CN103253745B - 一种高压电容吸附除盐装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压电容吸附法除盐装置及工艺，由反应室和外接电源组成；其中反应室按照第一侧壁、第一可拆卸板块、活动板块、第二可拆卸板块和第二侧壁顺序排列并通过带有螺纹的铁棒连接并固定，反应室内部紧靠第一、第二侧壁的相对位置分别设置阳极板和阴极板，阳极板和阴极板顶部中间位置分别安装有金属螺丝，分别与外接电源的正极和负极相接，阳极板和阴极板内侧相对位置分别设置阴离子膜和阳离子膜，阴离子膜和阳离子膜之间构成过流通道；活动板块设有进水口和出水口；电极表面作绝缘处理。含盐废水送入反应器内，两端电极接入外加直流电源，出水经顶部出水口流出。本发明采用绝缘电极代替传统电极加以改进，使得该方法能够在高电压下运行。

Description

一种高压电容吸附除盐装置及工艺

技术领域

本发明涉及一种高压电容吸附除盐装置及工艺，属于含盐水处理专用设备的技术领域。

背景技术

随着我国现代化进程的加快，含盐废水的产量逐年增加，来源也更加广泛。如印染、农药、化工生产、石油和天然气的开采、食品加工等行业。这些含盐废水中常含有高浓度有机物，如果直接采用生物法进行处理，盐类物质会进入生化过程，对微生物产生抑制作用，影响生化处理效果，导致出水难以达标排放。

目前工业上常用加水稀释、蒸馏、电吸附、离子交换、超滤和反渗透等方法来进行预处理，使处理后的废水能够直接进行常规的生化处理。但加水稀释造成了净水资源的浪费；蒸发除盐会产生大量危废；电吸附装置复杂，运行操作不便；超滤和反渗透存在膜污染等问题；使得废水处理运行成本很高，企业难以承受。寻求更加经济高效的除盐方法成了一大热点。近年来，一种新兴的除盐技术——电吸附除盐法得到很大发展。它具有产水率高、能耗低等优点。且除盐性能良好；生产过程绿色无污染，对进水水质要求不高，再生时不消耗药品；电极间流道宽，不易堵塞。该技术目前工程上主要用于污水深度处理和回用。

现有电除盐装置，如CN202139094U，名称为一种电吸附废水除盐装置，该装置由水槽，正极板和负极板组成。正负电极板间隔0.5～2cm均匀分布在水槽内，水槽内设置加热棒。能有效除盐高且生产成本低，核心部件无需特殊维护。但其电极直接置于水槽，外加电压为0～3V，限制了除盐效率。如CN200943051Y，名称为一种电除盐装置，该装置采用多片片状电极和隔离片，片状电极并联排列，电极间由隔离片隔开，靠加在装置两端的直流电工作。具有结构简单、节能、无二次污染、工作环境适应性强等优点。但其多片电极结构会导致水头损失增大，溶液流速为0.05m/s～0.3m/s，相对较小，不宜处理大水量废水，电极表面未作绝缘处理。现有除盐装置均采用电极直接与溶液接触的方式，外加电压过大会导致水电解反应发生，增加能耗而且对电极造成损耗，电极寿命短。本发明针对常规电容吸附法的缺点，首次采用经绝缘处理的电极代替传统电极加以改进，使得该方法能够在高电压下运行。目前该技术还未见报道。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有电容吸附法中由于电极与溶液直接接触，外加电压高于1.6V时溶液易发生电解，电极材料要求高，电极寿命短，装置结构复杂等缺点而提出了一种高压电容吸附除盐装置。本发明的另一目的是提供了利用上述装置进行除盐的工艺。

本发明的技术方案是：一种高压电容吸附除盐装置，其特征在于由反应室和外接电源组成；其中反应室由第一侧壁10A、第二侧壁10B、活动板块8、第一可拆卸板块7A和第二可拆卸板块7B组成的长方体；其中活动板块8置于中间位置，两侧分别放置第一可拆卸板块7A、第二可拆卸板块7B和第一侧壁10A、第二侧壁10B，反应室按照侧壁第一10A、第一可拆卸板块7A、活动板块8、第二可拆卸板块7B和第二侧壁10B顺序排列并通过带有螺纹的铁棒5穿过相对应位置设置的小孔13连接，铁棒5的两端用配套的螺母6固定，反应室内部紧靠第一侧壁10A和第二侧壁10B的相对位置分别设置阳极板11和阴极板3，阳极板11和阴极板3顶部中间位置分别安装有第一金属螺丝2A和第二金属螺丝2B，分别与外接电源的正极和负极相接，阳极板11和阴极板3内侧相对位置分别设置阴离子膜12和阳离子膜4，阴离子膜12和阳离子膜4之间构成过流通道；反应室中间的活动板块8下端设有进水口9、上端设有出水口1。

反应室为长方体，大小尺寸可根据实际需要设计和调节；可拆卸。

优选上述的第一侧壁10A、第二侧壁10B、活动板块8、第一可拆卸板块7A和第二可拆卸板块7B的材料均为有机玻璃；第一可拆卸板块7A、第二可拆卸板块7B和活动板块8均为U字型。第一可拆卸板块7A、第二可拆卸板块7B厚度均为0.5～5cm，长度和宽度可根据需要选定，数量可增减，且优先选择数量多厚度小的板块。

上述活动板块8下端的进水口9和上端设有出水口1分别同阀门连接。

优选所述的阳极板11和阴极板3均为石墨电极板或不锈钢电极板，且电极表面经绝缘处理；经绝缘处理采用常规的方法处理。电极板厚度为1～5mm，电极板尺寸与反应室尺寸相匹配。

优选所述的阴离子膜12和阳离子膜4为高分子薄膜，具有离子选择透过性；材质常为聚苯醚及其改性物、聚苯硫醚及其改性物，膜孔径为4～6μm，膜厚度为0.1～1mm；阴离子膜12与阳极板11之间、阳离子膜4与阴极板3之间均有1～6mm宽的空隙。

优选所述的电极板间距为0.8～15cm，对应的外接电源电压大小为20～65V。

本发明还提供了利用上述的高压电容吸附除盐装置进行除盐的工艺，其具体步骤为：连接外接电源正极到阳极板11上的第一金属螺丝2A、负极连接到阴极板3上的第二金属螺丝2B，打开进水口9相连的阀门，由泵将含盐废水送入反应室，打开外接电源，进行吸附除盐反应，处理后的洁净水由出水口1流出并收集，吸附达到饱和状态，停止进水，关闭外接电源，将电源正负极反接在第二金属螺丝2B和第一金属螺丝2A上之后，打开电源，使用去离子水作为进水，进行反冲洗。

优选所处理的含盐废水为浓度为60～600mg/L的溶液；溶液中常含有Li⁺、Na⁺、NH⁴⁺、K⁺、Rb⁺、Cs⁺、Ag⁺、Mg²⁺、Zn²⁺、Co²⁺、Cd²⁺、Ni²⁺、Ca²⁺、Sr²⁺、Pb²⁺、Ba²⁺、F^-、

CH₃COO^-、HCOO^-、Cl^-、SCN^-、Br^-、CrO^-、NO^-、I^-、SO₄ ^2-、CO₃ ^2-、HCO₃ ^-、NO₃ ^-；溶液流速在0～100m/s；电极间距为0.8～15cm；外接电源的电压为20～65V。

优选所述的吸附饱和时间为1～3h。优选所述的反冲洗时间为5～30min。

有益效果：

采用绝缘电极代替传统电极加以改进，使得该方法能够在高电压下运行。通过电极的绝缘处理，使电极不与溶液直接接触。可防止电极被腐蚀，电极寿命长，对电极材料要求低；且不存在电流，能耗低。结构装置简单，除盐效率高，具有很好的应用前景。

附图说明

图1是电容吸附法除盐装置结构主视图：其中1为出水口，2A为第一金属螺丝，2B为第二金属螺丝，3为阴极板，4为阳离子膜，5为带螺纹的铁棒，6为螺母，7A为第一可拆卸板块，7B为第一可拆卸板块，8为活动板块，9为出水口，10A为第一侧壁，10B为第二侧壁，11为阳极板，12为阴离子膜。

图2是装置结构侧视图，即可拆卸板块（7）上小孔分布图：其中13为带螺纹的铁棒（5）所穿过的小孔。

具体实施方式

通过下面对实施例的描述，更加有助于公众理解本发明，但不能也不应当将申请人所给出的具体实施例视为对本发明的限制，任何对不见或者技术特征的定义进行改变或者对结果做形式的而非实质性的变换都应视为本发明所限定的保护范围。

实施例1

如图1所示：采用有机玻璃为作为侧壁和各板块的材料，整个装置为长方体结构，反应室按照第一侧壁10A、第一可拆卸板块7A、活动板块8、第二可拆卸板块7B和第二侧壁10B顺序排列好后通过带有螺纹的长铁棒5穿过相对应位置设置的小孔13连接（如图2）；在第一侧壁10A和第一可拆卸板块7A之间、第二可拆卸板块7B和第二侧壁10B之间分别嵌入阴离子膜12和阳离子膜4，两端用配套的螺母6固定，阴阳离子膜片的大小与反映室相匹配，阴离子膜12和阳离子膜4之间构成过流通道；反应室内部紧靠第一侧壁10A和第二侧壁10B的相对位置分别放入阳极板11和阴极板3，阳极板11和阴极板3大小以刚好能放入反应室为宜，阳极板11和阴极板3顶部中间位置分贝安装有第一金属螺丝（2A）和第二金属螺丝（2B），第一金属螺丝（2A）和第二金属螺丝（2B）分别与外接电源的正极和负极相接；反应室中间位置活动板块8的下端设有进水口（9）和中间上端设有出水口（1）。

实施例2

装置结构如实施例1，其中电极板选用石墨电极，根据反应室尺寸选用大小为55mm×80mm的电极板，电极板厚度为2mm，电极板间距离为20mm，阴阳离子膜采用聚苯醚材料，厚度为0.5mm，膜孔径为4μm，阴离子膜与阳极板之间、阳离子膜与阴极板之间空隙为2mm，进水口及出水口孔径为5mm，小孔孔径为3mm，采用电导率仪测定盐溶液电导率，用电导率值表征溶液浓度，配制500mg/L NaCl溶液作为模拟含盐废水，加入反应室内，关闭进出水口，调节电压为60V，进行静态吸附反应，每隔30min测定反应液电导率，处理150min后出水浓度约为40mg/L，去除率达90%以上。处理180min后，电极吸附接近饱和状态，停止吸附反应，将外接电源的正负极反接在电极板上，反应室内加入去离子水，对电极进行清洗，反冲洗时间为20min。

实施例3

结构如实施例1，电极板选用不锈钢电极，电极板尺寸为80mm×100mm，电极的厚度为5mm，电极板间距为30mm，阴阳离子膜采用聚苯硫醚材料，厚度为0.8mm，膜孔径为6μm，阴离子膜与阳极板之间、阳离子膜与阴极板之间空隙为5mm，进水口及出水口孔径为5mm，小孔孔径为3mm，采用电导率仪测定盐溶液电导率，用电导率值表征溶液浓度，采用温度为25℃、浓度为80mg/LCaCl₂溶液（电导率值约为200μS/cm）作为进水，由蠕动泵送入反应室内，调节溶液流量为72m/s，电压为20V，每15min测定出水电导率值，30min时出水电导率值达最低，反应1h时停止进水进行反冲洗，反冲洗10min后进行下一阶段处理，1h后出水电导率升高到170μS/cm左右，收集1h内的出水混合液（浓度约为40mg/L)作为进水重复反应，重复反冲洗，经两次处理后出水电导率最低值约为20μS/cm，去除率可达90%以上。

Claims (8)

1.一种高压电容吸附除盐装置，其特征在于由反应室和外接电源组成；其中反应室为由第一侧壁(10A)、第二侧壁(10B)、活动板块(8)、第一可拆卸板块(7A)和第二可拆卸板块(7B)组成的长方体；其中第一可拆卸板块(7A)、第二可拆卸板块(7B)和活动板块(8)均为U字型；活动板块(8)置于中间位置、两侧分别放置第一可拆卸板块(7A)、第二可拆卸板块(7B)和第一侧壁(10A)、第二侧壁(10B)，反应室按照第一侧壁(10A)、第一可拆卸板块(7A)、活动板块(8)、第二可拆卸板块(7B)和第二侧壁(10B)顺序排列并通过带有螺纹的铁棒(5)穿过相对应位置设置的小孔(13)连接，铁棒(5)的两端用配套的螺母(6)固定，反应室内部紧靠第一侧壁(10A)和第二侧壁(10B)的相对位置分别设置电极表面经绝缘处理的阳极板(11)和电极表面经绝缘处理的阴极板(3)，阳极板(11)和阴极板(3)顶部中间位置分别安装有第一金属螺丝(2A)和第二金属螺丝(2B)，分别与外接电源的正极和负极相接，阳极板(11)和阴极板(3)内侧相对位置分别设置阴离子膜(12)和阳离子膜(4)，阴离子膜(12)和阳离子膜(4)之间构成过流通道；反应室中间的活动板块(8)下端设有进水口(9)、上端设有出水口(1)。

2.根据权利要求1所述的高压电容吸附除盐装置，其特征在于进水口(9)和出水口(1)分别与阀门连接。

3.根据权利要求1所述的高压电容吸附除盐装置，其特征在于所述的阳极板(11)和阴极板(3)均为石墨电极板或不锈钢电极板。

4.根据权利要求1所述的高压电容吸附除盐装置，其特征在于所述的阴离子膜(12)和阳离子膜(4)为高分子薄膜，具有离子选择透过性；阴离子膜(12)与阳极板(11)之间、阳离子膜(4)与阴极板(3)之间均有1～6mm宽的空隙。

5.一种利用如权利要求1所述的高压电容吸附除盐装置进行除盐的工艺，其具体步骤为：连接外接电源正极到阳极板(11)上的第一金属螺丝(2A)、负极连接到阴极板(3)上的第二金属螺丝(2B)，打开进水口(9)相连的阀门，由泵将含盐废水送入反应室，打开外接电源，进行吸附除盐反应，处理后的洁净水由出水口(1)流出并收集，吸附达到饱和状态，停止进水，关闭外接电源，将电源正负极反接在第二金属螺丝(2B)和第一金属螺丝(2A)上之后，打开电源，使用去离子水作为进水，进行反冲洗。

6.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于所述的含盐废水为浓度为60～600mg/L的溶液；溶液流速在0～100m/s；电极间距为0.8～15cm；外接电源的电压为20～65V。

7.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于所述的吸附饱和时间为1～3h。

8.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于所述的反冲洗时间为5～30min。