电吸附技术（EST）——除盐和再生水技术

人口膨胀和工业发展，使得我国面临着淡水资源严重短缺的局面。缺水最严重的为东部沿海地区、西部苦咸水地区和内陆大中型城市。预计2030年我国人口达到高峰时，淡水资源紧缺的形势将更加严峻。因此，研究开发利用非传统水资源（海水、苦咸水、中水）实用技术，适度开发苦咸水已是当务之急。

一、电吸附技术：

电吸附技术 (Electrosorb Technology，EST)，又称电容性除盐技术（Capacitive Deionization, CDI），是20世纪90年代末兴起的一项新型水处理技术。其工作过程（吸附）的基本原理是：将两块具有高比表面积的多孔碳电极板平行放置，当给两块电极施以恒定低电压（~1.2 V）形成静电场，两个电极板分别带正负电荷，强制离子向带有相反电荷的电极板上移动，阴离子向正极板移动并聚集，阳离子向负极板移动并聚集，这样使水体本身盐度降低，实现了咸水除盐的效果。

 

 

原水从一端进入由两电极板相隔而成的空间，从另一端流出。原水在阴、阳极之间流动时受电场的作用，水中离子分别向带相反电荷的电极迁移，被该电极吸附并储存在双电层内。随着电极吸附离子的增多，离子在电极表面富集浓缩，最终实现盐分与水的分离，获得淡化的水。

 

 

你会有个疑问：当两个电极吸附的阴阳离子太多，达到饱和了，怎么办？此时，电吸附技术容易再生和循环使用的优点就体现出来了。当电极饱和后可以通过施加反向电场使电极再生。阴阳离子在电场的作用下分别移动并储存在相反电极表面直至电极板达到饱和时，只需将直流电源去掉，并将正负电极短接，由于直流电场的消失，储存在双电层中的离子又重新回到水中，随水流排出，电极也由此得到再生。

 

二、电吸附技术研究发展的三个阶段
1.1960-1980

电吸附技术原理的研究和阐述 

从俄克拉荷马大学研究去除略带碱性的水中盐分开始。Y．Oren等研究了电吸附和电解吸附技术的基础理论、参数的影响和对多种候选电极材料的评价。

2.20世纪90年代

电极材料选择及电极结构设计的核心技术突破

加利福尼亚州的劳伦斯利佛莫尔国家实验室、Mark Andelman等进行了除盐试验的中试工作，取得了较好的试验效果。电吸附技术在国内的研究起步比较晚。陈福明、尹广军等1999年报道了用多孔大面积电极去除水中离子的方法，并对电吸附进行了一系列的理论和实验研究。

3.21世纪以来

电吸附技术模型建立，新装置开发和系统化应用   

Sang Hoon等建立了电吸附模型，研究了电吸附模块的吸附潜能，并对模块的设计参数和运行中的操作条件进行了研究。韩国、荷兰、美国、以色列等国研究者开发了多种电吸附新型装置；国内，孙晓慰等在EST的系统控制和集成等方面取得了突破性进展，研制成功以EST模块为核心组装而成的大型工业化电吸附装置，达到了国际领先水平，并在饮用水深度处理及工业用水处理方面实施了工程化、系统化应用。

 

电吸附工艺流程图

三、技术优势

1.工艺简练。电吸附技术不采用膜类元件，只采用特殊的惰性材料为电极，因此对原水预处理要求不高，即使预处理上出一些问题也不会对系统造成损坏。电吸附除盐装置采用通道式结构（通道宽度为毫米级），因此不易堵塞，对颗粒状污染物要求较低；电场力的作用将阴、阳离子分别吸附到不同的电极表面形成双电层，这会使同一极面上的难溶盐离子浓度积相对低得多，可有效防止难溶盐结垢现象的发生，不会产生垢体。

 

2.能耗低。进行水的除盐处理时，能量消耗主要在使离子发生迁移，而在电极上并没有明显的化学反应发生。与蒸馏法、反渗透法等除盐技术相比，电吸附是将离子提取分离出来，而不是降水分子分离出来，无需高温或高压，因此所耗的能量相对较低。另外，电吸附装置工作时，所施加的电能储存在双电层电容上，如有必要，就可以将所存储的电能在电极再生时回收一部分。也就是说，将吸附饱和的模块上储存的电能再加到另一再生好的模块上，这样可以大大地节约能源。

3.环境友好。电吸附的工作和再生过程，无需任何化学药剂。与离子交换技术相比，减少了在浓酸、浓碱的运输、贮存和操作上的麻烦，而且不向外界排放酸碱中和液；与反渗透相比，无需加入还原剂、分散剂、阻垢剂等。所排放的浓水系来自于原水，系统本身不产生新的排放物，排放不超标，回收经济性好，从而避免了二次污染问题。

4.自动化控制。电吸附的工作系统采用计算机控制，自动化程度高，运行稳定；由于采用碳类电极材料，从理论上讲电吸附模块可以长期服役，预期寿命至少在10年以上。用于再生的冲洗水可重复使用，一般情况下得水率可以达到75%以上；如采用适当的工艺组合，甚至可达90%以上。

5.进水宽松。电吸附对原水进水指标要求不高，铁、锰、氯等离子、pH值、温度和有机物等对整个系统几乎没有影响，所以除盐技术适应性强。在停机期间也无需对核心部件作特别保养，维护方便，操作程序简单。得水率高，正是其良好的适应性，才造就了其广泛的实用性。
四、技术应用方向

1、生活饮用水深度净化处理——去除过量的无机盐类，如钙、镁、氟、砷、钠、硝酸盐、硫酸盐、氯化物等，甚至使一些因无机盐类超标的水源得以有效利用；

2、工业用水除盐处理——纺织印染、轻工造纸、电力化工、冶金等行业都需要大量的除盐水或纯水作为工艺用水）；

3、循环冷却水系统的补水预处理——降低补水含盐量，可以改善水质，以利进一步提高循环水的浓缩倍数，减少补水量和排污水量；

4、循环冷却水系统的排污水再生回用——经过除盐处理的排污水回用于循环冷却水系统替代新鲜补水，可以减少新水消耗和污水排放量，进一步提高循环水的循环利用率；

5、苦咸水淡化等领域，苦咸水淡化乃至海水淡化将是EST技术的下一个更加诱人的应用领域。

五、技术总结

 

电吸附是一种高效无污染的除盐技术，已经逐渐成为水处理除盐领域的研究热点。目前，对于电吸附过程中离子传质和吸附机理进一步深入了解，人们更注重探索更大吸附容量、更快吸附速率和更经济的电极材料，改进电吸附的设备可靠性和稳定性，加强电能回收方面的研究。随着电吸附技术的不断成熟，必将得到更大规模的产业化应用。