[發明專利]一種循環處理的膜電容去離子裝置及處理方法

在審

• 申請號: 201710116549.0
• 申請日: 2017-03-01
• 公開（公告）號: CN106830227A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 陳琳;朱亮;張丹楓;郭雅麗;王成燚;殷緒華;劉宇鵬;孫昱;李俊哲
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: C02F1/469
• 分類號: C02F1/469
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明屬環保設備技術領域，尤其涉及一種循環處理的膜電容去離子裝置及處理方法。

背景技術

隨著工業社會的飛速發展和人口的急劇增長，淡水資源作為工農業生產、經濟發展和環境改善中不可替代的寶貴自然資源，其需求量與日俱增。而海水和苦咸水占世界水資源總量的98%，故從中獲得廉價的淡水是解決淡水資源短缺問題的有效途徑。

目前，實現海水淡化的技術主要包括蒸餾法、反滲透法和電滲析法等方法，然而這些方法具有耗能高、產生二次污染等缺點。作為一種新型脫鹽技術，電容去離子技術(Capacitive Deionization, CDI)是利用雙電層原理，通過施加靜電場強制離子向帶有異種電荷的電極處移動，從而去除溶液中的離子。而膜電容去離子技術(Membrane Capacitive Deionization, MCDI)的原理與電容去離子技術類似，只是在正負電極表面各緊貼一層陰、陽離子交換膜，既保證離子的正常遷移、吸附過程，又能有效阻止被吸附離子因水流擾動而被帶走，且可避免再生過程中脫附離子被二次吸附于對側電極，從而大大提高了離子去除效率和電極再生效率。

MCDI技術低成本、高效率及環境友好等特點，使其具有更好的發展前景。因此，對該技術的研究也成為了當前的一個熱點。經查閱專利文獻有以下介紹。

中國專利（CN103991937）公開了一種利用膜電容去離子連續廢水處理裝置，其特征在于：所涉及的膜電極是碳電極與離子膜制成一體的，采用在陰極上噴涂陽離子交換涂層，在陽極上噴涂陰離子交換涂層，制備成膜電極，其離子交換層的厚度小于10微米，比直接加上離子膜的電阻小，電容量大。該裝置可有效解決老式電容去離子裝置產業化過程中除鹽效率低、易結垢以及達到出水要求需要電吸附模塊多、投資大、占地面積大等問題，但其具有能耗偏高和再生效果差等缺陷。

中國專利（CN104926004 A）公開了一種基于直流電場作用下的電容式海水淡化設備和方法原料海水經砂濾和超濾等預處理后，依次進入兩級電容去離子模塊完成95%以上的脫鹽獲得淡水，反沖洗濃水可以通過回流管道回到第一級電容去離子模塊重新處理。本發明的優點是:電容去離子模塊中的離子格柵能夠有效阻止反充電脫附過程中陰、陽離子被電極吸附，提高了電極的清洗、再生效果和工作效率;采用兩級電容去離子模塊淡化海水，降低了操作壓力，這使得能夠使用PVC塑料材質替代昂貴的雙相不銹鋼，徹底解決了海水對金屬管道的腐蝕問題，且水利用率顯著高于反滲透膜法。此外，系統運行壓力的降低還可省去昂貴的反滲透膜法濃縮水能量回收裝置的投資。

現有技術公開的專利文獻雖然也涉及了MCDI技術，設計一種具有低能耗、可再生，能夠最大程度提高去離子技術的工作效率，減少濃水脫鹽時的運行成本的循環處理的膜電容去離子裝置及處理方法是非常必要的。

發明內容

本申請提供一種循環處理的膜電容去離子裝置及處理方法，充分利用去離子處理過程中產生的能源。

本發明采用以下技術方案：

一種循環處理的膜電容去離子裝置，所述循環處理的膜電容去離子裝置包括膜電容去離子組件、升壓降壓轉換器、直流電源、原水儲液罐、中間儲液罐、再生水儲液罐、淡水儲液罐、電導率監測儀、水泵、動力閥、止回閥和DC/DC直流轉換器，所述膜電容去離子組件由膜電容去離子組件A和膜電容去離子組件B組成，所述升壓降壓轉換器與膜電容去離子組件的集流體相連，原水儲液罐、中間儲液罐、再生水儲液罐和淡水儲液罐通過水管與膜電容去離子組件的進出水口相連，管路上設有電導率監測儀、水泵、動力閥和止回閥，直流電源與DC/DC直流轉換器相連。

作為本申請的一種優選技術方案：升壓降壓轉換器是當膜電容去離子組件A吸附飽和時，將膜電容去離子組件A上儲存的電能轉移到膜電容去離子組件B；當膜電容去離子組件B吸附飽和時，將膜電容去離子組件B上儲存的電能轉移到膜電容去離子組件A，能源的轉移率為30%-50%。

作為本申請的一種優選技術方案：所述的直流電源經過DC/DC直流轉換器電壓為1.0-1.2V，用于第一次運行時給膜電容去離子組件供給電能，以及在后期運行中補充消耗的能源。

作為本申請的一種優選技術方案：所述原水儲液罐提供脫鹽處理所需的原水；中間儲液罐作為膜電容去離子組件處理后未達到處理要求的鹽水在脫鹽過程中的儲存區，其內鹽水回流至原水管道內混合并繼續循環處理，達到濃鹽水的多級處理；再生水儲液罐用來儲存電極再生時所需的水和電極再生完畢產生的濃水；淡水儲液罐用于儲存達到處理要求的出水。