CN109081402A - 一种电容去离子脱盐装置的再生机构及其再生方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电容去离子脱盐装置的再生机构及其再生方法，其特征在于：所述再生机构对电容去离子脱盐装置(1)的两个端面电极施加一个反向电压，促使被堵塞在电极微孔内的阴阳离子通过电场力的作用重新释放出来。本发明通过再生机构对电容去离子脱盐装置的两个端面电极施加一个反向电压，有效避免了离子在电极微孔内的残留，有效的改善了再生效果，增强了电容去离子脱盐装置吸附效率的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种污水处理领域，尤其是涉及一种电容去离子脱盐装置的再生机构及其再生方法。
背景技术
由电容去离子技术的原理可知，当电极吸附饱和之后，需要对电极对进行再生之后才能进入下一周期的工作，使吸附在电极内部和表面的各种离子重新脱附出来，然后随水流排出，设备由此得到再生。
目前常用的几种再生方法及流程如下：
一级再生工艺，即在电容去离子脱盐装置吸附饱和并短接放电完毕之后，仅采用原水对脱盐设备进行反洗的再生方法，反洗出水直接外排，特点是反洗水量小，再生效果一般，产水率一般；(原水即需要处理的水源，再生过程中所使用的用来冲洗脱盐设备的水都称之为反洗水，因此反洗用水可包括原水、中水以及浓水，反洗时的出水都称之为反洗出水或再生出水)。
二级再生工艺，即在电容去离子脱盐装置吸附饱和并短接放电完毕之后，采用中水反洗+原水反洗，中水反洗时出水较浓直接外排，原水反洗时出水浓度有所降低，此出水排到中水箱，作为下一周期中水反洗时反洗水使用，特点是反洗水量一般，反洗效果较好，产水率较高。
三级再生工艺，在电容去离子脱盐装置吸附饱和并短接放电完毕之后，采用浓水反洗+中水反洗+原水反洗，浓水反洗时出水直接外排、然后是中水反洗的出水排到浓水箱，作为下一周期的浓水反洗时的水来使用、原水反洗时出水排到中水箱，特点是反洗水量大，反洗效果好，产水率高，工艺较复杂。
四级再生工艺，采用浓水反洗+中水反洗+原水反洗+原水预排，前三个工艺流程与之前的相同，原水预排就是原水反洗然后再返回到原水箱，反洗水量更大，反洗效果最好，产水率也是最高，但是工艺更加较复杂。
一般为了保证再生效果，通常需要3级以上反洗，每个再生工艺节点均需泵、阀门、水池等，工艺复杂、投资大、控制点多，不易操作，且产水率一般只能达到75％左右。
放空再生工艺，就是在短接放电结束之后，电极内部和表面所存储的绝大部分离子都会重新释放到通道内，然后把电容去离子脱盐装置内存储的含有大量阴阳离子的浓水，通过预留的直排口直接放空，再将装置用产水补满即可。该法工艺简单，再生彻底，而且可以实现较高的产水率。
但是以上各种方法和装置虽然能够满足电容去离子脱盐装置的再生需求，但仍然不能做到完全的再生，即每次再生结束之后都会有少量的离子残留在电极微孔内部，经过长期运行之后，在电极内部存储的离子会越来越多，这不仅降低了装置的再生效果，而且使得通电工作时所能吸附的离子的量不断下降，即降低了脱盐率，在一定程度上也缩减了电容去离子技术的电极使用寿命。
发明内容
本发明设计了一种电容去离子脱盐装置的再生机构及其再生方法，其解决的技术问题是现有电容去离子脱盐装置的再生时，在电极内部存储的离子会越来越多，这不仅降低了装置的再生效果，而且使得通电工作时所能吸附的离子的量不断下降，即降低了脱盐率，在一定程度上也缩减了电容去离子技术的电极使用寿命。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：
一种电容去离子脱盐装置的再生机构，其特征在于：所述再生机构对电容去离子脱盐装置(1)的两个端面电极施加一个反向电压，促使被堵塞在电极微孔内的阴阳离子通过电场力的作用重新释放出来。
进一步，所述再生机构包括电源(21)，所述电源(21)正极通过两根导线分别与第一接线端子(22)和第二接线端子(23)连接，所述电源(21)正极与第一接线端子(22)之间的导线上设有第一接触器(24)，所述电源(21)正极与第二接线端子(23)之间的导线上设有第二接触器(25)；所述电源(21)负极也通过两根导线分别与第一接线端子(22)和第二接线端子(23)连接，所述电源(21)负极与第一接线端子(22)之间的导线上设有第四接触器(27)，所述电源(21)正极与第二接线端子(23)之间的导线上设有第三接触器(26)。
进一步，所述电容去离子脱盐装置(1)中的两个端面电极之间平行设有多个双面电极。
进一步，所述任意两个相邻电极之间还设有离子阻挡层。
一种电容去离子脱盐装置的再生方法，包括以下步骤：
步骤1、电容去离子装置在通电吸附污水中的阴阳离子完成；
步骤2、电容去离子装置进行短接放电；
步骤3、在电容去离子装置的端面电极两端施加一个反向电压，促使被堵塞在电极微孔内的阴阳离子通过电场力的作用重新释放出来；
步骤4、然后将电容去离子装置中的浓水直接放空，从而使得电容去离子脱盐装置得到彻底的再生。
该电容去离子脱盐装置的再生机构及其再生方法具有以下有益效果；
(1)本发明通过再生机构对电容去离子脱盐装置的两个端面电极施加一个反向电压，有效避免了离子在电极微孔内的残留，有效的改善了再生效果，增强了电容去离子脱盐装置吸附效率的稳定性.
(2)本发明使得电容去离子脱盐装置电极内部没有残留离子，所以降低了整个脱盐系统的无功功耗，提高了电流放率；
(3)本发明使得电容去离子脱盐装置电极再生彻底，避免了为了保持系统的脱盐率而提高工作电压的行为，从而减少了电极被氧化的可能性，延长了电极的使用寿命；
(4)本发明再生机构结构简单，基本无需增加额外的设备，即可通过程序控制来实现，且可实现程序的自动控制。
(5)本发明尤其适用于新型表面添加离子阻挡层的电容去离子装置，因为该装置虽然可以实现较高的脱盐率，但是也由于增加了离子阻挡层而增大了电阻，传统的再生方法，已不能有效满足该系统装置的再生需要，因此必须在放电的过程中施加一个反向电压，才能保证再生效果；
(6)本发明方法尤其适用与放空再生工艺组合，既能保证再生效果，又可以提高系统的产水率。
具体所施加的反向电压的数值和时间要视具体的短接放电结束后的余电而定，时间过长或电压过高，不仅会浪费电能，而且还会造成二次吸附的现象；而时间过短或电压过低，又达不到理想的再生效果。所以一般在实际的应用过程中，要根据实际的水质状况和运行、参数设置情况来最终确定。例如余电越多需要施加的反向电压的数值和时间也越大。
(7)本发明采用开放式电容去离子脱盐装置无需密封，且设备的耐压强度需求也大大降低，节省了大量的材料及加工成本，组装也更加方便快捷。
(8)本发明采用开放式结构的电容去离子脱盐装置，出水口采用溢流的方式，只需要提高一个较小的动力即可实现水的进出，节省了部分能耗。
(9)本发明操作维护方便，尤其是后期的设备检修以及核心电极的更换非常简单，节省了后期的运行和维护成本。
(10)本发明由于是开放式结构，无需安装设备的排气和防止虹吸系统，避免了因排气阀堵塞而产生的多余气体对电极造成的损坏。
(11)本发明由于操作压力小，降低了因为设备内部压力过大而导致的“跑冒滴漏”等问题的可能性。
附图说明
图1：本发明电容去离子脱盐装置的再生机构的结构示意图；
图2：本发明开放式电容去离子脱盐装置结构示意图。
附图标记说明：
1-电容去离子脱盐装置；11-盖板；111-透气孔；121-进水口；122-出水口；123-直排口；13-离子阻挡层；141-双面电极；142-第一端面电极；143-第二端面电极；21-电源；22-第一接线端子；23-第二接线端子；24-第一接触器；25-第二接触器；26-第三接触器；27-第四接触器。
具体实施方式
下面结合图1和图2，对本发明做进一步说明：
如图1所示，本发明电容去离子脱盐装置的再生机构，其特征在于：再生机构对电容去离子脱盐装置1的两个端面电极施加一个反向电压，促使被堵塞在电极微孔内的阴阳离子通过电场力的作用重新释放出来。
具体来说，再生机构包括电源21，电源21正极通过两根导线分别与第一接线端子22和第二接线端子23连接，电源21正极与第一接线端子22之间的导线上设有第一接触器24，电源21正极与第二接线端子23之间的导线上设有第二接触器25；电源21负极也通过两根导线分别与第一接线端子22和第二接线端子23连接，电源21负极与第一接线端子22之间的导线上设有第四接触器27，电源21正极与第二接线端子23之间的导线上设有第三接触器26。
电容去离子脱盐装置1中的两个端面电极之间平行设有多个双面电极。任意两个相邻电极之间还设有一离子阻挡层。
离子阻挡层与电极关系如下：电极包括正极和负极，在正极表面包含一层阳离子阻挡层，或/和在负极表面包含一层阴离子阻挡层；阳离子阻挡层仅允许阴离子通过，阳离子无法通过；阴离子阻挡层仅允许阳离子通过，阴离子无法通过。如果包括多个正极和多个负极，它们都平行设置的，一最外端的负极夹持在负极配电板和阴离子阻挡层之间，另一最外端的正极夹持在阳离子阻挡层与正极配电板之间，其他每两个正负极集成为一双面电极，多个双面电极夹持在上述一正极和一负极之间。
本发明在阴、阳极表面分别添加一张阳、阴离子交换膜，在阳极表面的阴离子交换膜，仅允许阴离子通过，这样即使阳极材料在长期工作发生氧化时，虽然表面会生成一些具有离子交换作用的酸性官能团，但由于无法接触阳离子，因而不会发生离子交换作用，因而电极表面的吸附位不会被占据，阳极即使在氧化的状态下依然发挥吸附作用，且保持较高的电流效率。
本发明电容去离子脱盐装置的再生机构工作原理如下：
步骤1、电容去离子装置在通电吸附污水中的阴阳离子完成；
步骤2、电容去离子装置进行短接放电；
步骤3、在电容去离子装置的端面电极两端施加一个反向电压，促使被堵塞在电极微孔内的阴阳离子通过电场力的作用重新释放出来；
步骤4、然后将电容去离子装置中的浓水直接放空，从而使得电容去离子脱盐装置得到彻底的再生。
如图2所示，一种开放式电容去离子脱盐装置，包括容器本体，在容器本体中平行设有多个电极，容器本体的一端设有进水口121，容器本体的另一端设有出水口122，进水口121的位置低于所有电极最下端，出水口122的位置高于所有电极最上端，待处理污水从进水口121进入，穿过多个电极之间的空隙并被多个电极吸附阴阳离子，最后通过出水口122离开容器本体，还包括一盖板11，盖板11盖在容器本体上，盖板11上设有透气孔111。盖板11材质为透明材料便于观察电容去离子脱盐装置实际的运行情况。盖板11直接放在装置顶部，主要是为了防止灰尘、蚊虫等小动物或其它污染物进入造成电极堵塞或短路，而且盖板11上分布一些细小的透气孔111，使内外气压保持一致。
还包括直排口123，直排口123也位于容器本体的另一端并且直排口123的位置低于电极最下端。
多个电极包括第一端面电极142、第二端面电极143以及多个双面电极141，多个双面电极141平行设置于第一端面电极142与第二端面电极143之间；多个电极中第一端面电极142最接近进水口121，第二端面电极143最接近出水口122。
本发明还所涉及的一种开放式电容去离子脱盐装置，摒弃传统的封闭式结构，采用了比较经济且实用性较强的开放式结构。在一个顶端没有封闭的方形装置中，把电极按照端面电极+离子阻挡层+双面电极+离子阻挡层+……+双面电极+离子阻挡层+端面面电极的形式放入其中，其中左侧下端为进水口，右侧上端为出水溢流口，正负极接线柱分别在两侧端板上。工作时，在两端面电极上施加一定的电压(根据电极对数来确定，一般每对电极0.8-1.5V)，水从左侧低端进入，经过布水器进入装置内部，然后从每片电极之间的通道流过，最终产
水从右侧上端的溢流口流出；当电极吸附饱和之后，即进入再生流程，如采用通电+放空再生的工艺，则须先对装置进行短接放电到一定程度后(视具体的放电时间和余电而定)，施加一个反向电压(此电压相对较低)促使所有离子从电极内部脱附出来，然后打开直排口的阀门进行放空，最后再把装置内用产水补满即可。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种电容去离子脱盐装置的再生机构，其特征在于：所述再生机构对电容去离子脱盐装置(1)的两个端面电极施加一个反向电压，促使被堵塞在电极微孔内的阴阳离子通过电场力的作用重新释放出来。
2.根据权利要求1所述电容去离子脱盐装置的再生机构，其特征在于：所述再生机构包括电源(21)，所述电源(21)正极通过两根导线分别与第一接线端子(22)和第二接线端子(23)连接，所述电源(21)正极与第一接线端子(22)之间的导线上设有第一接触器(24)，所述电源(21)正极与第二接线端子(23)之间的导线上设有第二接触器(25)；所述电源(21)负极也通过两根导线分别与第一接线端子(22)和第二接线端子(23)连接，所述电源(21)负极与第一接线端子(22)之间的导线上设有第四接触器(27)，所述电源(21)正极与第二接线端子(23)之间的导线上设有第三接触器(26)。
3.根据权利要求2所述电容去离子脱盐装置的再生机构，其特征在于：所述电容去离子脱盐装置(1)中的两个端面电极之间平行设有多个双面电极。
4.根据权利要求2或3所述电容去离子脱盐装置的再生机构，其特征在于：所述任意两个相邻电极之间还设有离子阻挡层。
5.一种电容去离子脱盐装置的再生方法，包括以下步骤：
步骤1、电容去离子装置在通电吸附污水中的阴阳离子完成；
步骤2、电容去离子装置进行短接放电；
步骤3、在电容去离子装置的端面电极两端施加一个反向电压，促使被堵塞在电极微孔内的阴阳离子通过电场力的作用重新释放出来；
步骤4、然后将电容去离子装置中的浓水直接放空，从而使得电容去离子脱盐装置得到彻底的再生。
6.根据权利要求5所述电容去离子脱盐装置的再生方法，其特征在于：步骤3中所施加的反向电压的数值和时间要视具体的短接放电结束后的余电而定，时间过长或电压过高，不仅会浪费电能，而且还会造成二次吸附的现象；而时间过短或电压过低，又达不到理想的再生效果。
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