[發明專利]一種同時實現水體凈化與碳減排的循環二氧化碳再生離子交換系統及工藝

在審

• 申請號: 202110317262.0
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN112875803A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 李金澤;卜慶偉
• 申請（專利權）人: 山東金澤水業科技有限公司;山東省水利科學研究院
• 主分類號: C02F1/42
• 分類號: C02F1/42;B01J49/53;B01J49/57;C02F101/10;C02F101/12;C02F101/16
• 代理公司: 北京元本知識產權代理事務所(普通合伙) 11308
• 代理人: 李斌

本發明屬于水處理技術領域，尤其涉及一種同時實現水體凈化與碳減排的循環二氧化碳再生離子交換系統及工藝。本發明通過系統內循環方式實現將塞流式反應器(PFA)轉化為連續攪拌反應器系統(CSTR)實現陰陽離子交換劑通過二氧化碳氣體(包括但不限于工業生產的高純度二氧化碳、工業廢氣、燃燒廢氣和大氣中補集并收集的二氧化碳、干冰、液體二氧化碳等)的高效再生技術。該方法成功實現低壓二氧化碳氣體對陰陽離子交換劑的同時再生，并且將再生時間從固定床系統(PFA)的15個小時降低至90分鐘，將再生效率比固定床系統提升三倍以上，再生壓力降低30％。該工藝使利用工業排放的低純度(30?50％)二氧化碳廢氣進行水體脫鹽成為可能，且同時實現40％的碳減排。

技術領域

本發明屬于水處理技術領域，尤其涉及一種同時實現水體凈化與碳減排的循環二氧化碳再生離子交換系統及工藝。

背景技術

由于全球水資源短缺的形式越來越嚴峻，以及全球氣候變暖對碳排放的要求越來越嚴格，越來越多的研究團隊開始致力于水質提升、污水回用和碳減排的研究。

其中，一部分研究者提出通過向海水中加入氨水并吸收二氧化碳廢氣，生產氯化銨和碳酸鈉兩種產品，并同時實現海水或苦咸水脫鹽。然而，該工藝成本高，而且處理過程中需要加入氨水，提高了處理風險。

另外，現有的研究中出現了一次性通過二氧化碳再生系統的研究，提出了使用二氧化碳進行再生從而達到水體脫鹽和去除污染物的思路。但是現有技術中的該工藝具有以下缺點：(1)耗時長，超過15個小時的再生時間；(2)能耗高，需要提供二氧化碳分壓為15到25公斤；(3)對設備要求嚴格，且其二氧化碳消耗量大(30kg/方產水)；(4)利用效率低下，利用率僅為7％，超過80％的二氧化碳重新釋放排入大氣。

發明內容

為解決上述現有技術中存在的高成本、高能耗、低效率、低運行時長、低產水率、長再生時間等問題，本發明提出了水質提升、污水回用和碳減排的新思路，提供一種新型二氧化碳驅動的水體脫鹽工藝。

本發明針對一次性通過二氧化碳再生系統進行進一步的系統改進和升級，利用新型樹脂與樹脂組合提升再生效率，利用封閉系統降低二氧化碳排放，利用二氧化碳內循環工藝提高再生過程中二氧化碳的利用效率，使該技術能夠符合目前的環境和市場需求，同時實現污水處理、水質提升和碳減排的目標，為生活污水、中水回用提供了低成本、低污染的應用工藝。

本發明通過再生水內循環系統，成功將單次再生廢液再次通入二氧化碳氣體并加壓，使原本的單次通過塞流式反應器(PFR)轉型為連續攪拌反應器系統(CSTR)，從而延長了再生的接觸時間，提高了再生效率，減少了二氧化碳用量。不同于傳統PFR工藝中離子交換發生在再生液與再生廢液的界面上，CSTR反應器中的離子交換劑均充分與再生液接觸，極大的提高了再生效率，使得反應器內的材料與再生液整體達到共平衡狀態。并且，由于再生過程中使用封閉系統，二氧化碳不再隨再生進行而持續排放。在產水循環中，該脫鹽系統能夠重新切換為塞流式反應器，提升產水水質，增加處理效率。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種同時實現水體凈化與碳減排的循環二氧化碳再生離子交換系統，包括二氧化碳溶解罐、陽離子交換劑罐和陰離子交換劑罐；

所述二氧化碳溶解罐上設置有二氧化碳進氣口；

所述二氧化碳溶解罐底部的出水口通過連接管道依次與陽離子交換劑罐、陰離子交換劑罐串聯，所述連接管道上設置有內循環泵；

所述陰離子交換劑罐的出水口通過內循環管道與所述二氧化碳溶解罐頂部的進水口連通。

優選的，所述二氧化碳溶解罐的二氧化碳進氣口通過進氣管道與二氧化碳氣瓶連接，所述進氣管道上設置有壓力表，所述二氧化碳溶解罐內設置有二氧化碳布氣板，用于均勻分布二氧化碳氣體，促進氣體溶解并轉化為碳酸。