一种利用正反交替吸附实现脱盐的海水淡化装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种利用正反交替吸附实现脱盐的海水淡化装置及方法，包括循环连接的蓄水池、泵以及脱盐电池单元，所述脱盐电池单元包括两个电极以及与两个电极连接的直流电源，并在直流电源和电极的连接电路上设置方波电压发生器，所述装置中设有用于控制方波电压发生器工作的控制器。在脱盐过程中，改变施加电压的方向，使其正反交替实施于脱盐电池的两个电极，所述正反交替指施加电压方向与上一次电压相反。与现有技术相比，本发明专利技术可以进一步提高脱盐效率，而且无需将处理后的溶液分类排放，因为本发明专利技术脱盐过程中不涉及电极再生过程，操作简单、效率更佳。

Desalination desalination device and method using positive and negative alternation adsorption

The invention relates to a desalination device and a method for desalination by alternating positive and negative adsorption, including a circulating connected storage tank, a pump and a desalination battery unit. The desalination battery unit comprises two electrodes and a direct current power supply connected with two electrodes, and a square wave is arranged on the connection circuit of a direct current power supply and an electrode. The device is provided with a controller for controlling the work of the square wave voltage generator. In the desalination process, the direction of applied voltage is changed so that the positive and negative voltages are alternately applied to the two electrodes of the desalination battery. The positive and negative alternating voltages are opposite to the previous voltage. Compared with the prior art, the invention can further improve the desalination efficiency, and does not need to classify the treated solution, because the desalination process does not involve electrode regeneration process, and the operation is simple and the efficiency is better.

【技术实现步骤摘要】
一种利用正反交替吸附实现脱盐的海水淡化装置及方法
本专利技术涉及海水淡化
，具体涉及一种利用正反交替吸附实现脱盐的海水淡化装置及方法。
技术介绍
进入二十一世纪以来，随着世界上淡水资源进一步紧缺，海水淡化技术应运而生并蓬勃发展。常见的从海水中获取淡水的技术主要有两大类：(1)渗透膜—该法是未来海水淡化的发展方向，但其技术要求高，现如今还难以广泛用于生产饮用淡水，并且用渗透膜淡化海水的成本也相对较高；(2)蒸发冷凝—该法应用最广，但海水淡化的效率比较低，一般为了加快蒸发速度，常与发电站或化工厂配合运行，以充分发挥工厂余热的功效，实现低碳环保。但是上述两种方式成本高、效率较低。电容去离子技术作为一个新兴技术，相对于传统海水淡化技术具有能耗低、操作简便、绿色无二次污染等优势，因此得以迅速发展起来。电容去离子技术需要一对或多对多孔材料电极于待处理溶液中，对其施加电压使电极极化，溶液中的正负离子在静电力作用下分别移向阴阳极，而电极材料中大量的孔洞可以存储电荷、吸附离子，最终使溶液得到净化。当吸附离子量不再增加，溶液中的离子不再减少，电极达到饱和，此时将电极短接或取消施加电压，电极中的离子由于没有静电力束缚而脱离材料孔洞释放到溶液中，从而使电极再生。然而，现阶段的电容去离子技术都是采用此“吸附-脱附”循环操作模式，即施加电压进行离子吸附，短接进行电极再生，再施加电压进行吸附脱盐，此操作模式的去离子效果有限而且再生时间较长，而且电极再生期间产生的是高离子浓度水而不是纯水，使得装置整体脱盐效率不高。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种利用正反交替吸附实现脱盐的海水淡化装置及方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种利用正反交替吸附实现脱盐的海水淡化装置，该装置包括循环连接的蓄水池、泵以及脱盐电池单元，所述脱盐电池单元包括两个电极以及与两个电极连接的直流电源，并在直流电源和电极的连接电路上设置方波电压发生器，所述装置中设有用于控制方波电压发生器工作的控制器。本专利技术通过方波电压发生器，改变两个电极的正负方向，对电极施加一定电压后，电极通过电容去离子原理开始吸附离子对溶液达到脱盐效果，待电极吸附饱和，即电池中的溶液浓度与前两次检测结果相比相差不超过0.001μS/cm，方波电压发生器改变电压方向。电极孔洞中已吸附的离子由于静电排斥力而脱附，同时溶液中的反离子又由于静电吸引被吸附到电极孔洞中，此时离子的释放与反离子的进入同时存在，首先离子的释放速率比反离子的进入速率快，表现为溶液浓度增加；由于多孔电极材料内部结构复杂，部分离子不能从电极的孔隙中脱附，导致电导率的不完全恢复。而后反离子的吸附速率比离子释放速率快，溶液浓度再次下降。而离子间又存在一定的吸引力，因此离子吸附量相比于上一次施加电压时的吸附量增加。如此反复交替施加电压直到电极吸附饱和。所述的脱盐电池单元包括中心的海水容纳框、设置在海水容纳框两侧的两个电极以及设置在两个电极外侧的支撑板，所述支撑板和电极的中心设有通孔，所述海水容纳框的中央设有与电极平行的隔膜。所述的电极与支撑板及海水容纳框接触处设有密封垫片，其中，所述的电极与支撑板之间的密封垫片中央设有通孔。设置密封垫片，防止海水从脱盐电池中渗透出来，污染设备。所述的隔膜为玻璃纤维布。两个所述电极上设有用于检测电极上吸附离子浓度的离子传感器，所述离子传感器与控制器连接。当离子传感器检测到电极周围的浓度变化较小甚至停止变化时，说明该电极已经吸附饱和了，此时，离子传感器发出信号给控制器，控制器控制方波电压发生器工作，将两个电极的正负极交换，从而实现自动化的控制。所述控制器为PLC控制器。蓄水池中设有电导率仪。电导率仪的探头置于蓄水池中用于检测海水的盐浓度变化，当盐浓度低于要求时，表明这一批次的海水淡化处理完成。所述泵为蠕动泵，该类型的泵使得海水流速较慢，使得海水在脱盐电池单元中有足够的停留时间，保证脱盐效率。一种采用如上所述装置进行海水淡化的方法，包括以下步骤：(1)将海水打入蓄水池中，接通直流电源和两个电极，开启泵，将海水在蓄水池和脱盐电池单元之间循环；(2)控制器控制方波电压发生器工作，将两个电极的正负反复切换；(3)待蓄水池中的盐浓度达到淡化要求，将蓄水池中的淡水全部排出，然后进行下一批次的海水淡化。两个电极之间的电压为0.8～1.5V。与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在以下几方面：(1)利用电容去离子技术原理，采用本专利技术的设备和方法可以进一步提高脱盐效率，而且无需将处理后的溶液分类排放，因为本专利技术脱盐过程中不涉及电极再生过程，因此相对于传统电容去离子装置，本专利技术操作简单、效率更佳；(2)整个淡化过程通过控制器和离子传感器实现自动化控制。附图说明图1为本专利技术的连接示意图；图2为本专利技术脱盐电池单元的结构示意图。其中，1为蓄水池，2为脱盐电池单元，21为支撑板，22为密封垫片，23为电机，24为密封垫片，25为容纳框，26为通孔，27为离子传感器，28为玻璃纤维布，3为蠕动泵，4为直流电源，5为方波电压发生器，6为PLC控制器，7为电导率仪。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1一种利用正反交替吸附实现脱盐的海水淡化装置，该装置包括循环连接的蓄水池1、蠕动泵3以及脱盐电池单元2，脱盐电池单元2包括两个电极以及与两个电极连接的直流电源4，并在直流电源4和电极的连接电路上设置方波电压发生器5，装置中设有用于控制方波电压发生器5工作的PLC控制器6，蓄水池1中设有电导率仪7。脱盐电池单元2的结构如图2所示，包括中心的海水容纳框25、设置在海水容纳框25两侧的两个电极23以及设置在两个电极23外侧的支撑板21，支撑板21和电极23的中心设有通孔26，海水容纳框25的中央设有与电极23平行的玻璃纤维布28。电极23与支撑板21接触处设有密封垫片22，电极23与海水容纳框25接触处设有密封垫片24，其中，电极23与支撑板21之间的密封垫片22中央设有通孔26。两个电极23上设有用于检测电极23上吸附离子浓度的离子传感器27，离子传感器27与PLC控制器6连接。当离子传感器27检测到电极23周围的浓度变化较小甚至停止变化时，说明该电极23已经吸附饱和了，此时，离子传感器27发出信号给PLC控制器6，PLC控制器6控制方波电压发生器5工作，将两个电极23的正负极交换，从而实现自动化的控制。采用碳气凝胶粉末制成脱盐电池的电极，施加电压为1.5V，溶液为500mg/L的NaCl溶液。每当电极吸附达到饱和，改变电压方向使其与上一次电压方向相反，，19个循环后电极的离子吸附量达到饱和，总离子吸附量为25.5mg每克碳气凝胶，相比于第一次离子吸附量10.0mg每克碳气凝胶增加了1.5倍。由此实验结果可见，本专利技术可以有效提高材料的电容去离子脱盐性能。实施例2采用与实施例1类似的装置，采用商业活性炭粉末制成脱盐电池的电极，施加电压为1.5V，溶液为500mg/L的NaCl溶液。每当电极吸附达到饱和，改变电压方向使其与上一次电压方向相反，此一正一反为一个循环。每本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用正反交替吸附实现脱盐的海水淡化装置，其特征在于，该装置包括循环连接的蓄水池、泵以及脱盐电池单元，所述脱盐电池单元包括两个电极以及与两个电极连接的直流电源，并在直流电源和电极的连接电路上设置方波电压发生器，所述装置中设有用于控制方波电压发生器工作的控制器。

【技术特征摘要】
1.一种利用正反交替吸附实现脱盐的海水淡化装置，其特征在于，该装置包括循环连接的蓄水池、泵以及脱盐电池单元，所述脱盐电池单元包括两个电极以及与两个电极连接的直流电源，并在直流电源和电极的连接电路上设置方波电压发生器，所述装置中设有用于控制方波电压发生器工作的控制器。2.根据权利要求1所述的一种利用正反交替吸附实现脱盐的海水淡化装置，其特征在于，所述的脱盐电池单元包括中心的海水容纳框、设置在海水容纳框两侧的两个电极以及设置在两个电极外侧的支撑板，所述支撑板和电极的中心设有通孔，所述海水容纳框的中央设有与电极平行的隔膜。3.根据权利要求2所述的一种利用正反交替吸附实现脱盐的海水淡化装置，其特征在于，所述的电极与支撑板及海水容纳框接触处设有密封垫片，其中，所述的电极与支撑板之间的密封垫片中央设有通孔。4.根据权利要求2所述的一种利用正反交替吸附实现脱盐的海水淡化装置，其特征在于，所述的隔膜为玻璃纤维布。5.根据权利要求1所述的一种利用正反交替吸附实现脱盐的海水...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈军，张晨，王晓栋，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31