CN101143271B - 卷式电吸附滤芯 - Google Patents

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Abstract

一种卷式电吸附滤芯,其结构是在设有进液口、出液口和电极的壳体内设有卷式电吸附组件,该组件由导电层、吸附层、支撑层、吸附层、导电层、吸附层、支撑层和吸附层(共8层)组成的复合层卷绕在芯轴上,并由外侧的固定层将其扎紧固定在芯轴上制成。当原液从进液口进入滤芯,在穿过卷式电吸附组件中的支撑层时,在直流电场力的作用下,液体中的带电粒子(如钙、镁、钠、铅、汞、镉等金属离子和酸根等)被吸附在吸附层表面的双电层中而被有效去除,于是液体得到净化。本发明卷式电吸附滤芯液流分布均衡、对原液适应能力强、净化效果好、运行能耗低、结构简单、制造成本低、使用寿命长,可对水、酒、饮料和其它液体进行净化。

Description

卷式电吸附滤芯
技术领域
[0001] 本发明涉及液体处理技术领域,尤其涉及一种卷式电吸附滤芯。
背景技术
[0002] 淡水资源紧张是全世界面临的严重问题之一,而海水或苦咸水淡化和中水回用 是解决这一问题的根本途径。所以开发低成本、低能耗、适应性强、稳定性好的水处理 技术意义十分重大。
[0003] 在海水或苦咸水淡化技术领域中,目前公知的技术主要有蒸馏、反渗透、离子 交换、电渗析和EDI等几种。但是,这些技术都有明显的不足。例如:蒸馏技术能 耗大;反渗透技术设备造价高,对水的预处理要求条件苛刻,并且运行压力大,故运行 成本较高;离子交换技术需要经常对树脂进行再生,而再生需要消耗大量酸碱液,并且 用过的再生液需要适当处理才能排放,所以系统整体造价和运行成本都较高;电渗析技 术设备复杂,造价较高,并且其膜堆容易结垢,严重影响设备的稳定运行和使用寿命; EDI技术是在离子交换和电渗析基础上发展起来的一种深度除盐技术,其中的离子交换 树脂不需要再生,设备可以连续除盐,但其中的离子交换膜仍是比较脆弱的且容易结 垢,影响设备使用寿命,并且EDI技术对含盐量较高的水质不适应。
[0004] 中国专利号为01127146.9《液体纯化处理模块》公开了一种去除液体中带电粒 子的技术。该处理模块包括端板、配电底版、电极板、绝缘隔框及连接件,并排配置的 众多配电底板通过连接件由端板及绝缘隔框固定,配电底板与配电元件连接,连有电极 板的配电底板上设有导液孔,并与端板上的进出液口以及电极板之间的空隙连通构成液 体通道,在电极板之间的空隙内还装有能使液流通过的填料。其原理是利用电场力去除 液体中的带电粒子,由于溶解于水中的盐分通常均以带正电荷的金属离子和带负电荷的 酸根形式存在,所以该技术能有效去除水中的盐分。此外,它还能去除其它具有电特性 的胶体、有机物、微生物等。采用该技术的设备运行时在电极上没有明显的化学反应, 其所需的电能只是用米移动和吸附水中的带电粒子和提供水流动能,因此其能耗远远低 于将液体分子从原液中分离出来的蒸馏技术和反渗透技术。但是,该模块所用零件数量 太多,精度要求也较高,故制造成本较高。此外,该模块的结构布水不均衡,即各部分 水流速度差别较大,从而造成设备各部位出力不均衡。再者,该模块采用石墨膜作为吸 附表面,其比表面积不够大,影响净化能力。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状的不足而提供一种液流分 布均衡、对原液适应能力强、净化效果好、使用能耗低、设备结构简单、制造成本低、 使用寿命长的液体净化用卷式电吸附滤芯。
[0006] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种卷式电吸附滤芯,其包括 设有进液口、出液口和电极的壳体,在该壳体内设有卷式电吸附组件。[0007] 所述的壳体具有可拆装壳体内卷式电吸附组件的结构,其包括封头和本体,本 体与封头之间设有密封垫,本体与封头通过螺栓、螺母和垫圈的形式进行固定密封连 接。
[0008] 所述的卷式电吸附组件,包括由导电层、吸附层、支撑层、吸附层、导电层、 吸附层、支撑层和吸附层(共8层)组成的复合层,该复合层卷绕在芯轴上并由外侧的 固定层将其扎紧固定在芯轴上,所述的电极有两个,分别设置在与两个导电层相接触的 位置,电极的上部穿过封头并与封头密封连接,电极的下部直达导电层的下缘。所述的 支撑层是由绝缘材料制成的网状或者板状零件,其特征是在支撑层的厚度方向有数量众 多的通孔,卷起后在其轴线方向有可通液体的液流通道。所述的导电层可以是导电性、 耐腐蚀性和韧性均良好的石墨纸,也可以是导电性和耐腐蚀性均良好且具有足够韧性的 其它板状材料。所述的吸附层采用导电性和耐腐蚀性均良好并且比表面积很大的材料制 成,它可以是活性炭纤维,也可以是纳米炭管,也可以是粉状活性炭或者粒状活性炭, 也可以是其它导电性和耐腐蚀性均良好并且比表面积很大的材料,优选采用活性炭纤 维,当采用纳米炭管、粉状活性炭或者粒状活性炭时需要将其固定在导电层上。
[0009] 所述的卷式电吸附组件,可以在其下端设置连接头,该连接头呈平封头状,其 外缘有向上延伸的短圆筒,该圆筒的内侧面与卷式电吸附组件固定层的外侧面密封连 接;连接头的下部有向下延伸的出液管,该出液管与壳体上出液口上方的内伸短管密封 连接;连接头的上表面设有辐射状导流筋。
[0010] 所述的卷式电吸附组件,也可以在其下端不设连接头,而是通过卷式电吸附组 件固定层的外侧面与本体内侧面密封连接。
[0011] 由于本发明技术的导电层和吸附层采用了耐腐蚀性很好的材料,所以,对原液 的适应性明显优于反渗透、电渗析、EDI等技术。因为这些技术采用了半透膜作为净化 材料,而半透膜对原液的理化性能有一定要求。
[0012] 本发明专利技术还包括:在卷式电吸附组件的进液端设置布液装置,以便使液 体在通过支撑层时各处的液流速度均勻一致。
[0013] 本发明专利技术还包括:在卷式电吸附组件支撑层的空隙中装有粒状填料,以 便利用液流在通过填料时产生的扰动促使液体中的带电粒子有更多的机会与吸附层相接 触,从而提高滤芯的净化效果。为了防止粒状填料泄漏,在卷式电吸附组件的下方和上 方或者在支撑层的两个端部设有阻挡层,所述的阻挡层具有绝缘、透液和阻挡粒状填料 泄漏的特性,它可以是无纺布、PP棉,也可以是具有上述特性的其它材料。
[0014] 本发明采用的进一步技术方案是:所述的填料为离子交换树脂,由于离子在离 子交换树脂中的扩散系数要远高于在溶液中的扩散系数,这就可以显著减小带电粒子在 支撑层中的迁移(带正电荷的粒子向负极迁移,带负电荷的粒子向正极迁移)阻力,从而 进一步提高滤芯的净化效果。
[0015] 本发明卷式电吸附滤芯运行时在两个电极上施加直流电压(只有几伏),这样在 支撑层中的液体就处在直流电场中,液体中带正电荷的粒子(如钙、镁、钠、铅、汞、 镉等金属离子)在电场力的作用下向负极迁移并被吸附在吸附层表面的双电层中,液体 中带负电荷的粒子(如酸根等)在电场力的作用下向正极迁移并被吸附在吸附层表面的双 电层中。原液从滤芯的进液口进入,在穿过支撑层时,原液中的带电粒子(如金属离子和酸根)被去除,于是原液得到净化。当滤芯使用一段时间后,与导电层相接触的吸附 层将被原液中的带电粒子逐渐吸附饱和,这时可通过控制电路使直流电源断开,两个导 电层(正、负极)短接,由于外加直流电场的消失和内部回路的形成,吸附在吸附层表面 双电层中的带电粒子在自身形成的电场力作用下,向支撑层的中间移动,随着这个过程 的进行,带电粒子自身形成的电场将很快消失,同时液体中带正电荷和带负电荷的粒子 在液体中的分布趋于均勻。这时,支撑层中液体的含盐量(带电粒子浓度)将显著高于 原液的含盐量,将这些高含盐量的液体作为废液排出,滤芯得到再生。滤芯再生后,通 过控制电路对正、负电极施加一极性和上一周期相反的直流电压,滤芯即进入下一周期 的吸附净化处理过程。
[0016] 由于本发明技术在净化和再生过程中,在支撑层和吸附层中只出现带电粒子的 聚散(吸附和解吸)现象,或者说只出现带电粒子在液体中的迁移现象,不会出现明显 的化学反应现象(因为所施加的直流电压很低,只有几伏),所需的能量只是用来移动并 吸附带电粒子和提供液流动能,而液体在支撑层中的流动速度很低,流动阻力很小,所 以,其能耗远远低于将液体分子从原液中分离出来的蒸馏技术和反渗透技术。
[0017] 本发明卷式电吸附滤芯可以通过并联方式安装以提高净化时的出液流量,还可 以通过串连方式安装以提高净化效果,即提高液体中导电粒子的去除率。
[0018] 本发明技术的有益效果在于:对原液适应能力强、净化效果好、运行能耗低、 设备结构简单、制造成本低、使用寿命长,可对水、酒、饮料和其它液体进行处理,去 除其中的带电粒子(如金属离子、酸根和具有电特性的胶体、有机物、微生物等),使液 体得到净化。
附图说明
[0019] 图1为本发明实施例一的结构示意图。
[0020] 图2为图1的A——A剖面图。 [0021 ] 图3为图1的B——B剖视图。
[0022] 图4为本发明实施例一中支撑层的一种结构示意图。
[0023] 图5为图4的A——A剖视图。
[0024] 图6为本发明实施例一中支撑层的另一种结构示意图。
[0025] 图7为图6的A——A剖视图。
[0026] 图8为本发明实施例二中卷式电吸附组件的结构示意图。
[0027] 图9为本发明实施例二的结构示意图。
具体实施方式
[0028] 以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述,但应当理解这里的详细描述 并不构成对本发明保护范围的限制。
[0029] 实施例一:结合图1、图2和图3所示,本实施例卷式电吸附滤芯,其包括设有 进液口(1)、出液口(20)和电极(2)的壳体,在该壳体内设有卷式电吸附组件。
[0030] 所述的壳体包括封头⑷和本体(11),封头⑷与本体(11)之间设有密封垫 (6),本体(11)与封头(4)通过螺栓(7)、螺母(9)和垫圈(8)固定连接。[0031] 所述的卷式电吸附组件,其包括由导电层(13)、吸附层(14)、支撑层(15)、吸 附层(14)、导电层(13)、吸附层(14)、支撑层(15)和吸附层(14)组成的复合层(共8 层),该复合层卷绕在芯轴(10)上并由外侧的固定层(12)将其扎紧固定在芯轴(10)上。 所述的电极(2)有两个,分别设置在与两个导电层(13)相接触的位置,电极(2)的上部 穿过封头(4)并通过密封材料(3)与封头(4)进行密封连接,电极(2)的下部直达导电层
(13)的下缘。所述的复合层在卷绕终止处设有填料(21),以便使该处形状圆滑过渡,该 填料(21)具有绝缘和密封特性。
[0032] 所述的支撑层(15)是由绝缘材料制成且在厚度方向有众多通孔和在卷起后的轴 向有可通液体的液流通道的网状或者板状零件,其结构形式可以是如图4和图5所示(图 5是图4的A——A剖视图):由两组相互交错的筋条(22)连成众多网孔(23)而形成; 其结构形式也可以是如图6和图7所示(图7是图6的A——A剖视图),在孔板(24)上 设有许多纵向筋条(25)而形成。
[0033] 所述的导电层(13)是导电性、耐腐蚀性和韧性均良好的石墨纸。所述的吸附层
(14)是导电性和耐腐蚀性均良好并且比表面积很大的活性炭纤维。
[0034] 所述的卷式电吸附组件的下方设有连接头(18),该连接头(18)外缘有向上延伸 的短圆筒,该圆筒的内侧面与卷式电吸附组件固定层(12)外侧面密封连接;连接头(18) 的下部有向下延伸的出液管,该出液管与壳体上出液口(20)上方的内伸短管通过密封圈 (19)进行密封连接;连接头底部的上表面设有辐射状导流筋(17)。
[0035] 本发明实施例在卷式电吸附组件支撑层(15)的空隙中装有离子交换树脂。为了 防止离子交换树脂泄漏,在卷式电吸附组件的下方设有阻挡层(16),在卷式电吸附组件 的上方设有过滤层(5)。所述的阻挡层(16)是无纺布,也可以是PP棉,也可以是细孔 塑料丝网,也可以是其它同时具备绝缘、透液和有效阻挡离子交换树脂泄漏三种特性的 材料。所述的过滤层(5)可以是无纺布,也可以是PP棉,也可以是其它绝缘多孔材料, 过滤层(5)也是布液装置,以便使液体在通过支撑层时各处的液流速度趋于均勻一致。
[0036] 实施例二:结合图8和图9所示,本实施例是对实施例一的一种简化,将实施例 一中的过滤层(5)、阻挡层(16)、连接头(18)和出液口(20)上方的内伸短管取消,壳体 内设置如图8所示结构的卷式电吸附组件(27),将卷式电吸附组件(27)固定层的外侧面 与本体内侧面通过密封材料(28)进行密封固定连接。为了防止离子交换树脂泄漏,分别 在卷式电吸附组件支撑层的两端设置阻挡层(26)。本实施例其它要求与实施例一相同。
[0037] 最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技 术方案;因此,尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明,但 是,本领域的普通技术人员应当理解,仍然可以对本发明进行修改或等同替换;而一切 不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进,其均应涵盖在本发明的权利要求范围 中。

Claims (9)

1.一种卷式电吸附滤芯,包括设有进液口、出液口和电极的壳体,壳体包括封头和 本体,其特征在于:所述壳体内设有卷式电吸附组件,卷式电吸附组件包括由第一导电 层、第一吸附层、第一支撑层、第二吸附层、第二导电层、第三吸附层、第二支撑层和 第四吸附层组成的复合层以及芯轴,该复合层卷绕在芯轴上并由外侧的固定层将其扎紧 固定在芯轴上;所述的电极有两个,分别设置在与两个导电层相接触的位置,电极的上 部穿过封头并与封头密封连接;所述卷式电吸附组件的下端设有连接头,连接头呈平 封头状,其外缘设有向上延伸的短圆筒,短圆筒的内侧面与所述固定层的外侧面密封连 接,连接头的下部设有向下延伸的出液管,该出液管与所述壳体上出液口上方的内伸短 管进行密封连接。
2.按照权利要求1所述的卷式电吸附滤芯,其特征在于:在所述的卷式电吸附组件 的进液端设有布液装置。
3.按照权利要求1所述的卷式电吸附滤芯,其特征在于:所述的支撑层在厚度方向 设有数量众多的通孔,在支撑层卷起后的轴线方向设有通液体的液流通道。
4.按照权利要求1所述的卷式电吸附滤芯,其特征在于:所述的支撑层中装有粒状 填料。
5.按照权利要求4所述的卷式电吸附滤芯,其特征在于:所述的粒状填料是离子交 换树脂。
6.按照权利要求1所述的卷式电吸附滤芯,其特征在于:所述的吸附层是活性炭或 纳米炭管。
7.按照权利要求6所述的卷式电吸附滤芯,其特征在于:所述的活性炭呈纤维状。
8.按照权利要求1所述的卷式电吸附滤芯,其特征在于:所述的导电层是石墨纸。
9. 一种卷式电吸附滤芯,包括设有进液口、出液口和电极的壳体,壳体包括封头和 本体,其特征在于:所述壳体内设有卷式电吸附组件,卷式电吸附组件包括由第一导电 层、第一吸附层、第一支撑层、第二吸附层、第二导电层、第三吸附层、第二支撑层和 第四吸附层组成的复合层以及芯轴,该复合层卷绕在芯轴上并由外侧的固定层将其扎紧 固定在芯轴上;所述的电极有两个,分别设置在与两个导电层相接触的位置,电极的上 部穿过封头并与封头密封连接;卷式电吸附组件固定层的外侧面与本体内侧面密封连 接;分别在卷式电吸附组件支撑层的两端设置阻挡层。
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