CN108862489A - 一种用于电吸附-再生的连续调节电极间距式脱盐技术及反应模块 - Google Patents

一种用于电吸附-再生的连续调节电极间距式脱盐技术及反应模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于电吸附‑再生的连续调节电极间距式脱盐技术及反应模块。反应器包括连续调节电极间距式脱盐反应器箱体1、原水水箱2、净水水箱3、最终浓水水箱4、电源5、水泵6、电导率仪7、8。利用本发明处理以垃圾渗滤液外排水为主的含盐废水，脱盐率最高可达到42.6％，Cl‑去除率为73.3％，脱盐速度为90mg/(L·h)，电极再生率为97.3％，产水率为91.7％。本发明采用活动插槽控制的连续调节电极间距式连续电吸附‑再生方式，具有操作简单、电流密度稳定、脱盐率高、脱盐效率高、电极再生率高、不发生结垢现象、产水率高、电极寿命长的特点，实现了低含盐工业废水淡化并进行再生回用，在环境保护含盐废水处理领域具有广阔的前景。

Description

一种用于电吸附-再生的连续调节电极间距式脱盐技术及反 应模块
技术领域
本发明属于环境保护含盐废水处理领域，具体涉及一种可连续调节电极间距的用于电吸附-再生脱盐的技术及反应模块，主要应用于无法达到再生回用标准的的低含盐工业废水。
背景技术
淡水资源紧缺已成为迫在眉睫的全球性问题，对于工业废水的循环再生是目前的当务之急。以垃圾渗滤液外排水为代表的低含盐工业废水，通常电导率在1000～4000μS/cm，因含盐量难以进一步降低而不能达标回用。近些年发展起来的新型含盐废水处理方法——电吸附脱盐技术，具有无二次污染、对原水要求不高、操作及维护简便、运行成本低等优点。其原理为在电极之间施加电压或电流，原水在正、负极之间流动时水中带电粒子分别向带相反电荷的电极迁移，被电极吸附并储存在双电层内，实现与水的分离，获得淡化出水。
对于工业低含盐废水，由于其初始电导率不高且在恒压电吸附过程中仍在下降，导致水流、电极以及电源形成的回路之间的电流密度也不断下降，导致很快由于电流密度太小到达吸附平台。此外，在电极再生阶段脱附的离子二次吸附到对面极板上，导致电极再生率较低，也是电吸附-再生脱盐过程中难以解决的问题，部分电吸附脱盐装置例如武福平等撰写的中国专利CN107935132A、唐心强等撰写的CN104817143A均采用了阴阳离子交换膜防止再生阶段的二次吸附，但增加了经济成本，也一定程度增大了水流阻力。
综合而言，电吸附脱盐有非常广阔的应用前景，但传统的电吸附脱盐技术受制于固定的电极间距和电压等条件存在很快到达吸附平台、电极再生率低等问题，需要在现有的基础上进行优化和改进。
发明内容
针对技术背景中存在的不足，本发明提供了一种脱盐率较高、再生率高、制作和操作简单的连续调节电极间距式脱盐技术及设备，可用于以垃圾渗滤液外排水为代表的低含盐工业废水进行连续吸附-再生反应，获得的淡化出水可进行工业再生回用。
本发明提供的的连续调节电极间距式脱盐反应模块，包括连续调节电极间距式电吸附脱盐装置箱体1、原水水箱2、净水水箱3、最终浓水水箱4、电源5、水泵6、电导率仪7、8(其运行示意图如图3所示)。其特征在于以下几点：
1)所述箱体上设置有一个原水进水口，一个顶部净水出水口，一个底部浓水出水口，进出水口均设置二通阀或三通阀，所述阀门在吸附-再生不同阶段控制出水流向，分离不同盐浓度出水。
2)所述箱体两侧垂直于所述进水口方向平行设置多条锯齿槽，每条锯齿槽宽度为1-20mm，用于固定活动插槽，并调整电极间距。
3)所述箱体中设置多个可拆卸式活动插槽，所述活动插槽正面设置开窗，开窗背面全部封闭，上部设置插口，电吸附极板由所述插口***活动插槽固定。
4)所述活动插槽中所有与电源负极相连的插槽插口一侧设置相同长度突出把手，所有把手等距离相连，外侧设置一个拉杆。拉杆可同时推动或拉动所有与电源负极相连插槽垂直于进水口方向移动，改变每对电极间距。
5)运行周期内连续进行停电预排-通电吸附-短接静置-倒极再生4个阶段，所述运行周期内所述原水进水口连续进水；停电预排阶段不出水，通电吸附阶段所述净水出水口出水，出水进入所述净水水箱；短接静置-倒极再生阶段所述浓水出水口出水，出水进入所述原水水箱进行下一次运行周期，每4次运行周期后出水进入所述最终浓水水箱。所有阶段对应进出水口的流向均由所述阀门控制。
6)所述运行周期内停电预排阶段和短接静置阶段不通电，通电吸附阶段相邻的所述电极分别与电源正负极相连，短接静置阶段将所述电源正负极短接，倒极再生阶段将所述电源正负极反接。
7)所述运行周期内通电吸附阶段，所述拉杆每10～15min控制所有与电源负极相连插槽向与电源正极相连插槽方向移动一格锯齿槽距离；所述运行周期内倒极再生阶段，所述拉杆每5～10min控制所有与电源负极相连插槽向与电源正极相连插槽相反方向移动一格锯齿槽距离。
本发明与现有技术相比，提供了连续调节电极间距式电吸附-再生的电吸附脱盐技术，以及以该技术为主体的电吸附脱盐模块：
1)在通电吸附阶段即时缩小电极间距，在恒压且原水电导率降低情况下缩小离子在极板间传质距离，维持稳定的较高电流密度，保证了稳定的较高脱盐率；
2)在倒极再生阶段即时增大电极间距，增大离子在极板间传质距离，减少电极再生过程中发生的二次吸附，提高了电极再生率。
附图说明
图1为活动插槽以及电极在电吸附脱盐装置中的组装示意图。
图2为与电源负极相连的活动插槽拉杆控制示意图。
图3为电吸附脱盐反应模块运行示意图。
具体实施方式
下述结合附图1、2对发明做进一步说明。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1、脱盐装置
该脱盐反应器包括电吸附脱盐装置箱体1、原水水箱2、净水水箱3、最终浓水水箱4、电源5、水泵6、电导率仪7、8：
其中，电源5与电吸附脱盐装置箱体1通过导线相连，构成回路。电源5为电压0～1.5V范围内可调的直流电源。水泵6为进水流速0～40mL/min可调的蠕动泵。电导率仪7、8为相同的测定范围为0～5000μS/cm的电导率仪。电吸附脱盐装置箱体包括6对电极板，电极板为正极和负极相对放置的并形成折流通道的平板型电极；构成电极板的材料包括炭毡以及铝合金和钛合金其中一种的金属。
实施例2、电吸附-再生
将实施例1中的电吸附脱盐装置箱体1与电源5通过导线相连并在通电吸附阶段接通电源，对电导率为3200±100μS/cm,Cl-浓度为560±20μS/cm的垃圾渗滤液外排水进行脱盐处理，吸附脱盐条件如表1所示。
表1电吸附-再生处理条件
完成脱盐后，脱盐率为42.6％，Cl-去除率为66.7％，Ca2+去除率为80.2％，Mg2+去除率为73.3％，脱盐速度为90mg/(L·h)，脱盐过程中电流密度稳定在2.5～3.0mA/cm2。完成电极再生后，电极再生率为97.3％，4次运行周期后产水率为91.7％。多次运行后极板未发生结垢和碎屑脱落现象，电极寿命长。
实施结果表明：本发明公开的连续调节电极间距式脱盐技术以及电吸附-再生反应模块，在吸附阶段提供了稳定的电流密度，脱盐率高、脱盐效率高；在再生阶段电极再生率高、不发生结垢现象；在多次连续吸附-再生过程中操作简单、产水率高、电极寿命长，在处理低含盐工业废水并再生回用方面具有很好的前景。
上述实施例应在权利要求所限定的范围内广泛地理解，因此落入权利要求等效范围内的变化都应为权利要求所涵盖。以上所述为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于电吸附-再生的连续调节电极间距式脱盐技术及反应模块，包括连续调节电极间距式电吸附脱盐装置箱体、原水水箱、净水水箱、最终浓水水箱、电源、水泵，所述箱体上设置有一个进水口，两个出水口，所述箱体内可容纳3～12对电极，所述电极平行设置，且相邻的所述电极分别与电源正负极相连。
2.根据权利要求1所述的电吸附脱盐装置箱体，其特征在于：所述进水口与水泵相连，所述出水口中位于箱体较高位置的为净水出水口，设置二通阀，与净水水箱相连，较低位置为浓水出水口，设置三通阀，与原水水箱及最终浓水水箱相连，所述进水口在运行阶段始终关闭止水阀，所述净水出水口和浓水出水口在所述反应器处于吸附阶段和脱附阶段时交替关闭止水阀。
3.根据权利要求1所述的电吸附脱盐装置箱体，其特征在于：所述箱体两侧垂直于所述进水口方向平行设置多条锯齿槽，每条锯齿槽宽度为1-20mm，用于固定活动插槽，并调整电极间距。
4.根据权利要求1所述的电吸附脱盐装置箱体，其特征在于：所述箱体中设置多个可拆卸式活动插槽，所述活动插槽正面设置开窗，所述开窗背面全部封闭，上部设置插口，电吸附极板由所述插口***活动插槽固定。
5.根据权利要求4所述的活动插槽，其特征在于：所述活动插槽中所有与电源负极相连的插槽插口一侧设置相同长度突出把手，所有把手等距离相连，外侧设置一个拉杆。
6.根据权利要求1所述的连续调节电极间距式脱盐技术，其特征在于：所述反应器在运行周期内连续进行停电预排-通电吸附-短接静置-倒极再生4个阶段，在运行周期内所述进水口连续进水，停电预排阶段不出水，通电吸附阶段所述净水出水口出水，出水进入所述净水水箱；短接静置-倒极再生阶段所述浓水出水口出水，出水进入所述原水水箱进行下一次运行周期，每4次运行周期的第4个倒极再生阶段出水进入所述最终浓水水箱。
7.根据权利要求1所述的连续调节电极间距式脱盐技术，其特征在于：所述运行周期内停电预排阶段和短接静置阶段不通电，通电吸附阶段相邻的所述电极分别与电源正负极相连，短接静置阶段将所述电源正负极短接，倒极再生阶段将所述电源正负极反接；所述运行周期内通电吸附阶段，所述拉杆每10～15min控制所有与电源负极相连插槽向与电源正极相连插槽方向移动一格锯齿槽距离，所述运行周期内倒极再生阶段，所述拉杆每5～10min控制所有与电源负极相连插槽向与电源正极相连插槽相反方向移动一格锯齿槽距离。
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