电容去离子装置、系统和电容去离子方法

摘要

电容去离子装置，包括：电极对、电极对支撑框、有机玻璃容器、用于通电的集电极、用于连接到原水池的进水管和用于连接到净水池的出水管，电极对支撑框包括相对设置的第一电极置放面、第二电极置放面、入水口和出水口，所有电极对以及所有电极对支撑框均位于有机玻璃容器内，有机玻璃容器为一种厚内壁的密封容器，进水管穿过有机玻璃容器连通到入水口，出水管穿过有机玻璃容器连通到出水口，电容去离子装置中装入待处理水时，与待处理水相接触的集电极通电后，电容去离子装置对待处理水进行电容去离子操作。本发明实施例还提供一种电容去离子系统和一种电容去离子方法。

说明书

技术领域

本发明涉及电容去离子技术领域，特别涉及一种电容去离子装置、系统和电容去离子方法。

背景技术

传统电容去离子装置是将一对或几对平行放置的吸附电极放在两个电容去离子模块中间，使电容去离子装置置于水流中，当水流流经吸附电极时，溶液中的离子会被吸附在电极上，降低溶液浓度，这种方式会增加整个电极的内部电阻，造成操作成本过高的后果。此外，由于水自身重力的原因，水流并不能覆盖整个电极，造成电极有效接触面积的降低。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种电容去离子装置、系统和电容去离子方法。

本发明实施例提供一种电容去离子装置，其特征在于，包括：电极对、电极对支撑框、有机玻璃容器、用于通电的集电极、用于连接到原水池的进水管和用于连接到净水池的出水管，所述电极对支撑框包括相对设置的第一电极置放面、第二电极置放面、入水口和出水口，所述电极对包括第一炭电极和第二碳电极，第一电极置放面放置有所述第一炭电极，所述第二电极置放面放置有所述第二炭电极，所述第一炭电极与所述第二炭电极之间有用于置放来自原水池的待处理水的蓄水中空结构，所述蓄水中空结构与所述入水口和所述出水口相连通；所述电容去离子装置包括至少两对所述电极对以及至少两个用于支撑放置所述电极对的电极对支撑框，相邻两个所述电极对之间放置有离子交换膜；所有所述电极对以及所有所述电极对支撑框均位于所述有机玻璃容器内，所述有机玻璃容器为一种厚内壁的密封容器，所述进水管穿过所述有机玻璃容器连通到所述入水口，所述出水管穿过所述有机玻璃容器连通到所述出水口，所述电容去离子装置中装入所述待处理水时，与所述待处理水相接触的所述集电极通电后，所述电容去离子装置对所述待处理水进行电容去离子操作。

本发明实施例还提供一种电容去离子系统，其特征在于，包括：用于盛放待处理水的原水池、第一电容去离子装置、第二电容去离子装置、第三电容去离子装置和第四电容去离子装置、用于盛放经去离子处理后所得水的净水池、以及用于控制进水量的过渡池，还包括用于供电的、与所述第一电容去离子装置、所述第二电容去离子装置、所述第三电容去离子装置和所述第四电容去离子装置相电连接的电源；述原水池连接到所述过渡池，所述过渡池的流水管道上串接用于控制水流量的阀门V1、一过滤器和用于监测水流量的第一水流量计后采用分流管道，所述分流管道串接阀门V2连接到所述第一电容去离子装置的进水管，所述分流管道还串接阀门V3连接到所述第三电容去离子装置的进水管，所述第二电容去离子装置的进水管连接到所述第一电容去离子装置的出水管，所述第二电容去离子装置的出水管串联第一电导率计后接入阀门V4，所述第四电容去离子装置的进水管连接到所述第三电容去离子装置的出水管，所述第四电容去离子装置的出水管串联第二电导率计后接入所述阀门V4；所述阀门V4串联用于开放所述经去离子处理后所得水到所述净水池的阀门V5、第二流量计后接入所述净水池，所述阀门V4还串联用于使水流返回至所述过渡池的阀门V6、第三流量计后接入所述过渡池；所述过渡池放置有用于监控所述过渡池水量的液面传感器；所述第一电容去离子装置、所述第二电容去离子装置、所述第三电容去离子装置和所述第四电容去离子装置均为前述的电容去离子装置。

本发明实施例还提供一种电容去离子方法，包括：

电容去离子系统中电源为第一电容去离子装置、第二电容去离子装置、第三电容去离子装置、第四电容去离子装置供电，所述电容去离子系统为前述的电容去离子系统；

开放所述电容去离子系统中的阀门V1，原水池中待处理水流经过渡池、过滤器和第一流量计后进入分流管道；

开放阀门V2，使所述待处理水流入所述第一电容去离子装置；

所述第一电容去离子装置对所述待处理水进行电容去离子处理，并将经所述第一电容去离子装置处理后的水输出至所述第二电容去离子装置；

所述第二电容去离子装置对所述经所述第一电容去离子装置处理后的水再次进行电容去离子处理，并将经所述第二电容去离子装置处理后的水输出至阀门V4；

第一电导率计测量所述经所述第二电容去离子装置处理后的水的第一电导率，若所述第一电导率相比于所述第一电导率计上一次测定的电导率数值不再持续下降，则开放阀门V5将所述经所述第二电容去离子装置处理后的水输出至净水池；若所述第一电导率相比于所述第一电导率计上一次测定的电导率数值持续下降，则开放阀门V6将所述经所述第二电容去离子装置处理后的水输出至所述过渡池；

开放阀门V3，使所述待处理水流入所述第三电容去离子装置；

所述第三电容去离子装置对所述待处理水进行电容去离子处理，并将经所述第三电容去离子装置处理后的水输出至所述第四电容去离子装置；

所述第四电容去离子装置对所述经所述第三电容去离子装置处理后的水再次进行电容去离子处理，并将经所述第四电容去离子装置处理后的水输出至所述阀门V4；

第二电导率计测量所述经所述第四电容去离子装置处理后的水的第二电导率，若所述第二电导率相比于所述第二电导率计上一次测定的电导率数值不再持续下降，则开放所述阀门V5将所述经所述第四电容去离子装置处理后的水输出至所述净水池；若所述第二电导率相比于所述第二电导率计上一次测定的电导率数值持续下降，则开放所述阀门V6将所述经所述第四电容去离子装置处理后的水输出至所述过渡池。

本发明实施例提供的电容去离子装置能够较好地提高水流和电极对的接触面积和吸附效率，以提高电极对的利用率，本发明实施例提供的电容去离子系统能够自动控制电容去离子工艺运行过程中电导率和温度的变化，提高电容去离子工艺的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图1是一较佳实施方式的电容去离子装置的结构组成示意图。

附图2是一较佳实施方式的电极对支撑框的结构组成示意图。

附图3是另一较佳实施方式的电极对支撑框的结构组成示意图。

附图4是一较佳实施方式的电容去离子系统的结构组成示意图。

其中，电容去离子装置10、电极对支撑框11、第一电极置放面111、第二电极置放面112、入水口113、出水口114、第一引流线固定边115、第二引流线固定边116、入水边117、出水边118、引流线119、有机玻璃容器12、进水管13、出水管14、原水池21、第一电容去离子装置221、第二电容去离子装置222、第三电容去离子装置223、第四电容去离子装置224、净水池23、过渡池24、电源25、第一电导率计261、第二电导率计262、过滤器27。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图3所示，本发明实施例提供一种电容去离子装置10，其可包括：电极对、电极对支撑框1、有机玻璃容器2、用于通电的集电极、用于连接到原水池的进水管13和用于连接到净水池的出水管14，电极对支撑框1包括相对设置的第一电极置放面111、第二电极置放面112、入水口113和出水口114，电极对包括第一炭电极和第二碳电极，第一电极置放面放置有第一炭电极，第二电极置放面放置有第二炭电极，第一炭电极与第二炭电极之间有用于置放来自原水池的待处理水的蓄水中空结构，蓄水中空结构与入水口113和出水口114相连通；电容去离子装置10包括至少两对电极对以及至少两个用于支撑放置电极对的电极对支撑框11，相邻两个电极对之间放置有离子交换膜，例如，可以在第二碳电极与下一个电极对支撑框11相接处的位置放置离子交换膜，使离子交换膜与下一个电极对支撑框11的蓄水中空结构相接触；所有电极对以及所有电极对支撑框均位于有机玻璃容器12内，其中，有机玻璃容器12为一种厚内壁的密封容器，如图1所示，电容去离子装置10四周均为非常厚的有机玻璃，为了加固有机玻璃容器12，还可以在有机玻璃容器12内部设置加固件122，进水13穿过有机玻璃容器12连通到各个电极对支撑框11的入水口113，出水管14穿过有机玻璃容器12连通到各个电极对支撑框11的出水口114，电容去离子装置10中装入待处理水时，与待处理水相接触的集电极通电后，电容去离子装置对待处理水进行电容去离子操作。本发明实施例中，集电极可以为一种石墨片。

本发明实施例中，电极支撑框的材质可以为尼龙，其可以通过3D打印技术直接打印成型，电极支撑框的形状、尺寸和部位特点可以通过一种软件程序编写到计算机中，通过计算机的控制，利用3D打印技术来进行打印制造。

本发明实施例提供的电极支撑框能够较好地固定电极对，提高水流和吸附电极的接触面积和吸附效率，且具有制作效率高、生产成本低的特点。

本发明实施例的电容去离子装置10中，由于有机玻璃容器12的支撑，当电容去离子装置10中需要放置20对电极对时，可采用二十个电极对支撑框。其中，相邻两个电极对支撑框之间固定支撑一个碳电极。

本发明实施例的电容去离子装置10中，电极对支撑框11的蓄水中空结构为一方形结构，蓄水中空结构由电极对支撑框11上的第一引流线固定边115、第二引流线固定边116、入水边117和出水边118围成，如图所示，第一引流线固定边115与第二引流线固定边116相对设置，入水边117与出水边118相对设置，蓄水中空结构中设置有引流线119，引流线119的一端固定连接到第一引流线固定边115或第二引流线固定边116上、另一端置空，电极对支撑框11包括至少两条引流线119，至少两条引流线119分别固定连接于第一引流线固定边115或第二引流线固定边116，至少两条引流线中任意相邻两条引流线不连接于同一引流线固定边；入水边117上设置有入水口113，出水边118上设置有出水口114。蓄水中空结构的尺寸可以为612mm×8mm×0.6mm，电极置放槽的厚度可以为1.6mm。

本发明实施例的电容去离子装置10中，电极对支撑框11的第一电极置放面111上设置有凸起结构，第二电极置放面112上设置有内凹结构，凸起结构与内凹结构的尺寸相匹配且相对位置一致，当至少两个电极对支撑框11重叠放置时，在后的电极对支撑框11上的凸起结构置于在前的电极对支撑框11上的内凹结构中，以使各个电极支撑框之间相对位置固定；电极对支撑框11上设置有至少一个凸起结构、至少一个内凹结构。本发明实施例中，第一电极置放面111上可设置有4个凸起结构，4个凸起结构分别位于电极对支撑框11的四个框角位置；第二电极置放面112上可设置有4个内凹结构，4个内凹结构分别位于电极对支撑框11的四个框角位置，且与4个凸起结构位置相对一致，凸起结构可以是中空，中空的部分刚好构成内凹结构。

本发明实施例提供的电容去离子装置能够较好地提高水流和电极对的接触面积，其中的电极对支撑框能够较好地固定电极对，提高吸附电极的吸附效率，以提高电极对的利用率。

如图4所示，本发明实施例还提供一种电容去离子系统，其可包括：用于盛放待处理水的原水池21、第一电容去离子装置221、第二电容去离子装置222、第三电容去离子装置223和第四电容去离子装置224、用于盛放经去离子处理后所得水的净水池23、以及用于控制进水量的过渡池24，还包括用于供电的、与第一电容去离子装置221、第二电容去离子装置222、第三电容去离子装置223和第四电容去离子装置224相电连接的电源25；其中，原水池21连接到过渡池24，过渡池的流水管道上串接用于控制水流量的阀门V1、过滤器27和用于监测水流量的水流量计F1后采用分流管道，分流管道串接阀门V2连接到第一电容去离子装置221的进水管，分流管道还串接阀门V3连接到第三电容去离子装置223的进水管，第二电容去离子装置222的进水管连接到第一电容去离子装置221的出水管，第二电容去离子装置222的出水管串联第一电导率计261后接入阀门V4，第四电容去离子装置224的进水管连接到第三电容去离子装置223的出水管，第四电容去离子装置224的出水管串联第二电导率计262后接入阀门V4；阀门V4串联用于开放经去离子处理后所得水到净水池23的阀门V5、水流量计F2后接入净水池23，阀门V4还串联用于使水流返回至过渡池24的阀门V6、水流量计F3后接入过渡池24；过渡池24放置有用于监控过渡池24水量的液面传感器；第一电容去离子装置221、第二电容去离子装置222、第三电容去离子装置223和第四电容去离子装置224均为图1-图3任一描述的电容去离子装置10。本发明实施例的电容去离子系统还包括连接于原水池21与过渡池24之间的第一水泵，连接于过渡池24与阀门V1之间的第二水泵，连接于第一电导率计261、用于抽取第二电容去离子装置222流出样品水的阀门V7，以及连接于第二电导率计262、用于抽取第四电容去离子装置224流出样品水的阀门V8。

其中，原水池21可盛放待处理水量60升，为了控制水流，可通过液面传感器来监控过渡池24的水量，使其水量保持在5升；水流量计F1可设置为2-20升/小时，当通过水流量计F1检测出当前水流速超过预设值时，可通过阀门V1来减小水流或停止水流；在系统中，第一电容去离子装置221和第二电容去离子装置222为串联关系，水流经过阀门V2可进入第一电容去离子装置221和第二电容去离子装置222进行电容去离子处理；第三电容去离子装置223和第四电容去离子装置224为串联关系，水流经过阀门V3可进入第三电容去离子装置223和第四电容去离子装置224进行电容去离子处理；在实际的使用中，若待处理水的水量并不大时，可仅开放阀门V2或阀门V3即可，当待处理水量非常大时，可同时开放阀门V2和阀门V3，使这四个电容去离子装置同时工作；在第二电容去离子装置222的出水线路中放置有第一电导率计261，第一电导率计261用于测定经第一电容去离子装置221和第二电容去离子装置222处理后，处理水的溶液电导率是否已经趋于一固定值，即水浓度已经下降到不再变化，若相比于上一次测定的电导率数值仍然持续下降，则需将处理水通过阀门V6排出到过渡池24进行重新循环处理，直到处理水的溶液电导率已经趋于一固定值、水浓度已经下降到不再变化，此时可通过开放阀门V5将处理水输出至净水池23，其中，阀门V6的输出管道内设置有水流量计F3，可将水流量计F3的检测数值设置为2-20升/小时，当通过水流量计F3检测出当前水流速超过预设值时，可通过阀门V6来减小水流或停止水流；同样的，在第四电容去离子装置224的出水线路中放置有第二电导率计262，第二电导率计262用于测定经第三电容去离子装置223和第四电容去离子装置224处理后，处理水的溶液电导率是否已经趋于一固定值，即水浓度已经下降到不再变化，若相比于上一次测定的电导率数值仍然持续下降，则需将处理水通过阀门V6排出到过渡池24进行重新循环处理，直到水质达标、处理水的溶液电导率已经趋于一固定值、水浓度已经下降到不再变化，此时可通过开放阀门V5将处理水输出至净水池23，其中，阀门V5的输出管道内设置有水流量计F2，可将水流量计F2的检测数值设置为0.5-5升/小时，当通过水流量计F2检测出当前水流速超过预设值时，可通过阀门V5来减小水流或停止水流。另外，还可以通过阀门V7抽取经第二电容去离子装置222处理后的样品水，通过阀门V8抽取经第四电容去离子装置224处理后的样品水，以用于分析水质。

本发明实施例提供的电容去离子系统的处理量可达到100升/天，处理溶液TDS最大可达到5000ppm浓度。

本发明实施例还提供一种应用上述电容去离子系统进行的电容去离子方法，具体实施方式可包括以下步骤：

步骤S1，电容去离子系统中电源25为第一电容去离子装置221、第二电容去离子装置222、第三电容去离子装置223、第四电容去离子装置224供电，电容去离子系统为图3所描述的电容去离子系统；

步骤S2，开放电容去离子系统中的阀门V1，原水池21中待处理水流经过渡池24、过滤器27和水流量计F1后进入分流管道；

步骤S3，开放阀门V2，使待处理水流入第一电容去离子装置221；

步骤S4，第一电容去离子装置221对待处理水进行电容去离子处理，并将经第一电容去离子装置221处理后的水输出至第二电容去离子装置222；

步骤S5，第二电容去离子装置222对经第一电容去离子装置221处理后的水再次进行电容去离子处理，并将经第二电容去离子装置222处理后的水输出至阀门V4；

步骤S6，第一电导率计261测量经第二电容去离子装置222处理后的水的第一电导率，若第一电导率相比于第一电导率计261上一次测定的电导率数值不再持续下降，则开放阀门V5将经第二电容去离子装置222处理后的水输出至净水池23；若第一电导率相比于第一电导率计261上一次测定的电导率数值持续下降，则开放阀门V6将经第二电容去离子装置222处理后的水输出至过渡池24；

步骤S7，开放阀门V3，使待处理水流入第三电容去离子装置223；

步骤S8，第三电容去离子装置223对待处理水进行电容去离子处理，并将经第三电容去离子装置223处理后的水输出至第四电容去离子装置224；

步骤S9，第四电容去离子装置224对经第三电容去离子装置223处理后的水再次进行电容去离子处理，并将经第四电容去离子装置224处理后的水输出至阀门V4；

步骤S10，第二电导率计测量经第四电容去离子装置224处理后的水的第二电导率，若第二电导率相比于第二电导率计262上一次测定的电导率数值不再持续下降，则开放阀门V5将经第四电容去离子装置224处理后的水输出至净水池23；若第二电导率相比于第二电导率计262上一次测定的电导率数值持续下降，则开放阀门V6将经第四电容去离子装置224处理后的水输出至过渡池24。

由上述步骤可知，本发明实施例的电容去离子系统是一种循环处理系统，通过管件的循环连接实现电容去离子系统的操作，同时也精确控制最终产品水的浓度。通过简单控制循环水速和产品水流速的比可以实现处理水在系统中的滞留时间从而达到控制最终产品水的浓度。其中前置容器（原水池）与过渡容器（过渡池）相连，过渡容器中水的体积大小由开关传感器（液面传感器）控制。当系统开始运行时，过渡容器中水的浓度与前置容器中原水浓度一样。一旦程序开始运行，过渡容器中水的浓度开始下降直到不在变化为止。浓度随时间的变化与循环水速率，电容去离子模块的效率和过渡容器的体积相关。此外，必须要注意的是当过渡容器中溶液达到平衡时，系统运行程序要从循环方式切换为直流方式。此外，如果设定了出水的浓度为定值，那么系统的脱盐效率就与溶液的初始浓度无关，只与器件的效率有关，操作时，仅仅改变工作时间即可。本发明实施例的系统可通过继电器和电磁阀及电源来控制。运行过程中电导率和温度的变化都会由自动控制系统控制。

本发明实施例提供的电容去离子系统能够自动控制电容去离子工艺运行过程中电导率和温度的变化，提高电容去离子工艺的效率。

本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。

本发明实施例装置中的模块或单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。