5]。
4.4 耗電量及產(chǎn)水率
本工程處理水量200m3/h，運行費用0.3元/ m3，其中電費0.17元/ m3(電耗為0.55kW·h/m3，電費按0.3元/ kW·h計，電廠內(nèi)部電價相對較低)，人工費0.1元/ m3，設備維護費0.03元/ m3；系統(tǒng)產(chǎn)水率≥75%。
5 結論
采用常州愛思特凈化設備有限公司的電吸附除鹽設備，在寧波某熱電有限公司建成日處理量為10000t的項目（分二期實施：一期5000 m3/d，二期5000 m3/d，其中一期已經(jīng)投產(chǎn)，二期也已經(jīng)開始調(diào)試），對其經(jīng)過混凝沉淀并過濾之后的出水進行深度除鹽處理，從運行結果看，原水和產(chǎn)水的電導率均比較穩(wěn)定，原水平均電導率為389μS/cm，產(chǎn)水平均電導為118μS/cm，平均去除率為69.4%；原水的硬度平均值為1.19mmol/L，產(chǎn)水的硬度平均值為0.4 mmol/L ，去除率為66%；電吸附原水和產(chǎn)水的氯化物濃度比較穩(wěn)定，原水氯化物平均濃度為64.7mg/L，產(chǎn)水平均值13.6 mg/L，平均去除率達到了79%；運行費用0.3元/ m3；產(chǎn)水率≥75%。
綜上，經(jīng)過一段時間的連續(xù)運行，電吸附除鹽設備的運行穩(wěn)定、維護較簡單、前期預處理要求較低、產(chǎn)水水質(zhì)較穩(wěn)定以及運行成本低等優(yōu)勢得到了充分的體現(xiàn)，而且從檢測的結果來看，電吸附技術能夠充分滿足電力行業(yè)對除鹽技術的要求。以電導率去除率69%來計算，理論上每年就減少了69%的酸堿用量，按此計算，3-4年節(jié)約的酸堿費用就相當于增加電吸附設備及其預處理系統(tǒng)的投資，只要運行維護得當，電吸附模塊的使用壽命可以超過8年，而且大大減少對環(huán)境的污染。同時增設電吸附設備后，混床運行時間增長，大大降低了工人的勞動強度，有利于提高企業(yè)勞動生產(chǎn)率，既帶來了顯著的經(jīng)濟效益，又具有廣泛的社會效益。
參考文獻
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[3] 查全性. 電極過程動力學導論（第3版）[M]. 北京: 科學出版社，2002.
[4] Dengsong Zhang, Liyi Shi, Jianhui Fan, et.al.Removal of NaCl from salt water solution using carbon nanotubes/activated carbon composite electrodes[J]. Materials Letters, 2006, 60:360-363.
[5] Li L X,Zou L D,Song H H,et al.Ordered mesoporous carbons synthesized by a sol-gel process for electrosorptive removal of sodium chloride.Carbon,2009,47:775.
