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    关 键 词:
    利用 静电 吸附 净化 废水 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201510711199.3

    申请日:

    2015.10.28

    公开号:

    CN105347447A

    公开日:

    2016.02.24

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||著录事项变更IPC(主分类):C02F 1/48变更事项:发明人变更前:曾涛涛 毕玉玺 曾媛 祝鹏烽 肖世奎 王强 李敏瑞变更后:曾涛涛 王进科 曾媛 祝鹏烽 李敏瑞|||实质审查的生效IPC(主分类):C02F 1/48申请日:20151028|||公开
    IPC分类号: C02F1/48 主分类号: C02F1/48
    申请人: 南华大学
    发明人: 曾涛涛; 毕玉玺; 曾媛; 祝鹏烽; 肖世奎; 王强; 李敏瑞
    地址: 421001湖南省衡阳市常胜西路28号
    优先权:
    专利代理机构: 北京远大卓悦知识产权代理事务所(普通合伙)11369 代理人: 史霞
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201510711199.3

    授权公告号:

    |||||||||

    法律状态公告日:

    2018.06.19|||2016.06.01|||2016.03.23|||2016.02.24

    法律状态类型:

    授权|||著录事项变更|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种利用静电吸附净化高盐废水的方法,包括如下步骤:提供水处理装置,其包括容器和设置于容器内的多个电极,多个电极交错设置于容器第一侧和第二侧上,第一侧和第二侧相对设置,且位于第一侧上的电极与位于第二侧上的电极分别连接电源的正极和负极,容器的第三侧和第四侧上分别开设有进水口和排水口,多个电极间限定出一蛇形水流通路;电极从外到内依次包括玻璃纤维层、活性炭纤维层和金属导电层;使高盐废水从容器的进水口流入水处理装置,经过蛇形水流通路,从排水口排出。本发明利用太阳能板产生的低电压提供的静电场来处理高盐废水,采用新型电极材料改善了处理效率,起到了降低能耗、提高处理效率、节约能源、降低成本的效果。

    权利要求书

    1.一种利用静电吸附净化高盐废水的方法,其特征在于,包括如下步骤:提供一水
    处理装置,其包括一容器和设置于所述容器内的多个电极,所述多个电极交错设置于所述
    容器第一侧和第二侧上,所述第一侧和第二侧相对设置,且位于所述第一侧上的所述电极
    与位于所述第二侧上的所述电极分别连接电源的正极和负极,所述容器的第三侧和第四侧
    上分别开设有进水口和排水口,所述多个电极间限定出一蛇形水流通路;其中,所述电极
    从外到内依次包括玻璃纤维层、活性炭纤维层和金属导电层;
    使高盐废水以水流速度为0.5~0.6m/min从所述容器的进水口流入所述水处理装置,
    经过所述蛇形水流通路,以水流速度为0.5~0.6m/min从所述容器的排水口排出。
    2.如权利要求1所述的利用静电吸附净化高盐废水的方法,其特征在于,所述容器
    为矩形,所述多个电极垂直于所述容器的第一侧和第二侧平行设置。
    3.如权利要求1所述的利用静电吸附净化高盐废水的方法,其特征在于,所述多个
    电极沿水流流动的方向之间的间隔均为0.5~0.7m。
    4.如权利要求1所述的利用静电吸附净化高盐废水的方法,其特征在于,所述玻璃
    纤维层的厚度为2cm,所述活性炭纤维层的厚度也为2cm,所述金属导电层的厚度为3~5
    cm。
    5.如权利要求1至4任一所述的利用静电吸附净化高盐废水的方法,其特征在于,
    所述电源还与太阳能板连接,所述电源提供的电压为2V。
    6.如权利要求1所述的利用静电吸附净化高盐废水的方法,其特征在于,所述容器
    呈由所述第二侧向所述第一侧内径逐渐增大的梯形,所述第一侧和所述第二侧与所述第三
    侧的夹角α相等,其中,30°≤α≤40°,所述多个电极垂直于所述容器的第一侧和第二
    侧设置,且位于所述第一侧上的电极相互平行,位于第二侧上的电极也相互平行;
    且,所述容器的底部为相对于水平面倾斜设置的斜面,以使所述容器的深度由所述第
    一侧向所述第二侧逐渐降低,所述容器的底部与水平面的夹角为β,1°≤β≤15°。
    7.如权利要求1所述的利用静电吸附净化高盐废水的方法,其特征在于,还包括:
    提供一进水装置,所述进水装置包括水箱和与所述水箱连通的水泵,所述水箱与所述
    容器的进水口连通,所述水箱在竖直方向上的高度高于所述进水口的高度。
    8.如权利要求1所述的利用静电吸附净化高盐废水的方法,其特征在于,通过所述
    进水口和所述排水口的水流速度为0.56m/min。
    9.如权利要求1所述的利用静电吸附净化高盐废水的方法,其特征在于,所述进水
    口和所述排水口处依次分别设置有进水阀和排水阀。
    10.如权利要求9所述的利用静电吸附净化高盐废水的方法,其特征在于,所述进水
    口和所述进水阀之间设置有电导仪,所述排水口和所述排水阀之间也设置有电导仪。

    说明书

    利用静电吸附净化高盐废水的方法

    技术领域

    本发明涉及一种利用静电吸附净化高盐废水的方法。

    背景技术

    高盐废水是指含盐质量分数至少1%的废水,主要来自于化工厂及石油和天然气的采
    集加工生产中。当今主要利用物理化学的方法处理高盐废水中的盐离子如蒸馏法、电渗析
    法、离子交换法、反渗透法等,但这些水处理除盐技术均存在着不同程度的不足,如蒸馏
    法所需要的能耗比较高,而离子交换法不具经济性,树脂易达到饱和,再生费用较高。而
    亟需成本低、吸附效率高的净化装置。

    发明内容

    本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷,并提供至少后面将说明的优点。

    本发明还有一个目的是提供一种利用静电吸附净化高盐废水的方法,本发明通过将低
    压直流电压加在特制的具有金属导电层的电极上,在金属导电层之间即形成电场,当高盐
    废水流经两电极之间时,即把高盐废水中的阳离子和阴离子分离至金属导电层上,然后利
    用玻璃纤维层良好的导电性和活性炭纤维层的物理吸附性,把阴阳离子分别吸附在形成了
    正极和负极的电极上,使得高盐废水中的盐含量大大降低,能很好的达到去除废水中高含
    量盐的效果,且通过太阳能板产生能量,与电源连接,解决了能耗较高的问题。

    为此,本发明提供的技术方案为:

    一种利用静电吸附净化高盐废水的方法,包括如下步骤:

    提供一水处理装置,其包括一容器和设置于所述容器内的多个电极,所述多个电极交
    错设置于所述容器第一侧和第二侧上,所述第一侧和第二侧相对设置,且位于所述第一侧
    上的所述电极与位于所述第二侧上的所述电极分别连接电源的正极和负极,所述容器的第
    三侧和第四侧上分别开设有进水口和排水口,所述多个电极间限定出一蛇形水流通路;其
    中,所述电极从外到内依次包括玻璃纤维层、活性炭纤维层和金属导电层;

    使高盐废水以水流速度为0.5~0.6m/min从所述容器的进水口流入所述水处理装置,
    经过所述蛇形水流通路,以水流速度为0.5~0.6m/min从所述容器的排水口排出。

    优选的是,所述的利用静电吸附净化高盐废水的方法中,所述容器为矩形,所述多个
    电极垂直于所述容器的第一侧和第二侧平行设置。

    优选的是,所述的利用静电吸附净化高盐废水的方法中,所述多个电极沿水流流动的
    方向之间的间隔均为0.5~0.7m。

    优选的是,所述的利用静电吸附净化高盐废水的方法中,所述玻璃纤维层的厚度为2
    cm,所述活性炭纤维层的厚度也为2cm,所述金属导电层的厚度为3~5cm。

    优选的是,所述的利用静电吸附净化高盐废水的方法中,所述电源还与太阳能板连接,
    所述电源提供的电压为2V。

    优选的是,所述的利用静电吸附净化高盐废水的方法中,所述容器呈由所述第二侧向
    所述第一侧内径逐渐增大的梯形,所述第一侧和所述第二侧与所述第三侧的夹角α相等,
    其中,30°≤α≤40°,所述多个电极垂直于所述容器的第一侧和第二侧设置,且位于所
    述第一侧上的电极相互平行,位于第二侧上的电极也相互平行;

    且,所述容器的底部为相对于水平面倾斜设置的斜面,以使所述容器的深度由所述第
    一侧向所述第二侧逐渐降低,所述容器的底部与水平面的夹角为β,1°≤β≤15°。

    优选的是,所述的利用静电吸附净化高盐废水的方法,还包括:

    提供一进水装置,所述进水装置包括水箱和与所述水箱连通的水泵,所述水箱与所述
    容器的进水口连通,所述水箱在竖直方向上的高度高于所述进水口的高度。

    优选的是,所述的利用静电吸附净化高盐废水的方法中,通过所述进水口和所述排水
    口的水流速度为0.56m/min。

    优选的是,所述的利用静电吸附净化高盐废水的方法中,所述进水口和所述排水口处
    依次分别设置有进水阀和排水阀。

    优选的是,所述的利用静电吸附净化高盐废水的方法中,所述进水口和所述进水阀之
    间设置有电导仪,所述排水口和所述排水阀之间也设置有电导仪。

    本发明至少包括以下有益效果:

    高盐废水在本发明的装置中流过时,高盐废水中的阳离子和阴离子受到金属导电层电
    极电场力的作用,阳离子往形成负极的电极上移动,而阴离子往形成正极的电极上移动,
    当阴阳离子在正负电极附近时,受到活性炭纤维层的吸附作用,离子就被紧紧地吸附在了
    玻璃纤维层上,起到了分离盐离子的效果,而处于外层的玻璃纤维层能起到防腐蚀作用。

    本发明采用新型电极材料利用金属电极层的导电性能,结合玻璃纤维层的耐腐蚀性与
    活性炭纤维层的优良吸附性能,有效延长活性炭纤维层的作用时间,其去除效率约为60%。

    本装置不仅可以吸附水中的溶解盐类,还能除去带电细菌及有机物微粒,可用于水工、
    电力等行业的工艺用水和各行各业的废水处理中,清楚效果好且运行成本低,显示了超强
    的竞争力。

    本发明利用太阳能板所产生的低电压提供的静电场来处理高盐废水,同时采用新型电
    极材料改善了处理效率,起到了降低能耗、提高处理效率、节约能源、降低成本的效果。

    本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本发明
    的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

    附图说明

    图1为本发明所述的利用静电吸附净化高盐废水的装置的平面结构示意图。

    图2为本发明所述的电极的平面结构示意图。

    图3为本发明其中一个实施例中水流流过所述水处理装置的示意图。

    图4为本发明其中一个实施例中水处理装置的剖面结构示意图。

    具体实施方式

    下面结合附图对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能
    够据以实施。

    应当理解,本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其
    它元件或其组合的存在或添加。

    如图1、图2和图3所示,本发明提供一种利用静电吸附净化高盐废水的方法,包括:

    水处理装置7,其包括一矩形的容器和设置于所述容器内的多个电极2,所述多个电
    极2交错设置于所述容器相对的第一侧和第二侧上,所述第一侧和第二侧相对设置,且位
    于所述第一侧上的所述电极2与位于所述第二侧上的所述电极2分别连接电源的正极和负
    极,所述容器的第三侧和第四侧上分别开设有进水口和排水口;

    其中,所述电极2外到内依次包括玻璃纤维层11、活性炭纤维层10和金属导电层4。
    应当知道,电极可以为圆形,也可以为矩形,玻璃纤维层11、活性炭纤维层10和金属导
    电层4可为板状,也可以为圆柱形。

    本发明的电极2的结构从外到内依次包括玻璃纤维层11、活性炭纤维层10和金属导
    电层4,活性炭纤维层10对离子具有很强的吸附性,而玻璃纤维层11耐腐蚀性能良好,
    有利于提高活性炭纤维的使用效率。

    在通上电源后,设置在容器的第一侧和第二侧上的电极2形成电场,而多个电极2之
    间也形成了一水流通路,这样,高盐废水在水处理装置中流过时,高盐废水中的阳离子和
    阴离子受到金属导电层电极电场力的作用,阳离子往形成负极的电极2上移动,而阴离子
    往形成正极的电极2上移动,当阴阳离子在正负极附近时,受到活性炭纤维层10的吸附
    作用,离子就被紧紧地吸附在了玻璃纤维层11上,起到了分离盐离子的效果,处于外层
    的玻璃纤维层11能起到防腐蚀作用。

    在本发明的其中一个实施例中,作为优选,所述多个电极2垂直于所述容器的第一侧
    和第二侧平行设置。以尽可能大地增加水流与电极的接触面积。

    在本发明的其中一个实施例中,作为优选,所述玻璃纤维层11的厚度为2cm,所述
    活性炭纤维层10的厚度也为2cm,所述金属导电层4的厚度为3~5cm。

    在本发明的其中一个实施例中,作为优选,所述多个电极2沿水流流动的方向之间的
    间隔均为0.5~0.7m,且所述多个电极2限定出一蛇形水流通路。以使高盐废水在水处理
    装置中流动更长路径。

    在本发明的其中一个实施例中,作为优选,所述电源还与太阳能板1连接。当直流电
    源的正、负极分别并联接上平行设置的的电极2后,在容器的第一侧和第二侧之间便形成
    了静电场。这时在电极2之间流动的高盐废水中的盐离子,分别留在了与之极性相反的电
    极附近,起到了分离盐离子的作用。并且,利用太阳能板1产生的能量来处理高盐废水,
    以节省能源。

    在本发明的其中一个实施例中,作为优选,所述电源提供的电压为2V。

    在本发明的其中一个实施例中,作为优选,还包括:

    进水装置,其包括水箱13和与所述水箱13连通的水泵12,所述水箱13与所述容器
    的进水口连通,所述水箱13在水平面上的高度高于所述进水口的高度。水泵13将高盐废
    水抽到水箱12中。

    在本发明的其中一个实施例中,作为优选,通过所述进水口和所述排水口的水流速度
    为0.5~0.6m/min。

    在本发明的其中一个实施例中,作为优选,所述进水口和所述排水口处依次分别设置
    有进水阀6和排水阀9。

    在上述方案中,作为优选,所述进水口和所述进水阀之间设置有电导仪,所述排水口
    和所述排水阀之间也设置有电导仪14。

    如图1~4所示,本发明还提供一种利用静电吸附净化高盐废水的方法,包括如下步骤:

    提供一水处理装置7,其包括一容器和设置于所述容器内的多个电极2,所述多个电
    极2交错设置于所述容器第一侧和第二侧上,所述第一侧和第二侧相对设置,且位于所述
    第一侧上的所述电极2与位于所述第二侧上的所述电极2分别连接电源的正极和负极,所
    述容器的第三侧和第四侧上分别开设有进水口和排水口,所述多个电极2间限定出一蛇形
    水流通路;其中,所述电极2从外到内依次包括玻璃纤维层11、活性炭纤维层10和金属
    导电层4;

    使高盐废水以水流速度为0.5~0.6m/min从所述容器的进水口流入所述水处理装置7,
    经过所述水流通路,以水流速度为0.5~0.6m/min从所述容器的排水处排出。

    在本发明的其中一个实施例中,作为优选,所述容器为矩形,所述多个电极2垂直于
    所述容器的第一侧和第二侧平行设置。

    在本发明的其中一个实施例中,作为优选,所述多个电极2沿水流流动的方向之间的
    间隔均为0.5~0.7m。

    在本发明的其中一个实施例中,作为优选,所述玻璃纤维层11的厚度为2cm,所述
    活性炭纤维层10的厚度也为2cm,所述金属导电层4的厚度为3~5cm。

    在本发明的其中一个实施例中,作为优选,所述电源还与太阳能板1连接,所述电源
    提供的电压为2V。

    在本发明的其中一个实施例中,如图4所示,作为优选,所述容器呈由所述第二侧向
    所述第一侧内径逐渐增大的梯形,所述第一侧和所述第二侧与所述第三侧的夹角α相等,
    其中,30°≤α≤40°,所述多个电极2垂直于所述容器的第一侧和第二侧设置,且位于
    所述第一侧上的电极相互平行,位于第二侧上的电极也相互平行,平行设置;这样,在高
    盐废水进入该水处理装置7中时,在其浓度较高时,能够与电极2有较大的接触面积,而
    在经过近第一侧的处理后,再接近第二侧时高盐废水的盐浓度已经较低,与电极2由较小
    的接触面积接触即可,这样,能够更多地节省能源和电极材料。

    且,所述容器的底部为相对于水平面倾斜设置的斜面,以使所述容器的深度由所述第
    一侧向所述第二侧逐渐降低,所述容器的底部与水平面的夹角为β,1°≤β≤15°。这
    样,在与电极2接触面积较大的近第一侧处,高盐废水能够与电极接触较长时间,以能够
    除去更多盐离子,提高工作效率。

    在本发明的其中一个实施例中,作为优选,还包括:

    提供一进水装置,所述进水装置包括水箱13和与所述水箱13连通的水泵12,所述
    水箱13与所述容器的进水口连通,所述水箱13在竖直方向上的高度高于所述进水口的高
    度。

    在本发明的其中一个实施例中,作为优选,通过所述进水口和所述排水口的水流速度
    为0.56m/min。

    在本发明的其中一个实施例中,作为优选,所述进水口和所述排水口处依次分别设置
    有进水阀6和排水阀9。

    在上述方案中,作为优选,所述进水口和所述进水阀6之间设置有电导仪14,所述
    排水口和所述排水阀6之间也设置有电导仪14。

    在本发明的其中一个实施例中,如图1、图2、图3和图4所示,将第一侧的电极2
    接入电源正极,第二侧电极2接入电源负极,连接好后接入太阳能板,打开太阳能板1置
    于阳光下,使各块电极2都能接上直流低电压并保持在2V左右,因电压过高会促进水解
    产生氢气和氧气,增加不必要的成本;控制好进水口处的进水阀6的进水流速在0.56m/min
    左右,以保证充足的水力停留时间,避免水中离子未反应就流出。

    高盐废水(浓度一般为20g/L左右)在水泵12的作用下从水箱中流经进水口后,进
    入水处理装置7,高盐废水中的阳离子和阴离子受到金属导电层4电极电场力的作用,阳
    离子往负极板移动,阴离子往正极板移动,当阴阳离子在正负极板附近时,受到活性炭纤
    维层10的吸附作用,离子就被紧紧地吸附在了活性炭纤维层10上,起到了分离盐离子的
    效果,处于外层的玻璃纤维层11起到防腐蚀作用。

    高盐废水经过蛇型水流通路流到排水阀9时,根据进水量的值,适当开启排水阀9,
    使经过处理的高盐废水能以一个合适的流速,即以流速0.56m/min左右排出装置。

    用电导仪测定流出水中的电导率,电导率和高盐废水中Cl-浓度呈正比例关系,浓度
    关系大致表示为Y=2.344X+65.29(其中X表示氯离子浓度mg/L,Y为电导率μS/cm)。当
    高盐废水浓度为20mg/L时,电导率约为5*102ms/cm,随后在电极的吸附作用下,电导率
    逐渐降低,当高盐废水浓度低于2mg/L时,电导率下降为5ms/cm。若电导率在某一时间
    呈急剧增加趋势即说明电极上积累了饱和的阴阳离子,在进水口通入处理后的洁净水,将
    电极在原有电压条件下进行反接,使吸附在电极上的离子在电场力作用下脱落到水中,同
    时电导仪测量流出冲洗水中电导率,以确定电极反冲洗进行是否完成,当冲洗水中电导率
    高于冲洗水的电导率的10%-20%时,可说明脱落过程基本完成,接着关闭电源和排水阀。
    这样本装置极大地实现了活性炭纤维层的反复利用,实现了活性炭纤维层的可持续处理高
    盐废水的能力。

    本装置最核心的部件为电极2,该部件电极2设置为进水溶液的流动方向与外加电场
    的方向垂直,离子吸附过程大致可以分为以下三个阶段:第一阶段离子在电极周围的溶液
    中运动,正极吸附电解质溶液中的负离子,负极吸引正离子,从而形成双电层;由于电极
    上双电层的关系,离子逐渐被吸附到电极表面。第二阶段中,离子会随着时间的推移进行
    更深一层的孔内吸附,此过程是吸附的关键阶段,活性炭纤维层孔径为微孔和亚微孔,即
    孔径大小小于2nm。第三阶段为离子迁移及脱落过程,充电过程电子通过外电源从正极传
    到负极,与此同时,电解液中的离子也分别迁移至两电极表面;在同等电压条件下,根据
    工业废水中的水质水量等,当出水端上电导仪指数呈明显上升趋势时,放电过程电子通过
    负载从负极移至正极,正负离子脱离电极表面释放返回电解液中。

    高盐废水中离子含量复杂分别检验困难,本装置在进水处和出水处分别设置有电导
    仪,通过测定电导率的变化趋势来间接表示溶液中无机离子浓度的变化。用进水溶液的电
    导率与出水溶液的电导率之差,可以算出电吸附过程中的除盐效率和吸附量。除盐效率可
    由下式求得:

    η=(C0-C)/C*100%

    公式中,

    C——出水溶液的电导率,μs/cm

    C0——进水溶液的电导率,μs/cm

    除盐量由下式求得:

    qe=Qt(Y0-Ye)/1000mACF=Qt(C0-C)/(1930.8*mACF)

    公式中:

    M——电吸附反应器中活性炭纤维的质量,g

    C0——进水溶液的电导率,μs/cm

    Ce——吸附平衡时的出水电导率,μs/cm

    Q——进水流量,ml/min

    T——达到吸附平衡所用的时间,min

    Y0——进水溶液浓度,mg/L

    Ye——吸附平衡时的出水浓度,mg/L

    qe——单位重量活性炭纤维电极的吸附量,mg/g.

    本装置依照完全混合连续式反应器(即CSTR反应器类型),如化工生产的高盐废水
    含量一般为20g/L,而工厂排放出水的含盐量不超过2g/L,去除效率应满足达到90%,完
    全可以达到去除效果。

    本装置中,电极2是由玻璃纤维层11和活性炭纤维层10组合而成的一种新型金属电
    极材料,在金属导电层外侧加上活性炭纤维层10,最外层为玻璃纤维层10?;钚蕴肯宋?br />层10对离子具有很强的吸附性,玻璃纤维层11耐腐蚀性能良好,用于改善电极2的耐腐
    蚀性,有利用提高活性炭纤维层10的使用效率?;钚蕴肯宋?0和玻璃纤维层11厚度
    均为2cm,金属导电层4无具体要求,一般为3-5cm。相邻正负极板之间的距离按照施工
    的最短距离(0.5-0.7m)进行安装,进水阀6、排水阀9均采用蝶阀,水处理装置7采用钢筋
    混凝土结构,结构简单便于施工造价低廉,水道总长中蛇型水流通路的长度占水道总长度
    的80%。

    这里说明的??槭亢痛砉婺J怯美醇蚧痉⒚鞯乃得鞯?。对本发明的电极和水处
    理装置等的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

    本发明利用太阳能板所产生的低电压提供的静电场来处理高盐废水,同时采用新型电
    极材料改善了处理效率,起到了降低能耗、提高处理效率、节约能源、降低成本的效果。

    尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运
    用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地
    实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限
    于特定的细节和这里示出与描述的图例。

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    本文标题:利用静电吸附净化高盐废水的方法.pdf
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