CN103253746B - 浓水分流设计的防结垢电除盐器及其电除盐方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电除盐器，尤其涉及一种浓水分流设计的防结垢电除盐器及其电除盐方法，包括电除盐器主体构件，所述电除盐器主体构件包括阴阳离子交换膜、浓水室、淡水室和正负电极，所述淡水室内充填有离子交换树脂，还包括浓水分路分流结构，所述浓水分路分流结构由设置于电除盐器主体构件外侧面中部的浓水进水口、设置于所述浓水室上下端面的浓水出水口和设置于浓水室内的隔离层组成。本发明在运行过程中，浓水通过浓水分路分流结构使淡水迁移到浓水中的阴、阳结垢离子分开流动，浓水流道变短，硬度离子在组件内停留时间缩短。

Description

浓水分流设计的防结垢电除盐器及其电除盐方法

技术领域

本发明涉及一种电除盐器，尤其涉及一种浓水分流设计的防结垢电除盐器。

背景技术

现有工业用水除盐提纯的水处理的方法中，较为先进的方法是将电渗析技术和离子交换技术相结合来制取超纯水，即电除盐（EDI）。电除盐过程是在直流电场和电活性介质的作用下，使液体中所含离子发生定向迁移，同时利用阴阳离子交换膜对溶液中阴阳离子的选择透过性，使离子从一种溶液转移到另一种溶液，从而达到除盐目的的膜分离过程。在EDI组件中，对各种离子的脱出次序是不同的。首先是高价离子脱出，其次是低价易脱出离子被脱出，最后是弱离子化离子、氢离子和氢氧根离子。膜堆的结垢是影响EDI装置长期稳定运行的关键问题之一，结垢的位置主要发生在膜堆阴极室和浓水室靠近阴膜表面的碱性环境中。专利号为98223514的实用新型专利公开了一种螺旋卷式电除盐器水处理设备，它主要将阴阳离子交换膜与绝缘网隔板制成一特殊的膜袋式浓水流道单元，并与浓水配集管的侧壁相连通，每相邻的浓水流道单元之间夹入一张绝缘网隔板构成可充填入离子交换树脂的淡水流道单元，然后以浓水配集管为中心卷绕成圆柱体结构，再包以金属壳体。其中位于中心的浓水配集管兼作阴极，且中部阻断，上半段为集水管，下半段为配水管；金属壳体兼作阳极。该实用新型虽然具有结构简单，流道阻力小、更换离子交换树脂方便等优点，但是，整体的电除盐器的结构设计使得浓水流道过长，Ca²⁺、Mg²⁺离子和CO₃ ^2-、SO₄ ^2-离子在组件内停留的时间长，容易形成结垢；其次，由于浓水进水先经过阴极，导致进水呈碱性，浓水中形成结垢的倾向更加明显。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种浓水中不易结垢的浓水分流设计的防结垢电除盐器。

本发明的目的之二是提供一种浓水中不易结垢的浓水分流设计的防结垢电除盐器的电除盐方法。

本发明的第一技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

浓水分流设计的防结垢电除盐器，包括有阴阳离子交换膜，浓水室、淡水室，和正负电极的电除盐器主体构件，并在各淡水室内充填有离子交换树脂，其特征在于：还包括浓水分路分流结构，所述浓水分路分流结构由设置于电除盐器主体构件侧面中部的浓水进水口，设置于电除盐器主体构件上、下两端面的浓水出水口，和设置于浓水室内的隔离层组成。

浓水分路分流结构改变了原有电除盐器浓水的流道，使浓水从电除盐器的侧面中部进入，由于浓水室内设置的隔离层，浓水分开流入电除盐器中，由于EDI脱除淡水中各种离子的次序不同，使得易结垢的离子Ca²⁺、Mg²⁺离子和CO₃ ^2-、SO₄ ^2-离子，能够分开进入浓水中，然后分开流动的浓水分别通过设置在电除盐器上下端面的浓水出水口流出，这样的设计使淡水迁移到浓水中的阴、阳结垢离子能快速分开流动，不易产生结垢；从而解决了现有技术中由于结构设计导致的浓水流道过长，结垢离子在组件内停留时间长，使得浓水中容易形成结垢的技术问题。

作为优选，所述浓水室包括中心浓水管，所述阴阳离子交换膜之间设置有网隔板，所述阴阳离子交换膜和所述网隔板均以所述中心浓水管为中心轴制成圆柱体状。

本发明的浓水分流设计的防结垢电除盐器，适用于螺旋卷式电除盐器，以中心浓水管为中心轴的圆柱体状结构设计，结合浓水分路分流结构，使得浓水流道变短，易结垢离子在组件内部停留的时间缩短。

作为优选，所述中心浓水管为阴极，而包置于圆柱体外的金属壳体为阳极，两电极分别与直流电源相接。

本发明的电除盐器，在处理过程中，浓水从外侧阳极流进，经电解后形成酸性溶液，后流经组件内部时就不容易结垢；解决了浓水进水先经过阴极而导致进水呈碱性使得结垢更明显的技术问题。

作为优选，所述阴阳离子交换膜和设于浓、淡水室内的网隔板交替布置于正负电极之间，形成浓、淡水室；所述正负电极分别与直流电源相接。

本发明的浓水分流设计的防结垢电除盐器，适用于板框式电除盐器，阴阳离子交换膜和网隔板交替的布置，结合浓水分路分流结构，易结垢的离子Ca²⁺、Mg²⁺离子和CO₃ ^2-、SO₄ ^2-离子，能够分开进入浓水中。

作为优选，所述浓水室通过其内的所述隔离层分隔成上下两段；所述靠近下端浓水出水口段的长度占整个电除盐器有效长度的1/3~1/2。

由于淡水是自下而上的流入电除盐器中，而淡水中的Ca²⁺、Mg²⁺离子会首先被脱除出来，控制靠近下端浓水出水口段的长度占整个电除盐器有效长度的1/3~1/2，可以使Ca²⁺、Mg²⁺离子更快被浓水带出电除盐器，缩短Ca²⁺、Mg²⁺离子在电除盐器内部的停留时间，降低电除盐器发生结垢的可能性。所述整个电除盐器有效长度是指淡水室高度或其中离子交换树脂堆积在室中形成的高度。

作为优选，所述隔离层为橡胶、塑料或其他弹性体中的一种。可以通过粘结或者其他方式固定。

隔离层的设置，使浓水室一分为二，为淡水迁移到浓水中的阴、阳结垢离子分开流动提供了条件，使电除盐器不易产生结垢。

作为优选，所述淡水室内设置有改变流体流动方向的导向带。

作为优选，所述导向带设置在顺着流体流动的方向上。

作为优选，所述导向带设置在垂直于流体流动的方向上。

淡水室内设置的顺着，或者垂直于流体流动方向上的导向带，使得进入电除盐器的淡水的流径路线得到控制，增加淡水在电除盐器内部的停留时间，提高电除盐器对淡水的处理效率。

本发明的第二技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

浓水分流设计的防结垢电除盐器的一种电除盐方法为，原水进入电除盐器中；浓水通过设置于电除盐器主体构件侧面中部的浓水进水口进入，由于浓水室内设置的隔离层，浓水分开两路流入电除盐器中，通过电除盐器对原水的处理，原水中的各种离子分开进入浓水中，然后分开流动的浓水分别通过设置在电除盐器上下端面的浓水出水口流出，经处理后的淡水流出。

本发明克服了现有技术中的电除盐器的结构设计中浓水流道过长，Ca²⁺、Mg²⁺离子和CO₃ ^2-、SO₄ ^2-离子在组件内停留的时间长，容易形成结垢；其次，由于浓水进水先经过阴极，导致进水呈碱性，浓水中形成结垢倾向更加明显等不足之处。其有益效果为：在装置的运行过程中，浓水通过浓水分路分流结构的浓水进水口进入电除盐器，经处理后通过上下端面的浓水出水口排出，使淡水迁移到浓水中的阴、阳结垢离子分开流动，浓水流道变短，硬度离子在组件内停留时间缩短，不易产生结垢；同时，由于浓水是从外侧的阳极流进，经阳极电解后成酸性溶液，此后流经组件内部时不容易结垢。

本发明既适用于螺旋卷式电除盐器，又适用于板框式电除盐器，均可有效降低EDI组件中常见的结垢的困扰，可以明显延长电除盐器的使用周期，扩大装置的适用范围，提高电除盐器的处理效率和产水量，保证出水水质稳定，降低生产成本，提高电除盐器的电能利用率和电除盐的经济性能。

附图说明

附图1是本发明电除盐器的结构示意图。

附图2是本发明中导向带顺着流体流动方向的设置图。

附图3是本发明中导向带垂直于流体流动方向的设置图。

附图4是本发明电除盐器的立体示意图。

附图5是现有技术电除盐器的结构示意图。

图中：金属壳体1、浓水室2、中心浓水管21、淡水室3、浓水进水口4、浓水出水口5、隔离层6、导向带7、浓水分路分流结构8、进水口9、淡水出口10；浓水室2’、中心浓水管21’、开口211、211’。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：

如附图1所示的浓水分流设计的防结垢电除盐器，包括有阴阳离子交换膜，浓水室2、淡水室3，和正负电极的电除盐器主体构件，并在各淡水室内充填有离子交换树脂。浓水分路分流结构8由设置于电除盐器主体构件侧面中部的浓水进水口4，设置于电除盐器主体构件上、下两端面的浓水出水口5，和设置于浓水室内的隔离层6组成。

浓水室包括中心浓水管21，位于横截面圆的圆心处。阴阳离子交换膜和设于浓、淡水室内的网隔板均以中心浓水管21为中心轴制成圆柱体状。中心浓水管21兼作一电极，而包置于圆柱体外的金属壳体1为另一电极，两电极分别与直流电源相接。

浓水室通过其中部的隔离层6分隔成上下两段；所述靠近下端浓水出水口段的长度占整个电除盐器有效长度的1/3。隔离层6为橡胶、塑料或其他弹性体中的一种。可以通过粘结或者其他方式固定。所述淡水室3内设置有改变流体流动方向的导向带7。

原水通过进水口9进入电除盐器中进行处理，经过淡水室3内设置的改变流体流动方向的导向带7，增加了淡水在电除盐器内部的停留时间；浓水通过设置于电除盐器主体构件侧面中部的浓水进水口4进入，由于浓水室内设置的隔离层6，浓水分开两路流入电除盐器中，通过电除盐器对原水的处理，原水中的各种离子分开进入浓水中，由于EDI脱除淡水中各种离子的次序不同，使得易结垢的离子Ca²⁺、Mg²⁺离子和CO₃ ^2-、SO₄ ^2-离子，能够分开进入浓水中，然后分开流动的浓水分别通过设置在电除盐器上下端面的浓水出水口5流出，经处理后的淡水通过淡水出口10流出。

本实施例中，浓水分路分流结构8的设计使得淡水迁移到浓水中的阴、阳结垢离子分开流动，浓水流道变短，硬度离子在组件内停留时间缩短，不易产生结垢；然后，由于浓水是从外侧的阳极流进，经阳极电解后成酸性溶液，此后流经组件内部时不容易结垢；同时，由于控制靠近下端浓水出水口段的长度占整个电除盐器有效长度的1/2，使得Ca²⁺、Mg²⁺离子能更快被浓水带出电除盐器，缩短了Ca²⁺、Mg²⁺离子在电除盐器内部的停留时间，也降低了电除盐器发生结垢的可能性；而淡水室内导向带6的设置，增加了淡水在电除盐器内部的停留时间，提高了电除盐器的处理效率。

将上述浓水分流设计的防结垢电除盐器进行电除盐效果测试，测试条件为淡水进水电导率为4.9μs/cm，淡水出口流量2.0m³/hr，无极水，浓水流量为0.10 m³/hr，淡水进水和浓水进水温度分别为24.5℃和24.6℃，淡水进水口pH为7.0，操作电流为3A。

测试结果为淡水产水电阻率为18.0MΩ.cm，组件电压为33V，浓水出口电导率为82.2μs/cm，回收率为95.2%。

实施例2：

本实施例的浓水分流设计的防结垢电除盐器，包括有阴阳离子交换膜，浓水室2、淡水室3，和正负电极的电除盐器主体构件，并在各淡水室内充填有离子交换树脂。浓水分路分流结构由设置于电除盐器主体构件侧面中部的浓水进水口4，设置于电除盐器主体构件上、下两端面的浓水出水口5，和设置于浓水室内的隔离层6组成。中心浓水管21兼作阴极，而包置于圆柱体外的金属壳体1为阳极。

阴阳离子交换膜和设于浓、淡水室内的网隔板交替布置于正负电极之间，形成浓、淡水室；所述正负电极分别与直流电源相接。浓水室2通过其内的隔离层6分隔成上下两段；所述靠近下端浓水出水口段的长度占整个电除盐器有效长度的1/2。隔离层6为橡胶、塑料或其他弹性体中的一种。可以通过粘结或者其他方式固定。所述淡水室3内设置有改变流体流动方向的导向带7。

原水通过进水口进入电除盐器中进行处理，经过淡水室3内设置的改变流体流动方向的导向带7；浓水通过设置于电除盐器主体构件侧面中部的浓水进水口4进入，由于浓水室2内设置的隔离层6，浓水分开两路流入电除盐器中，通过电除盐器对原水的处理，原水中的各种离子分开进入浓水中，由于EDI脱除淡水中各种离子的次序不同，使得易结垢的离子Ca²⁺、Mg²⁺离子和CO₃ ^2-、SO₄ ^2-离子，能够分开进入浓水中，然后分开流动的浓水分别通过设置在电除盐器上下端面的浓水出水口5流出，经处理后的淡水通过淡水出口流出。

本实施例中电除盐器内各个面的电流密度相同，又通过浓水分路分流结构8使淡水迁移到浓水中的阴、阳结垢离子分开流动，浓水流道变短，硬度离子在组件内停留时间缩短，不易产生结垢；然后，由于浓水是从阳极流进，经电解后成酸性溶液，故不容易结垢；同时，由于控制靠近下端浓水出水口段的长度占整个电除盐器有效长度的1/2，使得Ca²⁺、Mg²⁺离子能更快被浓水带出电除盐器，缩短了Ca²⁺、Mg²⁺离子在电除盐器内部的停留时间，也降低了电除盐器发生结垢的可能性；而淡水室3内导向带7的设置，增加了淡水在电除盐器内部的停留时间，提高了电除盐器的处理效率。

将上述浓水分流设计的防结垢电除盐器进行电除盐效果测试，测试条件为淡水进水电导率为21.9μs/cm，淡水出口流量2.0m³/hr，无极水，浓水流量为0.11 m³/hr，淡水进水和浓水进水温度分别为25.6℃和25.8℃，淡水进水口pH为6.5，操作电流为6A。

测试结果为淡水产水电阻率为17.2MΩ.cm，组件电压为148V，浓水出口电导率为273.5μs/cm，回收率为94%.

对比例：

如附图4所示的电除盐器，装置在运行时，浓水通过设置在电除盐器的下端面的中心浓水管21’的一端流入，在中心浓水管21’的下端设有开口211，浓水经过开口流入浓水室中，沿电除盐器轴向向外流动，后折返至设置在中心浓水管上端的开口211’后，经设置在电除盐器的上端面的中心浓水管的另一端流出。该中心浓水管兼作一电极，而包置于圆柱体外的金属壳体为另一电极。

该对比例中，首先，浓水在电除盐器内的流道长，Ca²⁺、Mg²⁺离子和CO₃ ^2-、SO₄ ^2-离子在组件内停留的时间长；其次，浓水进水先经过阴极，导致进水呈碱性，浓水中形成结垢倾向更加明显；再次，淡水在电除盐器中的停留时间不长，影响电除盐器的处理效率。

同样将上述电除盐器进行电除盐效果测试，测试条件为淡水进水电导率为14.3μs/cm，淡水出口流量2.0m³/hr，无极水，浓水流量为0.10 m³/hr，淡水进水和浓水进水温度分别为24.5℃和24.6℃，淡水进水口pH为6.5，操作电流为5.5A。

测试结果为淡水产水电阻率为16.5MΩ.cm，组件电压为113V，浓水出口电导率为132.2μs/cm，回收率为93.2%。

Claims (3)

1.一种利用浓水分流设计的防结垢电除盐器的一种电除盐方法，其特征在于：原水进入电除盐器中；浓水通过设置于电除盐器主体构件外侧面中部的浓水进水口进入，浓水分开两路流入电除盐器中，通过电除盐器对原水处理，原水中的各种离子分开进入浓水中，然后分开流动的浓水分别通过设置在电除盐器上下端面的浓水出水口流出，经处理后的淡水流出；

所述浓水分流设计的防结垢电除盐器，包括电除盐器主体构件，所述电除盐器主体构件包括阴阳离子交换膜、浓水室、淡水室和正负电极，所述淡水室内充填有离子交换树脂，所述浓水分流设计的防结垢电除盐器还包括浓水分路分流结构，所述浓水分路分流结构由设置于电除盐器主体构件外侧面中部的浓水进水口、设置于所述浓水室上下端面的浓水出水口和设置于浓水室内的隔离层组成；

所述浓水室通过其内部的所述隔离层分隔成上下两段；靠近下端浓水出水口段的长度占整个电除盐器有效长度的1/3~1/2；所述整个电除盐器有效长度是指淡水室高度或其中离子交换树脂堆积在室中形成的高度；

所述隔离层为橡胶、塑料或其他弹性体中的一种；

所述浓水室包括中心浓水管，所述阴阳离子交换膜之间设置有网隔板，所述阴阳离子交换膜和所述网隔板均以所述中心浓水管为中心轴制成圆柱体状；

所述中心浓水管作为阴极，而包置于圆柱体外的金属壳体作为阳极，两电极分别与直流电源相接；

所述阴阳离子交换膜和所述网隔板交替布置于正负电极之间，形成所述浓水室、淡水室；所述正负电极分别与直流电源相接；

所述淡水室内设置有改变流体流动方向的导向带。

2. 根据权利要求1所述的一种利用浓水分流设计的防结垢电除盐器的一种电除盐方法，其特征在于：所述导向带设置在顺着流体流动的方向上。

3. 根据权利要求1所述的一种利用浓水分流设计的防结垢电除盐器的一种电除盐方法，其特征在于：所述导向带设置在垂直于流体流动的方向上。