本發(fā)明屬于水處理裝置領(lǐng)域，具體涉及一種具有膜污染監(jiān)測(cè)與超聲清洗功能的組合式膜電容去離子系統(tǒng)及其處理方法。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)人口急劇增加，以及工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，造成的環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，淡水資源的短缺已經(jīng)成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的一個(gè)主要瓶頸。而海水和苦咸水占世界水資源總量的98％，故通過水處理裝置，低成本獲得高質(zhì)量淡水是解決淡水資源短缺問題的有效途徑。
目前，常見的脫鹽方法有反滲透法、離子交換法和電滲析法等，這些方法均存在著許多局限性。采用反滲透法，系統(tǒng)對(duì)水的預(yù)處理要求很高，高壓泵能耗高，得水率較低，制水成本高；采用離子交換法，再生酸堿費(fèi)用高，再生廢液很容易對(duì)環(huán)境造成二次污染，系統(tǒng)操作要求高；采用電滲析法，耗電量、耗水量都很高。
電去離子是利用雙電層原理，通過在電極兩端施加靜電場(chǎng)，使溶液中的陰陽(yáng)離子向帶有反向電荷的電極處移動(dòng)并吸附在電極表面，從而去除溶液中的離子。將一對(duì)平行電極兩端充電，含鹽溶液從電極之間流過，在電場(chǎng)作用下，溶液中的陽(yáng)離子向負(fù)極移動(dòng)，陰離子向正極移動(dòng)，并分別吸附在兩端的電極材料表面，隨著離子不斷被吸附，溶液中離子濃度不斷下降，從而達(dá)到了脫鹽的目的；當(dāng)電極反接或者短接時(shí)，電極上吸附的離子會(huì)脫落重新進(jìn)入溶液，實(shí)現(xiàn)電極的再生。膜電去離子是在電去離子的基礎(chǔ)上，在正、負(fù)電極表面各緊貼一層陰離子交換膜和陽(yáng)離子交換膜，利用了離子交換膜的選擇透過性，不僅保證了離子的正常吸附和脫附，又能有效阻止電極表面吸附的離子因水流擾動(dòng)而被帶走，且可避免再生過程中脫附的離子反向吸附于對(duì)側(cè)電極，從而大大提高了脫鹽效率和電極再生效率。因此，膜電容去離子技術(shù)具有更好的發(fā)展和應(yīng)用前景。但對(duì)于膜電去離子技術(shù)，限制它大規(guī)模應(yīng)用的一個(gè)重要因素就在于膜污染問題，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，水體中的有機(jī)物，無機(jī)物等會(huì)不斷積聚在膜表面造成膜污染的形成，導(dǎo)致脫鹽效率的下降和膜壽命的縮短，因此針對(duì)膜污染采取合適的清洗方式也是膜電容去離子需要探討的方向。
超聲清洗方式，是利用超聲波在液體中的空化作用、加速度作用及直進(jìn)流作用對(duì)液體和污物直接、間接的作用，使污物層被分散、乳化、剝離而達(dá)到清洗目的。
檢索之后，尚未發(fā)現(xiàn)將膜電容去離子技術(shù)和超聲清洗技術(shù)組合應(yīng)用的報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于針對(duì)膜電容去離子技術(shù)中存在的膜污染問題，提供一種具有膜污染監(jiān)測(cè)與超聲清洗功能的組合式膜電容去離子系統(tǒng)及其處理方法。本發(fā)明在傳統(tǒng)的膜電容去離子裝置的基礎(chǔ)上，又增加了一種超聲清洗系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)膜污染程度并且有效控制膜污染的形成。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：
一種組合式膜電容去離子系統(tǒng)，包括膜電容去離子系統(tǒng)、超聲清洗系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)，所述膜電容去離子系統(tǒng)包括直流電源、原水儲(chǔ)液罐、水泵、箱體、膜電容組件、管道、出水儲(chǔ)液罐和電導(dǎo)率檢測(cè)儀；所述直流電源與膜電容組件相連，所述膜電容組件位于箱體內(nèi)，所述原水儲(chǔ)液罐、膜電容組件和出水儲(chǔ)液罐通過管道連接，所述管道上還安裝有水泵和電導(dǎo)率檢測(cè)儀。
優(yōu)選的，所述直流電源提供電源穩(wěn)定在1.2v；所述水泵流速控制在5ml/min。
作為本申請(qǐng)的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述超聲清洗系統(tǒng)包括超聲波發(fā)生器和換能器；所述換能器位于箱體內(nèi)壁，對(duì)稱排列于箱體內(nèi)壁兩側(cè)。
優(yōu)選的，所述換能器個(gè)數(shù)為4～16個(gè)，所述超聲清洗系統(tǒng)以膜電容去離子系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)作為輸入信號(hào)。
作為本申請(qǐng)的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述智能控制系統(tǒng)由計(jì)算單元和控制單元組成；所述智能控制系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)膜污染程度，控制膜電容裝置的運(yùn)行與超聲清洗系統(tǒng)過程。本申請(qǐng)中電導(dǎo)率檢測(cè)儀用于在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電導(dǎo)率數(shù)據(jù)，測(cè)得溶液電導(dǎo)率值傳輸至計(jì)算單元，通過計(jì)算單元得出脫鹽率變化情況，作為膜電容去離子系統(tǒng)和超聲清洗系統(tǒng)開啟或關(guān)閉的判斷依據(jù)。
一種組合式膜電容去離子系統(tǒng)的處理方法，包括如下運(yùn)行步驟：
第一步：含鹽原水通過管道，電導(dǎo)率檢測(cè)儀記錄初始電導(dǎo)率，然后進(jìn)入膜電容組件，經(jīng)直流電源提供能源進(jìn)行脫鹽處理，處理后的水進(jìn)入出水儲(chǔ)液罐，再回流至原水儲(chǔ)液罐繼續(xù)循環(huán)處理，電導(dǎo)率檢測(cè)儀實(shí)時(shí)記錄溶液電導(dǎo)率變化情況并將數(shù)據(jù)傳輸至智能控制系統(tǒng)；當(dāng)進(jìn)出水端電導(dǎo)率一致時(shí)，電極達(dá)到吸附飽和，進(jìn)行再生脫鹽處理；
第二步：智能控制系統(tǒng)記錄每個(gè)周期的脫鹽率，在智能控制系統(tǒng)的作用下，當(dāng)脫鹽率大于等于設(shè)定值時(shí)，膜電容去離子系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行進(jìn)行脫鹽處理，超聲清洗系統(tǒng)關(guān)閉；當(dāng)脫鹽率小于設(shè)定值時(shí)，膜電容去離子系統(tǒng)關(guān)閉，超聲清洗系統(tǒng)開啟，依次向膜電容去離子系統(tǒng)中通入檸檬酸和氫氧化鈉，分別進(jìn)行酸洗和堿洗；
第三步：超聲清洗結(jié)束后，清洗系統(tǒng)關(guān)閉，膜電容去離子系統(tǒng)重新開啟進(jìn)行脫鹽處理。
作為本申請(qǐng)的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述第二步中，脫鹽率的計(jì)算公式為：(ci-ce)/ci×100％，其中原水鹽濃度ci，脫附結(jié)束出水鹽濃度ce；當(dāng)脫鹽率大于等于設(shè)定值20％時(shí)，膜電容去離子系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行，超聲清洗系統(tǒng)關(guān)閉，當(dāng)脫鹽率小于設(shè)定值20％時(shí)，控制單元關(guān)閉電源與水泵，超聲清洗系統(tǒng)開啟，依次向膜電容去離子系統(tǒng)中通入檸檬酸和氫氧化鈉，酸洗和堿洗時(shí)間分別為60～120min。
本發(fā)明提供的組合式膜電容去離子系統(tǒng)及其處理方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：
(1)本發(fā)明在傳統(tǒng)的膜電容去離子系統(tǒng)中引入了超聲清洗系統(tǒng)，在超聲波的作用下(酸洗和堿洗)可以使得膜污染得到實(shí)時(shí)的控制，增加膜的使用壽命；
(2)本發(fā)明在傳統(tǒng)的膜電容去離子系統(tǒng)中引入了智能控制系統(tǒng)，可以在線監(jiān)測(cè)膜污染情況，實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)清洗。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
其中：1-直流電源；2-原水儲(chǔ)液罐；3-水泵；4-箱體；5-膜電容組件；6-管道；7-出水儲(chǔ)液罐；8-電導(dǎo)率檢測(cè)儀；9-超聲波發(fā)生器；10-換能器；11-計(jì)算單元；12-控制單元。
具體實(shí)施方式
為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，下面結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明。
實(shí)施例1：
參考圖1，一種組合式膜電容去離子系統(tǒng)，包括膜電容去離子系統(tǒng)、超聲清洗系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)；所述膜電容去離子系統(tǒng)包括直流電源1、原水儲(chǔ)液罐2、水泵3、箱體4、膜電容組件5、管道6、出水儲(chǔ)液罐7和電導(dǎo)率檢測(cè)儀8；所述直流電源1與膜電容組件5相連，所述膜電容組件5位于箱體4內(nèi)，所述原水儲(chǔ)液罐2、膜電容組件5和出水儲(chǔ)液罐7通過管道6連接，所述管道6上還安裝有水泵3和電導(dǎo)率檢測(cè)儀8。
本實(shí)施例中，超聲清洗系統(tǒng)包括超聲波發(fā)生器9和換能器10；所述換能器10位于箱體4內(nèi)壁，對(duì)稱排列于箱體4內(nèi)壁兩側(cè)，所述換能器10個(gè)數(shù)為8個(gè)；智能控制系統(tǒng)包括計(jì)算單元11和控制單元12組成，用于監(jiān)測(cè)膜污染程度，控制膜電容裝置的運(yùn)行與超聲清洗系統(tǒng)過程。
實(shí)施例2：
基于實(shí)施例1的組合式膜電容去離子系統(tǒng)的處理方法，其中評(píng)價(jià)膜污染程度與控制超聲清洗系統(tǒng)的設(shè)定值為脫鹽率20％，運(yùn)行時(shí)包括如下步驟：
第一步：進(jìn)水溶液為蛋白質(zhì)和氯化鈉的混合溶液，電導(dǎo)率檢測(cè)儀8記錄初始電導(dǎo)率為400μs/cm，通過管道6在水泵3的作用下進(jìn)入膜電容組件5，流速控制在5ml/min；直流電源1與膜電容組件5相連提供電壓進(jìn)行脫鹽處理，電壓穩(wěn)定在1.2v；經(jīng)過55min的脫鹽處理，電極吸附達(dá)到飽和，出水電導(dǎo)率在240μs/cm，通過將電導(dǎo)率轉(zhuǎn)換成鹽濃度計(jì)算脫鹽率，得出初始脫鹽率為48％；將電極進(jìn)行反接，吸附在電極上的離子重新進(jìn)入溶液中，出水電導(dǎo)率不斷上升，電極反接時(shí)間為40min；
第二步：經(jīng)過9天的脫鹽處理后，脫鹽率下降至17.3％，小于設(shè)定值20％，此時(shí)在智能控制系統(tǒng)操作下，電源關(guān)閉，膜電容組件停止脫鹽操作，超聲清洗系統(tǒng)開始運(yùn)行，依次向膜電容組件中通入檸檬酸和氫氧化鈉，各清洗90min，超聲清洗系統(tǒng)一共運(yùn)行180min，膜性能得到恢復(fù)，脫鹽率恢復(fù)至48％；
第三步：超聲清洗完畢后，清洗系統(tǒng)關(guān)閉，膜電容去離子系統(tǒng)再次開始運(yùn)行。
對(duì)照例1：
與實(shí)施例2進(jìn)行對(duì)比，將超聲清洗更換成高壓水流清洗，其余不變，運(yùn)行步驟如下：
第一步：進(jìn)水溶液為蛋白質(zhì)和氯化鈉的混合溶液，電導(dǎo)率檢測(cè)儀8記錄初始電導(dǎo)率為400μs/cm，通過管道6在水泵3的作用下進(jìn)入膜電容組件5，流速控制在5ml/min；直流電源1與膜電容組件5相連提供電壓進(jìn)行脫鹽處理，電壓穩(wěn)定在1.2v；經(jīng)過55min的脫鹽處理，電極吸附達(dá)到飽和，出水電導(dǎo)率維持在240μs/cm，通過將電導(dǎo)率轉(zhuǎn)換成鹽濃度計(jì)算脫鹽率，得出初始脫鹽率為48％；將電極進(jìn)行反接，吸附在電極上的離子重新進(jìn)入溶液中，出水電導(dǎo)率不斷上升，電極反接時(shí)間為40min；
第二步：經(jīng)過9天的脫鹽處理后，脫鹽效率下降至17.8％，小于設(shè)定值20％，此時(shí)在智能控制系統(tǒng)操作下，電源關(guān)閉，膜電容組件停止脫鹽操作，曝氣系統(tǒng)開始運(yùn)行，曝氣裝置為膜清洗時(shí)常用的高壓水射流裝置；通過安裝在膜電容組件中的噴嘴噴射高壓水流清洗膜表面，流速控制在8m/s，時(shí)間為20min。經(jīng)過曝氣處理后的膜重新運(yùn)行，脫鹽率僅能恢復(fù)至37.5％；第三步：曝氣處理完畢后，清洗系統(tǒng)關(guān)閉，膜電容去離子系統(tǒng)再次開始運(yùn)行。
從實(shí)施例2和對(duì)照例1可以看出，高壓水流清洗的時(shí)間為20min，較超聲清洗180min要短，但超聲清洗后的膜脫鹽率可以恢復(fù)至初始水平的48％，曝氣處理的膜脫鹽率僅能恢復(fù)至37.5％，僅為初始脫鹽率的78％，隨著脫鹽處理的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，高壓水流清洗脫鹽恢復(fù)率越來越低且曝氣流速難以選擇控制，高壓水流會(huì)對(duì)膜表面造成一定程度的破壞影響膜的使用壽命；另外，曝氣處理對(duì)膜表面吸附的污染物和積聚在膜孔徑內(nèi)的污染物處理效率較低。
本發(fā)明的保護(hù)內(nèi)容不局限于以上實(shí)施例。在不背離發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的變化和優(yōu)點(diǎn)都被包括在本發(fā)明中，并且以所附的權(quán)利要求為保護(hù)范圍。