[发明专利]基于直流电场作用下电容式海水淡化设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种海水淡化的工艺与设备，具体是一种基于直流电场作用下电容式海水淡化设备和方法。

背景技术

水资源严重短缺已成为制约我国缺水地区经济发展的重要因素，海水淡化成为解决这一问题的关键手段之一。

现有的海水淡化技术主要是热法（蒸馏法）和海水反渗透（SWRO）膜法。热法海水淡化只适宜在陆地跟发电厂进行水电联产，建设大型海水淡化工厂。目前全球范围内的新建海水淡化工程中，反渗透市场约占70%的份额，已经成为海水淡化的主流。但反渗透法海水淡化最主要的问题是设备投资和造水成本较高，而导致成本居高不下的重要原因之一在于反渗透海水淡化的操作压力一般都在5.5MPa以上，必然要求使用耐高压容器和管道系统；其次，海水的高含盐量所具有的腐蚀性，对管道材质有苛刻要求，需要采用如双相不锈钢等特殊材质，管道系统的投资最高可占淡化系统投资的30%左右；最后，在水利用率方面，反渗透法的水利用率一般仅为45%～50%，排放的浓水量很大。近年来，随着技术水平的不断进步，海水淡化的造水成本持续降低。然而，目前的产水成本仍然偏高。研发新的、低成本海水淡化技术，突破现有技术瓶颈，降低海水淡化系统对管道材质的要求，降低吨水耗电量，提高海水淡化的水利用率成为发展趋势和迫切需求。

近些年来，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海水淡化的工艺与设备出现了。电容式海水淡化是利用电容去离子模块正负电极组成的电容充电时的电场作用，穿过电容的海水中的阴、阳离子，向带相反电荷的电极表面迁移，形成双电层，从而使海水中的盐、胶体颗粒及其它带电物质滞留在电极表面，实现海水的脱盐和净化，此过程称为正充电吸附。当电极吸附饱和时，将电极施加反向电压，让双电层放电，吸附在电极表面的阴、阳离子从电极表面脱附下来，从而实现了电极的再生，可以进行下一次正充电吸附过程，此过程称为反充电脱附。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海水淡化的设备和方法，提高工作效率，最大限度地降低海水淡化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的电容式海水淡化设备，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。

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淡化海水，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，彻底解决了海水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。

附图说明

图1为本发明电容式海水淡化设备的构成示意图；

图2为本发明的电容去离子模块的结构示意图；

图3为本发明的电容式海水淡化方法的工艺流程图。

附图标记说明：

1－原料海水水箱；2－加压泵；3－砂滤器；4－超滤器；41-超滤器排水口；5－直流电源；6－第一级电容去离子模块；7－中间水箱；8－加压泵；9－直流电源；10－第二级电容去离子模块；11－产品水箱；12-主管线；13-反冲洗浓水排放口；14-原料海水入口；15-回流管道；61-阴电极；62-阴电极上的多孔炭薄膜；63-正离子格栅；64-网布；65-负离子格栅；66-阳电极上的多孔炭薄膜；67-阳电极。

具体实施方式