一种光伏驱动高氟地下水自动除氟装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种光伏驱动高氟地下水自动除氟装置及方法，所述装置包括：流动电极电容去离子单元，内部设置有至少一组FCDI处理装置，所述FCDI处理装置包括阳离子交换膜、阴离子交换膜、阳极板和阴极板，阳极板和阴极板为蚀刻有流道的集流板；浓缩液处理单元，与所述流动电极电容去离子单元的出液口相连通，用于将所述流动电极电容去离子单元输出的含氟电极液进行浓缩分离。本发明专利技术FCDI处理装置将两侧的固定电极板替换为蚀刻有流道的集流板，含有碳颗粒的电极液经流道流过，吸附溶液中的带电离子并将其带出电场区，在反应器的外部可通过中和的方式使电极液再生，从而实现长期吸附，可以有效地降低地下水中氟离子的浓度。可以有效地降低地下水中氟离子的浓度。可以有效地降低地下水中氟离子的浓度。

【技术实现步骤摘要】
一种光伏驱动高氟地下水自动除氟装置及方法


[0001]本专利技术涉及环境工程及水处理
，尤其是涉及一种光伏驱动高氟地下水自动除氟装置及方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]氟是人生命活动所必须的微量元素之一，是骨、牙的正常成分，对骨质疏松具有防护作用，但氟过量或不足都会对人体健康造成危害，过量的氟会引发全身性慢性中毒，导致氟斑牙、氟骨病，而摄入氟过少易患龋齿。
[0004]偏远地区饮用水除氟难以集中解决，现有的民用除氟装置往往面临着工艺落后，除氟效率低，能耗较高的问题。
[0005]传统除氟方法包括吸附法、离子交换法、反渗透法、电渗析法等。吸附法虽然具有较低的成本与能耗，但它的药耗量较高，易造成二次污染，同时其稳定性较差，易溶出，吸附容量不理想。离子交换法动力学好，基团利用率高，但其成本高昂，处理周期较长，离子交换树脂易被污染。反渗透法虽然除氟效果较好，但其装置造价高昂，且组件易被污染，难以广泛推广使用。电渗析法对氟离子的选择性不好，成本较高、能耗较大，而且难以应付高氟情况。为了避免上述工艺的缺陷，近年来，电容去离子技术(CDI)日益受到关注。
[0006]电容去离子(CDI)技术是21世纪新兴的水处理技术，又名电吸附脱盐技术，是基于双电层电容或法拉第电容原理的一种电吸附脱盐技术，其具有能耗低、环境友好及操作方便等优势。该装置运行时，原水中的阴阳离子受到电极电场的作用，分别向带相反电荷的电极移动，从而实现水与带电离子的分离，使原水得到淡化。但是现有的CDI技术存在两个主要问题：一是同离子效应导致电流效率较低；二是碳电极的吸附容量有限，难以实现对原水的连续吸附。

技术实现思路

[0007]本专利技术提出一种光伏驱动高氟地下水自动除氟装置及方法，以解决现有的 CDI技术中电极材料质量恒定导致吸附能力有限、解吸时无法连续运行的问题，将两侧的固定电极板替换为蚀刻有流道的集流板，含有碳颗粒的电极液经流道流过，吸附溶液中的带电离子并将其带出电场区，在反应器的外部可通过中和的方式使电极液再生，从而实现长期吸附。
[0008]本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0009]一种光伏驱动高氟地下水自动除氟装置，包括：
[0010]流动电极电容去离子单元，内部设置有至少一组FCDI处理装置，所述FCDI 处理装置包括阳离子交换膜、阴离子交换膜、阳极板和阴极板，阳极板和阴极板为蚀刻有流道的集流板；含有碳颗粒的电极液经所述流道流过，吸附电极液中的带电离子并将其带出电场区，
在所述流动电极电容去离子单元的外部通过中和的方式使电极液再生，从而实现对高氟地下水的长期连续吸附；
[0011]浓缩液处理单元，与所述流动电极电容去离子单元的出液口相连通，用于将所述流动电极电容去离子单元输出的含氟电极液进行浓缩分离。
[0012]进一步优化技术方案，所述流动电极电容去离子单元还包括：
[0013]发生器壳体；
[0014]第一进水管道，连通设置在发生器壳体上，并与待处理高氟地下水源相连通；
[0015]第一出水管道，连通设置在发生器壳体的侧部底端，并与浓缩液处理单元的进液口相连通；
[0016]第二出水管道，连通设置在发生器壳体的侧部底端，并与所述第一进水管道相对设置。
[0017]进一步优化技术方案，所述浓缩液处理单元与发生器壳体之间还连通设置有用于将浓缩液处理单元处理后的含氟电极液循环输入发生器壳体的第二进水管道。
[0018]进一步优化技术方案，所述FCDI处理装置采用并联的方式设置在发生器壳体内部。
[0019]进一步优化技术方案，所述浓缩液处理单元包括：
[0020]浓缩装置，与所述流动电极电容去离子单元的出液口相连通，用于将含氟电极液进行浓缩；
[0021]处理装置，设置在所述浓缩装置下方，用于将所述浓缩装置排出的浓缩后含氟电极液分离成炭黑溶液和氟化钙固体颗粒。
[0022]进一步优化技术方案，所述浓缩装置包括：
[0023]浓缩水箱；
[0024]搅拌器，设置在浓缩水箱内部；
[0025]第一滤网，设置在所述浓缩水箱内部并位于所述搅拌器下方，用于对含氟浓缩液进行分离处理得到含氟炭黑溶液和活性炭颗粒；
[0026]排液组件，设置在所述浓缩水箱下方，用于将所述浓缩水箱内浓缩后含氟电极液排入处理装置。
[0027]进一步优化技术方案，所述处理装置包括：
[0028]处理水箱，设置在所述浓缩水箱下方；所述处理水箱的一侧安装投料口，投料口对侧安置取料口；
[0029]第二滤网，倾斜设置在所述处理水箱内部；
[0030]循环泵送组件，一端与所述处理水箱的出液端相连通且另一端与浓缩水箱相连通。
[0031]进一步优化技术方案，还包括：
[0032]光伏发电单元，设置在所述FCDI处理装置上方，用于为装置整体提供电能。
[0033]一种光伏驱动高氟地下水自动除氟方法，所述方法基于所述的一种光伏驱动高氟地下水自动除氟装置进行，包括以下步骤：
[0034]S1、流动电极电容去离子单元通电，高氟地下水进入到流动电极电容去离子单元，含有碳颗粒的电极液中的阴阳离子受到电极电场的作用，分别向带相反电荷的电极移动，
形成含氟电极液，含氟电极液移出电场区；
[0035]S2、步骤S1中的含氟电极液流入至浓缩液处理单元，在浓缩液处理单元中含氟电极液中的阴阳离子通过中和的方式使电极液再生，再生的电极液回流至流动电极电容去离子单元通电再次使用；
[0036]S3、浓缩液处理单元对含氟电极液进行浓缩、过滤，得到含氟炭黑溶液和活性炭颗粒；
[0037]浓缩液处理单元再对含氟炭黑溶液进行过滤、分离，得到炭黑溶液和氟化钙固体颗粒。
[0038]采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果为：
[0039]本专利技术FCDI处理装置将两侧的固定电极板替换为蚀刻有流道的集流板，含有碳颗粒的电极液经流道流过，吸附溶液中的带电离子并将其带出电场区，在反应器的外部可通过中和的方式使电极液再生，从而实现长期吸附。本专利技术FCDI 技术解决了传统CDI反应器中电极材料质量恒定导致吸附能力有限、解吸时无法连续运行等问题，并且具有能耗小、运行稳定、流动效率高等优势，为地下水稳定除氟提供了新的思路。
[0040]本专利技术流动电极电容去离子单元采用先进的FCDI处理装置，可以有效地降低地下水中氟离子的浓度，同时在所设计的运行条件下能耗较低，足以满足光伏驱动的需求；同时，浓缩水箱与处理水箱的设计使得电极液可以循环利用，进一步降低了装置的运行成本。本装置可以将地下水中氟含量降低至人体可接受的范围内，同时综合考虑偏远山区地区的光照等条件，使其能在这些地区以较低的成本运行。
[0041]本专利技术提供了一种方便操作、成本较低的流动电极电容去离子(FCDI)装置，通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光伏驱动高氟地下水自动除氟装置，其特征在于，包括：流动电极电容去离子单元(5)，内部设置有至少一组FCDI处理装置，所述FCDI处理装置包括阳离子交换膜、阴离子交换膜、阳极板和阴极板，阳极板和阴极板为蚀刻有流道的集流板；含有碳颗粒的电极液经所述流道流过，吸附电极液中的带电离子并将其带出电场区，在所述流动电极电容去离子单元的外部通过中和的方式使电极液再生，从而实现对高氟地下水的长期连续吸附；浓缩液处理单元，与所述流动电极电容去离子单元(5)的出液口相连通，用于将所述流动电极电容去离子单元(5)输出的含氟电极液进行浓缩分离。2.根据权利要求1所述的一种光伏驱动高氟地下水自动除氟装置，其特征在于，所述流动电极电容去离子单元(5)还包括：发生器壳体；第一进水管道(1)，连通设置在发生器壳体上，并与待处理高氟地下水源相连通；第一出水管道(2)，连通设置在发生器壳体的侧部底端，并与浓缩液处理单元的进液口相连通；第二出水管道(4)，连通设置在发生器壳体的侧部底端，并与所述第一进水管道(1)相对设置。3.根据权利要求2所述的一种光伏驱动高氟地下水自动除氟装置，其特征在于，所述浓缩液处理单元与发生器壳体之间还连通设置有用于将浓缩液处理单元处理后的含氟电极液循环输入发生器壳体的第二进水管道(3)。4.根据权利要求2所述的一种光伏驱动高氟地下水自动除氟装置，其特征在于，所述FCDI处理装置采用并联的方式设置在发生器壳体内部。5.根据权利要求1所述的一种光伏驱动高氟地下水自动除氟装置，其特征在于，所述浓缩液处理单元包括：浓缩装置，与所述流动电极电容去离子单元(5)的出液口相连通，用于将含氟电极液进行浓缩；处理装置，设置在所述浓缩装置下方，用于将所述浓缩装置排出的浓缩后含氟电极液分离成炭黑溶液和氟化钙固体颗粒。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫徽，王天岳，张婧欣，刘孟言，柴树乾，戴晓虎，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：