一种使用电容去离子减轻极化的膜蒸馏装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种使用电容去离子减轻极化的膜蒸馏装置，包括进水池、膜蒸馏系统和出水池；膜蒸馏系统包括膜蒸馏管体、热侧恒温槽和冷侧恒温槽；膜蒸馏管体中竖向平行布设有电容去离子系统和疏水膜；电容去离子系统包括竖向平行安置的第一活性炭电极、第二绝缘隔板、第二活性炭电极和第一绝缘隔板，活性炭电极分别连接电源的正负极；绝缘隔板为中空网状结构，绝缘隔板的中空腔为热液通道；疏水膜与邻近的膜蒸馏管体之间形成冷液通道；热液循环通路与冷液循环通路中的液体相逆流动。本发明专利技术使用电容去离子减缓膜蒸馏极化装置能有效解决膜蒸馏过程中极化现象的产生，改善膜性能降低，造成通量下降、处理水量减少的问题。

A Membrane Distillation Device Using Capacitance Deionization to Reduce Polarization

The invention discloses a membrane distillation device which uses capacitive deionization to reduce polarization, including an inlet pool, a membrane distillation system and an outlet pool; a membrane distillation system comprises a membrane distillation tube body, a thermal side constant temperature tank and a cold side constant temperature tank; a capacitive deionization system and a hydrophobic membrane are vertically parallel arranged in the membrane distillation tube body; and a capacitive deionization system comprises a first activated carbon electrode vertically parallel arranged. The second insulating baffle, the second activated carbon electrode and the first insulating baffle are connected with the positive and negative electrodes of the power supply respectively; the insulating baffle is a hollow network structure, and the hollow cavity of the insulating baffle is a hydrothermal channel; a cold liquid channel is formed between the hydrophobic membrane and the adjacent membrane distillation tube body; and the liquid phase reverse flow in the hydrothermal circulation path and the cold liquid circulation path. The capacitive deionization retarding polarization device of membrane distillation can effectively solve the polarization phenomenon in the process of membrane distillation, improve the performance of the membrane, cause the flux decline, and reduce the amount of treated water.

【技术实现步骤摘要】
一种使用电容去离子减轻极化的膜蒸馏装置
本专利技术涉及水处理领域，特别是一种使用电容去离子减轻极化的膜蒸馏装置。
技术介绍
膜蒸馏(MembraneDistillation，MD)技术是一种非等温的物理分离技术，以疏水性多孔膜两侧的蒸气压差为推动力，使热侧蒸汽分子穿过膜孔后在冷侧冷凝富集，可看作是膜过程与蒸馏过程的集合。由此可见，膜蒸馏分离的传质过程主要由3个阶段组成：①水分在膜的热料液侧蒸发；②水蒸气穿过膜孔的迁移过程；③水蒸气在膜的另一侧冷凝。作为一种新型的高效分离技术，与传统的蒸馏以及反渗透过程相比，膜蒸馏具有许多优点，如：设备所需体积小；较低的操作温度和压力；对不挥发性组分100％的理论截留率；良好的化学稳定性；可以与其他分离过程相整合；可处理分离热敏性物质和高浓度废水等。因此，自1963年被首次提出以来，一直备受关注。膜蒸馏过程使用的膜主要有改性的聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚偏氟乙烯(PVDF)等，以胜任膜蒸馏过程所需的疏水性、渗透率、抗污染能力等。近年来，关于膜蒸馏用膜的开发研究越来越受到重视，许多学者都致力于膜的制备和改性研究方面，以期获得较好性能的膜材料。其中，膜的极化现象与抗污染能力一直是研究的重点和难点。水溶液在通过疏水膜的时候，膜面出现不同组份富集的现象，导致极化和污染的发生，造成分离效率的降低。在水处理过程中，原水中的金属化合物、有机物、微生物等污染物质都会对膜的性能造成不利的影响，其一般表现为膜孔的堵塞、细菌的沉积等。因此，可以设置一种外加的系统以减轻膜蒸馏系统的负荷、缓解对膜表面的污染并且减轻极化现象的产生。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种使用电容去离子减轻极化的膜蒸馏装置，该使用电容去离子减轻极化的膜蒸馏装置能解决膜蒸馏过程中膜表面易受污染，造成膜孔堵塞、通量下降以及极化的问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种使用电容去离子减轻极化的膜蒸馏装置，包括进水池、电容去离子系统、膜蒸馏系统和出水池。膜蒸馏系统包括膜蒸馏管体、热侧恒温槽和冷侧恒温槽；进水池通过进水管与热侧恒温槽相连接。膜蒸馏管体中竖向布设有活性炭电极、绝缘隔板和疏水膜；其中，绝缘隔板位于活性炭电极和疏水膜之间，且绝缘隔板为中空网状结构，绝缘隔板的中空腔为热液通道，热液通道通过热侧循环水管与热侧恒温槽相连通，并形成热液循环通路。疏水膜表面涂覆有导电材料，疏水膜与电源系统的正极或负极相连接，活性炭电极与电源系统的负极或正极相连接。疏水膜与邻近的膜蒸馏管体之间形成冷液通道，冷液通道通过冷侧循环水管与冷侧恒温槽相连通，并形成冷液循环通路；热液循环通路与冷液循环通路中的液体相逆流动。膜蒸馏管体的冷液出口还通过出水管与出水池相连接。疏水膜表面涂覆的导电材料为碳纳米管材料。碳纳米管材料在疏水膜表面的涂覆方法，包括如下步骤：步骤1，碳纳米管分散液浆料制备：将20-30gCNT加入100-150ml乙醇中，充分润湿后，加入2-3g碳纳米管醇分散剂TNADIS，超声分散1-2h，按5-7％的质量百分比加入交联剂聚偏氟乙烯PVDF，高速剪切分散，制得碳纳米管分散液浆料。步骤2，涂覆：采用涂布机将步骤1制得的碳纳米管分散液浆料涂布在疏水膜表面。步骤3，干燥：将涂覆有碳纳米管材料的疏水膜放置在真空干燥箱中40-60℃烘干5-7h。步骤2中，碳纳米管分散液浆料在疏水膜表面的涂覆厚度为100～500μm。疏水膜为四氟乙烯PTFE膜，氟乙烯PVDF膜或聚丙烯PP膜。通过水中污染物的种类，决定疏水膜与电源系统的正极还是负极相连接；当待处理水体中含有较多无机污染物时，则疏水膜与电源系统的正极相连接；当待处理水体中含有较多胶体污染物时，则疏水膜与电源系统的负极相连接。疏水膜与电源系统的正极和负极周期性交替相连接。热侧循环水管上设置有热侧磁力循环泵，冷侧循环水管上设置有冷侧磁力循环泵；热侧恒温槽的温度保持在50-80℃，热侧磁力循环泵保持热液循环通路中的热液循环流速为0.3-0.8m/s；冷侧恒温槽的温度保持在5-25℃，冷侧磁力循环泵保持热液循环通路中的冷液循环流速为0.1-0.3m/s。热侧循环水管上还设置有热侧流量计、热侧进水温度仪和热侧出水温度仪，冷侧循环水管上还设置有冷侧流量计、冷侧进水温度仪和冷侧出水温度仪。热侧恒温槽内还设置有电导率测控仪。本专利技术具有如下有益效果：1.本专利技术与单一的膜蒸馏工艺相比，可以稳定、高效地处理水，在电容去离子的作用下，海水中的离子处理效率明显提高，并且极化现象较多情况下出现在电容去离子系统中。在各因素较佳的水平条件下，处理水效率可高达88％，比未施加电容去离子时提高近35％。2.本专利技术通过在膜蒸馏系统中夹置电容去离子装置，有利于更高效的去除原水中的各种阴阳离子，并且能够有效的降低后续膜蒸馏系统的负荷，极大减少极化现象的出现，增强膜蒸馏处理系统的性能，实现高效、可持续的水处理过程。3.本专利技术在水处理过程中采用电容去离子技术，不需要加入絮凝剂、阻垢剂等化学药品，缩短了处理流程，降低了能耗，无废水、废气、噪声等污染，与传统的方法相比废渣的产量也大大减少，一定程度上减缓了膜蒸馏过程中易产生极化等现象，水处理效果得到了明显提高。4.所需要的工序大大简便，操作维护简单，且成本较为合理，出水水质较好，并且没有使用化学药剂从而避免了二次污染。5.电容去离子的作用下，海水中的离子被电场的强制力去除，溶液中的离子去除率将会大大提高，水处理量明显提高，与此同时，溶液与膜边界部分区域充分接触，能够缓解膜蒸馏过程所产生的浓度极化和温度极化的现象，能够增加溶液处理过程中的膜通量，增大推动力，从而能够有效地避免和减小膜污染，维持比较高的膜通量。附图说明图1显示了本专利技术一种使用电容去离子减轻极化的膜蒸馏装置的结构示意图。图2显示了膜蒸馏管体内活性炭电极、绝缘隔板和疏水膜的布设示意图。其中：1.进水池；2.进水管；3.进水泵；4.热侧恒温槽；5.电导率测控仪；6.热侧流量计；7.热侧磁力循环泵；8.热侧进水温度仪；9.热测出水温度仪；10.热侧循环水管；11.膜蒸馏管体；12.冷侧出水温度仪；13.冷侧恒温槽；14.冷侧流量计；15.冷侧磁力循环泵；16.冷侧进水温度仪；18、冷侧循环水管；19.出水管；20.出水池；21.活性炭电极；22.绝缘隔板；23.活性炭电极；24.绝缘隔板；25.疏水膜；26电容去离子、膜蒸馏系统；27.电源；28、29导线；30主控系统。具体实施方式电容去离子作为去除水中离子的一种新手段，有其特殊作用，通过施加静电场强制离子向带有相反电荷的电极处移动。在电容去离子的作用下，极板间溶液中的带电粒子在电场作用下定向运动并被吸附于电极表面，使咸水实现淡化。水中难沉降的带电荷的悬浮颗粒物重新分布其所带电荷并导致偶极化，从而促进了颗粒物之间的凝聚。电容去离子可以有效去除海水中的离子，并且能够有效地减缓膜蒸馏系统产生极化的现象进而提高系统中疏水膜的使用寿命，通过进一步的研究，将有望成为有利于保持环境可持续发展的新型处理技术。在膜蒸馏的预处理过程中采用电容去离子技术，不需要加入絮凝剂、阻垢剂等化学药品，缩短了处理流程，降低了能耗，无废水、废本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用电容去离子减轻极化的膜蒸馏装置，包括进水池、膜蒸馏系统和出水池；膜蒸馏系统包括膜蒸馏管体、热侧恒温槽和冷侧恒温槽；进水池通过进水管与热侧恒温槽相连接；其特征在于：膜蒸馏管体中竖向平行布设有电容去离子系统和疏水膜；其中，疏水膜表面涂覆有导电材料，电容去离子系统包括竖向平行安置的第一活性炭电极、第二绝缘隔板、第二活性炭电极和第一绝缘隔板，活性炭电极分别连接电源的正负极，第二绝缘隔板夹于活性炭电极之间，第一绝缘隔板夹于第二活性炭电极和疏水膜之间，且第一和第二绝缘隔板为中空网状结构，第一和第二绝缘隔板的中空腔为热液通道，热液通道通过热侧循环水管与热侧恒温槽相连通，并形成热液循环通路；疏水膜与邻近的膜蒸馏管体之间形成冷液通道，冷液通道通过冷侧循环水管与冷侧恒温槽相连通，并形成冷液循环通路；冷侧循环水管还通过出水管与出水池相连接。

【技术特征摘要】
1.一种使用电容去离子减轻极化的膜蒸馏装置，包括进水池、膜蒸馏系统和出水池；膜蒸馏系统包括膜蒸馏管体、热侧恒温槽和冷侧恒温槽；进水池通过进水管与热侧恒温槽相连接；其特征在于：膜蒸馏管体中竖向平行布设有电容去离子系统和疏水膜；其中，疏水膜表面涂覆有导电材料，电容去离子系统包括竖向平行安置的第一活性炭电极、第二绝缘隔板、第二活性炭电极和第一绝缘隔板，活性炭电极分别连接电源的正负极，第二绝缘隔板夹于活性炭电极之间，第一绝缘隔板夹于第二活性炭电极和疏水膜之间，且第一和第二绝缘隔板为中空网状结构，第一和第二绝缘隔板的中空腔为热液通道，热液通道通过热侧循环水管与热侧恒温槽相连通，并形成热液循环通路；疏水膜与邻近的膜蒸馏管体之间形成冷液通道，冷液通道通过冷侧循环水管与冷侧恒温槽相连通，并形成冷液循环通路；冷侧循环水管还通过出水管与出水池相连接。2.根据权利要求1所述的使用电容去离子减轻极化的膜蒸馏装置，其特征在于：疏水膜表面涂覆的导电材料为碳纳米管材料。3.根据权利要求2所述的使用电容去离子减轻极化的膜蒸馏装置，其特征在于：碳纳米管材料在疏水膜表面的涂覆方法，包括如下步骤：步骤1，碳纳米管分散液浆料制备：将20-30gCNT加入100-150ml乙醇中，充分润湿后，加入2-3g碳纳米管醇分散剂TNADIS，超声分散1-2h，按5-7％的质量百分比加入交联剂聚偏氟乙烯PVDF，高速剪切分散，制得碳纳米管分散液浆料...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈琳，刘姗姗，王宇琛，陈再煜，姜龙杰，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32