CN102689951A - 一种电吸附系统、电吸附模块改性系统及相应的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电吸附系统、电吸附模块改性系统及相应的方法，涉及污水处理领域，用以解决现有电吸附系统长期运行过程中由于表面副反应效应的累积，影响电吸附模块除盐效率的问题。改性系统包括：成闭环连接的胺类容器、泵和电吸附模块；胺类容器中装有含胺基的胺类物质溶液；电吸附模块为待改性的电吸附模块；泵用于将胺类容器中的胺类物质溶液注入电吸附模块，以改变该电吸附模块表面的性质。电吸附系统包括：电吸附工作子系统；电吸附模块改性子系统；切换装置，用于在对电吸附模块改性时，将所述系统切换至电吸附模块改性子系统运行模式；以及在完成电吸附模块改性后，将所述系统切换至电吸附工作子系统运行模式。

Description

一种电吸附系统、电吸附模块改性系统及相应的方法

技术领域

本发明涉及污水处理领域，特别是涉及一种电吸附系统、电吸附模块改性系统及相应的方法。

背景技术

随着经济和社会的发展，一方面人类对水的需求量和品质的要求越来越高，另一方面，水污染的范围和程度也越来越大。

电吸附除盐技术作为一种水处理技术，其核心设备是电吸附模块，其总的工艺流程分为2个部分，工作流程、再生流程。工作流程是使电吸附模块内相对的电极片通正负电，利用电极片之间的电势差吸附原水内的阴阳离子，达到净化原水的过程。在工作过程中有两种效应，电容吸附和表面副反应，电容吸附是水中正负离子富集在电极表面的除盐过程，而表面副反应是电极本身发生的缓慢的氧化还原反应，其中氧化反应为主要趋势。在再生过程中将电极片正负极短接，此时阴阳离子会脱附到电吸附模块通道内，并被水冲出电吸附模块，使模块得到再生。再生过程为工作过程中电容吸附效应的逆过程。

经发明人研究发现，工作流程中的两种效应，即电容吸附和表面副反应，前者是可逆过程，后者是不可逆过程，虽然表面副反应是少量的、缓慢的，但是在电吸附系统长期运行过程中该效应会累积下来，使电吸附模块的电极缓慢变性，最终影响到电吸附模块的除盐效率。

发明内容

本发明提供一种电吸附系统、电吸附模块改性系统及相应的方法，用以解决现有电吸附系统长期运行过程中由于表面副反应效应的累积，影响电吸附模块除盐效率的问题。

本发明的一种电吸附模块改性系统，包括：成闭环连接的胺类容器、泵和电吸附模块；胺类容器，其中装有含胺基的胺类物质溶液；电吸附模块，该电吸附模块为待改性的电吸附模块；泵，用于将胺类容器中的所述胺类物质溶液注入电吸附模块，以改变该电吸附模块表面的性质。

进一步，还包括：回收容器，用于在改变所述电吸附模块表面的性质后，回收所述电吸附模块中驻留的胺类物质溶液。

本发明的一种电吸附模块改性方法，包括下列步骤：S1、将待改性的电吸附模块内部的水排干；S2、将胺类物质溶液注入所述电吸附模块，使胺类物质溶液与电吸附模块内部电极持续接触，达到第一预设时长；S3、将经改性后的电吸附模块内部的胺类物质溶液排干。

进一步，所述步骤S2中具体包括：循环操作下述两种方式，直至累计时长等于第一预设时长；方式一、将胺类物质溶液注入所述电吸附模块后，静置达到第二预设时长；方式二、在所述电吸附模块中循环流动胺类物质溶液，达到第三预设时长。或者，所述步骤S2中具体包括：将胺类物质溶液注入所述电吸附模块后，在该电吸附模块中循环流动胺类物质溶液，达到第一预设时长。

进一步，所述步骤S3之后还包括：S4、将排干胺类物质溶液的电吸附模块晾控达到第四预设时长。

本发明的一种电吸附系统，包括：用于净化原水以及再生电吸附模块的电吸附工作子系统，还包括：电吸附模块改性子系统，用于将胺类物质溶液注入电吸附模块，以改变该电吸附模块表面的性质；切换装置，用于在对电吸附模块改性时，将所述系统切换至电吸附模块改性子系统运行模式；以及在完成电吸附模块改性后，将所述系统切换至电吸附工作子系统运行模式；电吸附模块改性子系统为上述电吸附模块改性系统。

进一步，所述切换装置包括：第一组阀门，用于控制电吸附模块改性子系统将胺类物质溶液注入电吸附模块；第二组阀门，用于控制电吸附工作子系统将原水注入电吸附模块；第三组阀门，用于排干电吸附模块中的液体。

进一步，还包括：测量装置，用于测量所述电吸附模块的运行电导去除率，具体通过下述公式得出：运行电导去除率＝(原水电导率-出水平均电导率)/原水电导率；控制装置，与所述测量装置和切换装置连接，用于在测量装置测得的所述系统初始电导去除率与当前电导去除率之差大于等于阈值时，判定需对电吸附模块进行改性，并控制切换装置完成相应切换，以及在完成电吸附模块改性后，控制切换装置完成相应切换。

本发明的一种电吸附方法，包括下列步骤：在工作模式下，净化原水以及再生电吸附模块；在改性模式下，改变所述电吸附模块表面的性质；切换步骤：在对电吸附模块改性时，切换到改性模式；以及在完成电吸附模块改性后，切换到工作模式；在改性模式下的具体步骤，通过上述的电吸附模块改性方法实现。

进一步，所述切换步骤中还包括：测量所述电吸附模块的运行电导去除率，具体通过下述公式得出：运行电导去除率＝(原水电导率-出水平均电导率)/原水电导率；在测得的初始电导去除率与当前电导去除率之差大于等于阈值时，判定需对电吸附模块进行改性。

本发明提出的采用胺类物质溶液定期浸泡、冲洗电吸附模块的技术方案，可保证电吸附除盐系统长期稳定连续高效运行。相比以往的运行方式，本发明可使电吸附模块效率在每下降一定程度后即恢复到最初的去除效率。实测可延长电吸附模块的使用寿命1倍左右。

附图说明

图1为本发明实施例一的系统结构示意图；

图2为本发明实施例二的步骤流程图；

图3为实施例三的系统框架图；

图4为实施例三的具体实现示意图。

具体实施方式

发明人经过长期的实践和多次实验验证，电吸附模块在长期运行过程中，电极表面发生氧化产生各种基团，这种基团最终会影响到电极的除盐效率。基团对电吸附效率的影响主要表现在以下两个方面。一是长期表面氧化时电极表面产生大量的带负电基团，导致再生过程结束后电极片上仍有大量的正电离子。在工作过程中，负极表面已经富集大量的正电离子，因而吸附正电离子的能力大大降低，正极由于本身带有大量的正离子，需先消耗一部分能量(电位)来驱赶表面的正离子，而后才能吸附负离子，也降低了正极吸附负离子的能力。这样从宏观上就表现出模块吸附效率的下降。二是长期表面氧化后电极表面产生的负电基团具有阳离子离子交换的功能，即负电基团所带的阳离子为不稳定的、可置换的。将电极片置于PH值较低的溶液中，溶液中氢离子能和电极表面基团吸附的阳离子发生交换反应，氢离子被电极片吸附，本体溶液的阳离子浓度升高；再将电极片置入PH值为中性的盐溶液中，电极表面基团吸附的氢离子又会和溶液中的阳离子发生交换反应，阳离子被电极片基团吸附，溶液的PH值降低。这种行为表现在模块工作过程中，即：工作时，由于电极片正极显酸性，PH值较低，电极片基团上吸附的阳离子会被氢离子交换到原溶液中，使原溶液的阳离子浓度升高，出水离子浓度升高，影响去除率。而在再生过程中，电极片附近溶液为中性，溶液中的阳离子会被电极片基团上的氢离子交换，使阳离子重新回到电极片上，影响再生效果。形成了和电吸附模块吸附——脱附——吸附相逆的过程。导致电吸附模块吸附效率下降。

为了还原电吸附模块被氧化的电极片，从而使效率已下降的电吸附模块恢复初始的盐性能，进而延长电吸附模块的使用寿命，本发明提供了一种电吸附模块改性系统及方法，以及一种电吸附系统及方法，以下通过若干实施例进一步说明。

实施例一、本实施例提供了一种电吸附模块改性系统，在电吸附系统工作一段时间，发现电吸附模块11吸附效率下降时，可将待改性的电吸附模块11从电吸附系统中摘出，将内部水排干并晾控24小时后，与胺类容器12和泵13连接，形成闭环的循环系统，进一步电吸附模块11还与回收容器14相连，具体参见图1所示。

胺类容器12，其中装有含胺基的胺类物质溶液，具体可以采用伯胺类或仲胺类物质的溶液，例如：乙二胺溶液。

电吸附模块11，该电吸附模块为待改性的电吸附模块。

泵13，用于将胺类容器12中的所述胺类物质溶液注入电吸附模块11，以改变该电吸附模块表面的性质。

回收容器14，用于在改变电吸附模块11表面的性质后，回收电吸附模块11中驻留的胺类物质溶液。

实施例二、本实施例提供了一种电吸附模块改性方法，可采用实施例一所述的电吸附模块改性系统实施，参见图2所示，包括下列步骤：

S21、将待改性的电吸附模块内部的水排干。

本步骤中，在电吸附系统工作一段时间，发现电吸附模块吸附效率下降时，可将待改性的电吸附模块从电吸附系统中摘出，将内部水排干并晾控24小时，以免电极上所存水分稀释胺类物质溶液。

S22、将胺类物质溶液注入电吸附模块，使胺类物质溶液与电吸附模块内部电极持续接触，达到第一预设时长。

本步骤中，胺类物质溶液主要是指伯胺类和仲胺类物质的溶液。其中伯胺和仲胺中所含胺基可以与电极上形成的氧化基团发生反应，将之覆盖或还原。具体可以采用乙二胺溶液。

本步骤中设第一预设时长为24小时，使胺类物质溶液与电吸附模块内部电极持续接触，达到第一预设时长，具体可采用两种实现方式：

实现方式一、将乙二胺溶液缓缓注入电吸附模块至电吸附模块满，之后静置1小时；再开泵使乙二胺溶液在电吸附模块内循环1小时；再静置1小时。如此反复进行，直至达到24小时。

实现方式二、将乙二胺溶液缓缓注入电吸附模块，并不断循环24小时。

S23、将经改性后的电吸附模块内部的胺类物质溶液排干。

S24、将排干胺类物质溶液的电吸附模块晾控达到第四预设时长。

本步骤中设第四预设时长为24小时，待电吸附模块晾控至少24小时后，期间乙二胺溶液和电吸附模块的电极上的基团会继续发生反应，将电吸附模块用水冲洗干净，再重新接至电吸附系统中重复使用。

实施例三、本实施例提供了一种电吸附系统，参见图3所示，包括：电吸附模块改性子系统31，即实施例一的电吸附模块改性系统；还包括：电吸附工作子系统32、切换装置33；进一步还可以包括：测量装置34和控制装置35。

电吸附模块改性子系统31，用于将胺类物质溶液注入电吸附模块，以改变该电吸附模块表面的性质。进一步，参见图4中所示，包括电吸附模块311、胺类容器312和泵313。

电吸附工作子系统32，用于净化原水以及再生电吸附模块。具体可以采用现有的电吸附系统。

切换装置33，用于在对电吸附模块改性时，将系统切换至电吸附模块改性子系统运行模式；以及在完成电吸附模块改性后，将系统切换至电吸附工作子系统运行模式。进一步，参见图4中所示，在具体实现中可以采用三组阀门，第一组阀门包括动力阀331和动力阀333，用于控制电吸附模块改性子系统31将胺类物质溶液注入电吸附模块；第二组阀门包括动力阀332和动力阀334，用于控制电吸附工作子系统32将原水注入电吸附模块；第三组阀门包括旋拧阀335和旋拧阀336，用于排干电吸附模块中的液体。

测量装置34，用于测量电吸附模块的运行电导去除率，可以采用电导率仪测出原水电导率和出水平均电导率来计算电导去除率，具体公式如下：运行电导去除率＝(原水电导率-出水平均电导率)/原水电导率。

控制装置35，与测量装置34和切换装置33连接，用于在测量装置34测得的系统初始电导去除率与当前电导去除率之差大于等于阈值时，例如：系统初始电导去除率为90％，当前电导去除率为78％，阈值为10％，则判定需对电吸附模块进行改性，并控制切换装置33将系统切换至电吸附模块改性子系统运行模式；在完成电吸附模块改性后，控制切换装置33将系统切换至电吸附工作子系统运行模式。

实施例四、本实施例提供了一种电吸附方法，包括下列步骤：在工作模式下，净化原水以及再生电吸附模块；在改性模式下，改变所述电吸附模块表面的性质；在对电吸附模块改性时，切换到改性模式；以及在完成电吸附模块改性后，切换到工作模式。

如采用上述实施例三所述的系统实施，则具体实施流程如下：

在电吸附模块正常使用过程中，开启动力阀332和动力阀334。测量装置34持续测量电吸附模块的运行电导去除率，具体通过下述公式得出：运行电导去除率＝(原水电导率-出水平均电导率)/原水电导率，在测得的初始电导去除率与当前电导去除率之差大于等于10％时，判定需对电吸附模块进行改性。可将动力阀332和动力阀334关闭，开启旋拧阀335和旋拧阀336放水。待将电吸附模块内的水基本控干后，可将旋拧阀335和旋拧阀336关闭，开启动力阀331和动力阀333，此时电吸附模块将自动切换到改性模式下。当改性完成后，通过旋拧阀335和旋拧阀336将电吸附模块内的乙二胺溶液排出并回收。将电吸附模块重新接回电吸附工作系统中，继续净化原水。前述各阀门的开关由控制装置35控制。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种电吸附模块改性系统，其特征在于，包括：成闭环连接的胺类容器、泵和电吸附模块；

胺类容器，其中装有含胺基的胺类物质溶液；

电吸附模块，该电吸附模块为待改性的电吸附模块；

泵，用于将胺类容器中的所述胺类物质溶液注入电吸附模块，以改变该电吸附模块表面的性质。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

回收容器，用于在改变所述电吸附模块表面的性质后，回收所述电吸附模块中驻留的胺类物质溶液。

3.一种电吸附模块改性方法，其特征在于，包括下列步骤：

S1、将待改性的电吸附模块内部的水排干；

S2、将胺类物质溶液注入所述电吸附模块，使胺类物质溶液与电吸附模块内部电极持续接触，达到第一预设时长；

S3、将经改性后的电吸附模块内部的胺类物质溶液排干。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中具体包括：

循环操作下述两种方式，直至累计时长等于第一预设时长；

方式一、将胺类物质溶液注入所述电吸附模块后，静置达到第二预设时长；

方式二、在所述电吸附模块中循环流动胺类物质溶液，达到第三预设时长。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中具体包括：

将胺类物质溶液注入所述电吸附模块后，在该电吸附模块中循环流动胺类物质溶液，达到第一预设时长。

6.如权利要求3至5任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤S3之后还包括：

S4、将排干胺类物质溶液的电吸附模块晾控达到第四预设时长。

7.一种电吸附系统，包括：用于净化原水以及再生电吸附模块的电吸附工作子系统，其特征在于，还包括：

电吸附模块改性子系统，用于将胺类物质溶液注入电吸附模块，以改变该电吸附模块表面的性质；

切换装置，用于在对电吸附模块改性时，将所述系统切换至电吸附模块改性子系统运行模式；以及在完成电吸附模块改性后，将所述系统切换至电吸附工作子系统运行模式；

上述电吸附模块改性子系统为权利要求1或2所述的电吸附模块改性系统。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述切换装置包括：

第一组阀门，用于控制电吸附模块改性子系统将胺类物质溶液注入电吸附模块；

第二组阀门，用于控制电吸附工作子系统将原水注入电吸附模块；

第三组阀门，用于排干电吸附模块中的液体。

9.如权利要求7或8所述的系统，其特征在于，还包括：

测量装置，用于测量所述电吸附模块的运行电导去除率，具体通过下述公式得出：运行电导去除率＝(原水电导率-出水平均电导率)/原水电导率；

控制装置，与所述测量装置和切换装置连接，用于在测量装置测得的所述系统初始电导去除率与当前电导去除率之差大于等于阈值时，判定需对电吸附模块进行改性，并控制切换装置完成相应切换，以及在完成电吸附模块改性后，控制切换装置完成相应切换。

10.一种电吸附方法，其特征在于，包括下列步骤：

在工作模式下，净化原水以及再生电吸附模块；

在改性模式下，改变所述电吸附模块表面的性质；

切换步骤：在对电吸附模块改性时，切换到改性模式；以及在完成电吸附模块改性后，切换到工作模式；

上述在改性模式下的具体步骤，通过权利要求3至5任一项所述的电吸附模块改性方法实现。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述切换步骤中还包括：

测量所述电吸附模块的运行电导去除率，具体通过下述公式得出：运行电导去除率＝(原水电导率-出水平均电导率)/原水电导率；

在测得的初始电导去除率与当前电导去除率之差大于等于阈值时，判定需对电吸附模块进行改性。

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