[发明专利]一种使用电容去离子减轻极化的膜蒸馏装置

说明书

本发明公开了一种使用电容去离子减轻极化的膜蒸馏装置，包括进水池、膜蒸馏系统和出水池；膜蒸馏系统包括膜蒸馏管体、热侧恒温槽和冷侧恒温槽；膜蒸馏管体中竖向平行布设有电容去离子系统和疏水膜；电容去离子系统包括竖向平行安置的第一活性炭电极、第二绝缘隔板、第二活性炭电极和第一绝缘隔板，活性炭电极分别连接电源的正负极；绝缘隔板为中空网状结构，绝缘隔板的中空腔为热液通道；疏水膜与邻近的膜蒸馏管体之间形成冷液通道；热液循环通路与冷液循环通路中的液体相逆流动。本发明使用电容去离子减缓膜蒸馏极化装置能有效解决膜蒸馏过程中极化现象的产生，改善膜性能降低，造成通量下降、处理水量减少的问题。

技术领域

本发明涉及水处理领域，特别是一种使用电容去离子减轻极化的膜蒸馏装置。

背景技术

膜蒸馏(Membrane Distillation，MD)技术是一种非等温的物理分离技术，以疏水性多孔膜两侧的蒸气压差为推动力，使热侧蒸汽分子穿过膜孔后在冷侧冷凝富集，可看作是膜过程与蒸馏过程的集合。由此可见，膜蒸馏分离的传质过程主要由3个阶段组成：①水分在膜的热料液侧蒸发；②水蒸气穿过膜孔的迁移过程；③水蒸气在膜的另一侧冷凝。作为一种新型的高效分离技术，与传统的蒸馏以及反渗透过程相比，膜蒸馏具有许多优点，如：设备所需体积小；较低的操作温度和压力；对不挥发性组分100％的理论截留率；良好的化学稳定性；可以与其他分离过程相整合；可处理分离热敏性物质和高浓度废水等。因此，自1963年被首次提出以来，一直备受关注。

膜蒸馏过程使用的膜主要有改性的聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚偏氟乙烯(PVDF)等，以胜任膜蒸馏过程所需的疏水性、渗透率、抗污染能力等。近年来，关于膜蒸馏用膜的开发研究越来越受到重视，许多学者都致力于膜的制备和改性研究方面，以期获得较好性能的膜材料。其中，膜的极化现象与抗污染能力一直是研究的重点和难点。水溶液在通过疏水膜的时候，膜面出现不同组份富集的现象，导致极化和污染的发生，造成分离效率的降低。在水处理过程中，原水中的金属化合物、有机物、微生物等污染物质都会对膜的性能造成不利的影响，其一般表现为膜孔的堵塞、细菌的沉积等。因此，可以设置一种外加的系统以减轻膜蒸馏系统的负荷、缓解对膜表面的污染并且减轻极化现象的产生。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种使用电容去离子减轻极化的膜蒸馏装置，该使用电容去离子减轻极化的膜蒸馏装置能解决膜蒸馏过程中膜表面易受污染，造成膜孔堵塞、通量下降以及极化的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种使用电容去离子减轻极化的膜蒸馏装置，包括进水池、电容去离子系统、膜蒸馏系统和出水池。

膜蒸馏系统包括膜蒸馏管体、热侧恒温槽和冷侧恒温槽；进水池通过进水管与热侧恒温槽相连接。

膜蒸馏管体中竖向布设有活性炭电极、绝缘隔板和疏水膜；其中，绝缘隔板位于活性炭电极和疏水膜之间，且绝缘隔板为中空网状结构，绝缘隔板的中空腔为热液通道，热液通道通过热侧循环水管与热侧恒温槽相连通，并形成热液循环通路。

疏水膜表面涂覆有导电材料，疏水膜与电源系统的正极或负极相连接，活性炭电极与电源系统的负极或正极相连接。

疏水膜与邻近的膜蒸馏管体之间形成冷液通道，冷液通道通过冷侧循环水管与冷侧恒温槽相连通，并形成冷液循环通路；热液循环通路与冷液循环通路中的液体相逆流动。

膜蒸馏管体的冷液出口还通过出水管与出水池相连接。

疏水膜表面涂覆的导电材料为碳纳米管材料。

碳纳米管材料在疏水膜表面的涂覆方法，包括如下步骤：