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作者：趙亭月（山東省水利科學研究院0531-86959294）黃浩（諸城金昊三揚環保機械有限公司 0536-6184876） 關鍵詞：電吸附 離子 帶電粒子 電極的恢復 電極飽和 脫鹽率 自然界中的水根據其所在的環境不同，其所溶解的物質也不同，其中包括種類及數量。這些溶解物的種類與數量都會直接影響其使用價值。人們要想使用這些水就必須對其進行處理。隨著淡水資源的緊缺，苦咸水的處理、利用問題將是人們節約淡水資源，開辟新水源的重要手段。 一、水處理技術簡述 利用水處理技術可以將不同水質的水處理成滿足人們任意要求水質的水。水處理的內容從宏觀上分：可以分為對水的凈化，如污染水的處理、飲用水的過濾消毒等；水的淡化，如苦咸水的除鹽、海水的淡化、超純水的制取等。目前，水的淡化技術常用的有：電滲析技術、反滲透技術、離子交換技術、蒸餾技術、冷凝技術等。 以上技術在不同的應用領域都有其獨到的技術特長。尤其是電滲析及反滲透技術，在苦咸水及海水淡化中已經得到了廣泛的利用。但也有其許多不足之處，如電滲析的脫鹽率的限制、反滲透的技術要求嚴及成本高、離子交換的容量限制及再生廢液的產生、蒸餾及冷凝的能耗高等。為此，人們就利用水中的鹽是以帶電離子狀態存在這一特定現象，并利用了異電荷相互吸附的原理，研究并生產出了電吸附水處理設備，此項技術一推出便受到了水處理領域的高度重視。 二、電吸附技術 電吸附技術的原理是：在溶液中存在著帶有陰、陽電荷的兩種離子及帶電微粒子，如果在溶液種插入直流電極，溶液中的陰、陽離子及帶電粒子就會被分別吸附在陽、陰電極上，溶液就被淡化。水中的溶解物大多數是以離子狀態或帶電粒子存在，在直流電場中，水中的這些帶電物質分別向陰、陽極移動，如果使用特殊材質的電極，這些陰、陽離子及帶電粒子就分別會被陽、陰電極所捕捉吸附，從水溶液中分離出來，水就得到了淡化。如果水是從一對電極的一端進入，從另一端流出。水中的離子及帶電粒子就被電極捕捉吸附，這樣就會連續的得到被淡化了的水。 （一） 電極的飽和水中離子及溶解的礦物質的多少，人們稱其為水的礦化度。礦化度大，水中的可溶礦物含量也就越多，對電吸附的電極要求也就越高，其主要的是電極的表面積。在一特定表面積的一對電極形成的電場中，處理一定量的水量后，陰、陽電極就會聚集一定量的離子（粒子），這些同類離子層間就會產生巨大的排斥力，使后來的離子（粒子）不能被吸附而隨水流逃走，此時稱之為電極的飽和。電極的飽和在特定的水質情況下，是非常容易預先計算出的。 水中帶電離子（粒子）在電極表面被吸附、富集、濃縮，使電極表面形成雙電層，其濃度與水中這些帶電微粒的濃度成如下關系： q=k(C)1/n C—為水中帶電離子（粒子）濃度 k—是與電極材料在水中表面的介電常數、離子電價數、法拉第常數、電極表面電位、通用氣體常數、熱力學溫度等有關的綜合參數。當電極的表面電位為水的電解電位時，k是一個與某一環境、設備和需處理原水特性有關的半理論半實驗的值。目前，有美國密執安理工大學James.Y.Hwang博士和留美學者孫曉慰博士共同研究開發的帶號為Lx的功能材料，經山東省水利科學研究院的大量實驗，對于山東省地區類型的苦咸水來講，其值為：0.45—0.65。 n—為電極材料常數，Lx材料一般在2左右。 對于某一成品的設備，電極工作吸附量的值量可用下式計算： qa=v×t×(G-g) v—為電極間的平均線流速； t—為一工作周期的工作歷時； G—為進水的礦化度； g—為出水的礦化度。 (二)電極的恢復當電極達到電極飽和時，就必須進行電極的恢復，恢復的方法是將電極的極性改變，也就是將電極反相短路。利用同電相相排斥的原理，將吸附在電極上的帶電離子（粒子）排斥釋放到流動的水流中隨水流出。這樣電極就得到了有效的恢復。（三） 工作電壓與電流密度在電吸附的工作過程中，陽極—水流—陰極—電源四者之間就形成了一個完整的閉合電路。在這個電路中的運行電流與電極的面積之比稱其為電極的運行電流密度，在滿足工作電流密度下的電壓，稱其為工作電壓。電流密度的大小，是與要處理的原水水質成正比的，水的礦化度越大在得到同樣的脫鹽率的情況下，所使用的電流密度也就越大。一臺特定的設備，為了得到一定的脫鹽率，一般情況下是根據原水的礦化度先設定電流密度。電壓的高低，一般按滿足電流的需要來設定，但所使用的電壓一般在一對電極間不超過1.2伏。 三、 電吸附設備的幾個工作參數電吸附水處理設備的工作參數與其他設備一樣，主要有如下幾項。 1、 水的利用率由于電吸附設備的工作原理是水中的帶電離子（粒子）被電極直接吸附，無須轉移介質，所以在整個水被淡化的過程中幾乎沒有水的浪費，只是在電極的恢復過程中排掉一些廢水。由于在設備的全部工作時間內，電極的恢復時間只占總時間的10—15%，所以，電吸附的水利用率一般可達90—85%。在前面介紹的電滲析、反滲透兩種水處理設備中，電滲析的水利用率正常情況下為50%，最高一般不會超過75%；反滲透正常情況下為25—30%，最高雖可達到80%，但那樣會有很高的設備投資及運行費用。這無論是從節約水還是節約能源方面，電吸附水處理在水的利用方面都是非常了不起的突破。 2、 脫鹽率電吸附的脫鹽率理論上可達100%。實現高的脫鹽的手段是將多個電極對串聯，這樣，利用不同的電極對組合就可以得到從25%—99%之間的任意脫鹽率。一臺特定的設備的脫鹽率可按下公式計算： （1—F）=(1—f)n F—設備的總脫鹽率； f—一對電極的脫鹽率 n—串聯的電極對數 3、工作供水壓力電吸附的供水壓力水頭損失主要是水流通過電極間隙所產生的。為此，它的供水壓力相對來講是較低的，在不同型號的設備中，壓力的大小主要是有串聯的電極對數來決定，串聯的愈多，工作壓力就愈大。一般供水壓力在0.025—0.125Mpa之間。 4、電極材料的老化目前，電吸附設備的電極大多使用的是Lx功能性復合材料，材質相當穩定，抗氧化、耐腐蝕的性能也特別強，經老化實驗數據推算，壽命可達二十年，是電滲析膜壽命的2.5倍，反滲透膜的七倍。四、 電吸附使用的條件電吸附也與其他水處理技術一樣有它的經濟使用條件。在處理高礦化度的苦咸水及海水時，它不如電滲析、反滲透兩種水處理技術，主要的就是電極飽和過快，頻繁的電極恢復，使得制水時間太短，不能連續供水。所以，目前電吸附技術主要應用于超純水的制取及礦化度小于3000mg/L的飲用苦咸水的淡化。但隨著新型電極材料的發現及工藝的改進，這項技術應用的領域會更廣，勢必成為水質淡化經濟、實用的一項主要技術。 參考資料：孫曉慰 朱國富 水處理設備技術2001年第2期 |
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