基于cdi的复合型人工湿地脱盐系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于复合型人工湿地脱盐系统技术领域。具体涉及一种基于⑶I的复合型人工湿地脱盐系统。
【背景技术】
[0002]电容去离子(Capacitive De1nizat1n，简称⑶I)脱盐技术是利用污水与电极界面形成的双电层来吸附污水中的离子，当离子吸附达到饱和后在反向电场力的作用下进行脱附解吸，使电极得到再生。电容去离子法采用低电压，不使用化学品，离子(盐)不受污染而可回收，是一种无污染、低耗能和高附加价值的水处理技术。然而电容去离子仅对盐类离子有较高的去除率，对污水中有机污染物、氮和磷的去除率较低，因此对处理污水的水质要求，往往受到限制。
[0003]人工湿地利用土壤、微生物和植物三者的协同作用来处理污水，可达到净化污水与增强景观的双重目的，具有操作简单，维护和运行费用低等优点，受到世界各国的普遍重视，是一种经济有效的生态修复技术。近年来，人工湿地技术在污水处理中的应用日益广泛，具有广阔的应用前景。
[0004]人工湿地系统对B0D、⑶D、TSS、TP、TN、藻类、石油类等有显著的去除效率。但人工湿地的运行过程也往往存在如下问题:
(1)湿地土壤层易堵塞；
(2)有限的人工湿地基质对污染物的吸附作用易饱和，且不易解吸；
(3)只对氮磷及有机污染物处理效果较好，脱盐效果差，易造成湿地盐碱化，影响人工湿地处理系统的正常运行。
【发明内容】
[0005]本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种环境友好、能有效解决湿地土壤层堵塞与饱和、脱氮除磷效果好和脱盐效果好的基于CDI的复合型人工湿地脱盐系统。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:所述复合型人工湿地脱盐系统由预处理系统和复合垂直流人工湿地系统组成。预处理系统包括第一加压栗、流量计、格栅、CDI装置、电导率仪、水箱、第二加压栗和晒盐板。第一加压栗的进水口通过管道与待处理污水相通，第一加压栗的出水口通过管道与格栅的进水口相通，格栅的进水口处设有流量计，格栅的出水口通过管道与第一截止阀的进水口相通，第一截止阀的出水口与CDI装置的进水口相通，⑶I装置的出水口通过管道与第二截止阀的进水口和第三截止阀的进水口相通。第三截止阀的出水口与复合垂直流人工湿地的进水口相通，进水口位于复合垂直流人工湿地的上部。第二截止阀的出水口与水箱的进水口相通，水箱的出水口通过管道与第二加压栗的进水口相通，第二加压栗的出水口与晒盐板的进水口相通。
[0007]所述复合垂直流人工湿地系统为:在人工湿地的底部和四侧设有防渗层，从人工湿地的底部防渗层向上依次设有碎石层、生物陶粒层、沸石层和土壤层，碎石层、生物陶粒层、沸石层和土壤层的高度依次为15?20cm、30?40cm、30?40cm和15?20cm。土壤层的上方固定有晒盐板，土壤层种植有水生植物。
[0008]在人工湿地沿左右方向均匀地设有2n道隔墙，2n道隔墙将人工湿地分隔为2n+l个垂直流处理池，(η为I?3的自然数)，每道隔墙间的距离为3?Sm。其中:顺序号为奇数道的隔墙为高水位隔墙，高水位隔墙位于土壤层、沸石层和生物陶粒层间，高水位隔墙两侧的垂直流处理池的底部相连通;顺序号为偶数道的隔墙为低水位隔墙，低水位隔墙位于沸石层、生物陶粒层和碎石层间，低水位隔墙两侧的垂直流处理池的上部相连通。
[0009]第一个垂直流处理池的土壤层设有布水管，布水管与复合垂直流人工湿地的进水口相通;最后一个垂直流处理池的碎石层的底部设有集水管，集水管通过复合垂直流人工湿地的出水口与第四截止阀的进水口相通。
[0010]所述CDI装置的结构是:壳体的底板和顶板对称地开有2?8个安装槽，2?8个安装槽均匀设置，每个安装槽装有绝缘隔板，第一个和最后一个绝缘隔板紧靠壳体左侧和右侧对应的内壁。除最后一个绝缘隔板外的每个绝缘隔板的右侧面紧贴有电极阳极，靠近电极阳极的另一侧面设有阳离子交换膜;除第一个绝缘隔板外的每个绝缘隔板的左侧面紧贴有电极阴极，靠近电极阴极的另一侧面设有阴离子交换膜。每个电极阳极与电源的正极连接，每个电极阴极与电源的负极连接；电源的直流电压为1.5?1.9V。壳体的进水口和出水口与对应的第一个绝缘隔板和最后一个绝缘隔板的过水口相通，顺序号为奇数的绝缘隔板的靠近上端处设有过水口，顺序号为偶数的绝缘隔板的靠近下端处设有过水口。电导率仪的取样接头穿过壳体底部固定在CDI装置内部的过水通道中。
[0011]所述电极阳极和电极阴极均为纳米锆渗碳电极，纳米锆渗碳电极是将厚度为0.2?Imm的锆板经砂纸打磨，抛光，电化学阳极氧化，碳包，磁控溅射碳纳米管，得到纳米锆渗碳电极;所述碳纳米管直径为2?60nmo
[0012]所述阳离子交换膜和阴离子交换膜为均相离子交换膜。
[0013]所述绝缘隔板的厚度为4?1mm;所述绝缘隔板和壳体的材质为PVC塑料板、ABS塑料板和有机玻璃板中的一种。
[0014]所述晒盐板的厚度为6.0?20mm，安装倾角为5?15° ;所述晒盐板的材质为PVC、HIPS、PC塑料板中的一种。
[0015]所述水生植物为香蒲、美人蕉、灯心草或芦苇中的一种以上。
[0016]所述防渗层的材料为经化学处理过的土壤、土工膜或沥青中的一种；隔墙与防渗层的材料相同。
[0017]所述土壤层的土壤为园林废弃物堆肥产品与土壤的混合物;其中，园林废弃物堆肥产品与土壤的体积比为(1?20):1。
[0018]本发明的工作过程是:接通直流电源，经格栅预处理后的污水进入⑶I装置中，电导率仪在线监测电导率。当电导率仪数值回升时，说明电极吸附离子己经饱和，此时CDI装置进入脱附阶段，第一加压栗停止工作，关闭第一截止阀和第三截止阀，电源停止供电，正负极短接5min进行解吸处理。
[0019]电导率到达最大值后开始下降，降到和进水电导率相同时，解吸完成。第二截止阀开启，产生的高浓度的污水进入水箱，通过第二加压栗送至晒盐板，经过太阳曝晒处理，解吸水蒸发，盐分回收，此过程中电极再生。然后开启电源，打开第三截止阀，进行下一循环处理。由第三截止阀进入人工湿地的污水，经由3个垂直流处理池的土壤层、沸石层、生物陶粒层和碎石层处理净化后由人工湿地的出水口经第四截止阀排出。
[0020]由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下优点:
本发明的预处理系统采用格栅与CDI装置处理污水，能去除污水中较大漂浮物并进行脱盐去离子净化处理，且对CDI装置脱得盐分进行回收，避免了二次污染。由于本发明中的电极阳极和电极阴极可以再生重复使用，降低了制造成本，且电极阳极和电极阴极再生过程无需酸碱，减少了二次污染;本发明加入了阳离子交换膜与阴离子交换膜，大大提高了电极的吸附性能。
[0021]本发明的复合垂直流人工湿地系统的土壤层为园林废弃物堆肥产品与当地土壤按照体积比为(10?20):1混合而成，与一般土壤相比具有比重小、有机质含量高、通气性和保水性好的特点，能有效解决湿地土壤层的堵塞问题。沸石层对氨氮具有极强的选择吸附性，可快速截留污水中的氨氮。由于沸石具有巨大的比表面积，是一种理想的微生物载体，且本发明的土壤层的存在能为沸石层提供大量的溶解氧，因此在沸石层中存在大量的硝化细菌和氨化细菌能够促进氨氮的硝化。其次，未经过土壤层拦截的有机污染物再次进入沸石层时，经过氨化细菌和硝化细菌的生化反应，会进一步促进氨氮的硝化作用。另一方面，经过沸石层处理过的污水含有大量的硝态氮和磷，在本发明的生物陶粒层和碎石层由于溶解氧浓度的逐渐降低，存在大量的反硝化细菌，促进了污水中氮的去除，其次由于生物陶粒层的生物陶粒具有强度大、孔隙率大、比表面积大、化学稳定性好、密度适宜和生物附着性强等特点大大节省了生物陶粒层的材料，并且能附着生长大量微生物，对磷的吸附作用强，对污水中磷的去除产生了重要作用。
[0022]复合垂直流人工湿地系统能滞留与分解污水中的颗粒状有机污染物，显著增加复合垂直流人工湿地系统中氨化细菌、硝化细菌、反硝化细菌及脲酶的数量，并活性高效去除污水中的有机物、氮、磷、悬浮物、微量元素及病原体等。
[0023]因此，本发明具有环境友好、能有效解决湿地土壤层堵塞与饱和、脱氮除磷效果好和脱盐效果好的特点。
【附图说明】
[0024]图1为本发明的一种结构不意图；
图2为图1中的CDI装置3的放大剖视图。
【具体实施方式】
[0025]下面通过附图和【具体实施方式】对本发明的技术方案作进一步的详细描述;并不构成对本发明的不当限定。
[0026]实施例1
一种基于⑶I的复合型人工湿地脱盐系统。所述复合型人工湿地脱盐