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)來處理。

凈元MCDI系統(tǒng)有兩種設(shè)計方案可供選擇。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，再生酸堿費用高，再生廢液很容易對環(huán)境造成二次污染，系統(tǒng)操作要求高;采用電滲析法，運行過程中陰極和陽極膜上容易結(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:

⑴ 電容析MCDI電吸附脫鹽的過程中，陰膜只能透過陰離子，陽離子被阻隔，陽膜只能透過陽離子，陰離子被阻隔。

⑵ 電容析MCDI在脫附離子時，當(dāng)反接電極后，離子膜會阻止離子吸附到對面極板上，所以離子會脫附的更徹底，因此這也在連續(xù)的吸脫附過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電極片進行吸附，該模塊最大的好處是拆卸容易，可以隨時根據(jù)需要調(diào)整膜電極的對數(shù)，而且電極片之間距離很近，使其在通過較大流速溶液時對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，加上我們特殊的碳電極加工方法，長期使用造成碳電極沖刷掉落的情況不會出現(xiàn)。

2、當(dāng)反接電極時，因為離子隔膜的作用，使得從電極上脫附的離子，只能回到溶液或水中，無法吸附到對面電極上，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)致脫附過程中離子再次吸附到對面極板上，嚴重影響脫附效果，導(dǎo)致處理效率降低。

3、 由于離子膜的選擇透過性，可以處理濃度幾萬毫克/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)垢會導(dǎo)致吸附/脫附的效率下降，阻塞水流的通道，造成運行壓力上升，容易破壞模塊的密封形成漏水。而MCDI因為離子膜的作用使碳電極每次都得到充分的脫附，吸附效率不會下降，也不會形成膠體和結(jié)垢;同時，由于模塊耐酸堿性好，可以適用于強酸水質(zhì)。

凈元MCDI工作原理

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

以同一種含離子廢水的處理為例，該廢水分別通過蠕動泵進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)，兩個裝置的主要區(qū)別一個是膜碳電極，一個是碳電極，其他所有的工藝條件相近，進行連續(xù)進、出水電吸附試驗。并在線監(jiān)測瞬間電導(dǎo)率，直至電吸附平衡。再生時用原水沖洗，倒極脫附，收集濃縮廢水。實驗結(jié)果表明，電容析去離子裝置(MCDI)脫鹽效率遠高于傳統(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)實驗數(shù)據(jù)對比分析見下表:

凈元MCDI應(yīng)用領(lǐng)域

◆市政廢水處理:二級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)，以降低運行成本。

◆飲用水凈化:去除大量的無機鹽類，如鈣、鎂、氟、砷、鈉、硝酸鹽、硫酸鹽、氯化物等，使一些因無機鹽類超標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，在苦咸水特別是礦坑水等高含鹽量和有機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)的運行，提高出水水質(zhì)和水的回收率，降低運行維護成本，延長膜的使用壽命。

◆EDI的預(yù)處理:即降低了預(yù)處理成本又能夠滿足EDI的進水要求，對于低于1000μS/cm水質(zhì)，MCDI出水可以達到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/噸，遠低于反滲透的處理成本，并且運行維護非常簡單方便。

電容去離子技術(shù)于 20 世紀 60 年代提出后，并未引起太多關(guān)注。于20世紀90年代后，碳氣凝膠材料應(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CDI技術(shù)質(zhì)的飛躍。因為納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)實的話題，且該技術(shù)存在先天的低能耗優(yōu)勢，等。 這些引起國內(nèi)外研究人員的大量關(guān)注和研究。目前，CDI在改進技術(shù)(如MCDI,FCDI),電極材料應(yīng)用和能量循環(huán)利用等方面，均取得了重要進展。

電容去離子通過施加靜電場強制離子向帶有相反電荷的電極處移動。由于碳材料, 如活性炭和碳氣凝膠等制成的電極, 不僅導(dǎo)電性能良好, 而且具有很大的比表面積, 置于靜電場中時會在其與電解質(zhì)溶液界面處產(chǎn)生很強的雙電層。 雙電層的厚度只有 1~10nm , 卻能吸引大量的電解質(zhì)離子, 并儲存一定的能量。 一旦除去電場, 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。例如, 離子交換是目前工業(yè)上從水溶液中去除陰陽離子, 包括重金屬和放射性同位素的主要手段, 但這一過程產(chǎn)生大量的腐蝕性二次廢水, 必須經(jīng)過再生裝置處理。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, 只是通過電極的放電完成, 因此不會有額外的廢物產(chǎn)生, 也就沒有污染; 同蒸發(fā)這種熱過程相比, 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便的優(yōu)勢，不需要提供高電勢和額外壓力驅(qū)動。

因為具有能耗低, 污染小, 易操作等優(yōu)點, 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。