一种活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置及其应用方法制造方法及图纸

一种活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置及其应用方法，它属于苦咸水处理技术领域。它要解决现有MCDI处理苦咸水的方法存在的MCDI电极有机污染严重、出水水质差、以及使用不可再生能源供电的问题。装置：它包括原水水箱、止回阀、原水进水阀、活性炭滤池、排水阀、反洗水储存水箱、反洗阀、中间水箱、MCDI进水阀、MCDI组件、再生阀、浓盐水储存水箱、液体流量计或水表、出水阀、清水水箱、太阳能供电系统。本发明专利技术的装置在应用中整个过程都是重力流，节省供水动力费用，同时工作压力低，使用清洁可再生的太阳能作为供电电源，省电环保；提高了出水水质，避免了MCDI的有机污染；易操作、低维护、无化学药剂。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于苦咸水处理
，具体涉及一种低能耗、高效率、持续稳定运行的活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置及其应用方法。
技术介绍
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，因此现在各个国家都在发展脱盐技术。目前广泛使用的脱盐技术包括闪蒸、反渗透、机械蒸汽压缩、电渗析。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。膜电容去离子(MCDI)作为一种低成本、高效率以及环境友好型的电化学脱盐技术受到越来越多的关注。MCDI使用多孔材料作为电极，通过对电极施加电压，在水流通道中形成静电场，当苦咸水通过流道时，苦咸水中的离子会在静电场作用下分别向两个电极迁移，最终被多孔电极吸附而得到去除。MCDI可以去除造成水苦咸特性的大部分离子，同时对其他的微量离子如氟离子、硝酸根离子的去除也是有效的。但是MCDI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，并且有机污染对MCDI运行产生很大影响。这主要是由于：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；运行过程中，有机物就会在电极的孔径中积累，从而堵塞孔径，并且积累的有机物为微生物的生长提供了环境，会在电极上生成一层生物膜，这些都会严重降低电极的吸附容量；同时电极在脱附阶段很难去除积聚在孔径中的有机物，而对于无机离子基本都能去除。因此在长期的运行过程中，有机污染会严重的影响MCDI的脱盐效果。活性炭吸附是给水厂常用来处理水中有机物一种方法，活性炭不仅能吸附去除水中的有机物，还可以去除水中的色、嗅、味、放射性物质等，活性炭对有机物的去除除了吸附作用外，还有微生物降解作用。活性炭分为粉末活性炭和颗粒活性炭，粉末活性炭一般在原水投加，通过与原水的充分混合去除水中的有机物，需要设置搅拌与投加设备，投加量伴随着原水水质波动而变化，操作相对复杂，可移动性差，同时加入原水中的粉末活性炭
现阶段没有办法回收，使用费用高，一般作应急处理使用。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决现有MCDI处理苦咸水的方法存在的MCDI电极有机污染严重、出水水质差、以及使用不可再生能源供电的问题，而提供一种活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置及其应用方法。本专利技术一种活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置，它包括原水水箱、止回阀、原水进水阀、活性炭滤池、排水阀、反洗水储存水箱、反洗阀、中间水箱、MCDI进水阀、MCDI组件、再生阀、浓盐水储存水箱、液体流量计或水表、出水阀、清水水箱、太阳能供电系统；所述原水水箱底部出水管道设置止回阀和原水进水阀，并与活性炭滤池上部进水管道相连通；反洗水储存水箱的进水管设置排水阀，并与活性炭滤池上部进水管相连通；活性炭滤池底部设置出水管道和反洗阀，出水管道与中间水箱的进水管相连通；中间水箱的出水管设置MCDI进水阀，并与MCDI组件的进水管相连通；浓盐水储存水箱的进水管设置再生阀，并与MCDI组件的进水管相连通；MCDI组件的出水管设置流量计或水表、出水阀，并与清水水箱进水管相连通。上述活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置的应用方法，按以下步骤进行：一、原水经进水管直接进入原水水箱，通过原水水箱内的浮球阀控制进水量，保证原水水箱水位恒定，并通过调整原水水箱与中间水箱间的高度差来控制活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置的工作压力；二、原水水箱的出水由活性炭滤池上部的进水口进入，经过活性炭吸附以及微生物降解作用后进入中间水箱；活性炭滤池运行6天后进行反冲洗，反冲洗时，关闭原水进水阀，打开排水阀，使中间水箱的水流自下而上流过活性炭滤池，进入反洗水储存水箱，中间水箱与反洗水储存水箱间的高度差提供水流运动的动力，反冲洗完成后，关闭排水阀，打开原水进水阀，重新进行过滤；三、将MCDI组件、太阳能供电系统用导线连接成完整回路，使MCDI组件电极上施加的电压为1.2V，在电压作用下，水流通道会形成静电场；运行时，中间水箱的出水在中间水箱与清水水箱高度差作用下经MCDI组件的进水口进入，进行脱盐过程；四、采用反接电路的方式进行脱附：当MCDI组件运行3天后，关闭MCDI进水阀，打开再生阀，让清水水箱中的水在清水水箱和浓盐水储存水箱高度差作用下反向流过
MCDI组件，同时将MCDI组件的两个电极与太阳能供电系统反接，脱附已经吸附的离子，脱附的离子会随着反向的水流流入浓盐水储存水箱，经过2小时再生后，关闭再生阀，打开MCDI进水阀，重新进行脱盐过程；五、运行12天后，对反洗水储存水箱进行清理，同时将浓盐水储存水箱中的浓盐水取出进行自然蒸发处理；六、MCDI组件采用周期性连续运行，每个周期包括吸附和脱附两个阶段。本专利技术的原理及优点为：(1)本专利技术的原水水箱使用浮球阀来控制进水量，避免水资源浪费，同时能够维持原水水箱内水位恒定，保证过滤所需工作压力；(2)本专利技术的装置在应用中整个过程都是重力流，依靠各个水箱之间的高度差提供水流运动的动力，节省供水动力费用，同时由于MCDI组件工作压力低，一般都低于1.5V，因此可以使用清洁可再生的太阳能作为供电电源，即节省了电耗又保护了环境；(3)MCDI是一种基于电化学双电层电容理论的电吸附脱盐技术，其基本思想是通过对多孔吸附电极施加一个外部直流电压，在两个电极间形成静电场，使苦咸水中的电性离子在静电场作用下向带有相反电荷的电极方向移动，并通过电极的吸附作用去除溶液中电性离子；(4)本专利技术构建了活性炭滤池耦合太阳能驱动的MCDI处理苦咸水的组合装置，先通过活性炭滤池中活性炭的吸附作用以及微生物的降解作用去除苦咸水中的大部分有机物以及色、嗅、味等物质，一方面提高了出水水质，另一方面避免了有机物对MCDI电极的污染，提高MCDI对盐分去除效果，使MCDI能够长期稳定运行；然后再通过MCDI的电化学吸附作用去除水中的盐分离子；因此，活性炭滤池与MCDI的组合工艺能够发挥两重净水效果，提高出水水质，同时通过活性炭的预处理，使整个系统可以持续高效稳定的运行；(5)通过活性炭预处理，避免了MCDI的有机污染，免去了使用化学药剂对MCDI的清洗过程，节省了大量的附属设备、管道和附件，节约大量的化学药剂，同时避免化学药剂对于MCDI特性的改变；并且活性炭滤池在吸附饱和后可以通过再生而重复使用，同时日常维护简单，只需周期性的清洗，适合偏远山区使用。(6)MCDI组件是由一个个单独的MCDI单元串联而成，可以根据苦咸水的浓度选择需要串联的MCDI单元数目，达到处理不同浓度苦咸水目的。(7)CDI在脱附阶段，会改变电极的电性，从而产生电势，在电势作用下电极会解析
原先吸附的离子，同时溶液中存在的相反电荷离子也会被吸引和吸附。因此，在这一阶段吸附和脱附是同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置，其特征在于它包括原水水箱(1)、止回阀(2)、原水进水阀(3)、活性炭滤池(4)、排水阀(5)、反洗水储存水箱(6)、反洗阀(7)、中间水箱(8)、MCDI进水阀(9)、MCDI组件(10)、再生阀(11)、浓盐水储存水箱(12)、液体流量计或水表(13)、出水阀(14)、清水水箱(15)、太阳能供电系统(16)；所述原水水箱(1)底部出水管道设置止回阀(2)和原水进水阀(3)，并与活性炭滤池(4)上部进水管道相连通；反洗水储存水箱(6)的进水管设置排水阀(5)，并与活性炭滤池(4)上部进水管相连通；活性炭滤池(4)底部设置出水管道和反洗阀(7)，出水管道与中间水箱(8)的进水管相连通；中间水箱(8)的出水管设置MCDI进水阀(9)，并与MCDI组件(10)的进水管相连通；浓盐水储存水箱(12)的进水管设置再生阀(11)，并与MCDI组件(10)的进水管相连通；MCDI组件(10)的出水管设置流量计或水表(13)、出水阀(14)，并与清水水箱(15)进水管相连通。

【技术特征摘要】
1.一种活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置，其特征在于它包括原水水箱(1)、止回阀(2)、原水进水阀(3)、活性炭滤池(4)、排水阀(5)、反洗水储存水箱(6)、反洗阀(7)、中间水箱(8)、MCDI进水阀(9)、MCDI组件(10)、再生阀(11)、浓盐水储存水箱(12)、液体流量计或水表(13)、出水阀(14)、清水水箱(15)、太阳能供电系统(16)；所述原水水箱(1)底部出水管道设置止回阀(2)和原水进水阀(3)，并与活性炭滤池(4)上部进水管道相连通；反洗水储存水箱(6)的进水管设置排水阀(5)，并与活性炭滤池(4)上部进水管相连通；活性炭滤池(4)底部设置出水管道和反洗阀(7)，出水管道与中间水箱(8)的进水管相连通；中间水箱(8)的出水管设置MCDI进水阀(9)，并与MCDI组件(10)的进水管相连通；浓盐水储存水箱(12)的进水管设置再生阀(11)，并与MCDI组件(10)的进水管相连通；MCDI组件(10)的出水管设置流量计或水表(13)、出水阀(14)，并与清水水箱(15)进水管相连通。2.根据权利要求1所述的一种活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置，其特征在于所述原水水箱(1)与进水管道相连同。3.根据权利要求1所述的一种活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置，其特征在于所述清水水箱(15)的出水管道与供水管道相连通。4.根据权利要求1所述的一种活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置，其特征在于所述活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置采用太阳能供电系统(16)，并增设应急市政供电线路。5.根据权利要求1所述的一种活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置，其特征在于所述活性炭滤池(4)，其空床滤速为8m/h，空床接触时间为10min，活性炭层厚度为2.0m，活性炭粒径为0.8～1.7mm；使用石英砂作为承托层，级配组成由上自下是粒径为1～2mm的铺设厚度为100mm，粒径为2～4mm的铺设厚度为100mm，粒径为4～8mm的铺设厚度为100mm，粒径为8～16mm的铺设厚度为100mm，粒径为16～32mm的铺设厚度为150mm；所述中间水箱(8)的容量为处理水量的5％～10％。6.根据权利要求1所述的一种活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置，其特征在于所述MCDI组件(10)由多个相同的MCDI单元串联而成，可处理不同浓度的苦咸水；当处理水量过大时，还可以将多个MCDI组件(10)并联运行；每个MCDI单元包括电流收集器(17)、电极(18)、离子交换膜(19)、水流通道(20)；其中电极(18)的材质为活性炭、碳布、碳纤维、碳气凝胶、碳纳米管、石墨、石墨
\t烯、有序介孔碳、碳基材料、炭黑中的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁恒，王天玉，瞿芳术，丁安，余华荣，李圭白，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学水资源国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23