一种活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置及其应用方法
【专利摘要】一种活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置及其应用方法，它属于苦咸水处理技术领域。它要解决现有MCDI处理苦咸水的方法存在的MCDI电极有机污染严重、出水水质差、以及使用不可再生能源供电的问题。装置：它包括原水水箱、止回阀、原水进水阀、活性炭滤池、排水阀、反洗水储存水箱、反洗阀、中间水箱、MCDI进水阀、MCDI组件、再生阀、浓盐水储存水箱、液体流量计或水表、出水阀、清水水箱、太阳能供电系统。本发明的装置在应用中整个过程都是重力流，节省供水动力费用，同时工作压力低，使用清洁可再生的太阳能作为供电电源，省电环保；提高了出水水质，避免了MCDI的有机污染；易操作、低维护、无化学药剂。
【专利说明】
一种活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置及其应用方法
技术领域
[0001]本发明属于苦咸水处理技术领域，具体涉及一种低能耗、高效率、持续稳定运行的活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置及其应用方法。
【背景技术】
[0002]随着工业社会的飞速发展与人口快速增长，水资源需求与日倶增，联合国和经济合作与发展组织报道到2025年全球将有3.9亿人口缺水。由于气候变化和工业对于自然淡水资源不合理的消耗导致自然淡水资源日益减少，同时全世界每年有大约14%的淡水资源被污染，这些都加剧了水资源短缺的程度，水危机日益凸显。而地球上98%的水是由海水和咸水组成，因此现在各个国家都在发展脱盐技术。目前广泛使用的脱盐技术包括闪蒸、反渗透、机械蒸汽压缩、电渗析。但是这些传统的脱盐技术存在很多问题，如电渗析使用的电压高，闪蒸需要能耗大，使用最多的反渗透则存在高压、高能以及二次污染问题。
[0003]膜电容去离子(MCDI)作为一种低成本、高效率以及环境友好型的电化学脱盐技术受到越来越多的关注。MCDI使用多孔材料作为电极，通过对电极施加电压，在水流通道中形成静电场，当苦咸水通过流道时，苦咸水中的离子会在静电场作用下分别向两个电极迀移，最终被多孔电极吸附而得到去除。MCDI可以去除造成水苦咸特性的大部分离子，同时对其他的微量离子如氟离子、硝酸根离子的去除也是有效的。
[0004]但是MCDI在长期运行过程中会受到可溶性有机物以及无机盐的污染，并且有机污染对MCDI运行产生很大影响。这主要是由于:使用的电极材料为具有高比表面积的多孔材料，这样的结构决定了它对于有机物就有很好的吸附效果;运行过程中，有机物就会在电极的孔径中积累，从而堵塞孔径，并且积累的有机物为微生物的生长提供了环境，会在电极上生成一层生物膜，这些都会严重降低电极的吸附容量；同时电极在脱附阶段很难去除积聚在孔径中的有机物，而对于无机离子基本都能去除。因此在长期的运行过程中，有机污染会严重的影响MCDI的脱盐效果。
[0005]活性炭吸附是给水厂常用来处理水中有机物一种方法，活性炭不仅能吸附去除水中的有机物，还可以去除水中的色、嗅、味、放射性物质等，活性炭对有机物的去除除了吸附作用外，还有微生物降解作用。活性炭分为粉末活性炭和颗粒活性炭，粉末活性炭一般在原水投加，通过与原水的充分混合去除水中的有机物，需要设置搅拌与投加设备，投加量伴随着原水水质波动而变化，操作相对复杂，可移动性差，同时加入原水中的粉末活性炭现阶段没有办法回收，使用费用高，一般作应急处理使用。
【发明内容】
[0006]本发明目的是为了解决现有MCDI处理苦咸水的方法存在的MCDI电极有机污染严重、出水水质差、以及使用不可再生能源供电的问题，而提供一种活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置及其应用方法。
[0007]本发明一种活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置，它包括原水水箱、止回阀、原水进水阀、活性炭滤池、排水阀、反洗水储存水箱、反洗阀、中间水箱、MCDI进水阀、MCDI组件、再生阀、浓盐水储存水箱、液体流量计或水表、出水阀、清水水箱、太阳能供电系统；
[0008]所述原水水箱底部出水管道设置止回阀和原水进水阀，并与活性炭滤池上部进水管道相连通;反洗水储存水箱的进水管设置排水阀，并与活性炭滤池上部进水管相连通;活性炭滤池底部设置出水管道和反洗阀，出水管道与中间水箱的进水管相连通；中间水箱的出水管设置MCDI进水阀，并与MCDI组件的进水管相连通;浓盐水储存水箱的进水管设置再生阀，并与MCDI组件的进水管相连通;MCDI组件的出水管设置流量计或水表、出水阀，并与清水水箱进水管相连通。
[0009]上述活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置的应用方法，按以下步骤进行:
[0010]一、原水经进水管直接进入原水水箱，通过原水水箱内的浮球阀控制进水量，保证原水水箱水位恒定，并通过调整原水水箱与中间水箱间的高度差来控制活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置的工作压力；
[0011]二、原水水箱的出水由活性炭滤池上部的进水口进入，经过活性炭吸附以及微生物降解作用后进入中间水箱;活性炭滤池运行6天后进行反冲洗，反冲洗时，关闭原水进水阀，打开排水阀，使中间水箱的水流自下而上流过活性炭滤池，进入反洗水储存水箱，中间水箱与反洗水储存水箱间的高度差提供水流运动的动力，反冲洗完成后，关闭排水阀，打开原水进水阀，重新进行过滤；
[0012]三、将MCDI组件、太阳能供电系统用导线连接成完整回路，使MCDI组件电极上施加的电压为1.2V，在电压作用下，水流通道会形成静电场;运行时，中间水箱的出水在中间水箱与清水水箱高度差作用下经MCDI组件的进水口进入，进行脱盐过程；
[0013]四、采用反接电路的方式进行脱附:当MCDI组件运行3天后，关闭MCDI进水阀，打开再生阀，让清水水箱中的水在清水水箱和浓盐水储存水箱高度差作用下反向流过MCDI组件，同时将MCDI组件的两个电极与太阳能供电系统反接，脱附已经吸附的离子，脱附的离子会随着反向的水流流入浓盐水储存水箱，经过2小时再生后，关闭再生阀，打开MCDI进水阀，重新进行脱盐过程；
[0014]五、运行12天后，对反洗水储存水箱进行清理，同时将浓盐水储存水箱中的浓盐水取出进行自然蒸发处理；
[0015]六、M⑶I组件采用周期性连续运行，每个周期包括吸附和脱附两个阶段。
[0016]本发明的原理及优点为:
[0017](I)本发明的原水水箱使用浮球阀来控制进水量，避免水资源浪费，同时能够维持原水水箱内水位恒定，保证过滤所需工作压力；
[0018](2)本发明的装置在应用中整个过程都是重力流，依靠各个水箱之间的高度差提供水流运动的动力，节省供水动力费用，同时由于MCDI组件工作压力低，一般都低于1.5V，因此可以使用清洁可再生的太阳能作为供电电源，即节省了电耗又保护了环境；
[0019](3)MCDI是一种基于电化学双电层电容理论的电吸附脱盐技术，其基本思想是通过对多孔吸附电极施加一个外部直流电压，在两个电极间形成静电场，使苦咸水中的电性离子在静电场作用下向带有相反电荷的电极方向移动，并通过电极的吸附作用去除溶液中电性呙子；
[0020](4)本发明构建了活性炭滤池耦合太阳能驱动的MCDI处理苦咸水的组合装置，先通过活性炭滤池中活性炭的吸附作用以及微生物的降解作用去除苦咸水中的大部分有机物以及色、嗅、味等物质，一方面提高了出水水质，另一方面避免了有机物对MCDI电极的污染，提高MCDI对盐分去除效果，使MCDI能够长期稳定运行;然后再通过MCDI的电化学吸附作用去除水中的盐分离子;因此，活性炭滤池与M⑶I的组合工艺能够发挥两重净水效果，提高出水水质，同时通过活性炭的预处理，使整个系统可以持续高效稳定的运行；
[0021](5)通过活性炭预处理，避免了 M⑶I的有机污染，免去了使用化学药剂对MCDI的清洗过程，节省了大量的附属设备、管道和附件，节约大量的化学药剂，同时避免化学药剂对于MCDI特性的改变;并且活性炭滤池在吸附饱和后可以通过再生而重复使用，同时日常维护简单，只需周期性的清洗，适合偏远山区使用。
[0022](6)MCDI组件是由一个个单独的MCDI单元串联而成，可以根据苦咸水的浓度选择需要串联的MCDI单元数目，达到处理不同浓度苦咸水目的。
[0023](7)CDI在脱附阶段，会改变电极的电性，从而产生电势，在电势作用下电极会解析原先吸附的离子，同时溶液中存在的相反电荷离子也会被吸引和吸附。因此，在这一阶段吸附和脱附是同时发生的，产生电极的不完全再生，继而导致吸附电容减少、再生时间变短以及在下次纯化阶段残留离子会加速阻碍离子的进入。为了去克服这个问题，在CDI中引入了离子交换膜，构成MCDI。在脱附再生阶段，离子交换膜就会阻止相反电荷离子靠近电极，使电极能够完全再生。
[0024](8)传统的MCDI会使用尼龙、滤纸、玻璃纤维等绝缘材料制造水流通道的分隔物，但是这些材料会增加MCDI的电阻，阻碍离子传输以及增加能量的损耗。本发明使用活性炭纤维作为MCDI的分隔物，活性炭表面高的离子电导率可以减少离子通过水流通道的传输电阻，同时活性炭纤维形成的双电层具有高的离子强度，可以作为离子或电荷传输的高速通道。
[0025](9)本发明是一种易操作、低维护、无化学药剂、节能、节水的净水装置及其应用方法，适用于分散式供水、农村供水、家用或商用净水器。
【附图说明】
[0026]图1为本发明中活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置的示意图，其中I为原水水箱，2为止回阀，3为原水进水阀，4为活性炭滤池，5为排水阀，6为反洗水储存水箱，7为反洗阀，8为中间水箱，9为MCDI进水阀，10为MCDI组件，11为再生阀，12为浓盐水储存水箱，13为液体流量计或水表，14为出水阀，15为清水水箱，16为太阳能供电系统，21为太阳能电池板，22为太阳能控制器，23为蓄电池，24为可变电阻；
[0027]图2为本发明中MCDI单元内部构造的示意图，其中17为电流收集器，18为电极，19为离子交换膜，20为水流通道。
【具体实施方式】
[0028]本发明技术方案不局限于以下所列举【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】间的任意组合。
[0029]【具体实施方式】一:结合图1和2所示，本实施方式一种活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置，它包括原水水箱1、止回阀2、原水进水阀3、活性炭滤池
4、排水阀5、反洗水储存水箱6、反洗阀7、中间水箱8、MCDI进水阀9、MCD I组件1、再生阀11、浓盐水储存水箱12、液体流量计或水表13、出水阀14、清水水箱15、太阳能供电系统16;
[0030]所述原水水箱I底部出水管道设置止回阀2和原水进水阀3，并与活性炭滤池4上部进水管道相连通;反洗水储存水箱6的进水管设置排水阀5，并与活性炭滤池4上部进水管相连通;活性炭滤池4底部设置出水管道和反洗阀7，出水管道与中间水箱8的进水管相连通；中间水箱8的出水管设置MCDI进水阀9，并与MCDI组件10的进水管相连通;浓盐水储存水箱12的进水管设置再生阀11，并与M⑶I组件1的进水管相连通;M⑶I组件1的出水管设置流量计或水表13、出水阀14，并与清水水箱15进水管相连通。
[0031]本实施方式中活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置采用太阳能供电系统，并增设应急市政供电线路；即节省电能消耗，又避免了因阴雨天气太阳能电池供电不足导致设备不能正常运行的问题。
[0032]本实施方式中原水水箱1、止回阀2、原水进水阀3及进水管道构成进水系统；
[0033]M⑶I组件1、再生阀11、浓盐水储存水箱12、太阳能供电系统16构成了脱盐系统；
[0034]液体流量计或水表13、出水阀14、清水水箱15构成了出水系统。
[0035]本实施方式中图1中“--------，’表示电线。
[0036]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是，所述原水水箱I与进水管道相连同。其它与【具体实施方式】一相同。
[0037]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二不同的是，所述清水水箱15的出水管道与供水管道相连通。其它与【具体实施方式】一或二相同。
[0038]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同的是，所述活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置采用太阳能供电系统16，并增设应急市政供电线路。其它与【具体实施方式】一至三之一相同。
[0039]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一至四之一不同的是，所述活性炭滤池4，其空床滤速为8m/h，空床接触时间为1min，活性炭层厚度为2.0m，活性炭粒径为0.8?1.7mm;使用石英砂作为承托层，级配组成由上自下是粒径为I?2mm的铺设厚度为100mm，粒径为2?4mm的铺设厚度为100mm，粒径为4?8mm的铺设厚度为100mm，粒径为8?16mm的铺设厚度为100mm，粒径为16?32mm的铺设厚度为150mm;所述中间水箱8的容量为处理水量的5%?10%。其它与【具体实施方式】一至四之一相同。
[0040]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一至五之一不同的是，所述MCDI组件10由多个相同的MCDI单元串联而成，可处理不同浓度的苦咸水；当处理水量过大时，还可以将多个MCDI组件10并联运行;每个M⑶I单元包括电流收集器17、电极18、离子交换膜19、水流通道20 ；
[0041]其中电极18的材质为活性炭、碳布、碳纤维、碳气凝胶、碳纳米管、石墨、石墨烯、有序介孔碳、碳基材料、炭黑中的一种或几种按任意比组合成的复合材料；
[0042]水流通道20的宽度为I?3mm，由分隔物填充，分隔物的材质为活性炭纤维。其它与【具体实施方式】一至五之一相同。
[0043]本实施方式中采用分隔物填充的目的是防止电极18短路。
[0044]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】一至六之一不同的是，所述太阳能供电系统16包括太阳能电池板21、太阳能控制器22、蓄电池23和可变电阻24。其它与【具体实施方式】一至六之一相同。
[0045]【具体实施方式】八:本实施方式活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置的应用方法，按以下步骤进行:
[0046]—、原水经进水管直接进入原水水箱I，通过原水水箱I内的浮球阀控制进水量，保证原水水箱I水位恒定，并通过调整原水水箱I与中间水箱8间的高度差来控制活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置的工作压力；
[0047]二、原水水箱I的出水由活性炭滤池4上部的进水口进入，经过活性炭吸附以及微生物降解作用后进入中间水箱8;活性炭滤池4运行6天后进行反冲洗，反冲洗时，关闭原水进水阀3，打开排水阀5，使中间水箱8的水流自下而上流过活性炭滤池4，进入反洗水储存水箱6，中间水箱8与反洗水储存水箱6间的高度差提供水流运动的动力，反冲洗完成后，关闭排水阀5，打开原水进水阀3，重新进行过滤；
[0048]三、将MCDI组件1、太阳能供电系统16用导线连接成完整回路，使M⑶I组件1电极18上施加的电压为1.2V，在电压作用下，水流通道会形成静电场;运行时，中间水箱8的出水在中间水箱8与清水水箱15高度差作用下经MCDI组件10的进水口进入，进行脱盐过程；
[0049]四、采用反接电路的方式进行脱附:当MCDI组件10运行3天后，关闭MCDI进水阀9，打开再生阀11，让清水水箱15中的水在清水水箱15和浓盐水储存水箱12高度差作用下反向流过MCDI组件10，同时将MCDI组件10的两个电极18与太阳能供电系统16反接，脱附已经吸附的离子，脱附的离子会随着反向的水流流入浓盐水储存水箱12，经过2小时再生后，关闭再生阀11，打开MCDI进水阀9，重新进行脱盐过程；
[0050]五、运行12天后，对反洗水储存水箱6进行清理，同时将浓盐水储存水箱12中的浓盐水取出进行自然蒸发处理；
[0051]六、M⑶I组件10采用周期性连续运行，每个周期包括吸附和脱附两个阶段。
[0052]本实施方式步骤三中进行脱盐过程:水中的离子会在静电场的作用下向两极迀移，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，当离子迀移到电极附近时，会被电极吸附而得到去除;在进入电极之前，离子交换膜会对离子作进一步选择，阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，从而提高盐分去除率。
[0053]本实施方式步骤四中当MCDI组件10运行3天后，电极因吸附了大量的离子而接近饱和，导致盐分去除率急速下降，因此需要进行脱附。
[0054]本实施方式步骤六中MCDI组件10运行周期和脱附时间与苦咸水水质及操作条件有关;在运行初期，需要用电导率仪去检测出水的电导率，当出水电导率出现快速增长会与原水接近时，说明MCDI组件10的电极处于吸附饱和状态，需要进行脱附；脱附阶段，同样用电导率仪测量反向水流的电导率，当与清水水箱15出水电导率接近时，可停止脱附;经过多次运行，就可确定MCDI组件10运行周期与脱附时间。
[0055]本实施方式中当施加MCDI组件10中水分子的电压超过1.23V时，水分子就会电解成氢原子与氧原子，也就是说MCDI组件10电极形成的双电层电势差不能超过1.23V，但是由于MCDI组件10中的其他部分也存在电阻，因此施加在电极上的电压一般不超过1.5V;而MCDI组件10对于盐分去除率与电压是成正比的，因此可以根据需要调整太阳能供电系统16的可变电阻24来得到适合的MCDI组件1的输入电压。
[0056]本实施方式使用活性炭滤池作为M⑶I的预处理，活性炭滤池通过活性炭吸附作用与微生物降解去除苦咸水中的大部分有机物，一方面提高了出水水质，另一方面避免了有机物对MCDI电极的污染，提高MCDI对盐分去除效果，使MCDI能够长期稳定进行脱盐工作；
[0057]本实验方式采用周期性运行，吸附与脱附交替工作，脱附阶段不需要使用化学药剂清洗，节省材耗和能耗，同时避免化学药剂对于MCDI特性改变。
[0058]【具体实施方式】九:本实施方式与【具体实施方式】八不同的是，步骤二中活性炭滤池4是周期性运行的，运行周期为6天，反冲洗时间为lOmin，反冲洗水强度为8L/(s.πι2)。其它步骤及参数与【具体实施方式】七相同。
[0059]【具体实施方式】十:本实施方式与【具体实施方式】八或九不同的是，步骤四中电极18上施加的电压为0.8?1.5V。其它步骤及参数与【具体实施方式】八或九相同。
[0060]采用以下实施例验证本发明的有益效果:
[0061 ] 实施例:
[0062]结合图1和2所示，一种活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置，它包括原水水箱1、止回阀2、原水进水阀3、活性炭滤池4、排水阀5、反洗水储存水箱6、反洗阀7、中间水箱8、Μ⑶I进水阀9、Μ⑶I组件10、再生阀11、浓盐水储存水箱12、液体流量计或水表13、出水阀14、清水水箱15、太阳能供电系统16;
[0063]所述原水水箱I底部出水管道设置止回阀2和原水进水阀3，并与活性炭滤池4上部进水管道相连通;反洗水储存水箱6的进水管设置排水阀5，并与活性炭滤池4上部进水管相连通;活性炭滤池4底部设置出水管道和反洗阀7，出水管道与中间水箱8的进水管相连通；中间水箱8的出水管设置MCDI进水阀9，并与MCDI组件10的进水管相连通;浓盐水储存水箱12的进水管设置再生阀11，并与M⑶I组件1的进水管相连通;M⑶I组件1的出水管设置流量计或水表13、出水阀14，并与清水水箱15进水管相连通。
[0064]上述活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置的应用方法，按以下步骤进行:
[0065]—、原水经进水管直接进入原水水箱I，通过原水水箱I内的浮球阀控制进水量，保证原水水箱I水位恒定，并通过调整原水水箱I与中间水箱8间的高度差来控制活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置的工作压力；
[0066]二、原水水箱I的出水由活性炭滤池4上部的进水口进入，经过活性炭吸附以及微生物降解作用后进入中间水箱8;活性炭滤池4运行6天后进行反冲洗，反冲洗时，关闭原水进水阀3，打开排水阀5，使中间水箱8的水流自下而上流过活性炭滤池4，进入反洗水储存水箱6，中间水箱8与反洗水储存水箱6间的高度差提供水流运动的动力，反冲洗完成后，关闭排水阀5，打开原水进水阀3，重新进行过滤；
[0067]三、将MCDI组件10、太阳能供电系统16用导线连接成完整回路，使M⑶I组件10电极上施加的电压为1.2V，在电压作用下，水流通道会形成静电场;运行时，中间水箱8的出水在中间水箱8与清水水箱15高度差作用下经MCDI组件10的进水口进入，进行脱盐过程；
[0068]四、采用反接电路的方式进行脱附:当MCDI组件10运行3天后，关闭MCDI进水阀9，打开再生阀11，让清水水箱15中的水在清水水箱15和浓盐水储存水箱12高度差作用下反向流过MCDI组件10，同时将MCDI组件10的两个电极18与太阳能供电系统16反接，脱附已经吸附的离子，脱附的离子会随着反向的水流流入浓盐水储存水箱12，经过2小时再生后，关闭再生阀11，打开MCDI进水阀9，重新进行脱盐过程；
[0069]五、运行12天后，对反洗水储存水箱6进行清理，同时将浓盐水储存水箱12中的浓盐水取出进行自然蒸发处理；
[0070]六、M⑶I组件10采用周期性连续运行，每个周期包括吸附和脱附两个阶段。
[0071 ]本实施例中活性炭滤池4，其空床滤速为8m/h，空床接触时间为1min，活性炭层厚度为2.0m，活性炭粒径为1.2mm;使用石英砂作为承托层，级配组成由上自下是粒径为Imm的铺设厚度为100mm，粒径为2mm的铺设厚度为100mm，粒径为4mm的铺设厚度为100mm，粒径为8mm的铺设厚度为I OOmm，粒径为16mm的铺设厚度为150mm;所述中间水箱8的容量为处理水量的8% ；电极18的材质为碳纤维;步骤四中电极18上施加的电压为1.2V。
[0072]本实施例整个过程采用重力流，可节省动力费用；
[0073]本实施例中的活性炭滤池耦合太阳能驱动的MCDI处理苦咸水组合装置采用太阳能供电系统，并增设应急市政供电线路；即节省电能消耗，又避免了因阴雨天气太阳能电池供电不足导致设备不能正常运行的问题；
[0074]本实施例使用活性炭滤池作为M⑶I的预处理，活性炭滤池通过活性炭吸附作用与微生物降解去除苦咸水中的大部分有机物，一方面提高了出水水质，另一方面避免了有机物对MCDI电极的污染，提高MCDI对盐分去除效果，使MCDI能够长期稳定进行脱盐工作；
[0075]本实验例采用周期性运行，吸附与脱附交替工作，脱附阶段不需要使用化学药剂清洗，节省材耗和能耗，同时避免化学药剂对于MCDI特性改变。
[0076]试验用原水水质为:pH为7.9?8.7，CODnn为0.91?I.32mg/L，F—为2.2?4.3mg/L，
[0077]NO3—为 7.9?15.3mg/L，S042—为 200 ?350mg/L，Cl—为 1000 ?2000mg/L，水温为 13 ?26。。；
[0078]经处理后，出水水质为:pH为6.6?8.I，CODnn为0.64?0.79mg/L，F—为0.5?0.7mg/L，NO3—为3.8?6.2mg/L，SO42—为50?60mg/L，Cl—为210?230mg/L，水温为13?26 °C ；
[0079]C0DMn、F—、N03—、S042—、C1—的去除率分别为 30% ?40%、75%?85%、50%?60%、75 %?83 %、79%?88.5%,经本实施例中的设备处理后，出水满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)的水质要求。
【主权项】
1.一种活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置，其特征在于它包括原水水箱(I)、止回阀(2)、原水进水阀(3)、活性炭滤池(4)、排水阀(5)、反洗水储存水箱(6)、反洗阀(7)、中间水箱(8)、MCDI进水阀(9)、MCD I组件(1)、再生阀(I I)、浓盐水储存水箱(12)、液体流量计或水表(13)、出水阀(14)、清水水箱(15)、太阳能供电系统(16); 所述原水水箱(I)底部出水管道设置止回阀(2)和原水进水阀(3)，并与活性炭滤池(4)上部进水管道相连通;反洗水储存水箱(6)的进水管设置排水阀(5)，并与活性炭滤池(4)上部进水管相连通;活性炭滤池(4)底部设置出水管道和反洗阀(7)，出水管道与中间水箱(8)的进水管相连通；中间水箱(8)的出水管设置MCDI进水阀(9)，并与MCDI组件(10)的进水管相连通;浓盐水储存水箱(12)的进水管设置再生阀(11)，并与MCDI组件(10)的进水管相连通;MCDI组件(10)的出水管设置流量计或水表(13)、出水阀(14)，并与清水水箱(15)进水管相连通。2.根据权利要求1所述的一种活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置，其特征在于所述原水水箱(I)与进水管道相连同。3.根据权利要求1所述的一种活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置，其特征在于所述清水水箱(15)的出水管道与供水管道相连通。4.根据权利要求1所述的一种活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置，其特征在于所述活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置采用太阳能供电系统(16)，并增设应急市政供电线路。5.根据权利要求1所述的一种活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置，其特征在于所述活性炭滤池(4)，其空床滤速为8m/h，空床接触时间为1min，活性炭层厚度为2.0m，活性炭粒径为0.8?1.7mm；使用石英砂作为承托层，级配组成由上自下是粒径为I?2mm的铺设厚度为100mm，粒径为2?4mm的铺设厚度为100mm，粒径为4?8mm的铺设厚度为100mm，粒径为8?16mm的铺设厚度为100mm，粒径为16?32mm的铺设厚度为150mm;所述中间水箱(8)的容量为处理水量的5 %?1 %。6.根据权利要求1所述的一种活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置，其特征在于所述MCDI组件(10)由多个相同的MCDI单元串联而成，可处理不同浓度的苦咸水；当处理水量过大时，还可以将多个MCDI组件(10)并联运行;每个MCDI单元包括电流收集器(17)、电极(18)、离子交换膜(19)、水流通道(20); 其中电极(18)的材质为活性炭、碳布、碳纤维、碳气凝胶、碳纳米管、石墨、石墨烯、有序介孔碳、碳基材料、炭黑中的一种或几种按任意比组合成的复合材料； 水流通道(20)的宽度为I?3mm，由分隔物填充，分隔物的材质为活性炭纤维。7.根据权利要求1所述的一种活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置，其特征在于所述太阳能供电系统(16)包括太阳能电池板(21)、太阳能控制器(22)、蓄电池(23)和可变电阻(24)。8.如权利要求1所述一种活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置的应用方法，其特征在于它按以下步骤进行: 一、原水经进水管直接进入原水水箱(I)，通过原水水箱(I)内的浮球阀控制进水量，保证原水水箱(I)水位恒定，并通过调整原水水箱(I)与中间水箱(8)间的高度差来控制活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置的工作压力； 二、原水水箱(I)的出水由活性炭滤池(4)上部的进水口进入，经过活性炭吸附以及微生物降解作用后进入中间水箱(8);活性炭滤池(4)运行6天后进行反冲洗，反冲洗时，关闭原水进水阀(3)，打开排水阀(5)，使中间水箱(8)的水流自下而上流过活性炭滤池(4)，进入反洗水储存水箱(6)，中间水箱(8)与反洗水储存水箱(6)间的高度差提供水流运动的动力，反冲洗完成后，关闭排水阀(5)，打开原水进水阀(3)，重新进行过滤； 三、将MCDI组件(10)、太阳能供电系统(16)用导线连接成完整回路，使MCDI组件(10)电极(18)上施加的电压为1.2V，在电压作用下，水流通道会形成静电场;运行时，中间水箱8的出水在中间水箱(8)与清水水箱(15)高度差作用下经MCDI组件(10)的进水口进入，进行脱盐过程； 四、采用反接电路的方式进行脱附:当MCDI组件(10)运行3天后，关闭MCDI进水阀(9)，打开再生阀(11)，让清水水箱(I 5)中的水在清水水箱(15)和浓盐水储存水箱(12)高度差作用下反向流过MCDI组件(10)，同时将MCDI组件(10)的两个电极(18)与太阳能供电系统(16)反接，脱附已经吸附的离子，脱附的离子会随着反向的水流流入浓盐水储存水箱(12)，经过2小时再生后，关闭再生阀(11)，打开MCDI进水阀(9)，重新进行脱盐过程； 五、运行12天后，对反洗水储存水箱(6)进行清理，同时将浓盐水储存水箱(12)中的浓盐水取出进行自然蒸发处理； 六、MCDI组件(10)采用周期性连续运行，每个周期包括吸附和脱附两个阶段。9.根据权利要求8所述的一种活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置的应用方法，其特征在于步骤二中活性炭滤池(4)是周期性运行的，运行周期为6天，反冲洗时间为1min，反冲洗水强度为8L/(s.m2)。10.根据权利要求8所述的一种活性炭滤池耦合太阳能驱动的膜电容去离子处理苦咸水的装置的应用方法，其特征在于步骤四中电极(18)上施加的电压为0.8?1.5V。
【文档编号】C02F9/06GK105948187SQ201610415736
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月7日
【发明人】梁恒, 王天玉, 瞿芳术, 丁安, 余华荣, 李圭白
【申请人】哈尔滨工业大学水资源国家工程研究中心有限公司