MCDI電容析去離子系統(tǒng)概述

電容析采用石墨電極與離子膜結(jié)合的形式，稱為膜電極;膜電極既有電容吸附的優(yōu)點(diǎn)又具有離子膜滲析的作用，所以稱為電容析去離子技術(shù)。水中含有的砷、硝酸鹽、氟化物、高氯酸鹽、氨氮、硫酸鹽、金屬離子及其他離子性化合物均可用電容析技術(shù)來(lái)處理。

凈元MCDI系統(tǒng)有兩種設(shè)計(jì)方案可供選擇。一種是去除所有帶電荷的溶解性鹽類;另一種是選擇性去除一價(jià)離子，例如硝酸鹽和氟化物。

傳統(tǒng)去離子技術(shù)

目前公開的去離子技術(shù)中，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。如采用反滲透法，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，運(yùn)行過(guò)程中陰極和陽(yáng)極膜上容易結(jié)垢，從而影響出水水質(zhì)，并縮短儀器的使用壽命且耗電量、耗水量都很高。

凈元MCDI膜電極優(yōu)點(diǎn):

⑴ 電容析MCDI電吸附脫鹽的過(guò)程中，陰膜只能透過(guò)陰離子，陽(yáng)離子被阻隔，陽(yáng)膜只能透過(guò)陽(yáng)離子，陰離子被阻隔。

⑵ 電容析MCDI在脫附離子時(shí)，當(dāng)反接電極后，離子膜會(huì)阻止離子吸附到對(duì)面極板上，所以離子會(huì)脫附的更徹底，因此這也在連續(xù)的吸脫附過(guò)程中增加了電吸附裝置的脫鹽能力。

⑶ 膜碳電極之間的距離只是一層隔膜，幾乎為零，改變了老式裝置電極片之間設(shè)有蛇形或其他形式的液體通道結(jié)構(gòu)，被處理的廢水從四周一層一層漫過(guò)電極片進(jìn)行吸附，該模塊最大的好處是拆卸容易，可以隨時(shí)根據(jù)需要調(diào)整膜電極的對(duì)數(shù)，而且電極片之間距離很近，使其在通過(guò)較大流速溶液時(shí)對(duì)離子仍然有較好的吸附能力。

凈元MCDI技術(shù)革新

1、現(xiàn)有電容吸附法沒有離子膜，水流直接沖刷碳電極，碳顆粒掉落的情況會(huì)持續(xù)發(fā)生;而MCDI由于膜電極中離子膜的遮擋和包覆，水流不直接沖刷碳電極，而是從離子膜之間流過(guò)，加上我們特殊的碳電極加工方法，長(zhǎng)期使用造成碳電極沖刷掉落的情況不會(huì)出現(xiàn)。

2、當(dāng)反接電極時(shí)，因?yàn)殡x子隔膜的作用，使得從電極上脫附的離子，只能回到溶液或水中，無(wú)法吸附到對(duì)面電極上，從而使電極得到充分的清洗，再開始下一次吸附，提高了離子去除率和裝置的運(yùn)行效率;傳統(tǒng)的電容吸附去離子技術(shù)由于沒有離子膜隔離，導(dǎo)致脫附過(guò)程中離子再次吸附到對(duì)面極板上，嚴(yán)重影響脫附效果，導(dǎo)致處理效率降低。

3、 由于離子膜的選擇透過(guò)性，可以處理濃度幾萬(wàn)毫克/升以上的溶液，由于膜電極的厚度極薄，電阻很小，再加上三明治式的零距離結(jié)構(gòu)，也可以處理濃度低于10毫克/升的溶液，改變了現(xiàn)有電容吸附法一般只能處理濃度200-2000毫克/升的液體的現(xiàn)狀，擴(kuò)大了適用范圍。

4、可以瞬間反沖出濃度高于原液10倍以上的濃縮液，利于回收和濃縮，可以減少蒸發(fā)和其他方法濃縮的流程，降低能耗，而現(xiàn)有電容吸附法反沖濃度變化平緩，一般無(wú)法用于濃縮。

5、傳統(tǒng)的電容吸附去離子(CDI)技術(shù)由于脫附不徹底導(dǎo)致結(jié)垢，這種結(jié)垢會(huì)導(dǎo)致吸附/脫附的效率下降，阻塞水流的通道，造成運(yùn)行壓力上升，容易破壞模塊的密封形成漏水。而MCDI因?yàn)殡x子膜的作用使碳電極每次都得到充分的脫附，吸附效率不會(huì)下降，也不會(huì)形成膠體和結(jié)垢;同時(shí)，由于模塊耐酸堿性好，可以適用于強(qiáng)酸水質(zhì)。

凈元MCDI工作原理

要處理的廢水通過(guò)進(jìn)水口進(jìn)入裝置，通過(guò)布水板均勻分布在處理模塊組件四周，采用周邊進(jìn)水形式，被處理的廢水一層一層漫過(guò)膜碳電極片進(jìn)行吸附，該處理模塊組件最大的好處是拆卸容易，可以隨時(shí)根據(jù)需要調(diào)整膜碳電極片的對(duì)數(shù)，而且膜碳電極片之間距離很近，使其在通過(guò)較大流速溶液時(shí)對(duì)離子仍然有較好的吸附能力。吸附后的水由中央流出，通過(guò)集水板從出水口流出，實(shí)現(xiàn)去離子目的;本裝置運(yùn)行的吸附-脫附更替，通過(guò)電源的短接，反接完成，通過(guò)電磁閥切換倒極實(shí)現(xiàn)。

以同一種含離子廢水的處理為例，該廢水分別通過(guò)蠕動(dòng)泵進(jìn)入電容析去離子裝置(MCDI)和傳統(tǒng)的電容吸附去離子裝置(CDI)，兩個(gè)裝置的主要區(qū)別一個(gè)是膜碳電極，一個(gè)是碳電極，其他所有的工藝條件相近，進(jìn)行連續(xù)進(jìn)、出水電吸附試驗(yàn)。并在線監(jiān)測(cè)瞬間電導(dǎo)率，直至電吸附平衡。再生時(shí)用原水沖洗，倒極脫附，收集濃縮廢水。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電容析去離子裝置(MCDI)脫鹽效率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的電容吸附裝置(CDI)近50%，三次吸附-脫附循環(huán)后，脫附徹底，幾乎可以達(dá)到原有電極的吸附能力;而傳統(tǒng)的電容吸附裝置(CDI)，吸附能力在下降。

凈元電容析去離子裝置(MCDI)與傳統(tǒng)的電容吸附裝置(CDI)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析見下表:

凈元MCDI應(yīng)用領(lǐng)域

◆市政廢水處理:二級(jí)生化處理后的污水經(jīng)電容析去離子，可作為循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)水或生產(chǎn)工藝用水回用。

◆工業(yè)廢水處理:印染、造紙、電力、化工、冶金等行業(yè)都需要大量的除鹽水或純水作為工藝用水。根據(jù)不同水質(zhì)要求，電容析去離子技術(shù)可替代傳統(tǒng)的除鹽技術(shù)，以降低運(yùn)行成本。

◆飲用水凈化:去除大量的無(wú)機(jī)鹽類，如鈣、鎂、氟、砷、鈉、硝酸鹽、硫酸鹽、氯化物等，使一些因無(wú)機(jī)鹽類超標(biāo)的水源得以有效利用。

◆苦咸水淡化:電容析去離子技術(shù)具有耐鈣、鎂、硫酸鹽結(jié)垢的特點(diǎn)，在苦咸水特別是礦坑水等高含鹽量和有機(jī)物的淡化方面也有良好的應(yīng)用。

◆反滲透技術(shù)的預(yù)處理:降低其硬度、TOC等，可穩(wěn)定反滲透系統(tǒng)的運(yùn)行，提高出水水質(zhì)和水的回收率，降低運(yùn)行維護(hù)成本，延長(zhǎng)膜的使用壽命。

◆EDI的預(yù)處理:即降低了預(yù)處理成本又能夠滿足EDI的進(jìn)水要求，對(duì)于低于1000μS/cm水質(zhì)，MCDI出水可以達(dá)到10μS/cm以下，完全滿足EDI入水的要求，這種低濃度的水處理能耗只有0.3千瓦時(shí)/噸，遠(yuǎn)低于反滲透的處理成本，并且運(yùn)行維護(hù)非常簡(jiǎn)單方便。

電容去離子技術(shù)于 20 世紀(jì) 60 年代提出后，并未引起太多關(guān)注。于20世紀(jì)90年代后，碳?xì)饽z材料應(yīng)用為電極，使得脫鹽量有顯著提升。之后興起的納米概念和相關(guān)材料，推動(dòng)CDI技術(shù)質(zhì)的飛躍。因?yàn)榧{米尺度大大提升了電極的比表面積，從而使得該技術(shù)的應(yīng)用成為較現(xiàn)實(shí)的話題，且該技術(shù)存在先天的低能耗優(yōu)勢(shì)，等。 這些引起國(guó)內(nèi)外研究人員的大量關(guān)注和研究。目前，CDI在改進(jìn)技術(shù)(如MCDI,FCDI),電極材料應(yīng)用和能量循環(huán)利用等方面，均取得了重要進(jìn)展。

電容去離子通過(guò)施加靜電場(chǎng)強(qiáng)制離子向帶有相反電荷的電極處移動(dòng)。由于碳材料, 如活性炭和碳?xì)饽z等制成的電極, 不僅導(dǎo)電性能良好, 而且具有很大的比表面積, 置于靜電場(chǎng)中時(shí)會(huì)在其與電解質(zhì)溶液界面處產(chǎn)生很強(qiáng)的雙電層。 雙電層的厚度只有 1~10nm , 卻能吸引大量的電解質(zhì)離子, 并儲(chǔ)存一定的能量。 一旦除去電場(chǎng), 吸引的離子被釋放到本體溶液中, 溶液中的濃度升高。 這樣，完成吸附與解吸附的過(guò)程。

和傳統(tǒng)的水溶液去離子方法相比, 電容去離子具有幾方面重要的優(yōu)勢(shì)。例如, 離子交換是目前工業(yè)上從水溶液中去除陰陽(yáng)離子, 包括重金屬和放射性同位素的主要手段, 但這一過(guò)程產(chǎn)生大量的腐蝕性二次廢水, 必須經(jīng)過(guò)再生裝置處理。而電容去離子與離子交換不同, 系統(tǒng)的再生不需要使用任何酸、堿和鹽溶液, 只是通過(guò)電極的放電完成, 因此不會(huì)有額外的廢物產(chǎn)生, 也就沒有污染; 同蒸發(fā)這種熱過(guò)程相比, 電容去離子具有很高的能量利用率; 和電滲析和

反滲透相比, 該方法還具有操作簡(jiǎn)便的優(yōu)勢(shì)，不需要提供高電勢(shì)和額外壓力驅(qū)動(dòng)。

因?yàn)榫哂心芎牡? 污染小, 易操作等優(yōu)點(diǎn), 電容去離子在很多方面都有著很大應(yīng)用潛力, 包括家庭和工業(yè)用水軟化、廢水凈化、海水脫鹽、水溶性的放射性廢物處理、核能電廠廢水處理、半導(dǎo)體加工中高純水的制備和農(nóng)業(yè)灌溉用水的除鹽等。