申请日2015.06.19
公开(公告)日2015.09.30
IPC分类号C02F9/06
摘要
一种基于直流电场作用下电容式污水和废水处理设备和方法，含盐污水或废水经砂滤和超滤等预处理后，依次进入两级电容去离子模块完成95%的脱盐获得淡水，反冲洗浓水可以通过回流管道回到第一级电容去离子模块重新处理。本发明的优点是：电容去离子模块中的离子格栅能够有效阻止反充电脱附过程中阴、阳离子被电极吸附，提高了电极的清洗、再生效果和工作效率;采用两级电容去离子模块处理污水，降低了操作压力，这使得能够使用PVC塑料材质替代昂贵的双相不锈钢，彻底解决了污水中盐分对金属管道的腐蚀问题，且水利用率显著高于反渗透膜法。此外，系统运行压力的降低还可省去昂贵的反渗透膜法浓缩水能量回收装置的投资。
摘要附图
权利要求书
1.一种基于直流电场作用下电容式污水和废水处理设备，包括通过管道先后串联的预处理装置和电容去离子模块，在该电容去离子模块设有间隔设置的阴电极和阳电极，其特征在于，在所述的阴电极和阳电极相对的一侧分别设有阴电极多孔炭薄膜和阳电极多孔炭薄膜，在两个多孔炭薄膜的相对一侧分别设有阴离子格栅和阳离子格栅，在阴、阳离子格栅之间设有网布，阴电极和阳电极的外侧用夹紧板相互加紧固定;所述的阴、阳离子隔栅分别采用均相的或非均相阴、阳离子交换膜。
2.根据权利要求1所述的基于直流电场作用下电容式污水和废水处理设备，其特征在于，所述网布的厚度为1mm～5mm。
3.根据权利要求1所述的基于直流电场作用下电容式污水和废水处理设备，其特征在于，所述的阴电极和阳电极采用钛、石墨或其他耐腐蚀导体制成;多孔炭薄膜的材质包括石墨、活性炭、活性炭纤维、炭气凝胶或碳纳米管;所述的网布包括聚丙烯网布、涤纶、丙纶无纺布。
4.根据权利要求1所述的基于直流电场作用下电容式污水和废水处理设备，其特征在于，采用两级或多级所述的电容去离子模块串联来实现污水或废水的除盐过程。
5.根据权利要求1所述的基于直流电场作用下电容式污水和废水处理设备，其特征在于，所述的预处理装置包括依次连接的絮凝沉淀用污水水箱、砂滤器和超滤器。
6.一种采用权利要求1所述的基于直流电场作用下电容式污水和废水处理设备的污水或废水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将含盐量在20000mg/L～40000mg/L的原料污水或废水进行预处理，该预处理包括依次进行的絮凝沉淀、砂滤和超滤，向水箱内的污水加入絮凝剂，并在水箱中通过搅拌加速污水中大颗粒、胶体的凝聚，并通过水箱底部的排污口定期排放凝聚的颗粒杂质;上层的清水经过砂滤和超滤两级过滤滤除藻、浊、细菌、大分子有机物;
(2)将经过预处理后的污水或废水通入两级或多级所述的电容去离子模块进行除盐处理，得到符合国家饮用水标准的淡水。
说明书
基于直流电场作用下电容式污水和废水处理设备和方法
技术领域
本发明涉及一种污水和废水处理设备和方法，具体是一种基于直流电场作用下电容式水和废水处理设备和处理方法。
背景技术
随着经济的发展和人口的膨胀，工业及生活所需的水资源日益匮乏，水资源净化处理已经成为世界范围内普遍关注的问题。解决水资源匮乏的方法有很多，其中污(废)水回用及开发中水资源，即提高水的重复利用率是当前许多国家解决水资源短缺的有效途径。同时国家新的《环境保护法》于2015年1月1日也已经开始施行，对工业污(废)水排放的要求日益严格，要求对污(废)水必须进行适当处理，使其达到排放标准才能排放。
水处理技术的不断成熟，特别是近年来膜分离处理技术的发展给城市、工业污(废)水的达标处理排放和回用提供了新的技术手段。然而，虽然水中的许多污染物可以通过传统的混凝、沉淀、过滤、吸附等方法去除，但对于回用或排放要求较高的场合，如对于溶解在水中的盐的去除则需要采用适当的除盐手段来实现。
常见的水的除盐方法有蒸馏、反渗透、电渗析、离子交换等。在工业界已有用超滤/微滤与纳滤、反渗透(多膜法)集成进行工业污(废)水除盐处理的实践，通过采用超滤、微滤来降低污(废)水对纳滤、反渗透膜组件的污染，取得了一定的经验。然而，由于多膜法用于污(废)水回用时工艺复杂，运行成本高、得水率较低，膜组件的使用寿命与常规水处理时相比要短得多，同时需要采用大量还原剂和阻垢剂，使浓水的排放难以达到环保要求。因此，在污(废)水回用领域，存在着技术经济上不尽合理的问题，工程的总体投资很高，运行成本居高不下。因此，寻找一种对污(废)水耐受性好，既能以较低的运行成本进行除盐又对环境友好的除盐技术成为业界的一个重要研究课题。
近些年来，人们一直在寻找和开发新技术来代替具有一定使用规模的多膜法进行工业污(废)水处理。随着均相离子交换膜、高比表面积活性炭等材料的改进提高和结构参数的优化，一种新型的基于直流电场作用下电容式污(废)水除盐技术逐渐崭露头角，技术上和造价、运行成本上的优势使其显示出良好的应用和发展前景。电容式污(废)水除盐技术是利用电容充电时电场作用，穿过电容的水或其他溶液中的阴、阳离子或其他带电粒子，向带相反电荷的电极表面迁移，形成双电层，从而使水中的盐、胶体颗粒及其它带电物质滞留在电极表面，实现水或其他溶液的脱盐和净化，此过程称为正充电吸附。当电极吸附饱和时，将电极去除电压并让双电层放电或施加反向电压，吸附在电极表面的带电粒子从电极表面脱附下来，从而实现电极的再生，可以进行下一次充放电循环过程，此过程称为反充电脱附。因此，电容式污(废)水除盐技术具有以下特点：1)操作电压低，可利用太阳能、风能、潮汐能等自然绿色能源;2)操作水压低，无需耐高压耐腐蚀的金属和机械设备，使用廉价的塑料管道即可满足要求，无需防腐，硬件投资非常节省;3)对预处理要求宽松;4)设备简单，操作简便，极大的减少维护。
这种电容去离子模块的在上述反充电脱附的过程中存在以下问题：当电容去离子模块在反充电脱附时(即电极施加反向电压)，吸附在负极上的阳离子，以及吸附在正极上的阴离子脱离并穿过相应的多孔炭薄膜回到溶液中，由正负极之间的间距很小，有些脱附的阳、阴离子被对面的电极(极性相反)吸附过去，这就影响了电容去离子模块正、负电极的清洗和再生效果，降低了工作效率。另外，现有的技术的极间距离达10mm以上，使离子向带相反电荷的电极表面定向迁移的路径较长，也降低了工作效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于直流电场作用下电容式污水和废水处理设备和方法，提高工作效率，最大限度地降低污水或废水处理的投资成本和运行成本。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于直流电场作用下电容式污水和废水处理设备，包括通过管道先后串联的预处理装置和电容去离子模块，在该电容去离子模块设有间隔设置的阴电极和阳电极，其特征在于，在所述的阴电极和阳电极相对的一侧分别设有阴电极多孔炭薄膜和阳电极多孔炭薄膜，在两个多孔炭薄膜的相对一侧分别设有阴离子格栅和阳离子格栅，在阴、阳离子格栅之间设有网布，阴电极和阳电极的外侧用夹紧板相互加紧固定;所述的阴、阳离子隔栅分别采用均相的或非均相阴、阳离子交换膜。
所述网布的厚度为1mm～5mm。
所述的阴电极和阳电极采用钛、石墨或其他耐腐蚀导体制成;多孔炭薄膜的材质包括石墨、活性炭、活性炭纤维、炭气凝胶或碳纳米管;所述的网布包括聚丙烯网布、涤纶、丙纶无纺布。
采用两级或多级所述的电容去离子模块串联来实现污水或废水的除盐过程。
所述的预处理装置包括依次连接的絮凝沉淀用污水水箱、砂滤器和超滤器。
一种采用所述的基于直流电场作用下电容式污水和废水处理设备的污水或废水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将含盐量在20000mg/L～40000mg/L的原料污水或废水进行预处理，预处理包括依次进行的絮凝沉淀、砂滤和超滤，向水箱内的污水加入絮凝剂，并在水箱中通过搅拌加速污水中大颗粒、胶体的凝聚，并通过水箱底部的排污口定期排放凝聚的颗粒杂质;上层的清水经过砂滤和超滤两级过滤滤除藻、浊、细菌、大分子有机物;
(2)将经过预处理后的污水或废水通入两级或多级所述的电容去离子模块进行除盐处理，得到符合国家饮用水标准的淡水。
本发明的优点是：电容去离子模块中的离子格栅能够有效阻止反充电脱附过程中阴、阳离子被电极吸附，提高了电极的清洗、再生效果和工作效率;采用两级电容去离子模块处理污水，降低了操作压力，这使得能够使用PVC塑料材质替代昂贵的双相不锈钢，彻底解决了污水或废水中盐分对金属管道的腐蚀问题，且水利用率显著高于反渗透膜法。此外，系统运行压力的降低还可省去昂贵的反渗透膜法浓缩水能量回收装置的投资。
