用于微污染水源水处理的去离子一体化处理方法及其装置与流程

本发明属于微污染水源水处理的技术领域，特别涉及一种用于微污染水源水处理的去离子一体化处理方法及其装置。

背景技术：

目前随着膜科学的不断发展和完善，将膜分离技术与其它水处理技术相结合的技术越来越受到研究人员的关注。而现有的一些膜分离技术，如超滤膜，纳滤膜以及反渗透膜，主要是利用膜两侧的水力压差来进行污染物分离去除的。这些技术有着耗能高，膜易污染的缺点。随着分离半径的减少，膜的过滤阻力不断变大，污染物的分离所需的能耗进一步提高。

本发明涉及正渗透和膜电容去离子技术，其中正渗透是指水透过半透膜从低渗透压侧自发地向高渗透压侧传递的过程。正渗透技术具有诸多优点，比如：低能耗、高性能和污染缓慢等，被广泛应用于海水淡化和废水处理工艺中。不过也有许多影响正渗透应用的因素，比如浓差极化现象，膜组件污染和汲取液的循环利用等。有关汲取液的循环利用，传统方法是采用反渗透膜进行再生，反渗透膜运行过程中的高能耗问题极大的阻碍了此项技术的推广。

因此，需要一种新的技术方案以解决上述技术问题。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种用于微污染水源水处理的去离子一体化处理方法及其装置，既能有效处理微污染原水，也能循环利用汲取液；具有低耗能、低膜污染率、操作简单等优点。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：一种用于微污染水源水处理的去离子一体化处理方法，设置正渗透单元，正渗透单元低渗透压一侧设有原水槽(1)，正渗透单元高渗透压一侧设有汲取液槽(3)，所述汲取液槽(3)与浓缩液槽(9)相连，所述汲取液槽(3)远离正渗透单元的一侧依次设有第一级电容去离子模块(4)、一级水槽(5)、第二级电容去离子模块(6)、二级水槽(7)和出水槽(8)；汲取液槽(3)中装有第一电导率仪(101)、一级水槽(5)中装有第二电导率仪(102)，该方法包括以下步骤：

步骤一，将原水通入正渗透单元(2)低渗透压一侧，同时在正渗透单元高渗透压一侧通入汲取液，并且使原水和汲取液在正渗透膜两侧形成错流，由于两侧渗透压不同，在渗透压的作用下原水中的水分会透过正渗透膜进入汲取液一侧，从而完成污染物与水的分离，而汲取液也会被稀释；

步骤二，正渗透膜出水进入第一级电容去离子模块(4)完成约75％以上的脱盐，获得初步脱盐的脱水盐，再通入第二级电容去离子模块(6)，使得出水低于国家生活饮用水卫生标准规定的总溶解固体含量；

步骤三，当电导率仪(102)的数值为电导率仪(101)数值的80％-85％，即第一级电容去离子模块(4)接近吸附饱和时，将步骤二中出水槽(8)中的少部分的出水通入第一级电容去离子模块(4)中；或者当电导率仪(103)数值大于800μs/cm时，将步骤二中出水槽(8)中的少部分的出水通入第二级电容去离子模块(6)中。利用反接电源法进行电极再生，在电极的再生过程中，吸附在电极上的阴阳离子会从电极上脱附进入溶液中，重新富集在水中形成浓缩的盐溶液，而这些盐溶液会循环到浓缩槽(9)中作为汲取液以备使用。当电导率仪(101)低于设定值时，开启水泵(204)将浓缩液槽(9)中的浓缩液及时导入到汲取液槽(3)中。

优选地，所述原水为微污染水源水。

优选地，所述的正透膜单元(2)包含正渗透膜，所述的正渗透膜是材料为醋酸纤维素或聚酰胺的致密性亲水膜。

优选地，所述汲取液为氯化镁、氯化钙、氯化钠和氯化钾中的一种或几种。

优选地，所述步骤三中，当控制系统检测到电导率仪(102)的数值为电导率仪(101)数值的80％-85％时，关闭水泵(201)，开启水泵(202)；或者检测到电导率仪(103)数值大于800μs/cm时，关闭水泵(201)，开启水泵(203)。开始第一级电容去离子模块(或者第二级电容去离子模块)的反冲洗。反冲洗后，关闭水泵(202)(水泵(203))，开启水泵(201)。当控制系统检测到电导率仪(101)低于设定值时，开启水泵(204)，将浓缩液槽(9)中的浓缩液及时导入到汲取液槽(3)中。

优选地，所述步骤一中，相对对错流速为0.5-3cm/s。

优选地，所述步骤一中，正渗透产水通量为3-10lmh。

优选地，所述步骤二中的膜电容单元第一级电容(4)去离子模块采用的为恒电压，电压低于1.2v，在第二级电容去离子模块(6)中采用恒电流，电流密度为1-3.5ma/cm²，同时监测其电压变化并保证电压值低于1.2v。

本发明还提出了一种用于微污染水源水处理的一体化处理方法的处理装置，该装置包括：正渗透单元(2)，所述正渗透单元的两侧渗透压不同，正渗透单元低渗透压一侧设有原水槽(1)，正渗透单元高渗透压一侧设有汲取液槽(3)，所述汲取液槽(3)与浓缩液槽(9)相连，所述汲取液槽(3)远离正渗透单元的一侧依次设有第一级电容去离子模块(4)、一级水槽(5)、第二级电容去离子模块(6)、二级水槽(7)和出水槽(8)。所述浓缩液槽(9)分别与第一级电容去离子模块(4)和第二级电容去离子模块(6)相连，所述的一级水槽(5)和二级水槽(7)分别与出水槽(8)相连。汲取液槽(3)、一级水槽(5)、二级水槽(7)中分别装有电导率仪(101)、电导率仪(102)和电导率仪(103)。

优选地，所述原水槽(1)、汲取液槽(3)、浓缩液槽(9)、出水槽(8)分别连接有水泵，方便水的通入和排出。包括：

第一水泵(201)，连在二级水槽(7)与出水槽(8)之间；

第二水泵(202)，连在第一级电容去离子模块(4)和浓缩液槽(9)之间；

第三水泵(203)，连在第二级电容去离子模块(6)和浓缩液槽(9)之间；

第四水泵(204)，连在浓缩液槽(9)和汲取液槽(3)之间。其余水泵不命名。

优选地，控制系统(10)根据第一电导率仪(101)、第二电导率仪(102)、第三电导率仪(103)的数值，控制第一水泵(201)、第二水泵(202)、第三水泵(203)和第四水泵(204)的开启与闭合。

本发明的用于微污染水源水处理的去离子一体化处理方法及处理装置的有益之处在于：

1、本发明将正渗透的渗透压驱动过程和膜电容去离子过程优势互补来处理污水，这样既能有效处理微污染水，也缓解了传统膜分离技术会出现的膜污染速率快、膜分离能耗高、汲取液回收困难等问题；结合了正渗透和膜电容去离子技术的一体化水处理技术，具有低耗能、低膜污染率、操作简单等优点。

2、本发明中膜电容去离子技术能够高效的回收正渗透汲取液，通过膜电容去离子技术，实现正渗透汲取液的循环使用，优化了正渗透技术，更加有利于正渗透技术的推广与应用。

3、本发明中膜电容模块第一级采用的为恒电压(1.0-1.2v)，实现正渗透膜出水的快速脱盐；在第二级中采用恒电流的方式(电流密度控制在1.0-3.5ma/cm²，同时保证电压不大于1.2v)，保证出水的稳定性。

附图说明

图1为本发明中的用于微污染水源水处理的去离子一体化处理方法工艺流程图。

其中1-原水槽、2-正渗透单元、3-汲取液槽、4-第一级电容去离子模块、5为一级水槽、6-第二级电容去离子模块、7为二级水槽、8-出水槽、9-浓缩液槽、10-控制系统。101、102、103-电导率仪，201、202、203、204-水泵。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

如图1所示，一种用于微污染水源水处理的去离子一体化处理方法的处理装置，该装置包括：正渗透单元2，正渗透单元2的两侧渗透压不同，正渗透单元低渗透压一侧设有原水槽1，正渗透单元2高渗透压一侧设有汲取液槽3，汲取液槽3与浓缩液槽9相连，汲取液槽3远离正渗透单元的一侧依次设有第一级电容去离子模块4、一级水槽5、第二级电容去离子模块6、二级水槽7和出水槽8。所述浓缩液槽9分别与第一级电容去离子模块4和第二级电容去离子模块6相连，所述的一级水槽5和二级水槽7分别与出水槽8相连。汲取液槽3中装有第一电导率仪101、一级水槽5中装有第二电导率仪102、二级水槽7中装有第三电导率仪103。原水槽1、汲取液槽3、浓缩液槽9、出水槽8分别连接有水泵，方便水的通入和排出。其中连在二级水槽7与出水槽8之间的水泵为第一水泵201，第二水泵202连在第一级电容去离子模块4和浓缩液槽9之间；第三水泵203连在第二级电容去离子模块6和浓缩液槽之间9；第三水泵203连在浓缩液槽9和汲取液槽3之间。控制系统10根据第一电导率仪101、第二电导率仪102、第三电导率仪103的数值，控制第一水泵201、第二水泵202、第三水泵203和第四水泵204的开启与闭合。

结合图1所示，一种用于微污染水源水处理的正渗透-多级膜电容去离子一体化处理方法，包括如下步骤：

步骤一，将原水通入正渗透单元(2)低渗透压一侧，同时在正渗透单元高渗透压一侧通入汲取液，并且使原水和汲取液在正渗透膜两侧形成错流，由于两侧渗透压不同，在渗透压的作用下原水中的水分会透过正渗透膜进入汲取液一侧，从而完成污染物与水的分离，而汲取液也会被稀释；

步骤二，正渗透膜出水进入第一级电容去离子模块(4)完成约75％以上的脱盐，获得初步脱盐的脱水盐，再通入第二级电容去离子模块(6)，使得出水低于国家生活饮用水卫生标准规定的总溶解固体含量；

步骤三，当第二电导率仪(102)的数值为第一电导率仪(101)数值的80％-85％，即第一级电容去离子模块(4)接近吸附饱和时，关闭第一水泵(201)，开启第二水泵(202)，将步骤二中出水槽(8)中的少部分的出水通入第一级电容去离子模块(4)中；或者当第三电导率仪(103)数值大于800μs/cm时，关闭第一水泵(201)，开启第三水泵(203)，将步骤二中出水槽(8)中的少部分的出水通入第二级电容去离子模块(6)中。之后反接电源进行电极再生，在电极的再生过程中，吸附在电极上的阴阳离子会从电极上脱附进入溶液中，重新富集在水中形成浓缩的盐溶液，而这些盐溶液会循环到浓缩槽(9)中作为汲取液以备使用。当电导率仪(101)低于设定值时，开启水泵(204)将浓缩液槽(9)中的浓缩液及时导入到汲取液槽(3)中。

可知地，原水为微污染水源水，其主要污染物有营养性污染物(如，有机氮、有机磷化合物)、病原微生物(如，细菌、病毒、原生动物、藻类和寄生虫等)、重金属离子以及一些无机污染物。所述的正透膜组件包含正渗透膜，所述的正渗透膜是材料为醋酸纤维素或聚酰胺的致密性亲水膜。所述汲取液为氯化镁、氯化钙、氯化钠和氯化钾中的一种或几种。

在本发明一个优选的实施例中，步骤二中的膜电容单元第一级电容去离子模块采用的为恒电压(1.0-1.2v)，实现正渗透膜出水的快速脱盐；在第二级电容去离子模块中采用恒电流的方式，同时监测其电压变化(电流密度控制在1.0-3.5ma/cm²，同时保证电压不大于1.2v)，保证出水的稳定性。

以下提供本实施方式的一个具体应用实例，以证明本实施方式能够取得的有益效果。

取某微污染水源水，其水质为水温10-28℃，ph6.5～7.2，浊度21～45ntu，codmn2.4～4.1mg/l，nh3-n0.6～3.4mg/l，还含有fe，mn等微量元素，经过以nacl为汲取液的正渗透膜处理单元，正渗透膜处理单元稳定运行30d，通量保持在7～9lmh，无明显的膜污染现象，其出水浊度低于0.5ntu，codmn低于检测限，且无病原微生物检测出，正渗透膜单元出水经第一级电容去离子模块脱盐，其出水电导率下降至5-7ms/cm，再经过第二级电容去离子模块，其出水电导率低于700μs/cm。