CN107381728A - 一种连续膜电容过滤处理系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于环保设备技术领域，具体涉及一种连续膜电容过滤处理系统及其工作方法，包括两个膜电容去离子机构、直流电源、与反激式变换器；膜电容去离子机构包括膜电容组件、水泵、原水储液罐、出水储液罐、电导率监测仪以及控制器；原水储液罐通过水泵连通于膜电容组件进水端；出水储液罐连通于膜电容组件出水端；电导率监测仪有两个，分设于原水储液罐与出水储液罐；控制器用于记录电导率监测仪的数据；直流电源用于为膜电容组件提供电压；反激式变换器的一端连接于一个膜电容去离子机构中膜电容组件的集流体，另一端连接于另一个膜电容去离子机构中膜电容组件的集流体。其充分利用电去离子过程中的能量，降低膜污染。

Description

一种连续膜电容过滤处理系统及其工作方法

技术领域

本发明属于环保设备技术领域，具体涉及一种连续膜电容过滤处理系统及其工作方法。

背景技术

水是生命之源，在人类的生产发展中起着重要的作用。但是，随着经济的高速发展和城市化进程的加速，我国日趋严重的水环境污染问题对经济发展和人们的生产生活产生了严重的制约。水资源问题已成为我国社会经济发展的短缺资源，成为制约建设小康社会的瓶颈之一。

目前公开的去离子技术中，常见的脱盐方法有反渗透法、离子交换法和电渗析法等，这些方法均存在着许多局限性。如采用反渗透法，系统对水的预处理要求很高，高压泵能耗高，得水率较低，制水成本高；采用离子交换法，再生酸碱费用高，再生废液很容易对环境造成二次污染，系统操作要求高；采用电渗析法，耗电量、耗水量都很高。

膜电容去离子技术（MCDI）作为一项新型脱盐技术，以其相对较低的能量消耗和低廉的初始成本备受人们的关注。膜电容去离子技术主要分为离子吸附和电极再生两个阶段，在脱盐的同时，相当于给膜电容去离子装置充能，而电容去离子单元在再生过程中会释放能量。但如何充分利用这些能量，现有技术则没有相关研究。

发明内容

本发明提供一种连续膜电容过滤处理系统及其工作方法，充分利用电去离子过程中的能量，降低膜污染。

为实现上述技术目的，本发明采取具体的技术方案为，一种连续膜电容过滤处理系统，包括两套膜电容去离子机构、直流电源、与反激式变换器；膜电容去离子机构包括膜电容组件、水泵、原水储液罐、出水储液罐、两个电导率监测仪以及控制器，原水储液罐通过水泵连通于膜电容组件进水端，出水储液罐连通于膜电容组件出水端，两个电导率监测仪分设于原水储液罐与出水储液罐，控制器用于记录电导率监测仪的数据；直流电源用于为其中一个膜电容去离子机构的膜电容组件提供电压；反激式变换器的一端连接于一个膜电容去离子机构中膜电容组件的集流体，另一端连接于另一个膜电容去离子机构中膜电容组件的集流体，能实现当一个膜电容组件吸附饱和时，将该膜电容组件上储存的电能转移到另一个膜电容组件。

作为本发明改进的技术方案，还包括动力阀，动力阀设于膜电容组件的出水端，用于控制出水流量。

作为本发明改进的技术方案，还包括循环泵，循环泵一端连通于膜电容组件的进水端，另一端连通于该膜电容组件的出水端。

作为本发明改进的技术方案，所述膜电容组件的进水端设有两个进出水口，一个进出水口连通于原水储液罐，另一个进出水口连接于循环泵，用于回流滤液。

作为本发明改进的技术方案，所述膜电容组件包括两个平行设置的电极、以及设置在两电极中间的两片平行设置的离子交换膜；两电极以及两片离子交换膜共同形成为三个平板错流流道，三个平板错流流道保证膜电容组件实现三流道平板式错流过滤方式处理原水。

本发明的另一目的在于提供一种连续膜电容过滤处理系统工作方法，包括如下步骤：

步骤一、开启直流电源，启动直流电源所连接的一个膜电容去离子机构；

步骤二、经电导率监测仪记录原水储液罐中原水的初始电导率后，通过水泵将原水储液罐中原水送入膜电容组件中进行除盐；出水进入出水储液罐，采用电导率监测仪对出水进行电导率监测，并且采用循环泵将出水回流至膜电容组件的进水端继续处理；

步骤三、当该膜电容组件进水端与出水端测得电导率值一致，说明电极达到吸附饱和，需再生；利用反激式变换器将该膜电容组件上储存的电能转移到另一个膜电容去离子机构中的膜电容组件；当出水电导率不再变化时，再生过程结束；同时另一个膜电容去离子机构进行步骤二的工作流程；

步骤四、两个膜电容去离子机构交替工作，使除盐过程始终连续运行；当其中一个膜电容去离子机构停止工作进行再生时，另一个膜电容去离子机构即开始工作，即两个膜电容去离子机构交替进行步骤二、步骤三的工作流程。

有益效果

采用膜电容组件进行脱盐的同时，相当于膜电容组件充能，而膜电容组件在再生过程中会释放能量，本发明针对这部分收集的能量，引入能量回收装置反激式变换器，将收集的能量利用反激式变换器传输至下一套膜电容组件作为初始能源，实现了能量的回收利用。本发明针对这部分能量，引入能量回收装置反激式变换器，将收集的能量利用反激式变换器传输至下一套膜电容组件作为初始能源，实现了能量的回收利用。

与常规膜电容去离子技术相比，该技术方案采取错流过滤方式，待处理的水体错流流过流道，在流道的垂直方向施加电场，可以显著降低膜污染，提高膜的使用寿命；同时在循环泵作用下，膜组件内的水在流道内与膜表面作平行循环运动，一方面可以冲刷膜表面，避免污染物的沉积，另一方面可以使得水体进行多次脱盐处理，降低膜污染的形成，提高脱盐率。

附图说明

图1 本申请系统的结构示意图；

图2 本申请系统的连接关系示意图；

图3 本申请中膜电容组件的结构示意图；

图中：1、直流电源；2A、膜电容组件A；2B、膜电容组件B；3、反激式变换器；4、水泵；5、电导率监测仪；6、原水储液罐；7、出水储液罐；8、控制器；9、循环泵；10、感应开关；11、电感L1；12、电感L2；13、电容；14、离子交换膜；15、电极；16、流道一；17、流道二；18、流道三。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本申请实施例对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

本申请中：直流电源1、膜电容组件A 2A、膜电容组件B 2B、反激式变换器3、水泵4、电导率监测仪5、原水储液罐6、出水储液罐7、控制器8、循环泵9、感应开关10、电感L1 11、电感L2 12、电容13、离子交换膜14、电极15、流道一16、流道二17、流道三18。

本文中膜电容组件是指膜电容组件A或膜电容组件B。

实施例1：

如图1所示一种连续膜电容过滤处理系统，包括两个膜电容去离子机构（膜电容去离子机构A、膜电容去离子机构B）、直流电源、与反激式变换器；膜电容去离子机构A（B）包括膜电容组件A（B）、水泵、原水储液罐、出水储液罐、循环泵、电导率监测仪以及控制器；即膜电容去离子机构A包括膜电容组件A、水泵、原水储液罐、出水储液罐、循环泵、电导率监测仪以及控制器；膜电容去离子机构B包括膜电容组件B、水泵、原水储液罐、出水储液罐、循环泵、电导率监测仪以及控制器；

这里，如图3所示，膜电容组件A（B）包括两个平行设置的电极、以及设置在两电极中间的两片平行设置的离子交换膜；两电极以及两片离子交换膜共同形成为三个平板错流流道，分别为流道一、流道二、流道三；三个平板错流流道保证膜电容组件实现三流道平板式错流过滤方式处理原水。

所述直流电源通过导线与膜电容组件A石墨集流体上的银丝相连接，提供电压；

原水储液罐通过水泵连通于膜电容组件进水端；出水储液罐连通于膜电容组件出水端，用于接收膜电容组件处理后的原水；还包括动力阀，动力阀设于膜电容组件的出水端，用于控制出水流量。

电导率监测仪有两个，分设于原水储液罐与出水储液罐，设于原水储液罐上的电导率监测仪用于监测原水储液罐中电导率，设于出水储液罐上的电导率监测仪用于监测处水储液罐中电导率；控制器用于记录电导率监测仪的数据；

进一步的，还包括循环泵，循环泵一端连通于膜电容组件A（B）的进水端，另一端连通于该膜电容组件的出水端；所述膜电容组件的进水端设有两个进出水口，一个进出水口连通于原水储液罐，另一个进出水口连接于循环泵，用于回流滤液。在循环泵作用下，膜组件内的水在流道内与膜表面作平行循环运动，一方面可以冲刷膜表面，避免污染物的沉积，另一方面可以使得水体进行多次脱盐处理，降低膜污染的形成，提高脱盐率。

反激式变换器的一端连接于膜电容去离子机构A中膜电容组件A的集流体，另一端连接于膜电容去离子机构B中膜电容组件B的集流体，能实现当一个膜电容组件吸附饱和时，将该膜电容组件上储存的电能转移到另一个膜电容组件。具体的是：所述反激式变换器的电感L1与膜电容组件A集流体上的银丝相连、反激式变换器的电感L2与膜电容组件B集流体上的银丝相连接；膜电容组件A工作时，直流电源为其提供电压，此时反激式变换器的感应开关断开，膜电容组件A吸附饱和进行再生时，反激式变换器的感应开关闭合，反激式变换器开始工作，通过电感L1、L2将传输能源至膜电容组件B（具体是膜电容组件B的两端设有反激式变换器用电容，电容为膜电容组件B供电压）。原水储液罐通过水管与膜电容组件的进水口相连，管路上设有水泵、电导率监测仪，控制器用于记录电导率数据；出水储液罐通过水管与膜电容组件的出水口相连，管路上设有电导率监测仪、控制器，控制器用于记录电导率数据。

具体工作流程，包括如下步骤：

步骤一、启动膜电容去离子机构A，经电导率监测仪记录原水储液罐中原水的初始电导率后，通过水泵将原水储液罐中原水送入膜电容组件A中进行除盐；出水进入出水储液罐，采用电导率监测仪对出水进行电导率监测，并且采用循环泵将出水回流至膜电容组件A的进水端继续处理；

第二步：当该膜电容组件A进水端与出水端测得电导率值一致，说明电极达到吸附饱和，需再生；利用反激式变换器将该膜电容组件A上储存的电能转移到膜电容去离子机构B中的膜电容组件B；当膜电容去离子机构A的出水电导率不再变化时，再生过程结束；同时另一个膜电容去离子机构B进行第一步的工作流程；

第三步：膜电容去离子机构A与膜电容去离子机构B交替工作，使除盐过程始终连续运行；当其中一个膜电容去离子机构停止工作进行再生时，另一个膜电容去离子机构即开始工作，即两个膜电容去离子机构交替进行第一步、第二步的工作流程。

实施例2：

含盐原水进入膜电容去离子机构A中的管道，膜电容组件A采取错流过滤方式，经电导率监测仪记录原水储液罐中的初始电导率，电导率值为1200μS/cm，到达膜电容组件A进行除盐，流速为40ml/min，直流电源提供稳定1.2V电压；出水进入出水储液罐，经电导率监测仪对出水电导率进行监测，并且采用外部循环装置将出水回流至膜电容组件A的进水端的进出水口。脱盐持续55分钟，膜电容组件A的进水端与出水端测得电导率值一致，保持在400μS/cm，说明电极达到吸附饱和，膜电容组件A停止工作进行再生，初始脱盐率为75%；此时反激式变换器感应开关闭合，利用反激式变换器将膜电容组件A上储存的电能转移到膜电容组件B，反激式变换器采取DCM模式，储存的能量都转移至输出端作为电容组件B的初始能源并且直流输出较为稳定，能源转换率可达91%，与其它类转换器相比，转换效率有着明显的优势；膜电容组件B开始工作，膜电容组件A和膜电容组件B交替工作，使除盐过程始终连续运行；当膜电容组件A停止工作进行再生时，膜电容组件B即开始工作；此外膜电容组件B的运行过程与首次运行膜电容组件A时相同，直至膜电容组件B达到吸附饱和，重复第二步所述的再生过程。

经过20天的脱盐处理后，脱盐率保持在57.3%，与采取死端过滤方式的常规膜电容处理相比（脱盐率降至24.3%），脱盐率有着明显的优势，膜污染大大降低，延长了膜的使用寿命，膜电容系统仍然保持着较高的脱盐水平。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种连续膜电容过滤处理系统，其特征在于，包括两套膜电容去离子机构、直流电源、与反激式变换器；膜电容去离子机构包括膜电容组件、水泵、原水储液罐、出水储液罐、两个电导率监测仪以及控制器，原水储液罐通过水泵连通于膜电容组件进水端，出水储液罐连通于膜电容组件出水端，两个电导率监测仪分设于原水储液罐与出水储液罐，控制器用于记录电导率监测仪的数据；直流电源用于为其中一个膜电容去离子机构的膜电容组件提供电压；反激式变换器的一端连接于一个膜电容去离子机构中膜电容组件的集流体，另一端连接于另一个膜电容去离子机构中膜电容组件的集流体，能实现当一个膜电容组件吸附饱和时，将该膜电容组件上储存的电能转移到另一个膜电容组件。

2.根据权利要求1所述的一种连续膜电容过滤处理系统，其特征在于，还包括动力阀，动力阀设于膜电容组件的出水端，用于控制出水流量。

3.根据权利要求1所述的一种连续膜电容过滤处理系统，其特征在于，还包括循环泵，循环泵一端连通于膜电容组件的进水端，另一端连通于该膜电容组件的出水端。

4.根据权利要求3所述的一种连续膜电容过滤处理系统，其特征在于，所述膜电容组件的进水端设有两个进出水口，一个进出水口连通于原水储液罐，另一个进出水口连接于循环泵，用于回流滤液。

5.根据权利要求1所述的一种连续膜电容过滤处理系统，其特征在于，所述膜电容组件包括两个平行设置的电极、以及设置在两电极中间的两片平行设置的离子交换膜；两电极以及两片离子交换膜共同形成为三个平板错流流道，三个平板错流流道保证膜电容组件实现三流道平板式错流过滤方式处理原水。

6.一种如权利要求1所述的连续膜电容过滤处理系统工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、开启直流电源，启动直流电源所连接的一个膜电容去离子机构；

步骤二、经电导率监测仪记录原水储液罐中原水的初始电导率后，通过水泵将原水储液罐中原水送入膜电容组件中进行除盐；出水进入出水储液罐，采用电导率监测仪对出水进行电导率监测，并且采用循环泵将出水回流至膜电容组件的进水端继续处理；

步骤三、当该膜电容组件进水端与出水端测得电导率值一致，说明电极达到吸附饱和，需再生；利用反激式变换器将该膜电容组件上储存的电能转移到另一个膜电容去离子机构中的膜电容组件；当出水电导率不再变化时，再生过程结束；同时另一个膜电容去离子机构进行步骤二的工作流程；

步骤四、两个膜电容去离子机构交替工作，使除盐过程始终连续运行；当其中一个膜电容去离子机构停止工作进行再生时，另一个膜电容去离子机构即开始工作，即两个膜电容去离子机构交替进行步骤二、步骤三的工作流程。