敞開式電吸附水處理技術(shù)
申請日2014.09.12
公開(公告)日2015.01.07
IPC分類號C02F1/469
摘要
本發(fā)明公開了一種敞開式電吸附水處理技術(shù)，是由許多水處理單元采用矩陣方式布置，水處理單元包括作為低壓直流電源正電極的金屬正電極(003)，作為低壓直流電源負(fù)電極的金屬負(fù)極槽板(005)及V形槽板(006)構(gòu)成槽形結(jié)構(gòu)的過水?dāng)嗝妫饘僬姌O(003)置于兩個金屬負(fù)極槽板(005)的中間位置;金屬正電極(003)可以是各種形狀的柱狀結(jié)構(gòu)體，也可以是平面形狀的金屬板材或者是金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體;沿水流方向的縱斷面的是由相同的水處理單元組串行組成，水處理單元組包含至少一個進(jìn)水閘和一個出水閘;進(jìn)水閘和出水閘均包含閘門槽(010)和閘門板(011);閘門槽(010)制作在水處理單元上，所述的閘門板(011)在使用的時候安裝在閘門槽(010)里。
權(quán)利要求書
1.一種敞開式電吸附水處理技術(shù)，其特征在于：所述的敞開式電吸附水處理技術(shù)是由水處理單元組成的，水處理單元包括作為低壓直流電源正電極的金屬正電極(003)和作為低壓直流電源負(fù)電極的金屬負(fù)極槽板(005)及V形槽板(006)，金屬負(fù)極槽板(005)和V形槽板(006)構(gòu)成槽形結(jié)構(gòu)的過水?dāng)嗝�，金屬正電極(003)置于兩個金屬負(fù)極槽板(005)的中間位置，所述低壓直流電源的正電極、負(fù)電極和過水?dāng)嗝鎯?nèi)的水體形成直流電氣回路。
2.基于權(quán)利1的敞開式電吸附水處理技術(shù)，其特征在于：所述的金屬正電極(003)可以是實心金屬鋼材的、或管狀金屬鋼材的、或薄鋼板包芯材料的、或網(wǎng)狀金屬包芯材料的、或各種型鋼材料制作而成的柱狀體。
3.基于權(quán)利1的敞開式電吸附水處理技術(shù)，其特征在于：所述的金屬正電極(003)是采用金屬板材的平面形狀結(jié)構(gòu)體。
4.基于權(quán)利1的敞開式電吸附水處理技術(shù)，其特征在于：所述的金屬正電極(003)是采用網(wǎng)狀金屬的平面形狀結(jié)構(gòu)體。
5.基于權(quán)利1的敞開式電吸附水處理技術(shù)，其特征在于：所述的敞開式電吸附水處理技術(shù)的橫斷面是由相同的水處理單元并行組成的。
6.基于權(quán)利1的敞開式電吸附水處理技術(shù)，其特征在于：所述的敞開式電吸附水處理技術(shù)的橫斷面是由部分相同的及部分不相同的水處理單元并行組成的。
7.基于權(quán)利1的敞開式電吸附水處理技術(shù)，其特征在于：所述的敞開式電吸附水處理技術(shù)的沿水流方向的縱斷面的是由相同的水處理單元串行組成的。
8.基于權(quán)利7的敞開式電吸附水處理技術(shù)，其特征在于：所述的串行組成的水處理單元組包含至少一個進(jìn)水閘和一個出水閘，所述的進(jìn)水閘和出水閘均包含閘門槽(010)和閘門板(011)。
9.基于權(quán)利8的敞開式電吸附水處理技術(shù)，其特征在于：所述的閘門槽(010)制作在水處理單元上，所述的閘門板(011)在使用的時候安裝在閘門槽(010)里。
說明書
一種敞開式電吸附水處理技術(shù)
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種敞開式電吸附水處理技術(shù)，屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其適合于離子濃度高、大流量的循環(huán)水系統(tǒng)。
背景技術(shù)
水資源通常有三種——地表水、地下水和城市中水。
地下水和地表水多為生活飲用水源，地下水雖不加處理即可直接使用，但硬度大，易結(jié)垢，長期飲用對人體有害，用反滲透工藝制成純凈水，由于水中有益的和有害的成分全被過濾掉了，長期飲用照樣對人體不利。
地表水通過加藥殺菌處理后可作為城市自來水源，但傳統(tǒng)的處理方式無法應(yīng)對水源的日益污染。
中水雖被大力提倡用于工業(yè)循環(huán)水，卻有硬度大和微生物含量高和氯根腐蝕設(shè)備等諸多危害，處理手段和處理成本受限，至今不能得到充分利用。
作為工業(yè)用水大戶采用的循環(huán)水的補(bǔ)水水源，原則上地表水、地下水和城市中水皆可使用，但需采用一定的技術(shù)進(jìn)行處理。
電吸附水處理方法具有投資小，運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用低，水資源利用率高等優(yōu)點。
但目前采用的電吸附水處理技術(shù)不足之處也很明顯：對流量、流速、濁度要求高，不宜直接處理循環(huán)水。
由于同時吸附陰陽離子，需頻繁充放電，水的硬度降低有限，反而加大了電除鹽難度。
因水處理量有限，需投入大量的碳纖維電極和電氣設(shè)備，運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用較高。
污水排放量較大、浪費(fèi)水資源。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有電吸附水處理方法的不足、尤其是循環(huán)水硬度大、易結(jié)垢、氯根高、易腐蝕等問題，在電吸附水處理方法的基礎(chǔ)上，解決離子濃度高、大流量的循環(huán)水問題。
敞開式電吸附水處理技術(shù)是由至少一個水處理單元組成，水處理單元包括電氣和機(jī)械兩部分。
電氣部分可以提供36伏的正、負(fù)極可交換的低壓直流電源。
機(jī)械部分包括作為連接低壓直流電源正極的正極連接線(001)，固定連接正極連接線(001)的電極架(002)，作為低壓直流電源正電極的金屬正電極(003)，固定和放置金屬正電極(003)的電極座(004)，作為低壓直流電源負(fù)電極的金屬負(fù)極槽板(005)和V形槽板(006)，作為敞開式電吸附水處理技術(shù)的底板固定架(007)等部分組成。
水處理單元的金屬負(fù)極槽板(005)和V形槽板(006)構(gòu)成槽形結(jié)構(gòu)的過水?dāng)嗝�，用于水處理工作的水流通道，金屬正電極(003)置于兩個金屬負(fù)極槽板(005)的中間位置。
待處理的水體流經(jīng)由金屬負(fù)極槽板(005)和V形槽板(006)組成的水流通道，水體的水面線(009)在設(shè)備正常運(yùn)行期間不應(yīng)高于金屬負(fù)極槽板(005)的上端。
在金屬正電極(003)和金屬負(fù)極槽板(005)、V形槽板(006)之間，通過待處理的水體形成電流通路。
在直流電流的作用下，鈣、鎂離子流向電源負(fù)極，使其積聚金屬負(fù)極槽板(005)和V形槽板(006)附近，形成了一個很強(qiáng)的堿性環(huán)境區(qū)域，會加速使溶于水中的二氧化碳與鈣、鎂離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而生成大量的碳酸鈣、碳酸鎂沉淀、吸附于陰極附近，使水中的鈣、鎂離子減少，降低水體的硬度，使經(jīng)過處理后的水質(zhì)滿足生產(chǎn)要求。
在直流電流的作用下，水中含有的氯離子會被電解氧化成游離氯或次氯酸(OCL-)，還可以起到防腐、殺菌的作用。
一個水處理單元有一定的過水?dāng)嗝婧鸵欢ǖ挠糜谒幚淼挠行Чぷ鏖L度，具有相應(yīng)的水處理能力和水處理質(zhì)量。
水處理的水量與過水?dāng)嗝嬗嘘P(guān)，也與過水?dāng)嗝鎯?nèi)的水流速度有關(guān)，在確定水處理的能力后，根據(jù)輸水渠道的有關(guān)參數(shù)即可確定所需的過水?dāng)嗝妗?/p>
水處理單元的水處理能力不能滿足要求時，需要在過水?dāng)嗝嫔喜⑿胁贾孟鄳?yīng)的水處理單元。
水處理單元的水處理質(zhì)量不能滿足要求時，需要在沿水流方向上進(jìn)行串聯(lián)布置水處理單元，水處理單元的靈活布置，可以滿足不同的水處理工程要求。
沿水流方向縱向串行布置的水處理單元，其斷面參數(shù)應(yīng)相同;垂直水流方向上并行布置的水處理單元，其斷面參數(shù)可以相同，也可以不相同。
沿水流方向縱向串行布置的水處理單元，至少應(yīng)有一對進(jìn)水口和出水口閘門，使水處理單元的進(jìn)水口和出水口閘門關(guān)閉后水處理單元內(nèi)部的水體與外部的水體可以相互隔離。
正常工作的水處理單元，進(jìn)出水口閘門全部敞開，水流通道內(nèi)的水體在低壓直流電源的作用下，在陰極附近形成大量的鈣、鎂離子，逐漸沉降、聚集、吸附于金屬負(fù)極槽板(005)和V形槽板(006)內(nèi)，形成水垢狀的沉淀物。
水處理設(shè)備運(yùn)行一段時間后，會在金屬負(fù)極槽板(005)和V形槽板(006)內(nèi)形成較多的水垢狀沉淀物，就需要進(jìn)行清污處理了。
清污可以采用機(jī)械刮垢的方式將水垢混入水中，也可采用電源正負(fù)極顛倒的方法將水垢從負(fù)極板槽上剝離下來，用水泵將含有水垢的水抽到岸上進(jìn)行沉淀。
也可調(diào)節(jié)電流將鈣、鎂離子直接絮凝沉淀在水流遲緩的水底，待定期清污時清除。
為保證設(shè)備的正常工作，清污可以分組進(jìn)行，一次對一組或多組水處理單元組進(jìn)行處理。
進(jìn)行刮垢清污處理時，需將水處理單元組的進(jìn)水閘門和出水閘門關(guān)閉。
倒極處理時只需關(guān)閉出水閘門，控制電路使該組低壓直流電源的正、負(fù)極切換，在反向電流的驅(qū)動下，附著在金屬負(fù)極槽板(005)和V形槽板(006)上的沉淀物脫落進(jìn)入水中。
利用水泵等方式將污水抽出到地面沉淀池進(jìn)行沉淀處理，數(shù)小時后經(jīng)沉淀處理過的澄清水仍可進(jìn)行循環(huán)利用，提高水資源的利用率，做到污水零排放。
本發(fā)明與現(xiàn)有的水處理技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)勢，水處理單元的有效工作面積大，水處理效率高;采用矩陣式分組進(jìn)行水處理，可以適應(yīng)不同水量要求的水處理系統(tǒng);可以分組進(jìn)行清污工作，不影響用水設(shè)備的正常運(yùn)行;清污處理后的澄清水仍可循環(huán)利用，基本上沒有廢水排放。
1、電吸附水處理的原理
電吸附技術(shù)EST(Electro-Sorption Technology)，也可稱電容去離子技術(shù)CDI(Capacitive Deionization)。它是利用帶電電極表面吸附水中離子及帶電粒子的現(xiàn)象，使水中溶解鹽類及其它帶電物質(zhì)在電極的表面富集濃縮而實現(xiàn)水的凈化/淡化的一種新型水處理技術(shù)。
電吸附水處理的原理
EST技術(shù)是利用帶電電極表面吸附水中離子或帶電粒子的現(xiàn)象，使水中溶解的鹽類及其它帶電物質(zhì)在電極表面富集濃縮而實現(xiàn)水的凈化或淡化。圖 1為電吸附水處理的原理示意圖。原水從一端進(jìn)入 由陰、陽電極形成的通道，最終從另一端流出。原水在陰、陽電極之間流動時受到電場作用，水中離子或 帶電粒子將分別向帶相反電荷的電極遷移，被該電極吸附，儲存在電極表面所形成的雙電層中。隨著離 子/帶電粒子在電極表面富集濃縮，使通道水中的 溶解鹽類、膠體顆粒及其它帶電物質(zhì)的濃度大大降低，從而實現(xiàn)了水的除鹽及凈化。
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| 圖1 電吸附水處理技術(shù)原理示意 |
2、電吸附水處理技術(shù)（EST）的特性
運(yùn)行能耗低，水利用率高
EST技術(shù)的能耗很低，其主要的能量消耗在于使離子發(fā)生遷移，而在電極上并沒有明顯的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，如有必要還可以將所用的能量回收一部分過來，即將吸附飽和的模塊上儲存的電能再加到另一再生好的模塊上，也即所謂的“秋千式”供電方 式。這與其它除鹽技術(shù)相比可以大大地節(jié)約能源。一個實驗?zāi)K以50t/h流量、85%除鹽率處理TDS為1000㎎/L的原水時，能耗僅約為60W。其根本 原因在EST技術(shù)凈化/淡化水的原理是有區(qū)別性地將水中離子提取分離出來，而不是把水分子從待處理的原水中分離出來。
水利用率高
EST 技術(shù)可以大大提高水的利用率，一般情況 下水的利用率可以達(dá)到75%以上；如采用適當(dāng)?shù)墓に嚱M合，甚至可達(dá)90%以上。
無二次污染
EST 技術(shù)不需任何化學(xué)藥劑來進(jìn)行水的處理， 從而避免了二次污染問題。EST 系統(tǒng)所排放的濃水 系來自于原水，系統(tǒng)本身不產(chǎn)生新的排放物。與離子交換技術(shù)相比，省去了濃酸、濃堿的運(yùn)輸、貯存、操作上的麻煩，而且不向外界排放酸堿中和液。
操作及維護(hù)簡便
由于EST 系統(tǒng)不采用膜類元件，因此對原水預(yù)處理的要求不高，而且即使在預(yù)處理上出一些問題 也不會對系統(tǒng)造成不可修復(fù)的損壞。鐵、錳、余氯、有機(jī)物、鈣、鎂、FG 值等對系統(tǒng)幾乎沒有什么影響。在停機(jī)期間也無需對核心部件作特別保養(yǎng)。系統(tǒng)采用計算機(jī)控制，自動化程度高，對操作者的技術(shù)要求較低。從理論上講，EST 模塊可以長期服役，預(yù)期壽命至少在20a以上。
3、電吸附技術(shù)EST適用條件及范圍
對現(xiàn)階段經(jīng)過試驗和實際應(yīng)用的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，EST對所處理的進(jìn)水要求電導(dǎo)率≤500μS/㎝、COD≤100㎎/L、濁度≤5NTU、SS≤5㎎/L、油≤3㎎/L，處理后電導(dǎo)率可減少60%~80%、濁度≤2NTU、SS≤2㎎/L、油≤2㎎/L。處理效果與綜合的水質(zhì)影響因素、EST設(shè)備工藝的組合有關(guān)。
按照進(jìn)水的水質(zhì)、來源和工藝用途不同，EST可用于：
(1)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補(bǔ)水預(yù)處理。通過電吸附法降低補(bǔ)水含鹽量，可以改善水質(zhì)，以利進(jìn)一步提高循環(huán)水的濃縮倍數(shù)，減少補(bǔ)水量和排污水量。
(2)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的排污水再生會用。經(jīng)過除鹽處理的排污水回用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)替代新鮮補(bǔ)水，可以減少新水消耗和污水排放量，進(jìn)一步提高循
環(huán)水的循環(huán)利用率。
(3)市政、工業(yè)污水處理。對于COD及含鹽量較高的工業(yè)廢水，傳統(tǒng)的水處理技術(shù)因COD高而影響 鹽分的去除，電吸附能除去廢水中的高鹽分，使生化法可行，二級生化處理后的污水經(jīng)電吸附除鹽，可作為循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)水或生產(chǎn)工藝用水回用。
(4)與高效反滲透技術(shù)(HERO)配套。用于反滲透進(jìn)水的預(yù)處理，降低其硬度、TOC等，可穩(wěn)定反滲透系統(tǒng)運(yùn)行、提高出水水質(zhì)和產(chǎn)水率、降低運(yùn)行維護(hù)成本、延長膜的使用壽命。
(5)工業(yè)用水處理。紡織印染、輕工造紙、電力化工、冶金等行業(yè)都需要大量的除鹽水或純水作為工藝用水。根據(jù)不同水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，電吸附水處理技術(shù) 可以與傳統(tǒng)的除鹽技術(shù)相結(jié)合，以降低運(yùn)行成本。
(6)飲用水凈化。電吸附技術(shù)可以用于飲用水深度處理，去除過量的無機(jī)鹽類，如鈣、鎂、氟、砷、鈉、硝酸鹽、硫酸鹽、氯化物等，甚至使一些因無機(jī)鹽 類超標(biāo)的水源得以有效利用。
(7)苦咸水淡化。電吸附技術(shù)具有耐鈣、鎂、硫酸鹽等物質(zhì)結(jié)垢的特點，在苦咸水特別是礦坑水等高含鹽量和有機(jī)物水的淡化方面具有誘人的應(yīng)用前景。
