CN104909439A - 一种含盐废水的电吸附除盐方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含盐废水的电吸附除盐方法。该方法首先构建电吸附装置，电吸附装置由盐水分配池、稳定吸附池组、恒流泵、绝缘进水管、绝缘外框、单面阳极电极板、单面阴极电极板、双面电极板、绝缘通道和稳压直流电源组成。盐水在电极板间纵向流动，从高浓度盐水稳定吸附池组流向低浓度盐水稳定吸附池组；装置构建之后，进行含盐废水的电吸附除盐。运行电吸附装置，盐水分配池内的盐水通过恒流泵进入稳定吸附池，电吸附过程中，稳定吸附池内的阴阳离子定向迁移至电性相反的双面电极上，双面电极一面吸附阳离子，另一面吸附阴离子。本发明减少了平衡吸附时间，节省了电极材料，适合单一组分或者离子迁移速率相对一致的混合盐水的电吸附除盐。

Description

一种含盐废水的电吸附除盐方法

技术领域

本发明涉及废水处理方法，特别是一种含盐废水的电吸附除盐方法。

背景技术

工业用水量的剧增与水资源短缺以及实现污水“零排放”之间的矛盾日益加深。近年来各大企业积极建设污水处理系统与污水深度处理回用工程，已经将污水回收率提高到70-85％。然而，回用水中盐分的累积以及由此造成的水质指标恶化日益明显。含盐水的处理已成为企业污水再生回用以及节能减排的重要难题。

目前常见的除盐方法有蒸发结晶、离子交换、电渗析、反渗透等。从处理成本及技术可行性方面考虑，蒸发结晶技术一般适合含盐量在30000-250000mg/L的含盐废水，而离子交换、电渗析、反渗透等一般适合相对较低浓度的含盐废水或对盐水进行初级脱盐。

电吸附(Electrosorb Technology)是近年来发展起来的一种除盐技术，通过施加外加电压形成电场，当含盐废水通过电极板时,由于电场力的作用，离子向带有相反电荷的电极处移动，富集在电极板表面形成双电层。电吸附技术对进水水质要求较低，预处理简单，处理成本低，成为近年来研究和开发的热点。有关电吸附的研究，目前仍以电极材料的研制及开发为主。电吸附的处理效果取决于电极材料，相继研制开发出活性炭颗粒、炭纤维、炭气凝胶、炭纳米管及模板炭电极等。

查阅专利文献，与本发明相关的有：“电吸附式液体处理装置”，授权公告号CN 1169728C，该发明设置一对以上的导电板以及固连在导电板上的电极板构成液体处理单元，相邻液体单元之间有一绝缘隔框，相邻电极板间设有填料，运行过程中，液体中的杂质、带电颗粒向两极迁移并富集在电极表面，该专利特别指出，被吸附的有机物可在电场作用下被分解，形成二氧化碳、无机酸、水。

专利“液体处理模块”，授权公告号CN100450937C，提出另外一种构型，电吸附装置中设置配电板与电极板，其中配电板外侧与电源相连接，配电板内侧与电极板相连。运行时采用串联供电方式，使工作电流减小，同时可通过叠加多个电极板提高液体处理量。

专利“一种电吸附水处理模块”，授权公告号CN 101973608 B，提出的电吸附装置中，模块两端设支撑板，支撑板间设置多个电极对，相邻电极对的两个电极板间有绝缘膜并设置挡板。在运行过程中，最上面和最下面的电极板分别与电源相连接，施加电压，形成强的电场，使吸附效率增大，工作电压和工作电流更加平衡，使吸附更稳定。

在上述电极构型中，为扩大处理规模和处理效率，一般采用增加电极对数量的方式。以往的电吸附水处理模块的每对电极板都与电源直接或间接连接，结构较为复杂。在电压和电极间距一定的条件下，如果电极对增加，则进水端和出水端形成的通路延长，进水端和出水端离子浓差加大。当进水端吸附饱和时，出水端吸附过程仍在持续，而进水端为维持吸附平衡仍需继续施加电压，在一定程度上增加了电耗；而采用感应电荷的方式，只有最上面和最下面的电极板与电源直接相连接，可使电吸附构型简化，模块的工作电压和工作电流更加平衡，可取得较好的吸附效果。但该种构型中，在相邻电极对的两个电极板间添加绝缘膜并设置挡板，采用折流方式进水，当电极对数量较多时，则水流通道过长，造成两极间的工作电流过低，电吸附效率降低，同时进水端和出水端的浓差加大，当进水端吸附饱和时，出水端吸附过程仍在持续，而进水端为维持吸附平衡仍需继续施加电压，在一定程度上仍然会增加电耗，也使整体的电吸附效率受到影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种含盐废水的电吸附除盐方法。

本发明提供的一种含盐废水的电吸附除盐方法，该方法包括以下内容：

一.构建电吸附装置

电吸附装置由盐水分配池、稳定吸附池组、恒流泵、绝缘进水管、绝缘外框、单面阳极电极板、单面阴极电极板、双面电极板、绝缘通道和稳压直流电源组成，所述单面阳电极板、单面阴极电极板和双面电极板均由活性炭、炭气凝胶或炭纳米管制成，单面阳电极板和单面阴极电极板分列在装置的两侧，双面电极板均匀分布在单面阳电极板和单面阴极电极板之间；所述绝缘框架采用绝缘材料，包围在单面阳电极板和单面阴极电极板的外侧；所述稳定吸附池组由双面电极按等间距均分电压降构成，稳定吸附池组由上至下设置1-N个，同一吸附池组内为浓度相对均一的含盐废水，由上至下各稳定吸附池组中的盐水浓度不同，各稳定吸附池组依盐水浓度梯度差异顺次串联，绝缘通道连接在不同浓度稳定吸附池组之间；不同浓度盐水稳定吸附池组数量依进水盐浓度和需要达到的出水指标而定，盐水在电极板间纵向流动，从高浓度盐水稳定吸附池组流向低浓度盐水稳定吸附池组；

二.含盐废水的电吸附除盐

运行电吸附装置，两侧单面阳极电极板和单面阴极电极板通过稳压直流电源施加直流电压，均匀分布的双面电极均分电压降，采用双面电极，既可节省电极材料，又可在维持总电压不变的条件下通过增加双面电极的数量以减小电极间距；或者在保持单组电压降不变的条件下通过增加双面电极的数量升高总电压，并同时提高同一浓度稳定吸附池组中盐水处理量；盐水分配池内的盐水通过恒流泵进入稳定吸附池，通过控制进水端流速控制盐水在稳定吸附池组内的水力停留时间。电吸附过程中，稳定吸附池内的阴阳离子定向迁移至电性相反的双面电极上，双面电极一面吸附阳离子，另一面吸附阴离子，吸附过程中双面电极板上的离子均匀分布，在相同电压降条件下，同一稳定吸附池组内的所有双面电极板上吸附的离子同时达到饱和后，进行双面电极板再生处理。

本发明与同类技术相比，其显著地有益效果体现在：

本发明通过双面电极构建均电压降稳定吸附池组，减少同一稳定吸附池组内盐水浓度差，使电吸附过程中双面电极板上吸附的离子分布更加均匀，且保证在相同电压降条件下，同一稳定吸附池组内的所有双面电极上吸附的离子同时达到饱和，能够得到及时再生处理，以减少进水端为维持吸附平衡而需要继续施加电压造成的电耗，减少平衡吸附时间，同时可节省电极材料。本发明尤其适合单一组分或者离子迁移速率相对一致的混合盐水的电吸附除盐。

附图说明

附图1为一种含盐废水的电吸附除盐方法构建的电吸附装置示意图。

图中编号：1为单面阳极电极，2为绝缘进水管，3为稳压直流电源，4为盐水分配池，5为恒流泵，6为单面阴极电极，7为1#稳定吸附池组，8为2#稳定吸附池组，9为3#稳定吸附池组，10为绝缘外框，11为绝缘通道，12为双面电极，13为N#稳定吸附池组。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1所示，构建的电吸附装置，该装置由盐水分配池4、1#稳定吸附池组7、2#稳定吸附池组8，3#稳定吸附池组恒流泵9、N#稳定吸附池组13，共15个稳定吸附池组，还有绝缘进水管2、绝缘外框10、单面阳极电极板1、单面阴极电极板6、双面电极板12、绝缘通道11和稳压直流电源组成3，所述单面阳电极板、单面阴极电极板和双面电极板均由椰壳活性炭粉末掺杂导电乙炔黑和粘结剂制成，负载于钛集流体上，单面阳电极板和单面阴极电极板为一对，长×宽＝10×8cm，分列在装置的两侧，双面电极板为9片，长×宽＝10×8cm，以1.5mm等间距均匀分布在单面阳电极板和单面阴极电极板的之间；所述绝缘框架采用有机玻璃制成，包围在单面阳电极板和单面阴极电极板的外侧，所有电极板与外框之间密封；所述稳定吸附池组1#、2#、3#、……N#,由双面电极12按等间距均分电压降构成，稳定吸附池组由上至下依盐水浓度梯度顺次设置，同一吸附池组内为浓度相对均一的含盐废水，各稳定吸附池组顺次串联；所述绝缘通道11连接在稳定吸附池组之间；盐水在电极板间纵向流动，从高浓度盐水稳定吸附池组流向低浓度盐水稳定吸附池组；所述稳压直流电源3的正极与单面阳极电极板连接，负极与单面阴极电极板连接，通过调节总电压控制每对双面电极之间的电压降维持在1.2-1.3V之间；恒流泵5将电导率为2000μs/cm的盐水泵入稳定吸附池组中，调节盐水流速，控制每组稳定吸附池组中的水力停留时间为5分钟，吸附时间为40分钟，当进水电导率为2000μs/cm时，出水电导率为924-1256μs/cm，去除率达到37.2-53.8％。与折流式构型相比，盐分去除率提高3.1-5.4％；平衡吸附时间为100分钟，比折流式构型提前15分钟。

实施例2

如图1所示，构建的电吸附装置，该装置由盐水分配池4、1#稳定吸附池组7、2#稳定吸附池组8，3#稳定吸附池组恒流泵9、N#稳定吸附池组13，共15个稳定吸附池组，还有绝缘进水管2、绝缘外框10、单面阳极电极板1、单面阴极电极板6、双面电极板12、绝缘通道11和稳压直流电源组成3，所述单面阳电极板、单面阴极电极板和双面电极板均由椰壳活性炭粉末掺杂导电乙炔黑和粘结剂制成，负载于钛集流体上，单面阳电极板和单面阴极电极板为一对，长×宽＝10×8cm，分列在装置的两侧，双面电极板为9片，长×宽＝10×8cm，以1.5mm等间距均匀分布在单面阳电极板和单面阴极电极板的之间；所述绝缘框架采用有机玻璃制成，包围在单面阳电极板和单面阴极电极板的外侧，所有电极板与外框之间密封；所述稳定吸附池组1#、2#、3#、……N#,由双面电极12按等间距均分电压降构成，稳定吸附池组由上至下依盐水浓度梯度顺次设置，同一吸附池组内为浓度相对均一的含盐废水，各稳定吸附池组顺次串联；所述绝缘通道11连接在稳定吸附池组之间；盐水在电极板间纵向流动，从高浓度盐水稳定吸附池组流向低浓度盐水稳定吸附池组；所述稳压直流电源3的正极与单面阳极电极板连接，负极与单面阴极电极板连接，调节总电压控制每对双面电极之间的电压降维持在1.2-1.3V之间；恒流泵5将电导率为1000μs/cm的盐水泵入稳定吸附池组中，调节盐水流速，控制每组稳定吸附池组中的水力停留时间为5分钟，吸附时间为40分钟，当进水电导率为1000μs/cm时，出水电导率为436-582μs/cm，去除率达到41.8-56.4％。与折流式构型相比，盐分去除率提高4.0-6.1％；平衡吸附时间为120分钟，比折流式构型提前25分钟。

实施例3

如图1所示，构建的电吸附装置，该装置由盐水分配池4、1#稳定吸附池组7、2#稳定吸附池组8，3#稳定吸附池组恒流泵9、N#稳定吸附池组13，共15个稳定吸附池组，还有绝缘进水管2、绝缘外框10、单面阳极电极板1、单面阴极电极板6、双面电极板12、绝缘通道11和稳压直流电源组成3，所述单面阳电极板、单面阴极电极板和双面电极板均由椰壳活性炭粉末掺杂导电乙炔黑和粘结剂制成，负载于钛集流体上，单面阳电极板和单面阴极电极板为一对，长×宽＝10×8cm，分列在装置的两侧，双面电极板为9片，长×宽＝10×8cm，以1.5mm等间距均匀分布在单面阳电极板和单面阴极电极板的之间；所述绝缘框架采用有机玻璃制成，包围在单面阳电极板和单面阴极电极板的外侧，所有电极板与外框之间密封；所述稳定吸附池组1#、2#、3#、……N#,由双面电极12按等间距均分电压降构成，稳定吸附池组由上至下依盐水浓度梯度顺次设置，同一吸附池组内为浓度相对均一的含盐废水，各稳定吸附池组顺次串联；所述绝缘通道11连接在稳定吸附池组之间；盐水在电极板间纵向流动，从高浓度盐水稳定吸附池组流向低浓度盐水稳定吸附池组；所述稳压直流电源3的正极与单面阳极电极板连接，负极与单面阴极电极板连接，调节总电压控制每对双面电极之间的电压降维持在1.4-1.5V之间；恒流泵5将电导率为2000μs/cm的盐水泵入稳定吸附池组中，调节盐水流速，控制每组稳定吸附池组中的水力停留时间为5分钟，吸附时间为40分钟，当进水电导率为2000μs/cm时，出水电导率为857-1205μs/cm，去除率达到39.8-57.2％。与折流式构型相比，盐分去除率提高3.7-5.7％；平衡吸附时间为90分钟，比折流式构型提前10分钟。

Claims (1)

1.一种含盐废水的电吸附除盐方法，其特征是该方法包括以下内容：

一.构建电吸附装置

电吸附装置由盐水分配池、稳定吸附池组、恒流泵、绝缘进水管、绝缘外框、单面阳极电极板、单面阴极电极板、双面电极板、绝缘通道和稳压直流电源组成，所述单面阳电极板、单面阴极电极板和双面电极板均由活性炭、炭气凝胶或炭纳米管制成，单面阳电极板和单面阴极电极板分列在装置的两侧，双面电极板均匀分布在单面阳电极板和单面阴极电极板之间；所述绝缘框架采用绝缘材料，包围在单面阳电极板和单面阴极电极板的外侧；所述稳定吸附池组由双面电极按等间距均分电压降构成，稳定吸附池组由上至下设置1-N个，同一吸附池组内为浓度相对均一的含盐废水，由上至下各稳定吸附池组中的盐水浓度不同，各稳定吸附池组依盐水浓度梯度差异顺次串联，绝缘通道连接在不同浓度稳定吸附池组之间；盐水在电极板间纵向流动，从高浓度盐水稳定吸附池组流向低浓度盐水稳定吸附池组；

二.含盐废水的电吸附除盐

运行电吸附装置，两侧单面阳极电极板和单面阴极电极板通过稳压直流电源施加直流电压，均匀分布的双面电极均分电压降；盐水分配池内的盐水通过恒流泵进入稳定吸附池，通过控制进水端流速控制盐水在稳定吸附池组内的水力停留时间，电吸附过程中，稳定吸附池内的阴阳离子定向迁移至电性相反的双面电极上，双面电极一面吸附阳离子，另一面吸附阴离子，吸附过程中双面电极板上的离子均匀分布，在相同电压降条件下，同一稳定吸附池组内的所有双面电极板上吸附的离子同时达到饱和后，进行双面电极板再生处理。