中期检查报告

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1、编号：哈尔滨工业大学大一年度项目中期检查报告项目名称：粉末活性炭吸附缓解CDI有机污染研究项目负责人：郄航学号：1172510119联系电话：电子邮箱：院系及专业：环境学院给排水科学与工程指导教师：职称：联系电话：电子邮箱：院系及专业：哈尔滨工业大学基础学部制表填表日期：2018年4月1日11一、项目团队成员（包括项目负责人、按顺序）姓名性别所在院学号联系电话本人签字郄航女环境学院117251011918945656006田姿女环境学院117251012213379512443杜松杭男环境学院117251012113206680268二、指导教师意见签名：年月日三、项目

2、专家组意见1．是否达到中期目标（在□内打√）：□达到中期目标□基本达到中期目标□未达到中期目标2．成绩评定（在□内打√）：□合格□改进后可继续执行□不合格，项目实施意见：□提出警告、观察后再定继续执行或中止□中止实施3．其它意见和建议：组长签名：（盖章）年月日11粉末活性炭吸附缓解CDI有机污染研究1立项背景随着工业社会的飞速发展与人口快速增长，水资源需求与日俱增，联合国和经济合作与发展组织报道到2025年全球将有3.9亿人口缺水。由于气候变化和工业对于自然淡水资源不合理的消耗导致自然淡水资源日益减少，同时全世界每年有大约14%的淡水资源被污染，这些都加剧了水资源短缺的

3、程度，水危机日益凸显。而地球上98%的水是由海水和咸水组成[1]，因此现在各个国家都在发展脱盐技术[2-3]。经过几十年的发展，大量的脱盐技术应运而生，目前使用的脱盐技术主要有膜法、蒸馏法、结晶法、离子交换法和溶剂萃取法等。其中反渗透、多级闪蒸、多效蒸发分别占据市场份额的64%、23%和8%[4-5]。但是这些传统的脱盐技术存在很多问题，如电渗析使用的电压高，闪蒸需要能耗大，使用最多的反渗透则存在高压、高能以及二次污染问题[6-7]。电容去离子（Capacitivedeionization，CDI）作为一种能量利用率高、环境友好、运行成本低、操作简单的脱盐技术，已经引起

4、了科研人员的广泛关注。CDI是一种基于电化学双电层理论的电化学脱盐技术，主要包含两个处理阶段——吸附与脱附[8]。在吸附阶段，通过对多孔电极施加一个外部直流电压，在两个电极间形成静电场，溶液中的离子在静电场的作用下会向两个电极迁移，最终被电极吸附而得到去除。运行一段时间后，电极的吸附容量接近饱和，需要使CDI系统短路或反转电极，使电极上吸附的离子（失去了静电作用或是反向静电场的作用）脱附下来，从而电极的吸附性能得到了恢复，具体见图1[5]。图1CDI的吸附（a）与脱附（b）20世纪60年代中期，Caudle和Johnson团队首次提出了CDI这一概念。然而由于成本以及电

5、极效率等问题，并没有引起人们的关注。直到20世纪90年代，Farmer等人开发了一种以碳气凝胶为电极的CDI装置，极大的提高CDI的脱盐效率，使CDI进入了一个快速发展阶段[9]。现阶段大部分注意力集中在寻找和合成优良的电极材料上，图2则展示了CDI技术的发展过程[10]。相对反渗透、多级闪蒸和多效蒸馏，CDI主要的限制在于稳定性、盐分浓度、电极效率以及成本。T.J.Welgemoed和C.F.Schutte进行一个最完整的CDI脱盐实验，处理水量为3785，而反渗透处理厂通常的脱盐规模在1000000。从成本和盐分浓度角度考虑，他们的结果表明只有在处理低浓度盐水时，C

6、DI相对电渗析才能表现出优势。例如在处理浓度为2000，反渗透脱盐成本为0.35，CDI的成本为0.115。而在处理高浓度盐水时，除非显著降低CDI系统的基建费用，否则CDI是没有竞争力的[5]。因此，现阶段利用CDI去处理中低浓度的苦咸地下水是一个很有前景的方案。11图2CDI技术发展史作为一种脱盐技术，CDI具有以下几个优势[11]：（1）不像反渗透、多级闪蒸和多效蒸发，CDI不需要提供高压和高温，在低压和常温下就可以正常运行，一方面节省了运行费用，另一方面不需要相应的配套设施；（2）CDI运行时，原水中只有离子被截留，产水率很高（高达95%）,表明CDI在处理中、

7、低浓度盐水时具有很高的能量利用率；（3）CDI运行时施加的电压低（一般为11.5V），因此可以使用太阳能等可再生能源为其供电；同时CDI装置轻便、操作简单，流动性强，适合偏远地区；（4）CDI通过短路或反转电极进行再生，不需要使用化学药剂，不会11产生二次污染，同时再生时产生的电能可被回收利用。但是CDI在长期运行过程中会受到可溶性有机物以及无机盐的污染[12]，并且有机污染对CDI运行产生很大影响。这主要是由于：（1）使用的电极材料为具有高比表面积的多孔材料，这样的结构决定了它对于有机物就有很好的吸附效果；（2）运行过程中，有机物就会在