專利名稱：：海水電脫鹽裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型提供一種新型的可實(shí)現(xiàn)能量回收的低能耗海水電脫鹽裝置，該電脫鹽裝置可用于海水或苦咸水淡化，或含離子廢水的凈化與金屬回收。技術(shù)背景目前國(guó)內(nèi)外常用的除鹽方法，主要釆用蒸餾法，電滲析，離子交換，多層閃蒸，反滲透等。對(duì)于海水或苦咸水淡化多采用后兩種方法。上述方法中，電滲析的優(yōu)點(diǎn)在于操作方便，適合處理高含鹽的水，屬粗除鹽設(shè)備，缺點(diǎn)在于水耗和電耗較大，且其進(jìn)水要求較高；離子交換用填充床或混床，屬傳統(tǒng)工藝，優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備投資較低，缺點(diǎn)在于運(yùn)行成本高，需要化學(xué)再生造成二次污染或需要二次凈化，對(duì)操作人員要求稍高，一般處理含鹽濃度不高的廢水；反滲透(R0膜法)，在中國(guó)巿場(chǎng)上僅十年左右，如新近公開的200710017966.6號(hào)專利申請(qǐng)，就是采用反滲透膜及裝置進(jìn)行脫鹽的處理工藝，將海水通過自清洗過濾器，至超濾裝置中進(jìn)行預(yù)處理，經(jīng)增壓過濾去除反滲透系統(tǒng)進(jìn)水中可能存在的微小顆粒，再提升反滲透裝置進(jìn)水壓力，進(jìn)行脫鹽處理；該方法優(yōu)點(diǎn)在于自動(dòng)化程度高，噸處理成本4.02元/口屯，去除率高于電滲析，操作方便；缺點(diǎn)在于投資較大，雖然運(yùn)行成本較電滲析低，但仍然高達(dá)4一5度電/噸水，且對(duì)進(jìn)水要求較高，需除去大于1微米的所有顆粒；同時(shí)得水率較低，每2至3噸原水才能制備1至2噸淡水。由于全球淡水的日趨緊張，進(jìn)一步降低海水或內(nèi)陸苦咸水淡化的成本，已成為世界許多國(guó)家研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容為解決上述技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種低成本，低能耗，無二次污染的海水或內(nèi)陸苦咸水淡化用的海水電脫鹽裝置，本裝置同樣適用于回收苦咸水或海水中的鹽，或金屬礦廢水中的金屬離子，或用于凈化一些含有帶電粒子的廢水。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供一種新型的可實(shí)現(xiàn)能量回收的低能耗的海水電脫鹽裝置。該電脫鹽裝置是利用活性炭電極獨(dú)特的雙電層吸附特性，形成了超級(jí)電容的結(jié)構(gòu)特性，在充電與脫鹽過程中，離子或帶電荷的粒子將吸附富集于該電脫鹽裝置中的活性炭電極上，回收凈化后的水或淡水。在放電與電極再生的過程中，離子或帶電荷的粒子從活性炭電極上解吸出來，回到溶液體系中，得到濃鹽水。本發(fā)明裝置包括陰陽(yáng)集電極[2、3]、活性炭陰陽(yáng)電極[2a3a]、入水口[4]、淡水出口[5]和濃縮液出口[6]，其特征是在電絕緣脫鹽容器[7]內(nèi)設(shè)置由集電陰極[2]活性炭陰極[2a]組成的陰極板以及由活性炭陽(yáng)極[3a]集電極陽(yáng)極[3]組成的陽(yáng)極板，在陰極板與陽(yáng)極板之間布設(shè)可透分離介質(zhì)，陰陽(yáng)集電極分別與電源正負(fù)極相聯(lián)接。本實(shí)用新型裝置的陰極板和陽(yáng)極板為各自緊密接觸的疊合體，集電陰極[2]與活性炭陰極[2a]之間以導(dǎo)電接觸層疊配置；活性炭陰極與可透分離介質(zhì)之間以緊密接觸層疊配置；可透分離介質(zhì)、活性炭陽(yáng)極[3a]和集電陽(yáng)極[3]依次按層疊接觸配置；陰陽(yáng)集電極分別與直流電源的正極、負(fù)極相聯(lián)接。集電極可以是紫銅、鈦、導(dǎo)電聚合物、石墨或任何可耐受使用環(huán)境的金屬或非金屬材料制成，在金屬集電極上以導(dǎo)電良好的方式連接并緊密固定一塊相同尺寸的特制活性炭電極，即作為活性炭陰極和陽(yáng)極使用的是比表面積為1000~3000m2/g的專用電極活性炭?？赏阜蛛x介質(zhì)為有機(jī)樹脂類離子透膜或無機(jī)分離介質(zhì)，有偏聚四氟乙烯、醋酸纖維膜、聚乙烯醇縮甲醛、聚乙烯、聚丙烯類有機(jī)樹脂膜，無機(jī)分離介質(zhì)為各種普通活性炭，如竹炭、汽油吸附炭、食糖炭，其比表面積應(yīng)《1000mVg,作分離介質(zhì)用的活性炭占兩電極板之間容積的30~50%。疊合在集電極上的炭電極之間布設(shè)離子透膜或無機(jī)活性炭分離介質(zhì)，使得在充電的過程中幫助分離帶電離子或粒子。本裝置的結(jié)構(gòu)還設(shè)計(jì)為與絕緣容器成一體在其端部帶有集水槽[9]容器[7]兩端的內(nèi)上方固定有支撐塊[8]，使裝在陰極板與陽(yáng)極板頂部的電極板架[l]帶動(dòng)極板在支撐塊上作平行移動(dòng)，在集水槽[9]端支撐塊[8]之間的內(nèi)壁上開有進(jìn)水口[4]，容器另一端下部的兩邊與中部分別開有濃縮水出口[6]及淡水出口[5]。該裝置的入水管、淡水出口和濃縮液出口均與布孔水管相連通，以保證水流均勻；入水管除頂部其周邊布有水孔，位于容器中部的凈水管周圍均有布水孔，位于電極板下方的濃縮液收水管靠電極一側(cè)帶有布水孔。釆用本實(shí)用新型裝置進(jìn)行海水電脫鹽的方法如下a)將海水或內(nèi)陸咸水經(jīng)入水口通入絕緣容器中，通入及流出流速按凈化淡水中的離子濃度或出水的水質(zhì)要求控制；b)將電壓調(diào)至使水中陰、陽(yáng)離子分離，以不進(jìn)行電解反應(yīng)為準(zhǔn)，電壓根據(jù)兩極板之間的距離和分離介質(zhì)的種類進(jìn)行調(diào)整；c)當(dāng)活性炭電極吸附離子達(dá)到飽合或預(yù)先設(shè)定的飽合值時(shí)，將陰、陽(yáng)極反向連接，同時(shí)繼續(xù)通入源水再生炭電極，使被吸附的離子被完全解吸，得到鹽的濃縮液作鹽化產(chǎn)品使用；d)電極吸附充電儲(chǔ)存的電能在解吸時(shí)得到>90%的回收。本發(fā)明方法可用于處理污水中帶電荷有機(jī)或無機(jī)物質(zhì)的分離、咸水淡化或金屬礦的廢水處理，如果應(yīng)用于污水處理，則濃縮液中的污染物成份需要進(jìn)一步深度處理(此時(shí)污水濃度已大大提高，待處理水量已大大減少)才可以排放。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下顯著效果1、能使海水或苦咸水淡化至C1—<30ppm的淡水。若為內(nèi)陸苦咸水，則其特定的鹽濃度小于國(guó)家飲用淡水標(biāo)準(zhǔn)。2、處理水的運(yùn)行成本《l元/呻。3、與反滲透法和電滲析法相比，能耗和投資顯著下降，同時(shí)省去清洗膜與電極的各種化學(xué)藥劑。4、避免使用高電壓時(shí)產(chǎn)生的電解反應(yīng)，不產(chǎn)生氯氣污染或氫氣的易燃危險(xiǎn)。具體實(shí)施方式結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作如下說明1、脫鹽容器是用塑料板制造一個(gè)長(zhǎng)方型的盒子作電極槽長(zhǎng)60cm;寬30cm;高20cra;其中盒子的體積可大可?。婚L(zhǎng)、寬、高尺寸的確定，可根據(jù)處理水量的多少而做調(diào)整。其材質(zhì)為對(duì)電絕緣的各種塑料、石材、或在金屬材質(zhì)上涂敷絕緣層即可。參見附圖，緊靠絕緣脫鹽容器7的端部與其成一體帶有集水槽9，待處理海水首先經(jīng)過一根布水管進(jìn)入集水槽9,管的下側(cè)有布水孔，孔的直徑與淡水出水流量相匹配，以利于咸水的均勻流入，海水由集水槽9通過隔壁上的進(jìn)水口4進(jìn)入電極槽脫鹽容器內(nèi)。在容器兩端的內(nèi)上方固定有支撐塊8，裝在兩個(gè)陰陽(yáng)電極板上的電極板架1置于支撐塊8上沿，使電極板架1帶動(dòng)陰極板和陽(yáng)極板在支撐塊上作平行移動(dòng)，來調(diào)整兩塊極板的間距；在容器另一端下部的兩邊與中部分別開有濃縮水出口6及淡水出口5，淡水出口5與濃縮水出口6均與布孔水管相連通，位于容器中部的凈水管周圍均有布水孔，位于電極板下方的濃縮液管靠電極一側(cè)帶布水孔。2、在長(zhǎng)方型盒子的兩邊內(nèi)側(cè)各掛一塊長(zhǎng)58cm(可以是小塊的組盒，各塊之間用金屬連接)、厚lcm、高19cm的導(dǎo)電良好的石墨集電極。在集電極上以導(dǎo)電良好的方式連接并緊密固定一塊相同尺寸的特制活性炭電極，使其與炭電極之間具有良好的導(dǎo)電性能，該炭電極專用活性炭的比表面積為1000-3000mVg。3、位于容器內(nèi)側(cè)的兩塊極板分別作陰極板和陽(yáng)極板，陰極板中的集電陰極2與活性炭陰極2a之間以導(dǎo)電接觸層疊配置；活性炭陰極2a與可透分離介質(zhì)之間以緊密接觸層疊配置；可透分離介質(zhì)、活性炭陽(yáng)極3a和集電陽(yáng)極3依次按層疊接觸配置。集電陰極與直流電源的正極連接，集電陽(yáng)極與電源負(fù)極相連接。4、在盒子中間設(shè)置離子可透過性薄膜偏聚四氟乙烯，在充電的過程中幫助分離正負(fù)離子或粒子。如選用普通活性炭作分離介質(zhì)，其比表面積應(yīng)控制在1000mVg以下，該活性炭占兩電極板之間容積的30~50%。5、在盒子一側(cè)中上方設(shè)一根布水管進(jìn)入集水槽9長(zhǎng)度約5cm,管的下側(cè)有布水孔，孔的直徑與淡水出水流量相匹配，以利于咸水的均勻流入。另一側(cè)中間設(shè)一凈化淡水出水管。槽兩側(cè)電極下方設(shè)有濃縮水收水管，濃縮鹽水經(jīng)出口6流出。采用本實(shí)用新型裝置進(jìn)行海水脫鹽的方法如下1、開始將海水從布水管不斷地進(jìn)入，其流速以凈化后的凈化水中的離子濃度或出水水質(zhì)要求符合凈化的使用要求為準(zhǔn)本技術(shù)實(shí)施中淡水的氯根要求為30ppm,流入速度為16L/min。2、然后將電壓調(diào)至能使水中陰、陽(yáng)離子分離，以不進(jìn)行電解反應(yīng)為準(zhǔn)；且能使槽中間的水淡化為止；本技術(shù)實(shí)施中電壓控制在0—3V之間，陰陽(yáng)極板的間距調(diào)整在250cm。3、調(diào)節(jié)出水閥，使淡水以16L/min流速流出，濃縮水可從槽兩側(cè)電極下方所設(shè)的收水管排出,，4、當(dāng)活性炭電極吸附的離子達(dá)到飽和或者預(yù)先設(shè)定的飽和值時(shí)需短路正負(fù)極，即將陰、陽(yáng)板反向連接，以實(shí)現(xiàn)活性炭電極的再生。5、預(yù)先設(shè)定的飽和值可依據(jù)脫除的正負(fù)離子的種類及其所形成的鹽的溶解度來確定，以避免產(chǎn)生不溶解的鹽沉淀污染電極和離子隔膜。6、當(dāng)電極吸附的離子濃度影響到出水的質(zhì)量，或可能導(dǎo)致活性炭電極或離子透分隔膜被污染，也需及時(shí)再生(再生時(shí)間的確定，視水質(zhì)成分依據(jù)4中所敘述的標(biāo)準(zhǔn)而變)7、再生時(shí)，將兩極短路或陰、陽(yáng)極交換連接，同時(shí)繼續(xù)通入源水，進(jìn)行再生，并且同時(shí)獲得濃縮后的鹽。其停留時(shí)間視電極清潔情況而定，應(yīng)足夠使被吸附的離子被完全解吸，并得到回收。8、電極吸附充電時(shí)儲(chǔ)存的電能在解吸時(shí)可以得到>90%的回收。實(shí)現(xiàn)低能耗的綠色淡化或凈化過程。9、如果應(yīng)用于污水處理，則濃縮水中的污染物的成分需要進(jìn)一步進(jìn)行深度處理，才可以排放。如果應(yīng)用于咸水淡化或金屬礦的廢水處理，則濃縮的水，可作其他水的用途或做下流鹽化產(chǎn)品等用水。10、本發(fā)明實(shí)施中進(jìn)水和出水水質(zhì)指標(biāo)要求如下表1進(jìn)水水質(zhì)<table>tableseeoriginaldocumentpage133</column></row><table>處理噸水運(yùn)行綜合成本為0.5-l元。我國(guó)有IO個(gè)省人均水資源量低于500m3'，為重度缺水，特別是一些沿海和內(nèi)陸干單富苦咸水地區(qū)城巿嚴(yán)重受制于淡水資源缺乏，大規(guī)模利用海水對(duì)于沿海和內(nèi)陸干旱富苦咸水地區(qū)(例如塔里木盆地)未來發(fā)展將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。水資源短缺嚴(yán)重制約沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中一個(gè)極其嚴(yán)重的問題。我國(guó)擁有很長(zhǎng)的海岸線，海水資源豐富，對(duì)這個(gè)取之不盡，用之不竭的大水庫(kù)，我們不可能視而不見。隨著海水淡化科技日益進(jìn)步，成本開始降低，許多面臨水荒問題，正積極開拓新水源的地區(qū)，也開始把目光投向了浩瀚無邊的海洋。降低能耗是海水淡化無法回避的問題。本發(fā)明正是解決了降低能耗作用既能應(yīng)用于海水淡化，又能應(yīng)用于污水的處理。所以應(yīng)用范圍廣，有著廣泛的工業(yè)化應(yīng)用前景。權(quán)利要求1、一種海水電脫鹽裝置，該裝置包括陰陽(yáng)集電極[2、3]、活性炭陰陽(yáng)電極[2a3a]、入水口[4]、淡水出口[5]和濃縮液出口[6]，其特征是在電絕緣脫鹽容器[7]內(nèi)設(shè)置由集電陰極[2]活性炭陰極[2a]組成的陰極板以及由活性炭陽(yáng)極[3a]集電極陽(yáng)極[3]組成的陽(yáng)極板，在陰極板與陽(yáng)極板之間布設(shè)可透分離介質(zhì)，陰陽(yáng)集電極分別與電源正負(fù)極相聯(lián)接。2、按照權(quán)利要求1所述的海水電脫鹽裝置，其特征在于a)集電陰極[2]與活性炭陰極[2a]之間以導(dǎo)電接觸層疊配置；b)活性炭陰極與可透分離介質(zhì)之間以緊密接觸層疊配置；c)可透分離介質(zhì)、活性炭陽(yáng)極[3a]和集電陽(yáng)極[3]依次按層疊接觸配置；d)陰陽(yáng)集電極分別與直流電源的正極、負(fù)極相聯(lián)接。3、按照權(quán)利要求1或2所述的海水電脫鹽裝置，其特征是所述的可透分離介質(zhì)[8]為有機(jī)樹脂類離子透膜或無機(jī)分離介質(zhì)，有偏聚四氟乙烯或醋酸纖維膜或聚乙烯醇縮甲醛或聚乙烯或聚丙烯類有機(jī)樹脂膜；無機(jī)分離介質(zhì)為各種普通活性炭，有竹炭或汽油吸附炭或食糖炭，其比表面積應(yīng)《1000mVg，作分離介質(zhì)用的活性炭占兩電極板之間容積的30~50%。4、按照權(quán)利要求1或2所述的海水電脫鹽裝置，其特征是所述的作為活性炭陰陽(yáng)極使用的是比表面積為1000~3000mVg的專用電極活性炭，疊合在集電極上的炭電極之間布設(shè)離子透膜或無機(jī)活性炭分離介質(zhì)。5、按照權(quán)利要求l所述的海水電脫鹽裝置，其特征在于與絕緣容器成一體在其端部帶有集水槽[9]，容器[7]兩端的內(nèi)上方固定有支撐塊[8]，使裝在陰極板與陽(yáng)極板頂部的電極板架[l]帶動(dòng)極板在支撐塊上作平行移動(dòng)，在集水槽[9]端支撐塊[8]之間的內(nèi)壁上開有進(jìn)水口[4],容器另一端下部的兩邊與中部分別開有濃縮水出口[6]及淡水出口[5]。6、按照權(quán)利要求5所述的海水電脫鹽裝置，其特征在于入水管、淡水出口[5]和濃縮液出口[6]均與布孔水管相連通，入水管除頂部其周邊均布有水孔，位于容器中部的凈水管周圍均有布水孔，位于電極板下方的濃縮液收水管靠電極一側(cè)帶有布水孔。專利摘要本實(shí)用新型提供一種可實(shí)現(xiàn)能量回收的低能耗海水電脫鹽裝置。該裝置是由集電陰極，活性炭陰極，可透分離介質(zhì)，活性炭陽(yáng)極，集電陽(yáng)極構(gòu)成。其特點(diǎn)是采用活性炭電極雙電層吸附，形成超級(jí)電容的結(jié)構(gòu)特性。在充電與脫鹽過程中，離子或帶電荷的粒子將吸附富集于該電脫鹽裝置中的活性炭電極，而裝置的內(nèi)腔可回收凈化后的水或淡水；在放電與電極再生的過程中，離子或帶電荷的粒子從活性炭電極上解吸，回到溶液體系中，得到的濃鹽水可用于回收苦咸水或海水中的鹽。該電脫鹽裝置可用于海水或苦咸水淡化，或含離子廢水的凈化與金屬回收；本實(shí)用新型能使海水或苦咸水淡化至至Cl^-≤30ppm的淡水，處理水的運(yùn)行成本≤1元/噸。文檔編號(hào)C02F103/08GK201165478SQ20082001036公開日2008年12月17日申請(qǐng)日期2008年1月18日優(yōu)先權(quán)日2008年1月18日發(fā)明者古可隆,李國(guó)君,李國(guó)臣申請(qǐng)人:朝陽(yáng)森塬活性炭有限公司