一种用于苦咸水脱盐的电渗析系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种用于苦咸水脱盐的电渗析系统及方法，包括电渗析膜堆系统、原水泵、原水箱、极液泵、极液箱和直流稳压电源，电渗析膜堆系统为多个分段式电渗析膜堆依次连接形成，电渗析膜堆上设有阳极室和阴极室，阳极室与阴极室之间设置有阴、阳离子交换膜，阳极室设置有浓水进水口、淡水进水口、阳极液进水口和阳极液出水口，阴极室设置有第一出水口、第二出水口、阴极液进水口和阴极液出水口；电渗析膜堆配置有直流稳压电源。针对典型苦咸水，本发明专利技术提供的系统与方法可以不高于0.8kWh/m

Electrodialysis system and method for desalination of brackish water

The invention provides an electrodialysis system and method for desalination of brackish water, which comprises an electrodialysis membrane reactor system, a raw water pump, a raw water tank, a polar liquid pump, a polar liquid tank and a DC voltage stabilizing power supply. The electrodialysis membrane reactor system is formed by a plurality of segmented electrodialysis membrane stacks connected in turn. The electrodialysis membrane stack is provided with an anode chamber and a cathode chamber, and an anode chamber and a cathode chamber are arranged between the anode chamber and the cathode chamber For membrane exchange, the anode chamber is equipped with concentrated water inlet, fresh water inlet, anode liquid inlet and anode liquid outlet, and the cathode chamber is equipped with the first outlet, the second outlet, cathode liquid inlet and cathode liquid outlet; the electrodialysis membrane stack is equipped with a DC stabilized voltage power supply. For typical brackish water, the system and method provided by the invention can not be higher than 0.8kwh/m

【技术实现步骤摘要】
一种用于苦咸水脱盐的电渗析系统及方法
本专利技术属于水处理领域，尤其是涉及一种苦咸水脱盐的高效节能电渗析系统与方法。
技术介绍
电渗析是一种由电化学过程与渗析扩散过程相结合的技术，而非压差过滤型过程，因此，电渗析技术抗污染能力相对较强，对原水水质要求相对较低，适用于处理高浓度、高含盐量的水体。电渗析技术以其占地面积少、投资少、易于实现自动化等优势，广泛应用于浓缩制盐方面，在应用水生产、工业废水处理及化工等领域也取得了较好的效果。电渗析常用于低浓度苦咸水淡化脱盐，国内常采用多级连续式脱盐流程，采用恒定电压操作，淡化给水经多台单级或多台多级串联的电渗析器后，一次脱盐达到预定要求，连续出水，脱盐率高，运行稳定，但操作弹性小，在给水含盐量变化时适应性较差。在现有电渗析脱盐技术中，存在以下共性缺陷：(1)多级电渗析系统的中间电极多为共电极，各级的电压电流不可独立调节，由于原料液从电渗析进水侧到出水侧其浓度是逐级递减的，在各级电压均相等的情况下，使得电渗析后级部分电压过大，导致不必要的能耗；(2)电渗析各级、段膜对数相等，使得电渗析前级与后级、前段与后段的单隔室中线性流速相等，但后一级或后一段的淡化水浓度相对前一级或前一段较低，因此下一级极限电流密度相对前者降低，淡水室中易于发生极化现象，电流效率下降；(3)在常规苦咸水电渗析过程中，电极室的溶液电阻仍然占有一定比例，因而会产生相当量的极室能耗。因此，迫切需要开发一种新型的节能电渗析脱盐系统及方法，调节相应各级电压和电流，在达到目标产水水质的前提下，将本体能耗降到最低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有电渗析脱盐技术的不足，提供一种节能型多级多段电渗析连续脱盐系统，解决反渗透和常规电渗析技术用于苦咸水脱盐过程中存在的脱盐效率低、能耗高、长期运行稳定性尚需提升等问题，促进苦咸水电渗析脱盐应用中的减能降耗。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：包括电渗析膜堆系统、原水泵、原水箱、极液泵、极液箱和直流稳压电源，所述电渗析膜堆系统为多个分段式电渗析膜堆依次连接形成，所述电渗析膜堆上设有阳极室和阴极室，所述阳极室与阴极室之间设置有阴、阳离子交换膜，所述阳极室设置有浓水进水口、淡水进水口、阳极液进水口和阳极液出水口，所述阴极室设置有第一出水口、第二出水口、阴极液进水口和阴极液出水口；所述原水箱的出水分为两支水流，分别为第一出水和第二出水，所述第一出水和第二出水分别连接到所述电渗析膜堆系统中的浓水进水口和淡水进水口，所述第一出水口连接外排管道，所述第二出水口连接水用户管道；所述极液箱的出水分成两支极液流，分别为阳极液和阴极液，所述阳极液和阴极液通过极液管道分别连接到阳极液进水口和阴极液进水口，所述阴极液出水口和阳极液出水口通过管道连接极液箱；所述电渗析膜堆配置有直流稳压电源。进一步地，所述电渗析膜堆的极室由树脂填充床型超薄电极板框制成；所述树脂填充床型超薄电极板框包括树脂填充床超薄阳极板框和树脂填充床超薄阴极板框，所述阳极室和阴极室分别由树脂填充床超薄阳极板框和树脂填充床超薄阴极板框制成；所述树脂填充床超薄阳极板框和树脂填充床超薄阴极板框均包括电极板和极框，所述树脂填充床型超薄电极板框厚度为1-3mm，且电极板与极框之间填充有体积比为1:1的强酸强碱性混床阴阳离子交换树脂。进一步地，所述电渗析膜堆系统由三个分段式电渗析膜堆依次连接形成，分别为第一级电渗析膜堆、第二级电渗析膜堆和第三级电渗析膜堆；其中，所述第一级电渗析膜堆中的电极板框厚度为1-3mm；所述第二级电渗析膜堆中的电极板框厚度为1-3mm；所述第三级电渗析膜堆中的电极板框厚度为1-3mm。进一步地，所述电渗析膜堆采用级段间非对称性膜对数进行设计，所述级段间非对称性膜对数包括级间非对称性膜对数和各段间非对称性膜对数；所述级间非对称性膜对数设计的各级膜堆，其中每一级膜堆单元采用不同的膜对数，总膜对数按360对计。进一步地，所述第一级电渗析膜堆中的膜对数为120-160对；所述第二级电渗析膜堆中的膜对数为100-140对；所述第三级电渗析膜堆中的膜对数为80-120对。进一步地，所述各段间非对称性膜对数设计的各级电渗析膜堆，其每一级电渗析膜堆均设置有一个换向隔板，其所述换向隔板之前的膜对数多于换向隔板之后的膜对数；且所述换向隔板两侧的膜对数比在1-1.3之间。进一步地，各级膜堆间为非共电极连接，每一级所述电渗析膜堆均配置有一台直流稳压电源；所述第一级电渗析膜堆、第二级电渗析膜堆和第三级电渗析膜堆分别连接第一级直流稳压电源、第二级直流稳压电源和第三级直流稳压电源；所述第一级电渗析膜堆的阴极板与第二级电渗析膜堆的阳极板之间设置有厚度为3、5、7、9或10mm的绝缘板；所述第二级电渗析膜堆的阴极板与第三级电渗析膜堆的阳极板之间设置有厚度为3、5、7、9或10mm的绝缘板。一种用于苦咸水脱盐的高效节能电渗析方法，所述方法采用阴阳电极液并流和浓淡水逆流手段，通过各级独立可调的多级多段式系统集成和优化，形成面向苦咸水淡化的连续式节能电渗析技术；所述阴阳电极液并流为其每一级的阴阳极液分别输送阴阳极室，从而不互相串流；所述浓淡水逆流，各级膜堆的浓淡水进口位于各自膜堆两侧，使得膜堆浓室液流与淡室液流互为反向流动，其具体实现步骤如下：步骤1：开启所述极液泵，则所述极液箱中的电极液经由极液泵分别输送至每一级所述电渗析膜堆的阴极室和阳极室内，所述电极液并在各极室出口处汇合后循环至极液箱；步骤2：开启所述原水泵，则原水箱内的原水分为两支水流出水，且经由原水泵分别输送至浓水进水口和淡水进水口，进而进入第一级电渗析膜堆进行流动；在流动过程中，所述浓水由上一级电渗析膜堆的第一出水口进入到下一级电渗析膜堆的浓水进水口内继续在下一级电渗析膜堆内流动，所述淡水由上一级电渗析膜堆的第二出水口进入到下一级电渗析膜堆的淡水进水口内继续在下一级电渗析膜堆内流动，其中，各级膜堆的前一段浓水自上而下流动、淡水自下而上流动，经换向隔板作用，各级膜堆的第二段浓水自下而上流动、淡水自上而下流动；最后一级所述电渗析膜堆即第三级电渗析膜堆的浓水经由第一出水口排出设备，淡水经由第二出水口通过管道连接用水用户；步骤3：在步骤2的运行过程中，调节每一级电渗析膜堆所连接的直流稳压电源的电压和电流，实现各级电渗析膜堆电压和电流独立调节，以此进一步降低运行的本体能耗。本专利技术具有的优点和积极效果是：1、本专利技术采用非共电极连接，每一级的电渗析膜堆均由一台直流稳压电源进行控制，根据每一级的原料液的浓度变化可随时调节其电压电流，通过合理调节各级电渗析膜堆的电压电流，在保证一定范围脱盐率条件下，可进一步降低该脱盐系统的本体能耗。2、本专利技术提供的各级电渗析膜堆，电极室厚度不大于3mm，模具化难度小，易于大规模工业化生产；各段间的非对称膜对数设计能够提升后一段浓淡室的膜面流速，从而降低后一段浓差扩散与浓差极化，进而降低整个膜堆的运行能耗；整个节能电渗析脱盐系统的产水水质可进行机动性调节，操作简单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于苦咸水脱盐的电渗析系统，包括电渗析膜堆系统、原水泵(24)、原水箱(9)、极液泵(23)、极液箱(22)和直流稳压电源，其特征在于，所述电渗析膜堆系统为多个分段式电渗析膜堆依次连接形成，所述电渗析膜堆上设有阳极室和阴极室，所述阳极室与阴极室之间设置有阴、阳离子交换膜(2)，所述阳极室设置有浓水进水口(10)、淡水进水口(11)、阳极液进水口(16)和阳极液出水口(18)，所述阴极室设置有第一出水口(20)、第二出水口(21)、阴极液进水口(17)和阴极液出水口(19)；所述原水箱(9)的出水分为两支水流，分别为第一出水和第二出水，所述第一出水和第二出水分别连接到所述电渗析膜堆系统中的浓水进水口(10)和淡水进水口(11)，所述第一出水口(20)连接外排管道，所述第二出水口(21)连接水用户管道；所述极液箱(22)的出水分成两支极液流，分别为阳极液和阴极液，所述阳极液和阴极液通过极液管道分别连接到阳极液进水口(16)和阴极液进水口(17)，所述阴极液出水口(19)和阳极液出水口(18)通过管道连接极液箱(22)；所述电渗析膜堆配置有直流稳压电源。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于苦咸水脱盐的电渗析系统，包括电渗析膜堆系统、原水泵(24)、原水箱(9)、极液泵(23)、极液箱(22)和直流稳压电源，其特征在于，所述电渗析膜堆系统为多个分段式电渗析膜堆依次连接形成，所述电渗析膜堆上设有阳极室和阴极室，所述阳极室与阴极室之间设置有阴、阳离子交换膜(2)，所述阳极室设置有浓水进水口(10)、淡水进水口(11)、阳极液进水口(16)和阳极液出水口(18)，所述阴极室设置有第一出水口(20)、第二出水口(21)、阴极液进水口(17)和阴极液出水口(19)；所述原水箱(9)的出水分为两支水流，分别为第一出水和第二出水，所述第一出水和第二出水分别连接到所述电渗析膜堆系统中的浓水进水口(10)和淡水进水口(11)，所述第一出水口(20)连接外排管道，所述第二出水口(21)连接水用户管道；所述极液箱(22)的出水分成两支极液流，分别为阳极液和阴极液，所述阳极液和阴极液通过极液管道分别连接到阳极液进水口(16)和阴极液进水口(17)，所述阴极液出水口(19)和阳极液出水口(18)通过管道连接极液箱(22)；所述电渗析膜堆配置有直流稳压电源。


2.根据权利要求1所述的一种用于苦咸水脱盐的电渗析系统，其特征在于，所述电渗析膜堆的极室由树脂填充床型超薄电极板框制成；所述树脂填充床型超薄电极板框包括树脂填充床超薄阳极板框(1)和树脂填充床超薄阴极板框(4)，所述阳极室和阴极室分别由树脂填充床超薄阳极板框(1)和树脂填充床超薄阴极板框(4)制成；所述树脂填充床超薄阳极板框(1)和树脂填充床超薄阴极板框(4)均包括电极板和极框，所述树脂填充床型超薄电极板框厚度为1-3mm，且电极板与极框之间填充有体积比为1:1的强酸强碱性混床阴阳离子交换树脂。


3.根据权利要求2所述的一种用于苦咸水脱盐的电渗析系统，其特征在于，所述电渗析膜堆系统由三个分段式电渗析膜堆依次连接形成，分别为第一级电渗析膜堆(6)、第二级电渗析膜堆(7)和第三级电渗析膜堆(8)；其中，所述第一级电渗析膜堆(6)中的电极板框厚度为1-3mm；所述第二级电渗析膜堆(7)中的电极板框厚度为1-3mm；所述第三级电渗析膜堆(8)中的电极板框厚度为1-3mm。


4.根据权利要求3所述的一种用于苦咸水脱盐的电渗析系统，其特征在于，所述电渗析膜堆采用级段间非对称性膜对数进行设计，所述级段间非对称性膜对数包括级间非对称性膜对数和各段间非对称性膜对数；所述级间非对称性膜对数设计的各级膜堆，其中每一级膜堆单元采用不同的膜对数，总膜对数按360对计。


5.根据权利要求4所述的一种用于苦咸水脱盐的电渗析系统，其特征在于，所述第一级电渗析膜堆(6)中的膜对数为120-160对；
所述第二级电渗析膜堆(7)中的膜对数为100-140对；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建友，陈青柏，
申请(专利权)人：南开大学，天津中领水系统技术有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12