净元电容析去离子技术介绍

电容析MCDI去离子技术
电容析去离子技术（MCDI）是拥有专利权的简单而有效的去除水中溶解性总固体（TDS）的电化学技术。

在电场作用下通过在电极和溶液之间形成一双电层，极性分子或离子被储存在双电层中被去除，当电极饱和后可以通过加上一反向电场使离子脱离电极进行再生。

与传统的除盐方法相比，电容析能耗小、成本低，且再生容易，无需化学药剂，是一种既经济又有效的方法。

电容析采用石墨电极与离子膜结合的形式，称为膜电极；膜电极既有电容吸附的优点又具有离子膜渗析的作用，所以称为电容析去离子技术。

水中含有的砷、硝酸盐、氟化物、高氯酸盐、氨氮、硫酸盐、金属离子及其他离子性化合物均可用电容吸附技术来处理。

MCDI系统有两种设计方案可供选择。

一种是去除所有的带电荷的溶解性盐类，另一种是选择性去除一价离子，例如硝酸盐和氟化物。

传统去离子技术
目前公开的去离子技术中，常见的脱盐方法有离子交换法、电渗析法、反渗透法等，这些方法均存在着许多局限性，如采用反渗透法，系统对水的预处理要求很高，高压泵能耗高，得水率较低，制水成本高；采用离子交换法，再生酸碱费用高，再生废液很容易对环境造成二次污染，系统操作要求高；采用电渗析法，运行过程中阴极和阳极膜上容易结垢，从而影响出水水质，并缩短仪器的使用寿命且耗电量、耗水量都很高。

电容析MCDI膜电极优点：
⑴膜电极是碳电极与离子膜制成一体的，采用在阴极上喷涂阳离子交换涂
层，在阳极上喷涂阴离子交换涂层，制备成膜电极，其离子交换层的厚度小于10微米，比直接加上离子膜的电阻小，电容量大。

⑵膜电极电吸附脱盐的过程中，由于没有了同离子的排斥作用，每当电极上
有一个电子转移时，就会从溶液中吸附一个盐离子。

⑶膜电极在脱附离子时，当反接电极后，离子膜会阻止离子吸附到对面极板
上离子会脱附的更彻底，因此这也在连续的吸脱附过程中增加了电吸附装置的脱盐能力。

⑷膜碳电极之间的距离只是一层隔膜，几乎为零，改变了老式装置电极片之
间设有蛇形或其他形式的液体通道的结构，被处理的废水从四周一层一层漫过电极片进行吸附，该模块最大的好处是拆卸容易，可以随时根据需要调整膜电极的对数，而且电极片之间距离很近，使其在通过较大流速溶液时对离子仍然有较好的吸附能力。

MCDI技术革新
1、现有电容吸附法没有离子膜，水流直接冲刷碳电极，碳颗粒掉落的情况会
持续发生；而MCDI由于膜电极中离子膜的遮挡和包覆，水流不直接冲刷碳电极，而是从离子膜之间流过，加上我们特殊的碳电极加工方法，长期使用造成碳电极冲刷掉落的情况不会出现。

2、因为离子隔膜的作用，使得反充电时从电极上脱附的离子，只能回到溶液
或水中，无法吸附到对面电极上，从而使电极得到充分的清洗，再开始下一次充电和吸附，提高了离子去除率和装置的运行效率；传统电容去离子
由于没有离子膜隔离，导致脱附过程中离子再次吸附到对面极板上，影响脱附效果。

3、由于离子膜的选择透过性，可以处理浓度几万毫克/升以上的溶液，由于
膜电极一体制作，厚度极薄，电阻很小，再加上三明治式的零距离结构，也可以处理浓度低于10毫克/升的溶液，改变了现有电容吸附法一般只能处理浓度200-2000毫克/升的液体的现状，扩大了适用范围。

4、可以瞬间反冲出浓度高于原液10倍以上的浓缩液，利于回收和浓缩，可
以减少蒸发和其他方法浓缩的流程，降低能耗，而现有电容吸附法反冲浓度变化平缓，一般无法用于浓缩。

5、现有电容去离子（CDI）技术由于脱附不测底导致结垢，这种结垢会对充
电/反充电时吸附/脱附造成点效率下降，如同增加的一层薄膜电阻，使吸附量下降，或能耗上升；阻塞水流的通道，造成运行压力上升，容易破坏模块的密封形成漏水。

而MCDI因为离子膜的作用使碳电极每次都得到充分的清洗，都是新的电极供吸附，不会形成胶体和结垢；同时，由于模块耐酸碱性好，可以使用酸冲洗，解除结垢现象。

MCDI设备介绍
膜电容去离子连续废水处理装置，包括进水嘴17、下盖板16、下垫片15、布水板14、壳体6、导电杆2、处理模块组件、集水板5、上垫片4、上盖板3及出水嘴1，圆筒形的壳体下端同轴安装下盖板，在下盖板的中轴部位与壳体内连通安装进水嘴，下盖板与壳体通过下垫片进行密封、螺栓进行固装，在壳体内的下盖板上同轴安装有布水板；圆筒形壳体上端同轴安装上
盖板，在上盖板的中轴部位与壳体内连通安装出水嘴，上盖板与壳体通过上垫片进行密封、螺栓进行固装，在壳体内的上盖板上同轴安装有集水板，在壳体外缘均布间隔轴向安装有导电杆，在布水板与集水板之间的壳体内同轴安装有下配电板13及上配电板7，上、下配电板为一对金属板，在该两个配电板之间同轴安装有多组处理模块组件。

每个处理模块组件均由上集流板8、膜碳正电极9、隔膜10、膜碳负电极11、下集流板12依次同轴构成，处理模块组件的五个构件一层一层水平夹在两侧的配电板内。

所述隔膜是一层带有小孔的隔膜，以防止模块短路；所述膜碳正、负电极之间的距离只是一层隔膜，几乎为零，改变了老式装置电极之间设有蛇形或其他形式的液体通道的结构；所述的上、下集流板均为石墨膜，每对膜碳电极通过集流板、配电板与导电杆相连，导电杆与电源相连，由于多组膜碳电极是串联关系能大大降低工作电流，简化供电系统。

在碳膜正、负电极表面均喷涂有极薄的阴阳离子膜，其具体的喷涂方式是：
在碳膜负电极上喷涂阳离子交换涂层，在碳膜正电极上喷涂阴离子交换涂层，制备成膜电极，其离子交换层的厚度小于10微米，比直接加上离子膜的电阻小，电容量大，使得去离子率和脱盐效率显著提高，电极不宜结垢，浓水利于浓缩和回用。

该技术运行成本低，适用范围广，无论对较高电导率还是低电导率的废水，离子去除效率比现有电容去离子技术均提高50%以上，适合大流量废水连续处理场合。

离子膜的加入没有提高整个吸附模块的电阻，每对电极电压在0.5-1.2V，整个连续装置实现低电流的运行，吨水运行成本低于现有电容去离子装置
图1 图2
MCDI工作原理
要处理的废水通过进水嘴进入装置，通过布水板均匀分布在处理模块组件四周，采用周边进水形式，被处理的废水一层一层漫过膜碳电极片进行吸附，该处理模块组件最大的好处是拆卸容易，可以随时根据需要调整膜碳电极片的对数，而且膜碳电极片之间距离很近，使其在通过较大流速溶液时对离子仍然有较好的吸附能力。

吸附后的水有中央流出，通过集水板从出水嘴流出，实现去离子目的；本装置运行的吸附-脱附更替，通过电源的短接，反接完成，通过电磁阀切换倒极实现。

以同一种含离子废水的处理为例，该废水分别利用蠕动泵通过进水管进入膜电容去离子连续处理装置和现有电容去离子装置，两个装置的主要区别一个是膜碳电极，一个是碳电极，其他所有的工艺条件相同，进行连续进、出水电吸附试验。

并在线监测瞬间电导率，直至电吸附平衡。

再生时用原水冲洗，倒极脱附，收集浓缩废水。

实验结果表明，膜电容装置（MCDI）脱盐效率高于现有电容装置（CDI）近50%，三次吸附-脱附循环后，脱附彻底，几乎可以清洗到原有电极的吸附能力，而现有电容装置（CDI），吸附能力在下降。

膜碳电极加膜与不加膜除盐实验数据对比分析见下表：
MCDI应用领域
◆循环冷却水的旁流处理：通过电容析去除排污水中大部分含盐量，80%以上的水回用到循环水里，减少补水量，排污量可减少80%以上。

◆市政废水处理：二级生化处理后的污水经电容析去离子，可作为循环水系统的补水或生产工艺用水回用。

◆工业废水处理：印染、造纸、电力、化工、冶金等行业都需要大量的除盐水或纯水作为工艺用水。

根据不同水质要求，电容析去离子技术可替代传统的除盐技术，以降低运行成本。

◆饮用水净化：去除大量的无机盐类，如钙、镁、氟、砷、钠、硝酸盐、硫酸盐、氯化物等，使一些因无机盐类超标的水源得以有效利用。

◆苦咸水淡化：电容析去离子技术具有耐钙、镁、硫酸盐结垢的特点，在苦咸水特别是矿坑水等高含盐量和有机物的淡化方面也有良好的应用。

◆反渗透技术的预处理：降低其硬度、TOC等，可稳定反渗透系统运行，提高出水水质和水的回收率，降低运行维护成本，延长膜的使用寿命。

◆EDI的预处理：即降低了预处理成本又能够满足EDI的进水要求，对于低于1000μS/cm水质，MCDI出水可以达到10μS/cm以下，完全满足EDI入水的要求，这种低浓度的水处理能耗只有0.3千瓦时/吨，远低于反渗透的处理成本，并且运行维护非常简单方便。