申請日2014.09.12

　　公開(公告)日2015.01.07

　　IPC分類號C02F1/469

　　摘要

　　本發明公開了一種敞開式電吸附水處理技術，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電極的金屬負極槽板(005)及V形槽板(006)構成槽形結構的過水斷面，金屬正電極(003)置于兩個金屬負極槽板(005)的中間位置;金屬正電極(003)可以是各種形狀的柱狀結構體，也可以是平面形狀的金屬板材或者是金屬網狀結構體;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水閘和一個出水閘;進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。

　　權利要求書

　　1.一種敞開式電吸附水處理技術，其特征在于：所述的敞開式電吸附水處理技術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電極的金屬負極槽板(005)及V形槽板(006)，金屬負極槽板(005)和V形槽板(006)構成槽形結構的過水斷面，金屬正電極(003)置于兩個金屬負極槽板(005)的中間位置，所述低壓直流電源的正電極、負電極和過水斷面內的水體形成直流電氣回路。

　　2.基于權利1的敞開式電吸附水處理技術，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.基于權利1的敞開式電吸附水處理技術，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構體。

　　4.基于權利1的敞開式電吸附水處理技術，其特征在于：所述的金屬正電極(003)是采用網狀金屬的平面形狀結構體。

　　5.基于權利1的敞開式電吸附水處理技術，其特征在于：所述的敞開式電吸附水處理技術的橫斷面是由相同的水處理單元并行組成的。

　　6.基于權利1的敞開式電吸附水處理技術，其特征在于：所述的敞開式電吸附水處理技術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.基于權利1的敞開式電吸附水處理技術，其特征在于：所述的敞開式電吸附水處理技術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.基于權利7的敞開式電吸附水處理技術，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水閘和一個出水閘，所述的進水閘和出水閘均包含閘門槽(010)和閘門板(011)。

　　9.基于權利8的敞開式電吸附水處理技術，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

　　技術領域

　　本發明涉及一種敞開式電吸附水處理技術，屬于水處理技術領域，尤其適合于離子濃度高、大流量的循環水系統。

　　背景技術

　　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，但傳統的處理方式無法應對水源的日益污染。

　　中水雖被大力提倡用于工業循環水，卻有硬度大和微生物含量高和氯根腐蝕設備等諸多危害，處理手段和處理成本受限，至今不能得到充分利用。

　　作為工業用水大戶采用的循環水的補水水源，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進行處理。

　　電吸附水處理方法具有投資小，運行和維護費用低，水資源利用率高等優點。

　　但目前采用的電吸附水處理技術不足之處也很明顯：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備，運行和維護費用較高。

　　污水排放量較大、浪費水資源。

　　發明內容

　　本發明是為了解決現有電吸附水處理方法的不足、尤其是循環水硬度大、易結垢、氯根高、易腐蝕等問題，在電吸附水處理方法的基礎上，解決離子濃度高、大流量的循環水問題。

　　敞開式電吸附水處理技術是由至少一個水處理單元組成，水處理單元包括電氣和機械兩部分。

　　電氣部分可以提供36伏的正、負極可交換的低壓直流電源。

　　機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電極的金屬負極槽板(005)和V形槽板(006)，作為敞開式電吸附水處理技術的底板固定架(007)等部分組成。

　　水處理單元的金屬負極槽板(005)和V形槽板(006)構成槽形結構的過水斷面，用于水處理工作的水流通道，金屬正電極(003)置于兩個金屬負極槽板(005)的中間位置。

　　待處理的水體流經由金屬負極槽板(005)和V形槽板(006)組成的水流通道，水體的水面線(009)在設備正常運行期間不應高于金屬負極槽板(005)的上端。

　　在金屬正電極(003)和金屬負極槽板(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、鎂離子流向電源負極，使其積聚金屬負極槽板(005)和V形槽板(006)附近，形成了一個很強的堿性環境區域，會加速使溶于水中的二氧化碳與鈣、鎂離子發生化學反應，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，使經過處理后的水質滿足生產要求。

　　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斷面和一定的用于水處理的有效工作長度，具有相應的水處理能力和水處理質量。

　　水處理的水量與過水斷面有關，也與過水斷面內的水流速度有關，在確定水處理的能力后，根據輸水渠道的有關參數即可確定所需的過水斷面。

　　水處理單元的水處理能力不能滿足要求時，需要在過水斷面上并行布置相應的水處理單元。

　　水處理單元的水處理質量不能滿足要求時，需要在沿水流方向上進行串聯布置水處理單元，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，其斷面參數應相同;垂直水流方向上并行布置的水處理單元，其斷面參數可以相同，也可以不相同。

　　沿水流方向縱向串行布置的水處理單元，至少應有一對進水口和出水口閘門，使水處理單元的進水口和出水口閘門關閉后水處理單元內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，進出水口閘門全部敞開，水流通道內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、吸附于金屬負極槽板(005)和V形槽板(006)內，形成水垢狀的沉淀物。

　　水處理設備運行一段時間后，會在金屬負極槽板(005)和V形槽板(006)內形成較多的水垢狀沉淀物，就需要進行清污處理了。

　　清污可以采用機械刮垢的方式將水垢混入水中，也可采用電源正負極顛倒的方法將水垢從負極板槽上剝離下來，用水泵將含有水垢的水抽到岸上進行沉淀。

　　也可調節電流將鈣、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。

　　為保證設備的正常工作，清污可以分組進行，一次對一組或多組水處理單元組進行處理。

　　進行刮垢清污處理時，需將水處理單元組的進水閘門和出水閘門關閉。

　　倒極處理時只需關閉出水閘門，控制電路使該組低壓直流電源的正、負極切換，在反向電流的驅動下，附著在金屬負極槽板(005)和V形槽板(006)上的沉淀物脫落進入水中。

　　利用水泵等方式將污水抽出到地面沉淀池進行沉淀處理，數小時后經沉淀處理過的澄清水仍可進行循環利用，提高水資源的利用率，做到污水零排放。

　　本發明與現有的水處理技術相比具有明顯的優勢，水處理單元的有效工作面積大，水處理效率高;采用矩陣式分組進行水處理，可以適應不同水量要求的水處理系統;可以分組進行清污工作，不影響用水設備的正常運行;清污處理后的澄清水仍可循環利用，基本上沒有廢水排放。


 

1、電吸附水處理的原理

電吸附技術EST(Electro-Sorption Technology)，也可稱電容去離子技術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象，使水中溶解鹽類及其它帶電物質在電極的表面富集濃縮而實現水的凈化/淡化的一種新型水處理技術。

電吸附水處理的原理

EST技術是利用帶電電極表面吸附水中離子或帶電粒子的現象，使水中溶解的鹽類及其它帶電物質在電極表面富集濃縮而實現水的凈化或淡化。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的濃度大大降低，從而實現了水的除鹽及凈化。

圖1 電吸附水處理技術原理示意

2、電吸附水處理技術（EST）的特性

運行能耗低，水利用率高

EST技術的能耗很低，其主要的能量消耗在于使離子發生遷移，而在電極上并沒有明顯的化學反應發生，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。這與其它除鹽技術相比可以大大地節約能源。一個實驗模塊以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技術凈化/淡化水的原理是有區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 技術可以大大提高水的利用率，一般情況 下水的利用率可以達到75%以上；如采用適當的工藝組合，甚至可達90%以上。

無二次污染

EST 技術不需任何化學藥劑來進行水的處理， 從而避免了二次污染問題。EST 系統所排放的濃水 系來自于原水，系統本身不產生新的排放物。與離子交換技術相比，省去了濃酸、濃堿的運輸、貯存、操作上的麻煩，而且不向外界排放酸堿中和液。

操作及維護簡便

由于EST 系統不采用膜類元件，因此對原水預處理的要求不高，而且即使在預處理上出一些問題 也不會對系統造成不可修復的損壞。鐵、錳、余氯、有機物、鈣、鎂、FG 值等對系統幾乎沒有什么影響。在停機期間也無需對核心部件作特別保養。系統采用計算機控制，自動化程度高，對操作者的技術要求較低。從理論上講，EST 模塊可以長期服役，預期壽命至少在20a以上。

3、電吸附技術EST適用條件及范圍

對現階段經過試驗和實際應用的數據統計分析，EST對所處理的進水要求電導率≤500μS/㎝、COD≤100㎎/L、濁度≤5NTU、SS≤5㎎/L、油≤3㎎/L，處理后電導率可減少60%~80%、濁度≤2NTU、SS≤2㎎/L、油≤2㎎/L。處理效果與綜合的水質影響因素、EST設備工藝的組合有關。

按照進水的水質、來源和工藝用途不同，EST可用于：

(1)循環冷卻水系統的補水預處理。通過電吸附法降低補水含鹽量，可以改善水質，以利進一步提高循環水的濃縮倍數，減少補水量和排污水量。

(2)循環冷卻水系統的排污水再生會用。經過除鹽處理的排污水回用于循環冷卻水系統替代新鮮補水，可以減少新水消耗和污水排放量，進一步提高循
環水的循環利用率。

(3)市政、工業污水處理。對于COD及含鹽量較高的工業廢水，傳統的水處理技術因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電吸附除鹽，可作為循環水系統的補水或生產工藝用水回用。

(4)與高效反滲透技術(HERO)配套。用于反滲透進水的預處理，降低其硬度、TOC等，可穩定反滲透系統運行、提高出水水質和產水率、降低運行維護成本、延長膜的使用壽命。

(5)工業用水處理。紡織印染、輕工造紙、電力化工、冶金等行業都需要大量的除鹽水或純水作為工藝用水。根據不同水質標準，電吸附水處理技術 可以與傳統的除鹽技術相結合，以降低運行成本。

(6)飲用水凈化。電吸附技術可以用于飲用水深度處理，去除過量的無機鹽類，如鈣、鎂、氟、砷、鈉、硝酸鹽、硫酸鹽、氯化物等，甚至使一些因無機鹽 類超標的水源得以有效利用。

(7)苦咸水淡化。電吸附技術具有耐鈣、鎂、硫酸鹽等物質結垢的特點，在苦咸水特別是礦坑水等高含鹽量和有機物水的淡化方面具有誘人的應用前景。