电吸附技术在电力行业废水处理中的应用

从上述分析中不难看出，与其他技术相比，电吸附技术的优势特征显得尤为突出，基于此，以下总结了电吸附技术的优势和特点：

（1）吸附量大

应选取比表面积较大的吸附材料，本身即具有较好的吸附容量。吸附材料在通电后，会在表面形成双电层，双电层的扩散层被压缩，电荷密度增大，反离子的需求量增加，使更多的离子聚集到双电层中。在电场力的作用下，离子的迁移速率也随之增大，这使得离子更容易被吸附在材料上。此外，通电后的吸附材料会比未通电的吸附材料吸附容量大5～10倍。

（2）成本较低

电吸附工艺装置投资略高于热法和膜法工艺装置，但在后续的运行过程中，减少了加药费用以及膜更换费用。由于吸附材料一般选取廉价易得的碳材料，该材料具有较好的稳定性，无需频繁更换。

（3）无需加药，无二次污染

在整个过程中，不添加药剂，即可实现对水中盐分进行脱除，节约成本，而且可以避免不必要的杂质。电吸附系统本身不产生新的排放物，避免了二次污染。

（4）操作灵活

若要实现吸附与脱附过程之间的切换，只需要电极倒换。处理水量以及排放水浓度都可以根据需要调控。

（5）耐受性强。

电吸附装置核心部件使用寿命长，不需要经常更换部件，运行成本较低综上所述，在电力行业废水处理与污染水再利用领域，电吸附技术具有明显的技术优势和经济优势。因此，将电吸附技术用于废水处理具有良好的发展潜力。

3 电吸附技术在电力行业的应用

电吸附技术具有一系列优势和广阔运用前景，已经在水处理行业得到了较多应用，例如海水淡化、电厂循环冷却排污水、煤矿矿井水、工厂印染废水和脱硫废水。以下以循环冷却水和脱硫废水为例进行分析。

3.1 循环冷却排污水处理

循环冷却排污水在工业用水中占据着很大的比重，其广泛的运用于电力，石油和钢铁等行业中。电厂循环冷却污水水量大、含盐量高、余热大、有毒物质多，对环境危害大。如果不对其进行处理，会使循环冷却水系统的设备发生结垢和腐蚀，影响生产过程。

利用电吸附技术处理循环冷却排污水是缓解水资源紧缺的有效手段。Ma等以实际循环冷却排污水为研究对象，在最佳实验条件下，探究脱盐性能和主要离子去除效果。实验数据有效说明，电吸附技术在电厂循环冷却排污水脱盐处理中具有良好的处理效果。李永辉以循环冷却水为研究对象，进行电吸附脱盐。该技术对Cl-和Ca2+去除效率尤其好，出水能够满足开式循环冷却水的要求。Shen等针对电厂循环水系统的排污水盐份含量、产水量大且回用难等问题，将电吸附技术应用于废水脱盐再利用领域。研究结果表明整个电吸附试验装置可实现连续稳定的运行，对电厂循环排污水初级脱盐处理显现出良好的可行性。

3.2 脱硫废水的处理

环保政策法规《火电厂污染防治技术政策》对电厂废水处理设计进行了明确的规定，因为脱硫废水成分复杂，含盐量高，腐蚀性强，含有复杂重金属物质等原因，脱硫废水零排放是当前电力环保的重点。

电吸附技术具有操作灵活性高（可根据水质要求灵活控制出水水质）、可吸附容量大、无需加药及自动化程度高等特点。电吸附电极通常由高孔炭材料组成。与反渗透和蒸馏不同，电吸附工艺无需高压或高温，其可以在室温下连续水流作用下施加小电压运行。与电渗析相比，本技术未采用离子交换膜，因此不会产生膜堵塞问题，对进水水质要求不高。与膜法浓缩减量相比，无需更换膜、运行成本低、不易结垢和堵塞。与烟气蒸发浓缩技术对比，电吸附不易结垢，而且烟气浓缩塔酸性较强，极易对设备造成腐蚀，电吸附由于无需加药以及没有造成二次污染等特点，很好地避免此类现象。此外，在很多电厂尾部已经没有足够的空间搭建额外脱硫废水处理装置，电吸附术占地空间小这一特点恰好能有效的解决此类问题。因此，利用电吸附技术作为脱硫废水的减量单元，具有较大的优势和广阔的应用前景。本技术构建的脱硫废水零排放工艺流程见图11，经三联箱处理后的脱硫废水，首先进入微滤系统，去除水中残留的悬浮物；然后进入电吸附装置，脱除水中盐分，产生的淡水返回脱硫塔回收利用，浓水可进入旁路烟道一并处理或电解生成杀菌剂用于循环冷却水中。这一系统将电吸附作为旁路烟道蒸发技术的前处理单元，耦合了膜法处理，电吸附，烟道蒸发的技术优势，实现集成创新。

利用水中的COD和氨氮(其形态与pH值有关)往往以带电离子形态存在的特点，潘利祥等采用电吸附对这部分废水进行深度处理，试验结果表明：处理后脱硫废水中的COD、氨氮及重金属离子浓度大大降低，能够实现部分废水的循环利用。

4 电吸附技术国内外发展案例

电吸附技术概念是由Blair和Murphy在1960年首次提出。20世纪70年代，Johnson和Newman以多孔碳制作成吸附模型，得出决定电吸附吸附量的相关技术，包括电极表面积，施加的电压大小以及双电层电容等。20世纪90年代中期，美国LawrenceLivermore国家实验室运用了碳气凝胶，在建立的电吸附模型中将其作为吸附电极。与初期缓慢的发展形成对比，近几十年电吸附技术飞速发展，在装置结构、离子交换膜、电极材料等方面取得了巨大的进步，电吸附也越来越受到人们的重视。

开始阶段，电吸附装置进水方式是串联，供电方式则是并联，这样导致通道里的管道呈蛇形分布，每一对电极都是分开单独供电。如今进水方式和供电方式相反，进水方式变为并联，供电方式变为串联，这个装置变为直通式，水下进上出，串联供电。此时电能以离子的形式储存在电吸附装置当中，因此可以把电吸附装置比作一个电容器，能量在里面可以进行回收，减少能量的消耗。

20世纪90年代中期是电吸附技术在产业化方面的研究和使用的起步阶段，在1996年，美国LawrenceLivermore国家实验室便研发出了一个完整的电吸附系统，这是历史上第一套电吸附应用装置。1999年，Biosource公司开发出一套电吸附装置，用于海水淡化，此装置为军方所用。2003年，Enpar公司（加拿大）又研制出一些新型电吸附装置，作用是能够选择性地去除水中的铵根离子和硝酸根离子。

国内的电吸附技术研究稍晚一些，在21世纪初期，电吸附技术在产业化方面的探究和使用才开始，留美学者孙晓慰组建的爱思特净化设备有限公司于2001年研制出了一套电吸附除盐装置，这是我国的第一套电吸附实用装置，出于此装置的成功，之后一系列的电吸附除盐装置被开发了出来，对于饮用水的进一步净化和工业中的废水都有一定的贡献。我国电吸附产业化略晚于国外，但是就目前而言，国外的应用规模则较小，电吸附装置流量仅为几十L/h。2006年12月份，我国研发出了大型电吸附装置，这是首套用于污水处理的装置，已经在齐鲁石化投产，处理流量为100t/h。2007年7月，国内首套万吨级的大型污水处理电吸附装置在太原化学工业集团有限公司建成，出水作为工艺用水、锅炉补充水等。

基于电吸附技术环境友好的特点，可以进一步与绿色能源相结合，比如光伏发电等。又因为电吸附技术能耗低，有着向小型化便携式发展的趋势。并且基于电吸附技术长期的理论研究和实践总结，电吸附技术将向工艺优化，高比表面积，高比电容，低成本和容易制造的电极材料发展。随着技术的进步，电吸附技术的潜力会逐渐迸发，预计会得到更大规模的应用。

从上述案例可以看出，虽然电吸附处理技术在国内外有不少应用，但仍然存在诸多缺陷，制约其大规模应用，例如使用周期短、稳定性差、电极电阻较大、电流效率低、电极材料成本较高以及电催化活性等。今后应从以下三个方面进行改进：

（1）作为电吸附系统中最重要的组成部分，吸附材料的吸附容量一直是研究的重点。提高吸附容量将大幅提高系统的除污能力，减少再生频次。此外，吸附材料的再生效果即材料的稳定性也会影响着系统使用寿命。

（2）结构特殊的电吸附系统可通过增大反应器比电极面积、强化传质、提高反应器的时空产率，继而完成对该系统的优化。

（3）电吸附水处理技术无法对一些污染物完成同时净化，因此可将其与其他水处理技术集成或采用催化电极材料。与国外技术发展相比，国内电化学水处理技术的研究尚缺乏系统性，在反应器优化设计与功能耦合方面尚有较大差距。

5 总结

以电吸附为核心的一体化多功能耦合系统，兼顾除盐，防垢等功能，可用高效低能耗地除去废水中污染物，在电力行业具有广阔的应用前景。由于电吸附技术目前在电力行业中处于初步探索阶段，仍然有许多问题需要解决和探索。比如在电吸附机理、预测模型、吸附材料等尚需进一步研究。尤其是在处理脱硫废水方面，由于脱硫废水水质复杂，盐浓度相对较高，仅仅依靠吸附材料很难有效的将废水净化，因此还需要耦合其他技术。相信在未来发展中，电吸附水处理技术能够成为电力行业废水处理中的重要“帮手”。