CN106673142A - 一种带有移动式电极的膜电容去离子阵列及其去离子方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带有移动式电极的膜电容去离子阵列及其去离子方法，该阵列包括：所述吸附模组和脱附模组相互间隔且交替排列形成阵列，所述移动式电极周期性地处于吸附模组和脱附模组中，本发明以传统膜电容去离子技术为原型，设置吸附模组，通过改变离子交换膜的排列顺序，设置脱附模组，并创新性地将原本固定的电极改变为移动式的电极，电极周期性地处于吸附模组和脱附模组中，从而实现了使去离子过程长时间稳定地处于高效段的目的；吸附模组和脱附模组的工作同时进行，且在不同的区间进行，形成了一个稳定的工作循环，无需反接电路进行反冲洗；该去离子方法能够连续运作且高效稳定，且去离子效率高。

Description

一种带有移动式电极的膜电容去离子阵列及其去离子方法
技术领域
本发明涉及电容去离子技术，具体是涉及一种带有移动式电极的膜电容去离子阵列及其去离子方法。
背景技术
我国是一个水资源总量大国，但人均水资源拥有量却只有世界平均水平的四分之一。近年来，水资源的短缺不仅成为制约经济发展的重要因素，而且可能引起环境恶化和生态退化等社会和环境问题。水资源短缺的国情，对我国的污水回用技术以及海水淡化技术提出了较高的要求。混凝沉淀、过滤、生物氧化、活性炭吸附、消毒等传统常规工艺在去除有机物、悬浮物、细菌等方面有着较好的效果，而对Na+，K+，Ca2+，Mg2+，Cl-等无机盐离子却几乎没有去除效果。此外，无机盐是海水中的一类重要成分，在海水淡化工程中，无机盐离子的去除也是一个重要的目标。因此，相关行业急需一种低成本、效果好的去离子技术。
膜电容去离子技术是一种新型的介于电容脱盐与电渗析之间的技术，既保留了电容脱盐能耗低、操作简单、环境友好等特点，又在除盐效率和电流效率方面较电容脱盐又显著提高。
然而随着膜电容去离子装置的运行，电极趋于饱和，去离子效率逐渐降低，必须停止去离子过程，反接电路进行脱附，而这一现象，使得整体的去离子效率降低，同时也使得单位时间内可处理的水量降低。
因此，需要一种新的技术方案以解决上述技术问题。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种带有移动式电极的膜电容去离子阵列及其去离子方法，能够连续运作且高效稳定。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：一种带有移动式电极的膜电容去离子阵列，该阵列包括：吸附模组、脱附模组，所述吸附模组和脱附模组相互间隔且交替排列形成阵列，移动式电极周期性地处于吸附模组和脱附模组中。
优选地，所述吸附模组和脱附模组呈直线排列，当吸附模组和脱附模组的模组数大于60对时，所述吸附模组和脱附模组呈环形排列。
优选地，所述吸附模组和脱附模组均包括石墨集流板阴极、石墨集流板阳极、活性炭纤维毡、阴离子交换膜、阳离子交换膜、隔网，所述吸附模组和脱附模组的离子交换膜顺序相反。本发明以传统膜电容去离子技术为原型，设置吸附模组，通过改变离子交换膜的排列顺序，设置脱附模组，使得吸附和脱附同时进行，防止电极趋向饱和，提高去离子效率。
优选地，所述移动式电极为活性炭纤维毡电极。
优选地，在所述吸附模组中，离子交换膜对应的可通过离子与石墨集流板极性相反，可通过离子从吸附模组中间通过离子交换膜向两极运动；脱附模组中，离子交换膜对应的可通过离子与石墨集流板极性相同，可通过离子从脱附模组两极通过离子交换膜向中间运动。
优选地，所述移动式电极由传动机构带动，使得移动式电极周期性地位于吸附模组和脱附模组中。
优选地，所述传动机构为转动筒。创新性的将固定式电极变更为移动式电极，使得移动式电极周期性地位于吸附模组和脱附模组中，实现了使去离子过程长时间稳定地处于高效段的目的。
优选地，在所述吸附模组中，水流方向与所述移动式电极运动方向相反，使得离子浓度沿水流运动方向降低，离子去除率随水流运动方向升高。
本发明还提出一种带有移动式电极的膜电容去离子阵列的去离子方法，其特征在于，包括：
S1、待处理含盐水进入吸附模块进行去离子处理；
S2、移动式电极通过传动机构的带动，离开吸附模块，进入脱附模块；
S3、反冲洗水进入脱附模块，移动式电极上的离子脱附进入反冲洗水中。
S4、移动式电极通过传动机构的带动，离开脱附模块，重新进入吸附模块。
S5、S1-S4同时进行，协同运作形成稳定的工作循环。
优选地，所述反冲洗水可循环使用，反冲洗水达到一定浓度再进行替换。
本发明的带有移动式电极的膜电容去离子阵列及其去离子方法的有益之处在于：
1)采用了移动式的电极代替传统的固定式电极，电极周期性地处于吸附模组和脱附模组中，保持了吸附模组长期在高效区间运行。
2)吸附模组和脱附模组的工作同时进行，形成了一个稳定的工作循环，无需反接电路进行反冲洗。
3)离子去除率高。
附图说明
图1是本发明吸附模组和脱附模组排列及其组成结构图。
图2是本发明的阵列的布置方式示意图。
图3是本发明移动式电极的传动方式及本发明运行原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
如图1所示，一种带有移动式电极的膜电容去离子阵列，该阵列包括：形成阵列的吸附模组10、脱附模组20，吸附模组10和脱附模组20相互间隔且交替的周期性排列，移动式电极周期性地处于吸附模组10和脱附模组20中。
在具体的实施例中，吸附模组10依次包括石墨集流板阴极11、第一活性炭纤维毡12、阳离子交换膜13、隔网14、阴离子交换膜15、第二活性炭纤维毡16、石墨集流板阳极17。脱附模组20依次包括石墨集流板阴极21、第三活性炭纤维毡22、阴离子交换膜23、隔网24、阳离子交换膜25、第四活性炭纤维毡26、石墨集流板阳极27。吸附模组10和脱附模组20夹设有绝缘材料30。其中，图1中各元件紧密接触，为表示方便，故同种各元件间存在空隙。
请结合图2所示，一般情况下，吸附模组10和脱附模组20呈直线排列，吸附模组10和脱附模组20交替排列形成阵列100，吸附模组10两侧均为脱附模组20，脱附模组20两侧均为吸附模组10。当吸附模组10和脱附模组20的模组数大于60对时，吸附模组10和脱附模组20呈环形排列(图未示)。
如图3所示，吸附模组10中，阴离子交换膜15对应的可通过阴离子40与石墨集流板阳极17极性相反，可通过阴离子40从吸附模组10中间通过离子交换膜向两极运动，如阴离子40通过阴离子交换膜15向石墨集流板阳极17运动，吸附于石墨集流板阳极17前的活性炭纤维毡电极16上，并随之运动，进入脱附模组20中。装置两端设有防渗装置50，可防止吸附模组10中液体外漏；脱附模组20中，阴离子交换膜23对应的可通过阴离子40与石墨集流板阴极21极性相同，可通过阴离子40从脱附模组20的两极通过离子交换膜向中间运动，如阴离子40从石墨集流板阴极21前的活性炭纤维毡电极16出发，通过阴离子交换膜23向中间运动。装置两端设有防渗装置50，可防止脱附模组20中液体外漏。
移动式电极(例如活性炭纤维毡电极16)由转动筒60带动，即转动筒60的转动方向与移动式电极的转动方向相同，使得活性炭纤维毡电极16周期性地位于吸附模组10和脱附模组20中。
在一个具体的实施例中，结合图3所示，在吸附模组10中，水流方向与移动式电极(例如活性炭纤维毡电极16)运动方向相反，使得离子浓度沿水流运动方向降低，离子去除率随水流运动方向升高。
本发明还提出一种带有移动式电极的膜电容去离子阵列的去离子方法，其特征在于，包括：
S1、待处理含盐水进入吸附模块进行去离子处理；
S2、移动式电极通过传动机构的带动，离开吸附模块，进入脱附模块；
S3、反冲洗水进入脱附模块，移动式电极上的离子脱附进入反冲洗水中。
S4、移动式电极通过传动机构的带动，离开脱附模块，重新进入吸附模块。
S5、S1-S4同时进行，协同运作形成稳定的工作循环。
本发明的吸附模组中的离子交换膜保证了离子不会吸附于同电荷集流板前的电极上。
本发明的脱附模组中的离子交换膜保证了离子不会吸附于异电荷集流板前的电极上。
结合图3所示，本发明的含盐水的去离子方法运行方式如下：
1)待处理水从吸附模组的一端的下部进入，另一端上部流出，流动方向与电极运动方向相反。
2)反冲洗水从脱附模组的一端的下部进入，另一端上部流出，流动方向与电极运动方向相反。
反冲洗水循环使用，直到达到一定浓度后更换。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种带有移动式电极的膜电容去离子阵列，其特征在于，包括：吸附模组、脱附模组，所述吸附模组和脱附模组相互间隔且交替排列形成阵列，所述移动式电极周期性地处于吸附模组和脱附模组中。
2.如权利要求1所述的膜电容去离子阵列，其特征在于，所述吸附模组和脱附模组呈直线排列，当吸附模组和脱附模组的模组数大于60对时，所述吸附模组和脱附模组呈环形排列。
3.如权利要求1所述的膜电容去离子阵列，其特征在于，所述吸附模组和脱附模组均包括石墨集流板阴极、石墨集流板阳极、活性炭纤维毡、阴离子交换膜、阳离子交换膜、隔网，所述吸附模组和脱附模组的离子交换膜顺序相反。
4.如权利要求1或3所述的膜电容去离子阵列，其特征在于，所述移动式电极为活性炭纤维毡电极。
5.如权利要求1所述的膜电容去离子阵列，其特征在于，在所述吸附模组中，离子交换膜对应的可通过离子与石墨集流板极性相反，可通过离子从吸附模组中间通过离子交换膜向两极运动；脱附模组中，离子交换膜对应的可通过离子与石墨集流板极性相同，可通过离子从脱附模组两极通过离子交换膜向中间运动。
6.如权利要求1所述的膜电容去离子阵列，其特征在于，所述移动式电极由传动机构带动，使得移动式电极周期性地位于吸附模组和脱附模组中。
7.如权利要求6所述的膜电容去离子阵列，其特征在于，所述传动机构为转动筒。
8.如权利要求1所述的膜电容去离子阵列，其特征在于，在所述吸附模组中，水流方向与所述移动式电极运动方向相反，使得离子浓度沿水流运动方向降低，离子去除率随水流运动方向升高。
9.使用如权利要求1至8中任一项所述的带有移动式电极的膜电容去离子阵列的去离子方法，其特征在于，包括：
S1、待处理含盐水进入吸附模块进行去离子处理；
S2、移动式电极通过传动机构的带动，离开吸附模块，进入脱附模块；
S3、反冲洗水进入脱附模块，移动式电极上的离子脱附进入反冲洗水中；
S4、移动式电极通过传动机构的带动，离开脱附模块，重新进入吸附模块；
S5、S1-S4同时进行，协同运作形成稳定的工作循环。
10.如权利要求9所述的去离子方法，其特征在于，所述反冲洗水可循环使用，反冲洗水达到一定浓度再进行替换。
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