一种电容式膜蒸馏海水淡化装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电容式膜蒸馏海水淡化装置，包括沿海水流入方向依次连接的海水取水口、太阳能加热系统、热侧水箱、电容式膜蒸馏反应器、冷侧水箱、渗透液冷却系统；还包括对电容式膜蒸馏反应器进行供电的低压直流电源以及与冷侧水箱连接的淡水储存箱；本发明专利技术将离子吸附电极与导电蒸馏膜耦合成一体式脱盐设备，利用电极吸附回收盐物质，提高装置的脱盐效率，同时蒸馏膜的拦截作用保证装置极高的出水水质，且电极的去离子过程有效减缓蒸馏膜的盐垢污染，从而有效控制膜蒸馏的膜润湿趋势；电极与导电蒸馏膜之间的微电场可有效控制蒸馏膜的有机污染及生物污染，显著延长蒸馏膜的使用寿命，降低膜清洗或膜更换的频次。

【技术实现步骤摘要】
一种电容式膜蒸馏海水淡化装置
本专利技术涉及海水淡化装置领域，尤其是一种电容式膜蒸馏海水淡化装置。
技术介绍
海水淡化是21世纪最具前景的可持续提供淡水来源的绿色朝阳产业，也是解决缺水困境的关键举措。现阶段常用的海水淡化方法主要包括反渗透法和膜蒸馏法，但是两者都存在一定的局限性，其中反渗透法具有投资运行成本偏高，浓盐水回用率低的缺陷；膜蒸馏海水淡化技术规模应用的主要瓶颈则包括能源利用率低和膜污染/膜润湿问题，严重的膜污染/膜润湿导致频繁的膜清洗或膜更换。
技术实现思路
专利技术目的：为了解决现有技术所存在的问题，本专利技术提供了一种电容式膜蒸馏海水淡化装置，脱盐效率高，出水水质高，充分利用了可再生资源，有效减缓膜污染/膜润湿现象，延长蒸馏膜使用寿命。技术方案：为达到上述目的，本专利技术可采用如下技术方案：一种电容式膜蒸馏海水淡化装置，包括沿海水流入方向依次连接的海水取水口、太阳能加热系统、热侧水箱、电容式膜蒸馏反应器、冷侧水箱、渗透液冷却系统；还包括对电容式膜蒸馏反应器进行供电的低压直流电源以及与冷侧水箱连接的淡水储存箱；所述太阳能加热系统、热侧水箱、电容式膜蒸馏反应器通过热侧水泵、热侧循环泵形成热侧循环系统；所述海水取水口经提升泵采集海水后输送至太阳能加热系统进行预热，预热后的海水进入热侧水箱中，所述热侧水箱的温度由太阳能加热系统维持在50～60℃，热侧水箱中的海水输送至电容式膜蒸馏反应器中处理后，再经由热侧循环泵回流至太阳能加热系统；所述冷侧水箱、电容式膜蒸馏反应器经三条连接管道连接成循环系统，三条连接管道上分别设有渗透液冷却系统、冷侧I号循环泵、冷侧II号循环泵，共同形成冷侧循环系统；所述冷侧水箱的淡水经由渗透液冷却系统散热后进入电容式膜蒸馏反应器中，再经由冷侧I号循环泵、冷侧II号循环泵回流至冷侧水箱，冷侧水箱的淡水存放至淡水储存箱。所述电容式膜蒸馏反应器采用电极吸附-膜分离一体式脱盐装置，它通过以导电蒸馏膜代替传统的疏水性蒸馏膜的方式，将膜蒸馏反应器(MD)处理过程和电容去离子(CDI)过程科学地耦合在一个脱盐装置内，同时利用电容去离子技术和膜蒸馏技术的脱盐能力来高效淡化海水；具体包括I号冷水模块、II号冷水模块和中间热水模块，所述I号冷水模块内布设有I号导电蒸馏膜、II号冷水模块中布设有II号导电蒸馏膜；所述中间热水模块中布设有离子吸附-储存电极，所述第一导电蒸馏膜、第二导电蒸馏膜通过银线与低压直流电源的正极连接，表面呈现正电荷；所述离子吸附-储存电极经由银线与低压直流电源的负极连接，电极表面呈负电荷。中间热水模块中布设有侧盖板，用于防止热水模块中的热量散失，所述侧盖板上布设有电线孔，用于穿透银线，连接离子吸附-储存电极与低压直流电源。所述I号冷水模块、II号冷水模块和中间热水模块通过螺丝通过I号冷水模块螺丝孔、II号冷水模块螺丝孔和中间热水模块螺丝孔固定。一方面，I号导电蒸馏膜和II号导电蒸馏膜与离子吸附-储存电极分别带正、负电，通过电吸附作用将海水中的阳离子吸附并储存在电极中，利用后续电极再生过程将储存的金属阳离子进行回收利用，脱盐效率显著提升；另一方面，利用导电蒸馏膜的膜分离特征，实现海水中阴离子、非挥发性有机污染物、颗粒物以及微生物等污染物的高效去除，出水水质极高，与此同时海水淡化过程中浓盐水回用率高，可达零排放，避免浓盐水外排对海洋环境造成的污染；I号导电蒸馏膜和II号导电蒸馏膜与离子吸附-储存电极之间的电容去离子过程显著降低蒸馏膜的盐垢污染趋势，同时反应器内的微电场环境有助于减缓蒸馏膜的有机污染以及生物污染，与传统膜蒸馏海水淡化过程相比，此专利技术装置中的蒸馏膜使用寿命显著延长至10倍左右。更进一步的，所述I号导电蒸馏膜、II号导电蒸馏膜的两侧还分别设有一个导流网格。更进一步的，所述电容式膜蒸馏反应器内设有膜通量实时监测系统、电极-导电蒸馏膜间电压实时监测系统和热侧回流水的电导率实时监测系统，通过膜通量实时监测系统监控导电蒸馏膜的膜污染趋势，设定阈值，指示电容式膜蒸馏反应器的膜清洗周期；利用热侧回流水的电导率实时监测系统监和电极-导电蒸馏膜间电压实时监测系统联合监控电极的离子吸附-储存的饱和情况，设定阈值，指示电容式膜蒸馏反应器的电极再生周期；所述电容式膜蒸馏反应器采用计算机程序自动控制反应器的开启与停工，根据程序提示进行最佳周期的膜清洗与电极再生，保证电容式膜蒸馏海水淡化装置的高效、稳定、经济、节能地淡化处理海水。更进一步的，所述第一导电蒸馏膜、第二导电蒸馏膜由导电涂层和疏水基底膜通过涂敷法制备而成，导电涂层采用石墨烯导电材料，疏水基底膜采用聚四氟乙烯疏水膜。具备优良的膜面导电性能及疏水拦截过程；具体制备方法如下：1)选择石墨烯作为导电涂料，以疏水PTFE作为基底膜，选取合适的分散剂及黏结剂；2)将石墨烯、分散剂与适量的乙醇按比例混合；3)将混合后的浆料超声预分散60min获得导电涂层悬浊液；4)在导电涂层悬浊液中加入适量的黏结剂，并置于60℃水浴锅中充分搅拌1h；5)真空脱泡20min后转移至倒料器中；6)将疏水基底膜置于涂膜机，设置导电涂层厚度；7)借助涂膜机将上述制备的导电浆料均匀涂覆至基底膜表面；8)静置固化并真空干燥24h后即可获得导电蒸馏膜。更进一步的，所述离子吸附-储存电极采用集流体和电极材料通过压膜法制备而成，集流体采用石墨烯材料，电极材料采用活性炭纤维毡材料，具备优良的离子吸附-脱附性能以及较大的离子储存空间。具体制备方法如下：1)选择石墨烯作为集流体，以活性炭纤维毡作为电极材料，并选择合适的导电剂及黏结剂；2)按比例混合电极材料、导电剂和黏结剂等，剧烈搅拌1h以致充分混合；3)真空脱泡20min后转移至倒料器中；4)将石墨烯片置于压膜机上，借助压膜机将混合均匀的浆料压制于石墨片表面；5)静置固化后真空干燥24h，即可获得离子吸附-储存电极。所述太阳能加热系统布设在海边光照充足的位置，内设有温控装置、集热管和布水管道，集热管为圆柱螺旋状集热管，增大集热面积，提高太阳能加热系统的加热效率；布水管道均匀布设于各集热管之间，装置运行时太阳能加热系统的出水温度可控制在60-65℃；温度过低时启动集热管运作，将太阳能转变为热能进行加热至所需温度后，经热侧水泵输送至热侧水箱，所述热侧水箱内设温控装置，水温过低时回流至太阳能加热系统进一步加热处理。所述的渗透液冷却系统布设在海水中，内设有温控装置，利用海水这一天然的冷却体系对渗透液进行散热冷凝处理；还包括散热片和布水管道，进水口以及出水口，散热片为螺旋圈状，增大渗透液与海水的换热面积，提高渗透液冷却系统的散热效率，布水管道均匀布设于各螺旋圈状的散热片之间，进水口与冷侧水箱连接，出水口连接至电容式膜蒸馏反应器。渗透液冷却系统的出水温度可控制在20℃左右。更进一步的，所述冷侧水箱内设有水位监控系统，冷侧水箱内储存的淡水量超出设定水位时，水位监控系统开启冷侧水箱与淡水储存箱之间的管路及水泵，将冷侧水箱内的淡水运本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电容式膜蒸馏海水淡化装置，其特征在于：包括沿海水流入方向依次连接的海水取水口(1)、太阳能加热系统(2)、热侧水箱(3)、电容式膜蒸馏反应器(4)、冷侧水箱(5)、渗透液冷却系统(6)；/n还包括对电容式膜蒸馏反应器(4)进行供电的低压直流电源(7)以及与冷侧水箱(5)连接的淡水储存箱(8)；/n所述太阳能加热系统(2)、热侧水箱(3)、电容式膜蒸馏反应器(4)通过热侧水泵(102)、热侧循环泵(103)形成热侧循环系统；/n所述海水取水口(1)经提升泵(101)采集海水后输送至太阳能加热系统(2)进行预热，预热后的海水进入热侧水箱(3)中，所述热侧水箱(3)的温度由太阳能加热系统(2)维持在50～60℃，热侧水箱(2)中的海水输送至电容式膜蒸馏反应器(4)中处理后，再经由热侧循环泵回流至太阳能加热系统(2)；/n所述冷侧水箱(5)、电容式膜蒸馏反应器(4)经三条连接管道连接成循环系统，三条连接管道上分别设有渗透液冷却系统(6)、冷侧I号循环泵(104)、冷侧II号循环泵(105)，共同形成冷侧循环系统；/n所述冷侧水箱(5)的淡水经由渗透液冷却系统(6)散热后进入电容式膜蒸馏反应器中，再经由冷侧I号循环泵(104)、冷侧II号循环泵(105)回流至冷侧水箱(5)，冷侧水箱(5)的淡水存放至淡水储存箱(8)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种电容式膜蒸馏海水淡化装置，其特征在于：包括沿海水流入方向依次连接的海水取水口(1)、太阳能加热系统(2)、热侧水箱(3)、电容式膜蒸馏反应器(4)、冷侧水箱(5)、渗透液冷却系统(6)；
还包括对电容式膜蒸馏反应器(4)进行供电的低压直流电源(7)以及与冷侧水箱(5)连接的淡水储存箱(8)；
所述太阳能加热系统(2)、热侧水箱(3)、电容式膜蒸馏反应器(4)通过热侧水泵(102)、热侧循环泵(103)形成热侧循环系统；
所述海水取水口(1)经提升泵(101)采集海水后输送至太阳能加热系统(2)进行预热，预热后的海水进入热侧水箱(3)中，所述热侧水箱(3)的温度由太阳能加热系统(2)维持在50～60℃，热侧水箱(2)中的海水输送至电容式膜蒸馏反应器(4)中处理后，再经由热侧循环泵回流至太阳能加热系统(2)；
所述冷侧水箱(5)、电容式膜蒸馏反应器(4)经三条连接管道连接成循环系统，三条连接管道上分别设有渗透液冷却系统(6)、冷侧I号循环泵(104)、冷侧II号循环泵(105)，共同形成冷侧循环系统；
所述冷侧水箱(5)的淡水经由渗透液冷却系统(6)散热后进入电容式膜蒸馏反应器中，再经由冷侧I号循环泵(104)、冷侧II号循环泵(105)回流至冷侧水箱(5)，冷侧水箱(5)的淡水存放至淡水储存箱(8)。


2.根据权利要求1所述的电容式膜蒸馏海水淡化装置，其特征在于：所述电容式膜蒸馏反应器(4)包括I号冷水模块(41)、II号冷水模块(42)和中间热水模块(43)，所述I号冷水模块(41)内布设有I号导电蒸馏膜(411)、II号冷水模块(42)中布设有II号导电蒸馏膜(421)；
所述中间热水模块(43)中布设有离子吸附-储存电极(431)，所述第一导电蒸馏膜(411)、第二导电蒸馏膜(421)通过银线与低压直流电源(7)的正极连接，所述离子吸附-储存电极(431)经由银线与低压直流电源(7)的负极连接；所述中间热水模块(43)中布设有侧盖板(4301)，所述侧盖板(4301)上布设有电线孔(4302)，用于穿透银线，连接离子吸附-储存电极(431)与低压直流电源(7)；
所述I号冷水模块(41)、II号冷水模块(42)和中间热水模块(43)通过螺丝通过I号冷水模块螺丝孔(4102)、II号冷水模块螺丝孔(4202)和中间热水模块螺丝孔(4303)固定。


3.根据权利要求2所述的电容式膜蒸馏海水淡化装置，其特征在于：所述I号导电蒸馏膜(411)、II号导电蒸馏膜(421)的两侧还分别设有一个导流网格。


4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘畅，杨文澜，纪荣平，熊慧欣，陆建兵，蔡森，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32