具有连续产水能力的双膜室膜电容除盐装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种具有连续产水能力的双膜室膜电容除盐装置，其结构是：双膜室膜电容组件设有两个膜室、石墨电极、活性炭纤维布、阳离子交换膜以及阴离子交换膜等。原水箱连接进水泵，进水泵的出口分别与双膜室膜电容组件的两个膜室相连，经处理后的水进入出水转换器分成净水和浓缩水。出水转换器设有两个出水口，净水由淡水口排出；浓缩水由浓水口排出并返回至原水箱。出水转换器设有信号线与时间继电器相接，时间信号传入倒极器，倒极器根据该信号控制两个石墨电极正负极性的转化。系统联合了离子浓差极化技术及膜电容除盐技术，同步实现淡水室除盐及浓水室再生过程，从而可连续出水；浓水室再生过程释放的电能可原位回收，有效达到节能目的。

Double Membrane Capacitance Desalting Device with Continuous Water Production Capacity

【技术实现步骤摘要】
具有连续产水能力的双膜室膜电容除盐装置
本专利技术属于水处理技术，具体涉及一种处理含盐水的除盐装置。
技术介绍
随着工业和农村城镇化的发展，淡水资源危机日益严重。一方面人类可利用淡水资源储量减少；另一方面大量水资源由于人为原因受到污染，因而海水淡化成为了解决当前淡水资源短缺的重要途径。水的除盐技术以及相应的高效除盐装置开发已成为国内外水处理专业人员关注的焦点。目前，水除盐技术典型的工艺包括：离子交换、多级闪蒸(MSF)、多效蒸馏(MED)、反渗透(RO)等，上述除盐技术尽管在实际工程中得到较为广泛的应用，然而存在着二次污染、高能耗、低效率等缺陷。因此，开发出一种环境友好、节能高效的除盐技术已成为该领域亟待解决的问题。以电渗析(ED)为代表的电除盐技术具有环境友好、无二次污染、操作简单、占地少等优点，受到国内外的广泛关注。与反渗透(RO)相比，电渗析(ED)技术对于低含盐量水的除盐效率优势明显，尤其近期有人利用浓差极化理论(ICP)构建了新型电渗析除盐装置(ICP-ED)。新型装置具有电流利用效率高、对原水预处理要求低等优点(ScientificReports,2016,25349)，其机制是氯离子在相同电场下迁移速率是钠离子的1.5倍，因而根据浓差极化理论，只要除去钠离子，氯离子会自动去除。新型除盐设备(ICP-ED)采用阳离子交换膜构建电渗析装置，有效提高了电流利用效率。然而，电渗析(ED)技术中的极化现象及法拉第反应，极大影响了该工艺的大规模应用。膜电容除盐技术(MCDI)由于其低成本、节能且环保等优点，已发展为一种新兴的脱盐技术。Lee等人在电容除盐技术(CDI)的基础上进行改进，首次构建了膜电容除盐装置(Desalination,2006,196:125-134)。与电容除盐技术相比，由于在正负电极上分别覆盖了阴阳离子交换膜，阻隔了同号离子吸附，因而显著提高了膜电容除盐装置的吸附容量及除盐效率。尽管膜电容除盐技术具有众多优点，然而两侧电极对离子吸附饱和后，要进行再生过程，造成该工艺间歇出水，这极大限制了该工艺在实际工程中的应用。膜电容除盐本质上是电容充放电过程，在电极再生过程中，如何回收储存的能量是开发高效节能除盐装置的关键。本专利技术提出了一种除盐装置，结合膜电容除盐机制，可以以较低的成本，获得满意的产水效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提出一种具有连续产水能力的双膜室膜电容除盐装置，电吸附及电再生同步完成，达到连续产水及节能的目的。具有连续产水能力的双膜室膜电容除盐装置，包括原水箱、进水泵、双膜室膜电容组件、时间继电器、倒极器、出水转换器以及直流电源等，除盐装置由除盐和自动控制两个系统构成。为实现专利技术目的，所采取的技术方案是：双膜室膜电容组件设有两个膜室、一对石墨电极、一对活性炭纤维布、一对阳离子交换膜以及一个阴离子交换膜。原水箱连接进水泵，进水泵的出口分别与双膜室膜电容组件的第一膜室、第二膜室相连，经两个膜室处理后的水进入出水转换器转化为净水和浓缩水。出水转换器设有两个出水口，净水由淡水口排出；浓缩水由浓水口排出并返回至原水箱。出水转换器设有信号线与时间继电器相接，时间信号传入倒极器，倒极器根据该信号控制两个石墨电极正负极性的转换。双膜室膜电容组件采用对称设计，由石墨电极、活性炭纤维布、阳离子交换膜、阴离子交换膜组成，其中平行设置的一对阳离子交换膜与中间的阴离子交换膜形成双膜室，即淡水室及浓水室。运行时原水经过膜电容组件的双膜室，在淡水室中原水中的阳离子透过阳离子交换膜被活性炭纤维布吸附，阴离子透过阴离子交换膜进入浓水室，原水在淡水室得到净化。当活性炭纤维布吸附阳离子饱和时，通过自控系统倒极运行，吸附饱和的活性炭纤维布实现再生，而相对应的浓水室转换成淡水室，因而实现连续产水。此外，在活性炭纤维布再生过程，其实质是放电过程，其释放的电能可对淡水室中的离子实现迁移，可原位实现能量回收。本专利技术联合了离子浓差极化技术及膜电容除盐技术，耦合技术具有协同效应，具体表现为：在外加直流电场作用下，双膜室膜电容组件形成淡水室及浓水室，其中淡水室发生阳离子吸附及阴离子向浓水室迁移过程，浓水室发生阳离子解吸过程，同步实现淡水室除盐及浓水室再生过程，从而完成连续出水；浓水室再生过程释放的电能可原位回收，实现节能的目的。本专利技术的特点以及产生的有益效果在于，(1)基于离子浓差极化除盐理论，输入的电能仅用来迁移阳离子，从而提高电流效率；(2)采用双膜室设计，在淡水室除盐的同时同步完成浓水室电再生过程，实现连续产水；(3)浓水室电再生过程所释放的电能可实现原位回收，达到节能的目的。附图说明所示附图1为本专利技术系统的原理及各部件连接示意图。图中的实线表示设备连接管路；虚线表示电线或控制信号线路。实施具体方式以下结合附图并通过具体实施例对本专利技术结构做进一步的说明。具有连续产水能力的双膜室膜电容除盐装置，由除盐系统和自动控制系统两部分构成，除盐系统由原水箱、进水泵、双膜室膜电容组件组成；自动控制系统由时间继电器、倒极器、出水转换器、直流电源组成。其具体结构组成是：双膜室膜电容组件设有第一膜室3-1和第二膜室3-2，一对石墨电极4、一对活性炭纤维布5、一对阳离子交换膜6以及一个阴离子交换膜7。原水箱1连接进水泵2，进水泵的出口分别与双膜室膜电容组件的第一、第二膜室相连，经两个膜室处理后的水进入出水转换器8分成净水和浓缩水。出水转换器设有两个出水口，净水由淡水口9-1排出；浓缩水由浓水口9-2排出并返回至原水箱。出水转换器设有信号线与时间继电器10相接，时间信号传入倒极器11，倒极器根据该信号控制两个石墨电极正负极性的转化。倒极器与直流电源12相连，直流电源输出的电压为0.8-1.2V。出水转换器两个出水口的流速相同，均为1-5mL/min。阳离子交换膜与阴离子交换膜之间设有间隙，间隙的间距为0.5-1.0mm。实施例1：实施例原水为自来水，电导率为158～170μS/cm，浊度为0.8-1.1NTU。双膜室膜电容除盐组件结构参数：阳离子交换膜与阴离子交换膜间距为0.5mm，两侧活性炭纤维布质量均为2.0g；淡水及浓水的流速为1mL/min，直流电源输出的电压为0.8V；时间继电器控制倒极时间为90min。实验运行结果表明：电流效率≥106％，电能回收率为58％，净水电导率≤0.1μS/cm，浊度未检出，该装置出水完全满足《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》(GB/T12145-2016)标准。实施例2：实施例原水为自来水，电导率为145～160μS/cm，浊度为1.0-1.5NTU。双膜室膜电容除盐组件结构参数：阳离子交换膜与阴离子交换膜间距为0.7mm，两侧活性炭纤维布质量均为2.0g；淡水及浓水的流速为3mL/min，直流电源输出的电压为1.0V；时间继电器控制倒极时间为90min。实验运行结果表明：电流效率≥108％，电能回收率为43％，净水电导率≤0.1μS/cm，浊度未检出，该装置出水完全满足《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》(GB/T12145-2016)标准。实施例3：实施例原水为自来水，电导率为157～183μS/cm，浊度为1.2-1.5NTU。双膜室膜电容除盐组件结构参数：阳离子交换膜与阴离子交换本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.具有连续产水能力的双膜室膜电容除盐装置，包括原水箱、进水泵、双膜室膜电容组件、时间继电器、倒极器、出水转换器及直流电源，其特征是：所述除盐装置由除盐和自动控制两个系统构成，双膜室膜电容组件设有两个膜室(3‑1、3‑2)、一对石墨电极(4)、一对活性炭纤维布(5)、一对阳离子交换膜(6)以及一个阴离子交换膜(7)，原水箱(1)连接进水泵(2)，进水泵的出口分别与双膜室膜电容组件的第一膜室、第二膜室相连，经两个膜室处理后的水进入出水转换器(8)分成净水和浓缩水，出水转换器设有两个出水口，净水由淡水口(9‑1)排出；浓缩水由浓水口(9‑2)排出并返回至原水箱，出水转换器设有信号线与时间继电器(10)相接，时间信号传入倒极器(11)，倒极器根据该信号控制两个石墨电极正负极性的转化。

【技术特征摘要】
1.具有连续产水能力的双膜室膜电容除盐装置，包括原水箱、进水泵、双膜室膜电容组件、时间继电器、倒极器、出水转换器及直流电源，其特征是：所述除盐装置由除盐和自动控制两个系统构成，双膜室膜电容组件设有两个膜室(3-1、3-2)、一对石墨电极(4)、一对活性炭纤维布(5)、一对阳离子交换膜(6)以及一个阴离子交换膜(7)，原水箱(1)连接进水泵(2)，进水泵的出口分别与双膜室膜电容组件的第一膜室、第二膜室相连，经两个膜室处理后的水进入出水转换器(8)分成净水和浓缩水，出水转换器设有两个出水口，净水由淡水口(9-1)排出；浓缩水由浓水口(9-2)排出并返回...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海丰，王胜利，鲁斌，薛志英，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22