一种电吸附耦合扩展活性炭处理微污染苦咸水的装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种电吸附耦合扩展活性炭处理微污染苦咸水的装置与方法，包括电吸附模块、扩展阴阳极活性炭吸附模块和紧固密封模块，其中电吸附模块是由一对电极和直流稳压电源组成；扩展阴阳极活性炭吸附模块由板框式扩展阳极活性炭室和板框式扩展阴极活性炭室组成，其内均填装颗粒活性炭，并由透水隔离网与电极板进行固定；外部用紧固模块对装置进行紧固密封。本发明专利技术在强化除盐的同时，同步去除水中的微污染物，克服了活性炭再生效率低的缺点，兼具了低能耗、环境友好等特点，适用于农村微污染苦咸水的处理。

【技术实现步骤摘要】
一种电吸附耦合扩展活性炭处理微污染苦咸水的装置与方法
本专利技术属于水净化领域，涉及微污染苦咸水的处理，具体涉及一种处理农村微污染苦咸水的电吸附耦合扩展活性炭的装置，及利用该装置去除微污染苦咸水中盐类和有机物的方法。
技术介绍
随着社会经济的不断发展及人口数量的持续增长，工业生产及生活饮用所需的淡水资源日益匮乏，尤其是中国西北干旱半干旱地区，严重的缺水问题直接制约着当地社会经济的持续发展，因此，对西北地区广泛分布的苦咸水的利用已越来越受到人们的重视。苦咸水具有高矿化度、高硬度等突出问题，长时间饮用苦咸水会对身体造成不良影响。而传统的苦咸水淡化技术，如热蒸馏和反渗透两种方法，热蒸馏即煮沸海水后浓缩蒸馏，而反渗透技术则是在高压下浓缩海水并通过滤膜去除盐分，都需要消耗大量化石能源与电，同时不可避免的去除了部分有益于人体健康的微量元素。而且，大部分淡水紧缺的地区都是能源资源相对缺乏的偏远地区，淡水资源的获取不能以消耗不可再生的能源为代价。微污染水是指水的物理、化学和微生物指标已不能达到《地面水环境质量标准》中作为生活饮用水源水的水质要求,水体污染物单向指标,如浑浊度、色度、臭味、硫化物、有毒有害物质、病原微生物等有超标现象,但多数情况下是受有机物微量污染的水源。现有的常规处理工艺不能有效的去除溶解性有机物和部分离子，同时膜技术会去除部分对人体健康有益的铁、锌等微量元素，其次，膜技术存在由于浓差极化和膜污染所造成的膜使用寿命减短、渗透通量随时间延长而下降和操作过程能耗增加等问题。电吸附除盐技术是一种环保型的去除水中离子的技术，它是电化学理论与双电层理论二者结合的产物。电吸附技术的除盐过程不涉及电子的得失，其所需电流仅用于给吸附电极溶液界面的双电层充电，因而是一个低电耗过程。该除盐技术属于常压操作，具有工艺设备简单，能耗低，成本低，且其再生过程无需添加药剂，不产生二次污染的优点。活性炭作为一种环境友好型吸附剂，具有较强的吸附性能，原料充足且安全性高，耐酸碱、耐热、不溶于水和有机溶剂、易再生等优点，对水中溶解的有机污染物如苯类化合物、酚类化合物等具有较强的吸附能力，同时对色度、除草剂、杀虫剂、合成染料及许多人工合成的有机化合物也有较好的去除效果；广泛应用于食品、化工等众多领域，但是，随着经济的发展，活性炭的消耗量也巨大，如不回收利用，将会产生资源浪费以及产生二次污染，对于活性炭的再生势在必行。活性炭的再生有以下几种方法：热再生、湿式氧化再生、微波辐射再生和电化学再生。其中，热再生主要是通过加热对活性炭滤料进行热处理，使活性炭吸附的有机物在高温下炭解，成为气体逸出，最终使得活性炭得到再生，此方法效率较高，再生时间短，应用范围广，但每次再生炭的损失一般都在5%-10%之间，再生炭的机械强度下降，吸附效率也有所降低，投资大，费用高，不易小型化。湿式氧化再生的效率稳定，快速，低能耗，但效率仅为50%左右，再生设备要求比较高，产生的废气需要进一步处理，且操作不方便，运行维护费用较高。微波辐射再生是在密闭的容器中进行的，对装置的致密性以及耐高温、耐腐蚀性能要求严格的，同时蒸发的物质不能及时排除，当微波的漏能功率大于0.01时间达6以上时，对人体有害。而电化学再生技术是将活性炭填充在阳极和阴极之间，以氯化钠溶液等作为电解液，通入直流电，依靠电解产物如氯气、次氯酸、羟基自由基等强氧化剂氧化分解吸附质。该技术的优点是再生效率高（80%~95%），多次再生后再生效率下降不明显，且不产生二次污染。基于目前水处理除盐技术的研究状况可知：提高水的除盐除有机物率、降低水的处理能耗以及保证装置净化与再生过程的环境友好对于水处理技术的发展至关重要。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的能耗大、产生二次污染、除盐除有机物效率低及活性炭再生效果差等问题，提供了一种具有高效除盐除有机物功能、易于再生且环境友好的电吸附耦合扩展活性炭处理微污染苦咸水的装置。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种电吸附耦合扩展活性炭处理微污染苦咸水的装置，包括电吸附模块、扩展阴阳极模块和紧固密封模块；所述电吸附模块，包括稳压直流电源、阴极板和阳极板；两极板与直流稳压电源正负极对应相连接；所述扩展阴阳极模块，包括固定填充有颗粒状活性炭的扩展阳极活性炭室和扩展阴极活性炭室，两活性炭室内填充完颗粒状活性炭后上、下部均留有未填充区域；所述紧固密封模块，包括左、右端板；采用螺栓通过左、右端板将位于两端板之间的阴、阳极板和两极板之间的扩展阴、阳极活性炭室并排紧固密封，密封后阴、阳极活性炭室内上部的未填充区域形成出水室，下部的未填充区域形成进水室，进水室设有进水管，出水室设有出水管。进一步的，所述直流稳压电源带有变向开关，用于正负电极的倒换。优选的，电吸附模块的阴、阳极板均为钛基二氧化铅板。优选的，所述扩展阴极活性炭室与扩展阳极活性炭室均为板框式结构，颗粒状活性炭固定于每一活性炭室的框中后，框内上、下部为所述未填充区域。优选的，两活性炭室内的颗粒状活性炭的内侧分别通过与填充区域匹配的透水隔离网固定，外侧通过对应的极板固定，两活性炭室内的颗粒状活性炭的顶端和底端分别安装透水板。优选的，阳极板与扩展阳极活性炭室之间、阴极板与扩展阴极活性炭室之间设有密封圈，密封圈的内圈为矩形与所述透水隔离网大小一致。本专利技术的另一目的在于提供一种采用上述装置进行电吸附耦合扩展活性炭处理微污染苦咸水的方法，具体包括以下步骤：步骤（1）.扩展阴、阳极的形成：首先，接通直流稳压电源（18）通入直流电，同时控制外加电压在1.2～2.0V的条件下，阴、阳极板通电，利用活性炭的导电性，与电极阳极板接触的活性炭带有与阳极相同的电性，与电极阴极板接触的活性炭带有与阴极相同的电性，从而形成扩展阳极活性炭室和扩展阴极活性炭室，即：扩展阴、阳极；步骤（2）.电吸附耦合扩展阴阳极活性炭除盐除有机物：在步骤（1）的条件下，原水从进水管流入进水室，继而经过底部透水板逐渐充满两电极之间的区域；在电场条件下，原水中的阴、阳离子分别向两个电极迁移，在迁移过程中部分离子被活性炭吸附截留，剩余离子则在电极板表面富集，同时随着水流的扩散，水中有机物被扩展阴、阳极活性炭吸附，原水经电吸附和扩展阴、阳极活性炭吸附处理后通过出水室从出水管流出。本专利技术对电吸附模块的电极板进行再生：对电吸附模块的电极板进行再生：当电吸附模块的阴、阳电极板富集饱和后，此时通过调控稳压直流电源倒换电极，保持步骤（1）的操作电压不变，从进水管通入淡水，此时富集在阴、阳电极板上的离子以及被扩展阴、阳极活性炭吸附的离子脱附并反向迁移，被水流带走，使两电极板得到再生，产生的废水从出水管导出。本专利技术对扩展阴阳极的活性炭进行再生：当扩展阴阳极活性炭吸附饱和后，分两步对其进行在再生；第一步：通入0.40-0.60mol/L的氯化钠溶液，并在12～18V的操作电压下利用电解氯化钠溶液在阳极产生的氧化物Cl2和高析氧过电位电极--钛基二氧化铅阳极板产生的羟基自由基对饱和的扩展阳极活性炭进行再生；第二步：再生后，保持操作电压不变，倒换电源正负极，此时对未进行再生的扩展阴极饱和的活性炭再生,再生的废水从出水管排出。本专利技术采用多个电吸附耦合扩展活性炭处理微污染苦咸水装置并联或串联同时使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电吸附耦合扩展活性炭处理微污染苦咸水的装置，其特征在于：包括电吸附模块、扩展阴阳极模块和紧固密封模块；所述电吸附模块，包括稳压直流电源（18）、阴极板（11）和阳极板（3）；两极板与直流稳压电源（18）正负极对应相连接；所述扩展阴阳极模块，包括固定填充有颗粒状活性炭（6）的扩展阳极活性炭室（4）和扩展阴极活性炭室（10），两活性炭室内填充完颗粒状活性炭（6）后上、下部均留有未填充区域；所述紧固密封模块，包括左、右端板（1,12）；采用螺栓（17）通过左、右端板（1,12）将位于两端板之间的阴、阳极板（11，3）和两极板之间的扩展阴、阳极活性炭室并排紧固密封，密封后阴、阳极活性炭室内上部的未填充区域形成出水室（14），下部的未填充区域形成进水室（8），进水室（8）设有进水管（7），出水室（14）设有出水管（13）。

【技术特征摘要】
1.一种电吸附耦合扩展活性炭处理微污染苦咸水的装置，其特征在于：包括电吸附模块、扩展阴阳极模块和紧固密封模块；所述电吸附模块，包括稳压直流电源（18）、阴极板（11）和阳极板（3）；两极板与直流稳压电源（18）正负极对应相连接；所述扩展阴阳极模块，包括固定填充有颗粒状活性炭（6）的扩展阳极活性炭室（4）和扩展阴极活性炭室（10），两活性炭室内填充完颗粒状活性炭（6）后上、下部均留有未填充区域；所述紧固密封模块，包括左、右端板（1,12）；采用螺栓（17）通过左、右端板（1,12）将位于两端板之间的阴、阳极板（11，3）和两极板之间的扩展阴、阳极活性炭室并排紧固密封，密封后阴、阳极活性炭室内上部的未填充区域形成出水室（14），下部的未填充区域形成进水室（8），进水室（8）设有进水管（7），出水室（14）设有出水管（13）。2.如权利要求1所述的电吸附耦合扩展活性炭处理微污染苦咸水的装置，其特征在于：所述直流稳压电源（18）带有变向开关，用于正负电极的倒换。3.如权利要求2所述的电吸附耦合扩展活性炭处理微污染苦咸水的装置，其特征在于：电吸附模块的阴、阳极板均为钛基二氧化铅板。4.如权利要求1或3所述的电吸附耦合扩展活性炭处理微污染苦咸水的装置，其特征在于：所述扩展阴极活性炭室与扩展阳极活性炭室均为板框式结构，颗粒状活性炭固定于每一活性炭室的框中后，框内上、下部为所述未填充区域。5.如权利要求4所述的电吸附耦合扩展活性炭处理微污染苦咸水的装置，其特征在于：两活性炭室内的颗粒状活性炭的内侧分别通过与填充区域匹配的透水隔离网固定，外侧通过对应的极板固定，两活性炭室内的颗粒状活性炭的顶端和底端分别安装透水板。6.如权利要求5所述的电吸附耦合扩展活性炭处理微污染苦咸水的装置，其特征在于：阳极板与扩展阳极活性炭室（4）之间、阴极板与扩展阴极活性炭室（10）之间设有密封圈（2），密封圈的内圈为矩形与所述透水隔离网大小一致。7.一种采用如权利要求1、2、3、5或6所述的装置进行电吸附耦合扩展活性炭处理微污染苦咸水的方法，其特征在于：具体包括如下步骤：步...

【专利技术属性】
技术研发人员：武福平，李世勇，张子贤，张国珍，
申请(专利权)人：兰州交通大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62