一種利用膜電容去離子連續(xù)廢水處理裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種利用膜電容去離子連續(xù)廢水處理裝置，圓筒形的殼體上下端同軸安裝上下蓋板，在上、下蓋板的中軸部位與殼體內(nèi)連通安裝進(jìn)出水嘴，在殼體內(nèi)的上蓋板上同軸安裝有集水板，在殼體外緣均布間隔軸向安裝有導(dǎo)電桿，在布水板與集水板之間的殼體內(nèi)同軸安裝有下配電板及上配電板，上、下配電板為一對金屬板，在該兩個配電板之間同軸安裝有上集流板、膜碳正電極、隔膜、膜碳負(fù)電極、下集流板為一組的多組處理模塊組件。本實(shí)用新型所涉及的膜電極是碳電極與離子膜制成一體的，采用在陰極上噴涂陽離子交換涂層，在陽極上噴涂陰離子交換涂層，制備成膜電極，其離子交換層的厚度小于10微米，比直接加上離子膜的電阻小，電容量大。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于環(huán)保設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及廢水中離子去除、鍋爐水回用，尤其是一 種利用膜電容去離子連續(xù)廢水處理裝置。 一種利用膜電容去離子連續(xù)廢水處理裝置

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口的迅速增加，水資源短缺（工業(yè)及生活用水緊 缺）是全世界面臨的一個長期的，趨勢性的問題，成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一大瓶頸，人們才逐 漸意識到水資源的寶貴，而污水回用、海水和苦咸水淡化是解決水資源短缺的有效途徑。
[0003] 目前公開的去離子技術(shù)中，常見的脫鹽方法有離子交換法、電滲析法、反滲透法 等，這些方法均存在著許多局限性，如采用反滲透法，系統(tǒng)對水的預(yù)處理要求很高，高壓泵 能耗高，得水率較低，制水成本高；采用離子交換法，再生酸堿費(fèi)用高，再生廢液很容易對環(huán) 境造成二次污染，系統(tǒng)操作要求高；采用電滲析法，運(yùn)行過程中陰極和陽極膜上容易結(jié)垢， 從而影響出水水質(zhì)，并縮短儀器的使用壽命且耗電量、耗水量都很高。
[0004] 近年來，一種頗有前景的新型水處理脫鹽技術(shù)受到了廣泛重視一電容去離子 (CDI)除鹽技術(shù)。電容去離子又稱電吸附除鹽，是在電場作用下通過在電極和溶液之間形成 一雙電層，極性分子或離子被儲存在雙電層中被去除，當(dāng)電極飽和后可以通過加上一反向 電場使電極再生。與傳統(tǒng)的除鹽方法相比，電吸附能耗小、成本低，且再生容易，無需化學(xué)藥 齊U，是一種既經(jīng)濟(jì)又有效的方法。但該技術(shù)在市場運(yùn)行幾年后，又暴露出來新的問題，體現(xiàn) 在如下幾方面：
[0005] 1、水流直接沖刷碳電極，碳顆粒掉落的情況會持續(xù)發(fā)生；
[0006] 2、電源反接脫附時，脫附下來的離子又有部分被吸附到對面電極，脫附不徹底，導(dǎo) 致低運(yùn)行效率及除鹽率較低；
[0007] 3、達(dá)到出水要求需要電吸附模塊多，投資大，占地面積大；
[0008] 4、處理效率低下，一般只能處理離子濃度200-2000毫克/升的液體；
[0009] 5、反沖濃度變化平緩，一般無法用于濃縮，產(chǎn)水率不高，提高產(chǎn)水率，只能增加模 塊。
[0010] 此外，現(xiàn)有的已成型的離子交換膜通過壓力作用覆蓋在電極表面會提高電極和離 子交換膜的接觸電阻，也會增加離子擴(kuò)散層的厚度的問題，當(dāng)待處理溶液的濃度較低時，離 子交換膜的厚度相對來說就太大了，因此離子的透過性變差，膜的接觸電阻也變大。
[0011] 通過檢索，發(fā)現(xiàn)如下兩篇相關(guān)公開專利文獻(xiàn)：
[0012] 1、一種高效率節(jié)能型隔膜電容去離子裝置（CN101337717)，其特征在于：在隔板 (1)與電極（3)之間加入離子交換膜（2)，所述的上下支撐板（6)上均設(shè)有水口（7)，上下兩 個水口的位置相錯排列。本實(shí)用新型同現(xiàn)有技術(shù)相比，采用致密多孔的碳基材料作為電容 去離子電極，并加入離子交換膜，使器件薄而輕，結(jié)構(gòu)得以優(yōu)化，提高了吸附的性能，降低了 電極工作時所加電壓，從而大大降低了器件的能耗以及制造和使用成本，離子吸附效率高、 穩(wěn)定性好、壽命長、功耗低、響應(yīng)速度快和可重復(fù)使用等。
[0013] 2、一電極板堆疊結(jié)構(gòu)（CN101624229)，該電極板堆疊結(jié)構(gòu)是由多個第一電極板及 多個第二電極板間隔穿插配置而成，其中每一該第一電極板上配置有多個穿孔所形成的一 第一圖案且每一該第一電極板的邊緣配置一 〇形環(huán)，而每一該第二電極板上配置有多個穿 孔所形成的一第二圖案且每一該第二電極板的邊緣配置一 〇形環(huán)；及一鎖固裝置，配置于 該電極板堆疊結(jié)構(gòu)的頂端及底端，用以鎖固該電極板堆疊結(jié)構(gòu)；其中該電極板堆疊結(jié)構(gòu)的 一最上層電極板及一最下層電極板與一第一極性的電極連接，而該堆疊結(jié)構(gòu)的一中間電極 板與一第二極性的電極連接，而該第一極性及該第二極性為相反的極性。
[0014] 通過技術(shù)特征對比，上述兩篇公開專利文獻(xiàn)雖然也設(shè)置了離子交換膜，但其結(jié)構(gòu) 及原理與本實(shí)用新型申請有較大不同。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0015] 本實(shí)用新型克服現(xiàn)有技術(shù)不足之處，提供一種利用膜電容去離子連續(xù)廢水處理裝 置，該裝置可有效解決老式電容去離子裝置產(chǎn)業(yè)化過程中除鹽效率低、易結(jié)垢以及達(dá)到出 水要求需要電吸附模塊多、投資大、占地面積大等問題。
[0016] 本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0017] 一種利用膜電容去離子連續(xù)廢水處理裝置，包括進(jìn)水嘴、下蓋板、下墊片、布水板、 殼體、導(dǎo)電桿、處理模塊組件、集水板、上墊片、上蓋板及出水嘴，圓筒形的殼體下端同軸安 裝下蓋板，在下蓋板的中軸部位與殼體內(nèi)連通安裝進(jìn)水嘴，下蓋板與殼體通過下墊片進(jìn)行 密封、螺栓進(jìn)行固裝，在殼體內(nèi)的下蓋板上同軸安裝有布水板；圓筒形殼體上端同軸安裝上 蓋板，在上蓋板的中軸部位與殼體內(nèi)連通安裝出水嘴，上蓋板與殼體通過上墊片進(jìn)行密封、 螺栓進(jìn)行固裝，在殼體內(nèi)的上蓋板上同軸安裝有集水板，在殼體外緣均布間隔軸向安裝有 導(dǎo)電桿，在布水板與集水板之間的殼體內(nèi)同軸安裝有下配電板及上配電板，上、下配電板為 一對金屬板，在該兩個配電板之間同軸安裝有8-12組處理模塊組件。
[0018] 而且，所述處理模塊組件均由上集流板、膜碳正電極、隔膜、膜碳負(fù)電極、下集流板 依次同軸構(gòu)成，并一層一層水平夾在兩側(cè)的配電板內(nèi)；所述隔膜是一層帶有小孔的隔膜； 所述上、下集流板均為石墨膜，每對膜碳電極通過集流板、配電板與導(dǎo)電桿相連，導(dǎo)電桿與 電源相連。
[0019] 而且，在碳膜正、負(fù)電極的表面均噴涂有極薄的陰陽離子膜，其中，在碳膜負(fù)電極 上噴涂陽離子交換涂層，在碳膜正電極上噴涂陰離子交換涂層，制備成膜電極，其離子交換 涂層的厚度小于10微米。
[0020] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：
[0021] 1、本實(shí)用新型所涉及的膜電極是碳電極與離子膜制成一體的，采用在陰極上噴涂 陽離子交換涂層，在陽極上噴涂陰離子交換涂層，制備成膜電極，其離子交換層的厚度小于 10微米，比直接加上離子膜的電阻小，電容量大。
[0022] 2、本實(shí)用新型在使用膜電極電吸附脫鹽的過程中，由于沒有了同離子的排斥作 用，每當(dāng)電極上有一個電子轉(zhuǎn)移時，就會從溶液中吸附一個鹽離子，除了避免同離子的排斥 作用，還有另外一個好處就是在脫附離子時，當(dāng)反接電極后，離子會脫附的更徹底，因此這 也在連續(xù)的吸脫附過程中增加了電吸附裝置的脫鹽能力。
[0023] 3、本實(shí)用新型的膜碳電極之間的距離只是一層隔膜，幾乎為零，改變了老式裝置 電極片之間設(shè)有蛇形或其他形式的液體通道的結(jié)構(gòu)，被處理的廢水從四周一層一層漫過電 極片進(jìn)行吸附，該模塊最大的好處是拆卸容易，可以隨時根據(jù)需要調(diào)整膜電極的對數(shù)，而且 電極片之間距離很近，使其在通過較大流速溶液時對離子仍然有較好的吸附能力。
[0024] 此外，本專利申請與現(xiàn)有電容去離子裝置及技術(shù)的比較：
[0025] ⑴現(xiàn)有電容吸附法沒有離子膜，水流直接沖刷碳電極，碳顆粒掉落的情況會持續(xù) 發(fā)生；而本實(shí)用新型由于膜電極中離子膜的遮擋和包覆，水流不直接沖刷碳電極，而是從離 子膜之間流過，加上我們特殊的碳電極加工方法，長期使用造成碳電極沖刷掉落的情況不 會出現(xiàn)。
[0026] ⑵因?yàn)殡x子隔膜的作用，使得反充電時從電極上脫附的離子，只能回到溶液或水 中，無法吸附到對面電極上，從而使電極得到充分的清洗，再開始下一次充電和吸附，提高 了離子去除率和裝置的運(yùn)行效率。
[0027] ⑶由于離子膜的選擇透過性，可以處理濃度幾萬毫克/升以上的溶液，由于膜電 極一體制作，厚度極薄，電阻很小，再加上三明治式的零距離結(jié)構(gòu)，也可以處理濃度低于1〇 毫克/升的溶液，改變了現(xiàn)有電容吸附法一般只能處理濃度200-2000毫克/升的液體的現(xiàn) 狀，擴(kuò)大了適用范圍。
[0028] ⑷本實(shí)用新型可以瞬間反沖出濃度高于原液10倍以上的濃縮液，利于回收和濃 縮，可以減少蒸發(fā)和其他方法濃縮的流程，降低能耗，而現(xiàn)有電容吸附法反沖濃度變化平 緩，一般無法用于濃縮。
[0029] (5)現(xiàn)有電容去離子（CDI)技術(shù)由于脫附不測底導(dǎo)致結(jié)垢，這種結(jié)垢會對充電/反 充電時吸附/脫附造成點(diǎn)效率下降，如同增加的一層薄膜電阻，使吸附量下降，或能耗上 升；阻塞水流的通道，造成運(yùn)行壓力上升，容易破壞模塊的密封形成漏水。而本實(shí)用新型因 為離子膜的作用使碳電極每次都得到充分的清洗，都是新的電極供吸附，不會形成膠體和 結(jié)垢；同時，由于模塊耐酸堿性好，可以使用酸沖洗，解除結(jié)垢現(xiàn)象。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030] 圖1是本實(shí)用新型的平面裝配圖
[0031] 圖2是本實(shí)用新型的爆炸結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖3是本實(shí)用新型膜電容去離子裝置與電容去離子裝置應(yīng)用實(shí)驗(yàn)對比圖。

【具體實(shí)施方式】
[0033] 以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施例做進(jìn)一步詳述；本實(shí)施例是描述性的，不是 限定性的，不能由此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0034] 一種利用膜電容去離子連續(xù)廢水處理裝置，包括進(jìn)水嘴17、下蓋板16、下墊片15、 布水板14、殼體6、導(dǎo)電桿2、處理模塊組件、集水板5、上墊片4、上蓋板3及出水嘴1，圓筒 形的殼體下端同軸安裝下蓋板，在下蓋板的中軸部位與殼體內(nèi)連通安裝進(jìn)水嘴，下蓋板與 殼體通過下墊片進(jìn)行密封、螺栓進(jìn)行固裝，在殼體內(nèi)的下蓋板上同軸安裝有布水板；圓筒形 殼體上端同軸安裝上蓋板，在上蓋板的中軸部位與殼體內(nèi)連通安裝出水嘴，上蓋板與殼體 通過上墊片進(jìn)行密封、螺栓進(jìn)行固裝，在殼體內(nèi)的上蓋板上同軸安裝有集水板，在殼體外緣 均布間隔軸向安裝有導(dǎo)電桿，在布水板與集水板之間的殼體內(nèi)同軸安裝有下配電板13及 上配電板7,上、下配電板為一對金屬板，在該兩個配電板之間同軸安裝有多組處理模塊組 件。
[0035] 每個處理模塊組件均由上集流板8、膜碳正電極9、隔膜10、膜碳負(fù)電極11、下集 流板12依次同軸構(gòu)成，處理模塊組件的五個構(gòu)件一層一層水平夾在兩側(cè)的配電板內(nèi)。所 述隔膜是一層帶有小孔的隔膜，以防止模塊短路；所述膜碳正、負(fù)電極之間的距離只是一層 隔膜，幾乎為零，改變了老式裝置電極之間設(shè)有蛇形或其他形式的液體通道的結(jié)構(gòu)；所述的 上、下集流板均為石墨膜，每對膜碳電極通過集流板、配電板與導(dǎo)電桿相連，導(dǎo)電桿與電源 相連，由于多組膜碳電極是串聯(lián)關(guān)系能大大降低工作電流，簡化供電系統(tǒng)。
[0036] 在碳膜正、負(fù)電極表面均噴涂有極薄的陰陽離子膜，其具體的噴涂方式是：
[0037] 在碳膜負(fù)電極上噴涂陽離子交換涂層，在碳膜正電極上噴涂陰離子交換涂層，制 備成膜電極，其離子交換層的厚度小于10微米，比直接加上離子膜的電阻小，電容量大，使 得去離子率和脫鹽效率顯著提高，電極不宜結(jié)垢，濃水利于濃縮和回用。該技術(shù)運(yùn)行成本 低，適用范圍廣，無論對較高電導(dǎo)率還是低電導(dǎo)率的廢水，離子去除效率比現(xiàn)有電容去離子 技術(shù)均提高50%以上，適合大流量廢水連續(xù)處理場合。離子膜的加入沒有提高整個吸附模 塊的電阻，每對電極電壓在〇. 5-1. 2V，整個連續(xù)裝置實(shí)現(xiàn)低電流的運(yùn)行，噸水運(yùn)行成本低于 現(xiàn)有電容去離子裝置
[0038] 本實(shí)用新型的工作原理是：
[0039] 要處理的廢水通過進(jìn)水嘴進(jìn)入裝置，通過布水板均勻分布在處理模塊組件四周， 采用周邊進(jìn)水形式，被處理的廢水一層一層漫過膜碳電極片進(jìn)行吸附，該處理模塊組件最 大的好處是拆卸容易，可以隨時根據(jù)需要調(diào)整膜碳電極片的對數(shù)，而且膜碳電極片之間距 離很近，使其在通過較大流速溶液時對離子仍然有較好的吸附能力。吸附后的水由中央流 出，通過集水板從出水嘴流出，實(shí)現(xiàn)去離子目的；本裝置運(yùn)行的吸附-脫附更替，通過電源 的短接，反接完成，通過電磁閥切換倒極實(shí)現(xiàn)。
[0040] 以同一種含離子廢水的處理為例，該廢水分別利用蠕動泵通過進(jìn)水管進(jìn)入膜電容 去離子連續(xù)處理裝置和現(xiàn)有電容去離子裝置，兩個裝置的主要區(qū)別一個是膜碳電極，一個 是碳電極，其他所有的工藝條件相同，進(jìn)行連續(xù)進(jìn)、出水電吸附試驗(yàn)。并在線監(jiān)測瞬間電導(dǎo) 率，直至電吸附平衡。再生時用原水沖洗，倒極脫附，收集濃縮廢水。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，膜電容 裝置（MCDI)脫鹽效率高于現(xiàn)有電容裝置（⑶I)近50%，三次吸附-脫附循環(huán)后，脫附徹底， 幾乎可以清洗到原有電極的吸附能力，而現(xiàn)有電容裝置（CDI)，吸附能力在下降。
[0041] 膜碳電極加膜與不加膜除鹽實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比分析見下表：
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【權(quán)利要求】
1. 一種利用膜電容去離子連續(xù)廢水處理裝置，其特征在于：包括進(jìn)水嘴、下蓋板、下墊 片、布水板、殼體、導(dǎo)電桿、處理模塊組件、集水板、上墊片、上蓋板及出水嘴，圓筒形的殼體 下端同軸安裝下蓋板，在下蓋板的中軸部位與殼體內(nèi)連通安裝進(jìn)水嘴，下蓋板與殼體通過 下墊片進(jìn)行密封、螺栓進(jìn)行固裝，在殼體內(nèi)的下蓋板上同軸安裝有布水板；圓筒形殼體上端 同軸安裝上蓋板，在上蓋板的中軸部位與殼體內(nèi)連通安裝出水嘴，上蓋板與殼體通過上墊 片進(jìn)行密封、螺栓進(jìn)行固裝，在殼體內(nèi)的上蓋板上同軸安裝有集水板，在殼體外緣均布間隔 軸向安裝有導(dǎo)電桿，在布水板與集水板之間的殼體內(nèi)同軸安裝有下配電板及上配電板，上、 下配電板為一對金屬板，在該兩個配電板之間同軸安裝有上集流板、膜碳正電極、隔膜、膜 碳負(fù)電極、下集流板為一組的多組處理模塊組件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用膜電容去離子連續(xù)廢水處理裝置，其特征在于：所述處 理模塊組件均由上集流板、膜碳正電極、隔膜、膜碳負(fù)電極、下集流板依次同軸構(gòu)成，并一層 一層水平夾在兩側(cè)的配電板內(nèi)；所述隔膜是一層帶有小孔的隔膜；所述上、下集流板均為 石墨膜，每對膜碳電極通過集流板、配電板與導(dǎo)電桿相連，導(dǎo)電桿與電源相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用膜電容去離子連續(xù)廢水處理裝置，其特征在于：在碳膜 正、負(fù)電極的表面均噴涂有極薄的陰陽離子膜，其中，在碳膜負(fù)電極上噴涂陽離子交換涂 層，在碳膜正電極上噴涂陰離子交換涂層，制備成膜電極，其離子交換涂層的厚度小于10 微米。
【文檔編號】C02F1/469GK203904046SQ201420293684
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月4日
【發(fā)明者】李桂菊, 白楊 申請人:北京立德清科技有限公司, 天津科技大學(xué)