CN110734171A

CN110734171A - 一种基于捞盐法的大规模敞开式循环除盐及储能装置

Info

Publication number: CN110734171A
Application number: CN201911090983.1A
Authority: CN
Inventors: 温广武; 王桢; 张春洁
Original assignee: Shandong University of Technology
Current assignee: Shandong University of Technology
Priority date: 2019-11-09
Filing date: 2019-11-09
Publication date: 2020-01-31
Anticipated expiration: 2039-11-09
Also published as: CN110734171B

Abstract

本发明涉及电容去离子及电容储能技术领域，具体提供一种基于捞盐法的大规模循环除盐及储能装置。该装置由原水粗滤处理系统，电容去离子系统，淡水回收系统，电容储能系统，电极清洗维护系统，传动系统，曝气涌动装置，自动控制系统八大模块组成。既能基于电容去离子原理脱盐，又能回收电容下的离子迁移产生的电能，且不断循环往复，使除盐能耗太太降低，同时巧妙设计了电极清洗维护系统及曝气涌动装置，大大提高了脱盐效率和使用寿命，并通过控制设定电导率和阻抗来控制水池的进出水和电极清洗，实现无人值守，自动控制，大大降低其使用成本。该装置打破了原来固定式电极除盐的高维护成本限制，可根据实际除盐规模串联功能池，从而实现大规模应用。

Description

一种基于捞盐法的大规模敞开式循环除盐及储能装置

技术领域

本发明涉及电容去离子及电容储能技术领域，具体提供一种基于捞盐法的大规模循环除盐及储能装置。

背景技术

随着全球人口的快速增长和经济的飞速发展，淡水用量逐年增加，污水排放量也在逐年增加，世界性的水资源短缺日益影响着人类社会的发展。面对如此严峻的发展状况和可持续发展的要求，水污染防治及海水、苦咸水淡化开发是重中之中。

目前有多种水处理技术，以实现苦咸水、海水的脱盐淡化和工业废水的脱盐回用，包括反渗透、电渗析、膜分离和离子交换膜、多级闪蒸、多效蒸发等，但这些技术都存在较为突出的缺点和不足，如反渗透技术除盐效果取决于膜的性质，且能耗较高；电渗析技术则电耗较大，对进水水质要求较高，易出现结垢现象；而离子交换膜技术的膜再生时对化学溶剂需求量大，设备复杂，投资大，成本高；多级闪蒸技术能耗大，操作温度高，容易造成设备结垢和腐蚀。

一种基于施加电位控制水中离子或带点粒子吸附/脱附的除盐新技术——电容去离子技术成为关键突破技术。电容性吸附是利用电极材料本身吸附性能以及在施加外界电场情况下，溶质离子和带电分子会在接触界面对电位补偿进而迁移至电极两端并实现水质的净化与浓缩，同时也完成了充电的过程。充电之后，双电层逐渐饱和再使用反接方式将吸附的离子释放出来，这个过程也完成了放电。与其他的除盐技术相比，电容去离子技术能耗低，属于常压操作，一般来讲运行电压小于2 V，且运行稳定设备简单，产水回收率高，无需高温高压等条件，操作方便，并且不需要添加化学药剂，不会造成二次污染。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于捞盐法的大规模敞开式循环除盐及储能装置，该装备可克服现有技术缺点，可以实现去除水中离子、储电功能，尤其是在敞开体系下，可以实现大规模的应用，降低水处理成本。

本发明具体技术方案如下：

一种基于捞盐法的大规模敞开式循环除盐及储能装置,采用的技术方案为：所述装置由原水粗滤处理系统，电容去离子系统，淡水回收系统，电容储能系统，电极清洗维护系统，传动系统，曝气涌动装置，自动控制系统八大模块组成。

作为优选方案，其特征在于，所述的装置具体分为电容去离子池，脱盐电能回收池，电极清洗维护池，呈赛道分布，电容去离子池和脱盐电能回收池交替排列位于直线区域，电极清洗维护池位于两侧弧形区域，电极板在各个池子中运动，整体通过自动控制系统进行控制。

作为优选方案，其特征在于，所述的原水为海水，苦咸水，高含盐废水等一种或多种混合物，粗滤装置包括不锈钢滤网，超细聚丙烯纤维滤芯，颗粒活性炭滤芯等一种或多种混合物。

作为优选方案，其特征在于，所述的电容去离子系统包括单片或多片电极板，电极板由316L不锈钢，高合金不锈钢，哈氏合金，纯钛，钛钯合金，自支撑结构等支撑体与碳布、二氧化锰基，二氧化钛基，氧化铝基，多孔碳球等活性材料中的一种或多种组合而成。电极板在各个池中采用金属或石墨导轨进行导电，在两个池子间采用塑料凳绝缘体连接。

作为优选方案，所述的淡水回收系统包括电导率仪和淡水收集装置，输出淡水电导率可调节，范围为0.01-20 μS/cm。

作为优选方案，所述的电容储能系统为锌锰电池、铅酸电池、镉镍电池、锂离子电池中一种或多种混合，淡水池中电容释放的电能由其搜集。

作为优选方案，所述的电极清洗维护系统位于循环槽体的两侧，用于激活和更换电极板。

作为优选方案，所述的传动系统为电机牵引的绝缘绳或各极板自带动力运动和控制。

作为优选方案，所述的曝气涌动装置位于电容去离子池底部。

作为优选方案，所述的电容去离子池和电能回收池均包括进水口，溢流口和梯台型隔离装置，整个装置敞开。

作为优选方案，所述的装置根据设计需要，体积范围为0.01-1000000 m³。

作为优选方案，所述的装置可进行整体循环使用，也可以单独拆开进行一个或多个单元组合使用。

作为优选方案，所述的自动控制系统为整体控制装置，可以控制电源电压，输出功率，进出水开关，电极板运动速度，曝气开关等。

本发明的一种基于捞盐法的大规模敞开式循环除盐及储能装置，既能基于电容去离子原理脱盐，又能回收电容下的离子迁移产生的电能，且不断循环往复，使除盐能耗太太降低。

本发明的一种基于捞盐法的大规模敞开式循环除盐及储能装置，巧妙设计了电极清洗维护系统及曝气涌动装置，大大提高了脱盐效率和使用寿命，打破了原来固定式电极除盐的高维护成本限制。

本发明的一种基于捞盐法的大规模敞开式循环除盐及储能装置，该装置利用传动装置拖拽电极板运动，是敞开体系，可根据实际除盐规模串联功能池，从而实现大规模应用。

本发明的一种基于捞盐法的大规模敞开式循环除盐及储能装置，该装置通过控制设定电导率和阻抗来控制水池的进出水和电极清洗，实现无人值守，自动控制，大大降低其使用成本。

附图说明

图1为实施案例1中一种基于捞盐法的大规模敞开式循环除盐及储能装置的单元功能池示意图。

图2为实施案例1中一种基于捞盐法的大规模敞开式循环除盐及储能装置的整体示意图。

图中：1-电容去离子池，2-电能回收池，3-阳极极板，4-阴极极板，5-阴离子，6-阳离子，7-阳极导轨，8-阳极导电连接杆，9-绝缘连接杆，10-导线，11-绝缘导轨，12-绝缘牵引绳，13-阴极导轨，14-电源控制器，15-储能电池，16-梯形隔离块，17-出水口，18-进水口，19-曝气装置，20-电极清洗维护区，21-传动装置，22-串联区域。

具体实施方式

本发明提供一种基于捞盐法的大规模敞开式循环除盐及储能装置，下面举例说明具体实施方式，对本发明进行进一步说明，并非对其保护范围的限制。

实施例1

一种基于捞盐法的大规模敞开式循环除盐及储能装置的单元功能池示意图如图1所示，本发明实例1中电容去离子池1的长宽高为1m*0.5*0.25 m，电能回收池尺寸2尺寸一样。采用的阳极极板3材料为多孔碳包覆的MnO₂和钛网组合而成，长宽厚尺寸为0.45*0.1*0.01m，阴极极板4与阳极极板相同，阴离子5为Cl^-,阳离子6为Na⁺,导轨7和13为石墨材质，阳极导电连接杆8为铜导线，绝缘连接杆9为聚四氟乙烯材质，导线10位2铜导线，绝缘导轨11为聚四氟乙烯材质，绝缘牵引绳12为直径0.015 m的钢丝尼龙绳，电源控制器14为稳定输出0-1V之间的电源，储能电池15为可接受0-1V充电的铅酸电池，梯形隔离块16为聚丙烯材质，高度为0.1 m，进水口17为氯化钠盐水进水口，出水口18为电导率0.5 μS/cm，曝气池19曝气流量为25 m³/h。整体示意图如图2所示，弧线处的电极清洗维护区20配有1 V脉冲电压，电极板阻抗测试仪，传动装置21为8个增力旋转轮，串联区域22为单相3组，双相6组，一共12个功能池。

本实施案例中，工作时，进水到梯形台高度，关闭进水。在每个电容去离子池和电能回收中放置7对阴阳极板，每对等间隔，俩极板之间间隔0.015 m，安装好导线，电刷，固定装置，设定出水电导率为0.5 μS/cm，开启曝气装置，控制电源施加1 V电压，开启传动装置，以0.002 m/s速度前进，一旦水池中电导率低于0.5 μS/cm，电容去离子池和电能回收池出水阀自动开启，放出池中淡水和浓盐水，再自动开启进水阀，注入盐水。电极板在进入电极清洗维护区时自动检测电极板间的阻抗，一旦超过初始值的2倍，即开始进行3次脉冲电压激活，超过10倍，更换新的电极板。

实施案例2

一种基于捞盐法的大规模敞开式循环除盐及储能装置可适合大规模工程应用，本发明实例2中的电容去离子池1的长宽高为12m*6*3 m，电能回收池尺寸2尺寸一样。采用的阳极极板3材料为负载TiN的多孔纤维布和316L不锈钢组合而成，长宽厚尺寸为5.5*1.2*0.05m，阴极极板4与阳极极板相同，阴离子5为Cl^-,阳离子6为Na⁺、Mg²⁺、K⁺,导轨7和13为石墨材质，阳极导电连接杆8为铜导线，绝缘连接杆9为聚丙烯材质，导线10位2铜导线，绝缘导轨11为聚丙烯材质，牵引装置为每块极板自带定位系统和驱动电源的滚轮，实现单个和多个控制，电源控制器14为稳定输出0-1 V之间的电源，储能电池15为可接受0-1 V充电的铅酸电池，梯形隔离块16为聚丙烯材质，高度为1.5 m，进水口17为常规海水进水口，出水口18为电导率1 μS/cm，曝气池19曝气流量为100 m³/h。弧线处的电极清洗维护区20配有1 V脉冲电压，电极板阻抗测试仪，串联区域22为单相5组，双相10组，一共20个功能池。

本实施案例中，工作时，海水先通过原水处理装置，先经过沉降和砂石过滤，再经过PP棉，活性炭，PP棉三级过滤，滤去手中杂质、泥沙、红虫、胶原体、悬浮物及微生物等，进水到梯形台高度，关闭进水。在每个电容去离子池和电能回收中放置15对阴阳极板，每对等间隔，俩极板之间间隔0.03 m，安装好导线，电刷，固定装置，设定出水电导率为1 μS/cm，开启曝气装置，控制电源施加1 V电压，开启传动装置，以0.01 m/s速度前进，一旦水池中电导率低于1 μS/cm，电容去离子池和电能回收池出水阀自动开启，放出池中淡水和浓盐水，再自动开启进水阀，注入海水。电极板在进入电极清洗维护区时自动检测电极板间的阻抗，一旦超过初始值的10倍，即开始进行3次脉冲电压激活，超过30倍，更换新的电极板。

综上，本发明一种基于捞盐法的大规模敞开式循环除盐及储能装置，基于捞盐法过程，使用电容去离子原理，在各个功能池中不断吸附和释放离子，以低成本的方式达到大规模连续除盐效果。本装置可以适用但不局限于含有各种含盐废水的净化。

上面所述的案例仅是对本发明的优选方案实施方式进行描述，并非界定本发明的构思和保护范围，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出多种变形和改进，这些也落入本发明的保护范围范围内。

Claims

1.一种基于捞盐法的大规模敞开式循环除盐及储能装置,采用的技术方案为：所述装置由原水粗滤处理系统，电容去离子系统，淡水回收系统，电容储能系统，电极清洗维护系统，传动系统，曝气涌动装置，自动控制系统八大模块组成。

2.根据权利要求1所述，原水经过粗过滤进入功能池，电极板在传动装置下牵引移动，阴阳极板在电容去离子池通电后吸附阴阳离子，在电能回收池中对储能装置充电，曝气装置提高接触面积，电极清洗维护区更换维护电极，通过监控电导率自动控制系统实现自动化除盐储能过程。

3.根据权利要求1所述，其特征在于，所述的装置具体分为电容去离子池，脱盐电能回收池，电极清洗维护池，呈赛道分布，电容去离子池和脱盐电能回收池交替排列位于直线区域，电极清洗维护池位于两侧弧形区域，电极板在各个池子中运动，整体通过自动控制系统进行控制。

4.根据权利要求1所述，其特征在于，所述的原水为海水，苦咸水，高含盐废水等一种或多种混合物，粗滤装置包括不锈钢滤网，超细聚丙烯纤维滤芯，颗粒活性炭滤芯等一种或多种混合物。

5.根据权利要求1所述，其特征在于，所述的电容去离子系统包括单片或多片电极板，电极板由316L不锈钢，高合金不锈钢，哈氏合金，纯钛，钛钯合金，自支撑结构等支撑体与碳布、二氧化锰基，二氧化钛基，氧化铝基，多孔碳球等活性材料中的一种或多种组合而成。

6.根据权利要求1所述，其特征在于，所述的淡水回收系统包括电导率仪和淡水收集装置，输出淡水电导率可调节，范围为0.01-20 μS/cm。

7.根据权利要求1所述，其特征在于，所述的电容储能系统为锌锰电池、铅酸电池、镉镍电池、锂离子电池中一种或多种混合，淡水池中电容释放的电能由其搜集。

8.根据权利要求1所述，其特征在于，所述的电极清洗维护系统位于循环槽体的两侧，用于激活和更换电极板。

9.根据权利要求1所述，其特征在于，所述的传动系统为电机牵引的绝缘绳或各极板自带动力运动和控制。

10.根据权利要求1所述，其特征在于，所述的曝气涌动装置位于电容去离子池底部。

11.根据权利要求1所述，其特征在于，所述的电容去离子池和电能回收池均包括进水口，溢流口和梯台型隔离装置，整个装置敞开。

12.根据权利要求1所述，其特征在于，所述的装置根据设计需要，体积范围为0.01-1000000 m³。

13.根据权利要求1所述，其特征在于，所述的装置可进行整体循环使用，也可以单独拆开进行一个或多个单元组合使用。

14.根据权利要求1所述，其特征在于，所述的自动控制系统为整体控制装置，可以控制电源电压，输出功率，进出水开关，电极板运动速度，曝气开关等。