水处理系统
技术领域
本实用新型涉及水处理领域,具体来说,涉及一种水处理系统。
背景技术
淡水是人类生产、生活必不可缺的资源,但是地球上可以直接被利用的淡水非常有限。由于人口增加,工业化发展迅速,水污染和全球气候变化导致水资源短缺问题愈发严峻。为解决这一问题,开发利用非常规水资源成为解决水资源危机的重要方法,而脱盐技术因其具有不仅可以直接产生淡水,还能够有效去除被污染水中的重金属等有害离子,从而净化污水的优良特性,已逐步发展成为开发利用非常规水资源的核心方法。
常见的脱盐技术有热法、反渗透法(RO)、电驱动法、冷冻法和离子树脂法等。其中热法又分为多效蒸发(MED)和多级闪蒸(MSF),电驱动法则包含了电渗析法(ED)。目前,更具节约能源及成本潜力的电容去离子技术(CDI),正在引起越来越多的关注。
电容去离子技术是以双电层理论为基础,在正、负电极间施加低电压后,溶液中阴、阳离子在电场力和含量梯度作用下向两极迁移,吸附于电极表面形成双电层,从而达到脱盐或去除离子目的。待电极上离子吸附饱和,水质得到净化后,两电极间停止施加电压,或施加反向电压,电极上吸附的离子迁移扩散到水体中,得到富集水体,而电极材料得到再生,以进行下一个脱盐循环。这种通过活性电极的理性设计及构建形成的低能耗、高效率、易维护、低成本、无二次污染的绿色水处理技术,符合现代科学技术的经济效益发展。因此,电容去离子技术已经广泛应用于硬水软化、海水淡化、废水处理等多个水处理领域。
但是,现有电容去离子脱盐装置需要依靠电网才能运行,不能用于无电力支持的地区与环境,也不利于装置的集成化和成套化。
实用新型内容
为了解决上述问题中的一个或多个,本实用新型提供一种水处理系统,该水处理系统包括:电容去离子装置,设置有进水口和出水口;进水泵,与进水口连通,用于将待处理水导入电容去离子装置中;以及太阳能供电装置,与电容去离子装置和进水泵连接,用于向电容去离子装置和进水泵供电,其中,在太阳能供电装置与电容去离子装置之间设置有直流变压器。
根据本实用新型的一个优选实施方式,在进水泵与进水口之间可以设置有预处理装置。
根据本实用新型的一个优选实施方式,预处理装置可以为砂滤器和聚丙烯过滤器中的一种或两种的组合。
根据本实用新型的一个优选实施方式,电容去离子装置可以为流动性电极电容去离子装置。
根据本实用新型的一个优选实施方式,出水口可以与出水管道的一端连通,出水管道的另一端可以分支为第一出水管和第二出水管,在第一出水管上可以设置有第一电动阀,在第二出水管上可以设置有第二电动阀。
根据本实用新型的一个优选实施方式,在进水口可以设置有第一电导率传感器,在出水口可以设置有第二电导率传感器。
根据本实用新型的一个优选实施方式,水处理系统还可以包括控制器,控制器可以根据第一电导率传感器和第二电导率传感器的检测结果,对进水泵、电容去离子装置、第一电动阀和第二电动阀进行控制;太阳能供电装置可以与控制器连接,以向控制器供电。
根据本实用新型的一个优选实施方式,太阳能供电装置可以包括太阳能光伏板和连接于太阳能光伏板的光伏控制器。
根据本实用新型的一个优选实施方式,水处理系统还可以包括连接于太阳能供电装置的蓄电池。
根据本实用新型的一个优选实施方式,在进水口和/或出水口可以设置有流量计。
根据本实用新型的空气调节装置,可以在完全脱离外部电网的情况下运行,无能耗问题,运行成本低廉。
附图说明
图1是本实用新型的实施例1的水处理系统的示意图;
图2是本实用新型的实施例2的水处理系统的示意图;
图3是使用本实用新型的水处理系统的工作流程图。
符号说明
1 电容去离子装置
11 进水口
12 出水口
2 进水泵
3 太阳能供电装置
31 太阳能光伏板
32 光伏控制器
4 直流变压器
5 预处理装置
6 出水管道
61 第一出水管
611 第一电动阀
612 除盐水罐
62 第二出水管
621 第二电动阀
622 浓盐水罐
7 控制器
8 蓄电池
具体实施方式
本实用新型解决了利用太阳能供电装置对电容去离子装置进行供电的难题,从而使电容去离子装置可完全脱离外部电网来运行,无能耗问题,运行成本较低。因此,可以在无能源供应的偏远地区或海岛上进行脱盐水处理。
下面通过实施例,对本实用新型的水处理系统进行详细说明,但是本实用新型的保护范围不局限于下述实施例。
实施例1
以下,参照图1对本实用新型的实施例1进行详细描述。图1是本实用新型的实施例1的水处理系统的示意图。图中,虚线表示供电线路,箭头表示水的流动方向。
如图1所示,本实用新型的水处理系统包括电容去离子装置1、与电容去离子装置1的进水口11连通的进水泵2、与电容去离子装置1和进水泵2连接的太阳能供电装置3、以及设置于太阳能供电装置3与电容去离子装置1之间的直流变压器4。
具体来说,如图1所示,太阳能供电装置3可以包括太阳能光伏板31和连接于太阳能光伏板31的光伏控制器32。太阳能光伏板31用于将太阳的辐射能量转换为电能,光伏控制器32用于将太阳能光伏板31产生的高压直流电转换成电压为12V~48V的直流电。光伏控制器32的一个输出端与进水泵2连接,光伏控制器32的另一个输出端经由直流变压器4与电容去离子装置1连接。但是,本实用新型的太阳能供电装置3的结构不限于此,只要是能够将太阳能转换为电能并向外界供电的结构均可应用于本实用新型。
由于利用太阳能供电装置3产生的直流电的电压通常较高,而电容去离子装置1所需的运行电压较低,通常小于1.2V,因此,利用太阳能供电装置3对电容去离子装置1进行供电存在困难。在本实用新型中,通过在太阳能供电装置3与电容去离子装置1之间设置直流变压器4,从而降低太阳能供电装置3产生的电压,解决了这一技术问题。具体来说,直流变压器4可以将太阳能供电装置3输出的12V~48V电压降为小于5V的电压之后,再为电容去离子装置1供电。
另外,优选地,如图1所示,本实施例的水处理系统在进水泵2与进水口11之间可以设置有预处理装置5。预处理装置5的作用是去除待处理水中的泥沙、悬浮物及胶体等粗颗粒杂质,保护后续的电容去离子装置1。预处理装置5没有特别限定,例如,可以为砂滤器、多介质过滤器、活性炭过滤器和不同过滤精度的聚丙烯过滤器中的一种或多种组合而成。其中,优选预处理装置5为砂滤器和聚丙烯过滤器中的一种或两种的组合。当然,如果待处理水中没有粗颗粒杂质,也可以不设置预处理装置5。
另外,本实用新型的电容去离子装置1可以包括一组或多组电容去离子单元,其类型没有特别限制,可以是无膜电容去离子装置或膜电容去离子(Membrane CapacitiveDeionization,MCDI)装置。其中,无膜电容去离子装置是利用双电层原理,通过施加静电场强制离子向带有异种电荷的电极处移动,从而去除溶液中的离子。膜电容去离子装置是将阳离子交换膜和阴离子交换膜分别覆盖在负极和正极上,使盐离子定向移动更加规律,电极表面双电层更加稳定。因此,与无膜电容去离子装置相比,膜电容去离子装置的脱盐效率和解吸效率大大提高,所以优选。在膜电容去离子装置之中,流动性电极电容去离子(flow-electrode capacitive deionization,FCDI)装置不仅能够避免间歇式吸脱附操作,提高电极的循环效率,因此更加优选。
通过这样的设置,可以利用太阳能供电装置3对进水泵2进行供电,进水泵2将待处理水泵入预处理装置5中,预处理装置5去除待处理水中的粗颗粒杂质后,使待处理水通过进水口11进入电容去离子装置1中,利用太阳能供电装置3经由直流变压器4对电容去离子装置1进行供电,使电容去离子装置1对待处理水进行除盐后,将除盐水经由出水口12排出,从而完成水处理操作。
通过本实施例,将太阳能供电装置3作为整个水处理系统中唯一的供能来源,可以使水处理系统完全脱离电网运行,无能耗问题,运行成本较低。另外,水处理系统内全部用电设备均为直流供电,无需将太阳能转换为交流电为设备供电,提高了电能利用率。
实施例2
以下,参照图2对实施例2的水处理系统的结构进行详细说明。图2是本实用新型的实施例2的水处理系统的示意图。需要说的是,对于与实施例1相同的结构,省略重复的说明。
如图2所示,本实施例的出水口12与出水管道6的一端连通,出水管道6的另一端分支为第一出水管61和第二出水管62,在第一出水管61上设置有第一电动阀611,在第二出水管62上设置有第二电动阀621,第一出水管61的末端与除盐水罐612连通,第二出水管62的末端与浓盐水罐622连通。在本实施例中,第一电动阀611和第二电动阀621均为电动止回阀。
通过这样的设置,在电容去离子装置1对水体施加正向电压的情况下,进行除盐处理,当因从电容去离子装置1的电极上吸附的离子增多导致出水口12排出的水的电导率升高至不满足出水要求时,关闭第一电动阀611并打开第二电动阀621,使电容去离子装置1停止施加电压或对水体施加反向电压,从而使电极上吸附的离子迁移扩散到水体中,得到盐富集水体(即浓盐水),然后,浓盐水从出水管道6的第二出水管62排出到浓盐水罐622。当从出水口12排出的水的电导率不断降低至预定值(在本实施例中,该预定值是从进水口11进入的处理水的电导率)时,打开第一电动阀611并关闭第二电动阀621,使电容去离子装置1再次对水体施加正向电压,开始进行脱盐处理,除盐水从出水管道6的第一出水管61排出到除盐水罐612。如此反复,进行下一个脱盐循环。如此,可以将浓盐水与除盐水分开收集,便于操作,避免了因电容去离子装置1的电极上离子吸附饱和而导致错误地将不达标的浓盐水作为除盐水收集,并且实现了电容去离子装置1的连续运行,提高了处理效率。
另外,虽然未图示,但可以直接在进水口11设置有第一电导率传感器,在出水口12设置有第二电导率传感器。通过设置第一电导率传感器和第二电导率传感器,能够便捷地对刚进入电容去离子装置1的处理水和将要被排出电容去离子装置1的处理水的电导率进行实时监控。
另外,本实施例的水处理系统还可以包括控制器7,控制器7可以根据第一电导率传感器和第二电导率传感器的检测结果,对进水泵2、电容去离子装置1、第一电动阀611和第二电动阀621等进行控制。通过设置控制器7,可以实现自动控制。例如,当第一电导率传感器的检测结果显示电导率过大时,控制器7可以关闭进水泵2,停止向电容去离子装置1进水,并根据该检测结果对电容去离子装置1设定合适的运行时间等。另外,控制器7可以根据第二电导率传感器的检测结果来控制第一电动阀611和第二电动阀621的打开或关闭。应予说明,本实用新型不限于此,控制器7还可以对太阳能供电装置3、直流变压器4、后述的蓄电池8以及设置于水处理系统的其他控制阀门、仪表等进行综合控制。
另外,如图2所示,本实施例的水处理系统还可以包括连接于太阳能供电装置3的蓄电池8。通过设置蓄电池8,在日照充足的白天,可以利用太阳能供电装置3对水处理系统的其他用电装置进行供电的同时,利用蓄电池8存储太阳能供电装置3过剩的电能,在光线不足的白天或夜间,利用蓄电池8为水处理系统的其他用电装置进行供电,从而实现水处理系统的连续运行,提高水处理效率。另外,虽然未图示,可以在进水口11和/或出水口12设置有流量计,通过流量计的设置,能够实时掌握电容去离子装置1中的水量,便于控制器7进行控制操作。
另外,本实施例的太阳能供电装置3与第一电动阀611、第二电动阀621和控制器7连接,以分别向这些装置供电。即,本实用新型中,太阳能供电装置3是整个水处理系统唯一的能量来源。通过这样的设置,使得本水处理系统可完全脱离电网运行。
下面结合图3,对使用本实用新型的水处理系统的工作流程进行详细说明。图3是使用本实用新型的水处理系统的工作流程图。
如图3所示,在步骤S1中,使太阳能供电装置3对进水泵2进行供电,打开进水泵2,将待处理水泵入预处理装置5,然后,进入步骤S2。在步骤S2中,预处理装置5对待处理水进行预处理,除去待处理水中的粗颗粒杂质后,将待处理水排出到电容去离子装置1中,进入步骤S3。在步骤S3中,使太阳能供电装置3对电容去离子装置1供电,电容去离子装置1施加正向电压,进行脱盐处理,进入步骤S4。在步骤S4中,检测从电容去离子装置1排出的水的电导率是否大于第一阈值κ1。当从电容去离子装置1排出的水的电导率在第一阈值κ1以下时,进入步骤S5,收集处理后的除盐水。当从电容去离子装置1排出的水的电导率大于第一阈值κ1时,进入步骤S6,使电容去离子装置1施加反向电压,从而使电极上吸附的离子迁移扩散到水体中,进入步骤S7。在步骤S7中,检测从电容去离子装置1排出的水的电导率是否小于第二阈值κ2。当从电容去离子装置1排出的水的电导率在第二阈值κ2以上时,进入步骤S8,收集富盐水。当从电容去离子装置1排出的水的电导率小于第二阈值κ2时,返回步骤S4,如此重复进行。应予说明,第一阈值κ1只要大于第二阈值κ2即可,具体数值可以根据需要适当设定。
综上所述,本实用新型提供的水处理系统具有以下优点:
(1)水处理系统使用太阳能供电,可完全脱离电网运行,无能耗问题,运行成本较低;
(2)水处理系统内全部用电设备均为直流供电,无需将太阳能转换为交流电为设备供电,提高了电能利用率;
(3)可用于偏远苦咸水地区净水脱盐处理;
(4)可用于海岛等地区的海水淡化处理;
(5)可用于工业含盐废水处理。
虽然结合上述实施例对本实用新型进行了描述,但本实用新型不限于实施例,在不脱离本实用新型范围的情况下,可以进行各种变形和修改。