电吸附技术在循环冷却水处理中的应用

Posted 2023-01-12 水处理

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某电子集团采用电吸附除盐技术对循环冷却水外排水进行除盐处理，试验结果表明，在原水电导率平均为2 243.5μS/cm、硬度平均为1 161.7mg/L、氯离子平均为396.1mg/L的情况下，产水电导率平均为716.5μS/cm、硬度平均为449.1mg/L、氯离子平均为118.3mg/L，平均去除率分别为68.1%、61%和71.2%；单位水量能耗为1.34kW.h；产水率大于75%。可达《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T 19923—2005)，电吸附除盐技术应用于电子行业循环冷却水除盐处理是可行的。
1 工程概况
某电子集团为提高循环冷却水的浓缩倍数，减少新鲜水补充量，降低运行费用，对外排水进行除盐处理。目前，除盐的方法主要有电吸附、反渗透、电渗析、离子交换等。反渗透、电渗析、离子交换这些方法对前道预处理要求普遍较高，且会增加投资和运行成本。
电吸附水处理技术为近年来的一项新兴技术，技术上已比较成熟，其最大的特点就是对进水的水质要求较低，且运行中基本不消耗化学药剂，所以不需要增加过多预处理设施，运行维护也较方便。该企业采用电吸附中试设备对其循环水外排水进行除盐中试，并取得了满意效果。
2 技术原理
电吸附技术(Electro-Sorb Technology，EST)除盐的基本思想是通过施加外加电压形成静电场，强制离子向带有相反电荷的电极处移动，对电极的充放电进行控制，改变电极处的离子浓度，并使之不同于本体浓度，从而实现脱盐。
碳材料如活性炭和炭气凝胶等制成的电极，不仅导电性能良好，而且具有较大的比表面积，置于静电场中会在其与电解质溶液界面处产生很强的双电层。双电层的厚度只有1～10nm，却能吸引大量的电解质离子。一旦除去电场，吸引的离子被释放到本体溶液中，溶液浓度升高，通过这一过程实现电极材料的再生。
工艺流程分为两个步骤：除盐与反洗。流程如图1所示。

如图1所示，除盐流程为储存在原水池中的水通过提升泵打入保安过滤器，大于5μm的残留固体悬浮物或沉淀物在此被截留，出水进入电吸附(EST)模块进行除盐。
再生流程即为反冲洗过程，用原水池中水经保安过滤器后冲洗经过短接静置的模块，使电极再生。反冲洗后的水进入中间水池，等待下一个周期排污用。排污过程本质和再生一样，是模块的一个反冲洗程序，但水源有区别，排污过程用的是中间水池的水，即再生之后的浓水，这是一个有效的节水过程，因为经过再生之后的浓水尚未达到饱和，可再次冲洗模块，节省冲洗过程中的用水量，提高产水率。
3 设计进出水水质与检测方法
采用电吸附技术进行除盐，保证出水达到《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T 19923—2005)中的敞开式循环冷却水补充水标准，见表1。

系统稳定运行后，每天取样2～3次，每次取样500～800mL进行检测，分析方法见表2。

4 结果与讨论
4.1 电导率
水的电导率与其所含的无机酸、碱、盐的量有一定关系。当它们的浓度较低时，电导率随浓度的增大而增大，因此常用于推测水中离子的总浓度或含盐量。电吸附技术对电导率的去除效果如图2所示。

如图2所示，6月9日以前进水电导比较稳定，6月10日酸洗管道，重新补水，原水变化较大；平均进水电导率为2 243.5μS/cm，出水为716.5μS/cm，去除率为68.1%，出水可以达到要求的1 000μS/cm，且去除率相对较稳定；从整体来看，在进水电导率变化较大的情况下，出水电导率并没有出现异常，模块的抗冲击能力较好。
4.2 硬度
从图3可以看出，原水的硬度平均为1 161.7mg/L，产水平均为449.1mg/L，去除率为61%。

4.3 氯离子
由图4可知，原水氯离子平均为396.1mg/L，产水平均为118.3mg/L，平均去除率达到了71.2%。由于阴离子一般不会形成水和离子，其离子半径相对较小，有利于吸附行为的发生，所以氯离子的去除率要高于阳离子甚至其他阴离子[4，5]。

4.4 COD由图5可知，电吸附技术对该原水中的COD也有一定的去除效果。在原水COD为112.3mg/L的情况下，电吸附产水COD平均为46.3mg/L，去除率为58.8%。

此次中试采用的电吸附除盐系统的处理量为0.5～1m3/h，连续运行19d，共产水604m3，总排水191m3，耗电量为257kW.h，其单位水量电耗为1.34kW.h，系统产水率为76%。
5 结论
采用电吸附除盐技术对电子集团冷却循环水外排水进行除盐中试，取得了很好的效果，在原水波动较大的情况下，产水一直较稳定。
(1)原水平均电导率为2 243.5μS/cm时，产水平均电导率为716.5μS/cm，平均去除率为68.1%。
(2)原水氯离子平均为396.1mg/L，产水平均为118.3mg/L，平均去除率可达71.2%。
(3)原水总硬度平均为1 161.7mg/L，产水平均为449.1mg/L，平均去除率为61%。
(4)原水COD为112.3mg/L，电吸附产水的COD平均为46.3mg/L，去除率为58.8%。
(5)中试系统单位水量电耗为1.34kW.h，系统产水率为76%。
电吸附技术可满足出水水质要求，在保证产水水质的情况下，系统的运行成本也较低，电吸附技术应用于循环冷却水处理可行。