本申请公开一种循环处理的膜电容去离子装置及处理方法，包括膜电容去离子组件、升压降压转换器、直流电源、原水储液罐、中间储液罐、再生水储液罐、淡水储液罐、电导率监测仪、水泵、动力阀、止回阀和DC/DC直流转换器；基于双电层原理脱盐的技术，膜电容去离子装置在脱盐的同时伴随着能量的储存，而电容去离子单元的再生过程会释放出所贮存的能量，本申请实现了对这部分能量的收集，并将收集的能量作为其它正在进行脱盐工作的电容去离子单元的外接电源，为了达到储存能量最大化的目的，本申请引入升压降压转换器，实现了能量的回收利用，降低了能耗，本申请的实验装置设计可以达到浓盐水多级处理的效果。
【技术实现步骤摘要】
一种循环处理的膜电容去离子装置及处理方法
本专利技术属环保设备
，尤其涉及一种循环处理的膜电容去离子装置及处理方法。
技术介绍
随着工业社会的飞速发展和人口的急剧增长，淡水资源作为工农业生产、经济发展和环境改善中不可替代的宝贵自然资源，其需求量与日俱增。而海水和苦咸水占世界水资源总量的98%，故从中获得廉价的淡水是解决淡水资源短缺问题的有效途径。目前，实现海水淡化的技术主要包括蒸馏法、反渗透法和电渗析法等方法，然而这些方法具有耗能高、产生二次污染等缺点。作为一种新型脱盐技术，电容去离子技术(CapacitiveDeionization,CDI)是利用双电层原理，通过施加静电场强制离子向带有异种电荷的电极处移动，从而去除溶液中的离子。而膜电容去离子技术(MembraneCapacitiveDeionization,MCDI)的原理与电容去离子技术类似，只是在正负电极表面各紧贴一层阴、阳离子交换膜，既保证离子的正常迁移、吸附过程，又能有效阻止被吸附离子因水流扰动而被带走，且可避免再生过程中脱附离子被二次吸附于对侧电极，从而大大提高了离子去除效率和电极再生效率。MCDI技术低成本、高效率及环境友好等特点，使其具有更好的发展前景。因此，对该技术的研究也成为了当前的一个热点。经查阅专利文献有以下介绍。中国专利（CN103991937）公开了一种利用膜电容去离子连续废水处理装置，其特征在于：所涉及的膜电极是碳电极与离子膜制成一体的，采用在阴极上喷涂阳离子交换涂层，在阳极上喷涂阴离子交换涂层，制备成膜电极，其离子交换层的厚度小于10微米，比直接加上离子膜的电阻小，电容量大。该装置可有效解决老式电容去离子装置产业化过程中除盐效率低、易结垢以及达到出水要求需要电吸附模块多、投资大、占地面积大等问题，但其具有能耗偏高和再生效果差等缺陷。中国专利（CN104926004A）公开了一种基于直流电场作用下的电容式海水淡化设备和方法原料海水经砂滤和超滤等预处理后，依次进入两级电容去离子模块完成95%以上的脱盐获得淡水，反冲洗浓水可以通过回流管道回到第一级电容去离子模块重新处理。本专利技术的优点是:电容去离子模块中的离子格栅能够有效阻止反充电脱附过程中阴、阳离子被电极吸附，提高了电极的清洗、再生效果和工作效率;采用两级电容去离子模块淡化海水，降低了操作压力，这使得能够使用PVC塑料材质替代昂贵的双相不锈钢，彻底解决了海水对金属管道的腐蚀问题，且水利用率显著高于反渗透膜法。此外，系统运行压力的降低还可省去昂贵的反渗透膜法浓缩水能量回收装置的投资。现有技术公开的专利文献虽然也涉及了MCDI技术，设计一种具有低能耗、可再生，能够最大程度提高去离子技术的工作效率，减少浓水脱盐时的运行成本的循环处理的膜电容去离子装置及处理方法是非常必要的。
技术实现思路
本申请提供一种循环处理的膜电容去离子装置及处理方法，充分利用去离子处理过程中产生的能源。本专利技术采用以下技术方案：一种循环处理的膜电容去离子装置，所述循环处理的膜电容去离子装置包括膜电容去离子组件、升压降压转换器、直流电源、原水储液罐、中间储液罐、再生水储液罐、淡水储液罐、电导率监测仪、水泵、动力阀、止回阀和DC/DC直流转换器，所述膜电容去离子组件由膜电容去离子组件A和膜电容去离子组件B组成，所述升压降压转换器与膜电容去离子组件的集流体相连，原水储液罐、中间储液罐、再生水储液罐和淡水储液罐通过水管与膜电容去离子组件的进出水口相连，管路上设有电导率监测仪、水泵、动力阀和止回阀，直流电源与DC/DC直流转换器相连。作为本申请的一种优选技术方案：升压降压转换器是当膜电容去离子组件A吸附饱和时，将膜电容去离子组件A上储存的电能转移到膜电容去离子组件B；当膜电容去离子组件B吸附饱和时，将膜电容去离子组件B上储存的电能转移到膜电容去离子组件A，能源的转移率为30%-50%。作为本申请的一种优选技术方案：所述的直流电源经过DC/DC直流转换器电压为1.0-1.2V，用于第一次运行时给膜电容去离子组件供给电能，以及在后期运行中补充消耗的能源。作为本申请的一种优选技术方案：所述原水储液罐提供脱盐处理所需的原水；中间储液罐作为膜电容去离子组件处理后未达到处理要求的盐水在脱盐过程中的储存区，其内盐水回流至原水管道内混合并继续循环处理，达到浓盐水的多级处理；再生水储液罐用来储存电极再生时所需的水和电极再生完毕产生的浓水；淡水储液罐用于储存达到处理要求的出水。作为本申请的一种优选技术方案：所述电导率监测仪是在线监测的电导率仪，测得溶液电导率值作为控制水泵、动力阀和止回阀开关以及电极达到饱和的判断依据；当膜电容器离子组件进出水端测得电导率值一致，说明电极达到饱和，电极需再生；当膜电容器离子组件出水电导率浓度达到处理要求，出水进入淡水储液罐；当膜电容器离子组件出水电导率浓度未能达到处理要求，但低于进水端电导率，出水进入中间储液罐。作为本申请的一种优选技术方案：所述水泵单位时间内通过单位有效面积电容去离子组件的流量为1.0-1.5L/(min·m2)。一种循环处理的膜电容去离子装置的处理方法，步骤为：第一步：原水进入管道，经电导率监测仪记录初始电导率后，到达膜电容去离子组件，以经转换的直流电源供电进行除盐；对出水电导率进行监测，达到处理要求的出水进入淡水储液罐，而未达到处理要求但电导率低于进水端的盐水进入中间储液罐储存，待之后其内盐水回流至原水管道内混合并继续循环处理，以实现浓盐水的多级处理；第二步：当膜电容器离子组件进出水端测得电导率值一致，说明电极达到吸附饱和，需再生；利用升压降压转换器将膜电容去离子组件A上储存的电能转移到膜电容去离子组件B，直流电源经转换后供给损失的部分能源；再生过程用水由再生水储液罐提供，出水再回流到罐中；当出水电导率不再变化时，再生过程结束；第三步：膜电容去离子组件A和膜电容去离子组件B交替工作，使除盐过程始终连续运行；当膜电容去离子组件A停止工作进行再生时，膜电容去离子组件B即开始工作；其能量由膜电容去离子组件A再生时利用升压降压转换器转换而来的能量提供，不足部分由直流电源转换后补足；此外膜电容去离子组件B的运行过程与首次运行膜电容去离子组件A时相同，直至膜电容去离子组件B达到吸附饱和，重复第二步所述的再生过程。本申请所述循环处理的膜电容去离子装置及处理方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1.基于双电层原理脱盐的技术，所以在脱盐的同时伴随着能量的储存，有效的利用了脱盐时储存在电极上的能量；2.而电容去离子单元的再生过程会释放能量，本申请实现了对这部分能量的收集，并将收集的能量作为其它正在进行脱盐工作的电容去离子单元的外接电源；3.为了达到储存能量最大化的目的，本申请引入升压降压转换器，实现了能量的回收利用，降低了能耗；4.本申请的实验装置设计可以达到浓盐水多级处理的效果。附图说明：图1是本申请装置运行时的单套膜电容去离子组件运行过程的能量谱图。图2是本申请应用的升压降压转换器过程中的能量转化率图。图3是本申请的原理示意图。图4是本申请的电极再生电路连接示意图。附图标记说明：1-1、膜电容去离子组件A，1-2、膜电容去离子组件B，2、升压降压转换器，3、直流电源，4、本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种循环处理的膜电容去离子装置，其特征在于：所述循环处理的膜电容去离子装置包括膜电容去离子组件、升压降压转换器（2）、直流电源（3）、原水储液罐（4）、中间储液罐（5）、再生水储液罐（6）、淡水储液罐（7）、电导率监测仪（8）、水泵（9）、动力阀（10）、止回阀（11）和DC/DC直流转换器（12），所述膜电容去离子组件由膜电容去离子组件A（1‑1）和膜电容去离子组件B（1‑2）组成，所述升压降压转换器（2）与膜电容去离子组件的集流体相连，原水储液罐（4）、中间储液罐（5）、再生水储液罐（6）和淡水储液罐（7）通过水管与膜电容去离子组件的进出水口相连，管路上设有电导率监测仪（8）、水泵（9）、动力阀（10）和止回阀（11），直流电源（3）与DC/DC直流转换器（12）相连。
【技术特征摘要】
1.一种循环处理的膜电容去离子装置，其特征在于：所述循环处理的膜电容去离子装置包括膜电容去离子组件、升压降压转换器（2）、直流电源（3）、原水储液罐（4）、中间储液罐（5）、再生水储液罐（6）、淡水储液罐（7）、电导率监测仪（8）、水泵（9）、动力阀（10）、止回阀（11）和DC/DC直流转换器（12），所述膜电容去离子组件由膜电容去离子组件A（1-1）和膜电容去离子组件B（1-2）组成，所述升压降压转换器（2）与膜电容去离子组件的集流体相连，原水储液罐（4）、中间储液罐（5）、再生水储液罐（6）和淡水储液罐（7）通过水管与膜电容去离子组件的进出水口相连，管路上设有电导率监测仪（8）、水泵（9）、动力阀（10）和止回阀（11），直流电源（3）与DC/DC直流转换器（12）相连。2.根据权利要求1所述循环处理的膜电容去离子装置，其特征在于：升压降压转换器（2）是当膜电容去离子组件A（1-1）吸附饱和时，将膜电容去离子组件A（1-1）上储存的电能转移到膜电容去离子组件B（1-2）；当膜电容去离子组件B（1-2）吸附饱和时，将膜电容去离子组件B（1-2）上储存的电能转移到膜电容去离子组件A（1-1），能源的转移率为50%-80%。3.根据权利要求1所述循环处理的膜电容去离子装置，其特征在于：所述的直流电源（3）经过DC/DC直流转换器（12）电压为1.0-1.2V，用于第一次运行时给膜电容去离子组件（1）供给电能，以及在后期运行中补充消耗的能源。4.根据权利要求1所述循环处理的膜电容去离子装置，其特征在于：所述原水储液罐（4）提供脱盐处理所需的原水；中间储液罐（5）作为膜电容去离子组件处理后未达到处理要求的盐水在脱盐过程中的储存区，其内盐水回流至原水管道内混合并继续循环处理，达到浓盐水的多级处理；再生水储液罐（6）用来储存电极再生时所需的水和电极再生完毕产生的浓水；淡水储液罐（7）用于储存达到处理要求的出水。5.根据权利要求1所述循环处理的膜电容去离子装置，其特征在于：所述电导率监测仪（8）是在线监...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈琳，朱亮，张丹枫，郭雅丽，王成燚，殷绪华，刘宇鹏，孙昱，李俊哲，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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