申請日2015.06.19
公開(公告)日2015.09.30
IPC分類號C02F9/06
摘要
一種基于直流電場作用下電容式污水和廢水處理設備和方法，含鹽污水或廢水經(jīng)砂濾和超濾等預處理后，依次進入兩級電容去離子模塊完成95%的脫鹽獲得淡水，反沖洗濃水可以通過回流管道回到第一級電容去離子模塊重新處理。本發(fā)明的優(yōu)點是：電容去離子模塊中的離子格柵能夠有效阻止反充電脫附過程中陰、陽離子被電極吸附，提高了電極的清洗、再生效果和工作效率;采用兩級電容去離子模塊處理污水，降低了操作壓力，這使得能夠使用PVC塑料材質(zhì)替代昂貴的雙相不銹鋼，徹底解決了污水中鹽分對金屬管道的腐蝕問題，且水利用率顯著高于反滲透膜法。此外，系統(tǒng)運行壓力的降低還可省去昂貴的反滲透膜法濃縮水能量回收裝置的投資。
摘要附圖
權利要求書
1.一種基于直流電場作用下電容式污水和廢水處理設備，包括通過管道先后串聯(lián)的預處理裝置和電容去離子模塊，在該電容去離子模塊設有間隔設置的陰電極和陽電極，其特征在于，在所述的陰電極和陽電極相對的一側分別設有陰電極多孔炭薄膜和陽電極多孔炭薄膜，在兩個多孔炭薄膜的相對一側分別設有陰離子格柵和陽離子格柵，在陰、陽離子格柵之間設有網(wǎng)布，陰電極和陽電極的外側用夾緊板相互加緊固定;所述的陰、陽離子隔柵分別采用均相的或非均相陰、陽離子交換膜。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于直流電場作用下電容式污水和廢水處理設備，其特征在于，所述網(wǎng)布的厚度為1mm～5mm。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于直流電場作用下電容式污水和廢水處理設備，其特征在于，所述的陰電極和陽電極采用鈦、石墨或其他耐腐蝕導體制成;多孔炭薄膜的材質(zhì)包括石墨、活性炭、活性炭纖維、炭氣凝膠或碳納米管;所述的網(wǎng)布包括聚丙烯網(wǎng)布、滌綸、丙綸無紡布。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于直流電場作用下電容式污水和廢水處理設備，其特征在于，采用兩級或多級所述的電容去離子模塊串聯(lián)來實現(xiàn)污水或廢水的除鹽過程。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于直流電場作用下電容式污水和廢水處理設備，其特征在于，所述的預處理裝置包括依次連接的絮凝沉淀用污水水箱、砂濾器和超濾器。
6.一種采用權利要求1所述的基于直流電場作用下電容式污水和廢水處理設備的污水或廢水處理方法，其特征在于，包括以下步驟：
(1)將含鹽量在20000mg/L～40000mg/L的原料污水或廢水進行預處理，該預處理包括依次進行的絮凝沉淀、砂濾和超濾，向水箱內(nèi)的污水加入絮凝劑，并在水箱中通過攪拌加速污水中大顆粒、膠體的凝聚，并通過水箱底部的排污口定期排放凝聚的顆粒雜質(zhì);上層的清水經(jīng)過砂濾和超濾兩級過濾濾除藻、濁、細菌、大分子有機物;
(2)將經(jīng)過預處理后的污水或廢水通入兩級或多級所述的電容去離子模塊進行除鹽處理，得到符合國家飲用水標準的淡水。
說明書
基于直流電場作用下電容式污水和廢水處理設備和方法
技術領域
本發(fā)明涉及一種污水和廢水處理設備和方法，具體是一種基于直流電場作用下電容式水和廢水處理設備和處理方法。
背景技術
隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人口的膨脹，工業(yè)及生活所需的水資源日益匱乏，水資源凈化處理已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)普遍關注的問題。解決水資源匱乏的方法有很多，其中污(廢)水回用及開發(fā)中水資源，即提高水的重復利用率是當前許多國家解決水資源短缺的有效途徑。同時國家新的《環(huán)境保護法》于2015年1月1日也已經(jīng)開始施行，對工業(yè)污(廢)水排放的要求日益嚴格，要求對污(廢)水必須進行適當處理，使其達到排放標準才能排放。
水處理技術的不斷成熟，特別是近年來膜分離處理技術的發(fā)展給城市、工業(yè)污(廢)水的達標處理排放和回用提供了新的技術手段。然而，雖然水中的許多污染物可以通過傳統(tǒng)的混凝、沉淀、過濾、吸附等方法去除，但對于回用或排放要求較高的場合，如對于溶解在水中的鹽的去除則需要采用適當?shù)某}手段來實現(xiàn)。
常見的水的除鹽方法有蒸餾、反滲透、電滲析、離子交換等。在工業(yè)界已有用超濾/微濾與納濾、反滲透(多膜法)集成進行工業(yè)污(廢)水除鹽處理的實踐，通過采用超濾、微濾來降低污(廢)水對納濾、反滲透膜組件的污染，取得了一定的經(jīng)驗。然而，由于多膜法用于污(廢)水回用時工藝復雜，運行成本高、得水率較低，膜組件的使用壽命與常規(guī)水處理時相比要短得多，同時需要采用大量還原劑和阻垢劑，使?jié)馑呐欧烹y以達到環(huán)保要求。因此，在污(廢)水回用領域，存在著技術經(jīng)濟上不盡合理的問題，工程的總體投資很高，運行成本居高不下。因此，尋找一種對污(廢)水耐受性好，既能以較低的運行成本進行除鹽又對環(huán)境友好的除鹽技術成為業(yè)界的一個重要研究課題。
近些年來，人們一直在尋找和開發(fā)新技術來代替具有一定使用規(guī)模的多膜法進行工業(yè)污(廢)水處理。隨著均相離子交換膜、高比表面積活性炭等材料的改進提高和結構參數(shù)的優(yōu)化，一種新型的基于直流電場作用下電容式污(廢)水除鹽技術逐漸嶄露頭角，技術上和造價、運行成本上的優(yōu)勢使其顯示出良好的應用和發(fā)展前景。電容式污(廢)水除鹽技術是利用電容充電時電場作用，穿過電容的水或其他溶液中的陰、陽離子或其他帶電粒子，向帶相反電荷的電極表面遷移，形成雙電層，從而使水中的鹽、膠體顆粒及其它帶電物質(zhì)滯留在電極表面，實現(xiàn)水或其他溶液的脫鹽和凈化，此過程稱為正充電吸附。當電極吸附飽和時，將電極去除電壓并讓雙電層放電或施加反向電壓，吸附在電極表面的帶電粒子從電極表面脫附下來，從而實現(xiàn)電極的再生，可以進行下一次充放電循環(huán)過程，此過程稱為反充電脫附。因此，電容式污(廢)水除鹽技術具有以下特點：1)操作電壓低，可利用太陽能、風能、潮汐能等自然綠色能源;2)操作水壓低，無需耐高壓耐腐蝕的金屬和機械設備，使用廉價的塑料管道即可滿足要求，無需防腐，硬件投資非常節(jié)省;3)對預處理要求寬松;4)設備簡單，操作簡便，極大的減少維護。
這種電容去離子模塊的在上述反充電脫附的過程中存在以下問題：當電容去離子模塊在反充電脫附時(即電極施加反向電壓)，吸附在負極上的陽離子，以及吸附在正極上的陰離子脫離并穿過相應的多孔炭薄膜回到溶液中，由正負極之間的間距很小，有些脫附的陽、陰離子被對面的電極(極性相反)吸附過去，這就影響了電容去離子模塊正、負電極的清洗和再生效果，降低了工作效率。另外，現(xiàn)有的技術的極間距離達10mm以上，使離子向帶相反電荷的電極表面定向遷移的路徑較長，也降低了工作效率。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于直流電場作用下電容式污水和廢水處理設備和方法，提高工作效率，最大限度地降低污水或廢水處理的投資成本和運行成本。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：一種基于直流電場作用下電容式污水和廢水處理設備，包括通過管道先后串聯(lián)的預處理裝置和電容去離子模塊，在該電容去離子模塊設有間隔設置的陰電極和陽電極，其特征在于，在所述的陰電極和陽電極相對的一側分別設有陰電極多孔炭薄膜和陽電極多孔炭薄膜，在兩個多孔炭薄膜的相對一側分別設有陰離子格柵和陽離子格柵，在陰、陽離子格柵之間設有網(wǎng)布，陰電極和陽電極的外側用夾緊板相互加緊固定;所述的陰、陽離子隔柵分別采用均相的或非均相陰、陽離子交換膜。
所述網(wǎng)布的厚度為1mm～5mm。
所述的陰電極和陽電極采用鈦、石墨或其他耐腐蝕導體制成;多孔炭薄膜的材質(zhì)包括石墨、活性炭、活性炭纖維、炭氣凝膠或碳納米管;所述的網(wǎng)布包括聚丙烯網(wǎng)布、滌綸、丙綸無紡布。
采用兩級或多級所述的電容去離子模塊串聯(lián)來實現(xiàn)污水或廢水的除鹽過程。
所述的預處理裝置包括依次連接的絮凝沉淀用污水水箱、砂濾器和超濾器。
一種采用所述的基于直流電場作用下電容式污水和廢水處理設備的污水或廢水處理方法，其特征在于，包括以下步驟：
(1)將含鹽量在20000mg/L～40000mg/L的原料污水或廢水進行預處理，預處理包括依次進行的絮凝沉淀、砂濾和超濾，向水箱內(nèi)的污水加入絮凝劑，并在水箱中通過攪拌加速污水中大顆粒、膠體的凝聚，并通過水箱底部的排污口定期排放凝聚的顆粒雜質(zhì);上層的清水經(jīng)過砂濾和超濾兩級過濾濾除藻、濁、細菌、大分子有機物;
(2)將經(jīng)過預處理后的污水或廢水通入兩級或多級所述的電容去離子模塊進行除鹽處理，得到符合國家飲用水標準的淡水。
本發(fā)明的優(yōu)點是：電容去離子模塊中的離子格柵能夠有效阻止反充電脫附過程中陰、陽離子被電極吸附，提高了電極的清洗、再生效果和工作效率;采用兩級電容去離子模塊處理污水，降低了操作壓力，這使得能夠使用PVC塑料材質(zhì)替代昂貴的雙相不銹鋼，徹底解決了污水或廢水中鹽分對金屬管道的腐蝕問題，且水利用率顯著高于反滲透膜法。此外，系統(tǒng)運行壓力的降低還可省去昂貴的反滲透膜法濃縮水能量回收裝置的投資。
