CN103420459B - 混合膜脱盐装置、设备及其脱盐方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种混合膜脱盐处理装置、设备以及脱盐方法，其特征在于，混合膜脱盐处理装置包括：阳极和阴极；复数个电去离子膜片组，都设置在阳极和阴极之间并且与电场的方向相垂直，均包含用于形成淡水室和浓水室的电去阳离子膜片和电去阴离子膜片；复数个高压去离子膜柱，被匹配设置在淡水室中；复数个低压去离子膜柱，被匹配设置在浓水室中；高压入水管；以及出水管组；其中，高压入水管被连接到每个浓水室和淡水室、阳极室以及阴极室的位置，低盐管与每个高压去离子膜柱相连接，中盐管与每个低压去离子膜柱相连接，高盐管与每个浓水室、阳极室以及阴极室相连接。

Description

混合膜脱盐装置、设备及其脱盐方法

技术领域

本发明属于节能环保与化工领域，涉及一种利用由多种膜组合形成的混合膜来进行脱盐处理的混合膜脱盐装置、设备及其脱盐方法。 

背景技术

随着我国经济的迅速发展，环境问题日益突出，尤其是高含盐量废水问题。各大化工厂在生产原料过程中往往伴随大量的盐分产生，不仅危害周围的环境和人群，而且高含盐量废水的处理难度上升，处理成本增加。 

高含盐量废水是指含盐量至少为5％以上的废水，有的含盐量甚至高达20-30％，例如燃料化工废水、石油加工废水、农药废水等。针对此类高含盐量废水常用的传统浓盐水除盐技术方案，主要有电渗析技术、离子交换技术、渗透技术、反渗透技术以及连续脱盐技术(EDI)等。目前，大部分脱盐处理都存在操作运行复杂、运行费用和成本偏高、设备寿命短、脱盐效率低以及盐水的回收率低的缺陷问题。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作简单、成本低、脱盐率高并且脱盐处理后的盐水回收率高的混合膜脱盐装置(Hybri-Membrane DeSalination Methods and Equipment，HMDS)、设备及其脱盐方法。 

本发明提供的一种混合膜脱盐装置，整体呈圆柱造型,具有这样的特征，包括：阳极和阴极，用于形成电场；复数个电去离子膜片组，都设置 在阳极和阴极之间并且与电场的方向相垂直，均包含用于形成淡水室和浓水室的电去阳离子膜片和电去阴离子膜片；复数个高压去离子膜柱，按一定的间距排列并且被匹配设置在淡水室中；复数个低压去离子膜柱，按一定的间距排列并且被匹配设置在浓水室中；高压进水管，用于引导和加压浓盐水以形成压力场；以及出水管组，包含低盐管、中盐管以及高盐管；其中，淡水室和浓水室交替排列形成，阳极与相邻的电去离子膜片组之间形成有阳极室，阴极与相邻的电去离子膜片组之间形成有阴极室，高压进水管被连接到每个浓水室和淡水室、阳极室以及阴极室的位置，低盐管与每个高压去离子膜柱相连接，中盐管与每个低压去离子膜柱相连接，高盐管与每个浓水室、阳极室以及阴极室相连接，其中，复数个电去离子膜片组、复数个高压去离子膜柱以及复数个低压去离子膜柱以复数组同心圆的造型交替排列，阳极被设置在混合膜脱盐处理设备的圆心位置，阴极被设置在混合膜脱盐处理设备的最外圈位置。 

在本发明的混合膜脱盐装置中，还可以具有这样的特征：其中，高压去离子膜柱的数量大于低压去离子膜柱的数量。 

在本发明的混合膜脱盐装置中，还可以具有这样的特征：其中，高压去离子膜柱和低压去离子膜柱的形状均为圆柱状。 

在本发明的混合膜脱盐装置中，还可以具有这样的特征：其中，高压去离子膜柱和低压去离子膜柱的形状均为网状结构。 

在本发明的混合膜脱盐装置中，还可以具有这样的特征：其中，阳极为石墨或者铅银合金，阴极为铅或者铅银合金。 

另外，本发明还提供了一种混合膜脱盐处理设备，具有这样的特征： 包含一级或者多级串联设置的至少一个上述混合膜脱盐装置，其中，当多级串联设置时，上一级混合膜脱盐装置中的低盐管与下一级混合膜脱盐装置中的高压进水管相连接。 

另外，本发明还提供了一种利用上述混合膜脱盐装置的脱盐方法，具有这样的特征，包括以下步骤：浓盐水由高压进水管进入阴极室、阳极室、淡水室、浓水室；在电场和压力场作用下，在淡水室中的浓盐水中的阴阳离子分别通过电去阴离子膜片、电去阳离子膜片进入浓水室，淡水室中的水就得到脱盐处理；在淡水室中，经过脱盐处理后的水进入高压去离子膜柱中，进一步脱盐后，利用低盐管收集低盐水；在浓水室中，由于增加了阴阳离子，浓盐水的含盐量增加，得到了能够被循环利用的中盐水，在压力场和电场的作用下，经由低压去离子膜柱进行脱盐后，利用中盐管收集中盐水；在浓水室、阳极室以及阴极室中剩余的高盐水，利用高盐管收集高盐水；中盐水与高盐水分别经中盐管和高盐管收集后来进一步处理以获得低盐水。 

本发明的效果在于： 

本发明提供的混合膜脱盐装置、设备及其脱盐方法不仅操作简单、成本低、脱盐率高并且脱盐处理后的盐水回收率高。 

本发明提供的混合膜脱盐装置中，通过电场和压力场的协调作用下，将浓盐水注入高压进水管后，从出水管组中可自动收集到浓度不同的低盐水、中盐水以及高盐水，人员的参与度低、操作简单。混合膜脱盐装置中通过加压加电来进行脱盐处理，设备本身结构简单使成本、维护保养费用较低。本发明提供的混合膜脱盐装置中，最终得到的低盐水、中盐水不仅经过电去阴、阳离子膜片的一次脱盐淡化处理，还经过了高、低压力去离子膜柱的二次脱盐淡化处理，具有脱盐率高的效果。最终得到的含盐量不同的低电导率、高电导率的脱盐水，不仅有益于后续针对低盐水的进一步优化脱盐和对中盐水的生产利用，而且对高盐水的再次进入设备回收也提供了便利，能耗降低、回收率高。 

附图说明

图1是本发明的具体实施例中混合膜脱盐装置的剖面结构示意图； 

图2是本发明的具体实施例中混合膜脱盐装置的平面结构示意图。 

具体实施案例 

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 

图1是本发明的具体实施例中混合膜脱盐装置的剖面结构示意图。 

如图1所示，本具体实施例中的混合膜脱盐装置100可将浓盐水200处理形成低盐水300、中盐水400以及高盐水500。 

混合膜脱盐装置100包括用于形成电场的阳极1和阴极2、四个电去离子膜片组3、复数个高压去离子膜柱4a、复数个低压去离子膜柱4b、高压进水管5以及出水管组6。阳极1和阴极2、四个电去离子膜片组3、复数个高压去离子膜柱4a以及复数个低压去离子膜柱4b都被设置在一个密封高压容器7内，高压进水管5以及出水管组6被分别引接在密封高压容器7的上、下两侧。 

图2是本发明的具体实施例中混合膜脱盐装置的平面结构示意图。 

如图1和图2所示，本具体实施例中的混合膜脱盐装置100整体呈圆柱体造型，图2为图1中的混合膜脱盐装置100的俯视平面结构示意图，在图2中省略了高压进水管的显示。 

如图1和图2所示，阳极1被设置在混合膜脱盐装置100的圆心位置，阴极2被设置在混合膜脱盐装置100的最外圈位置。处于圆心位置的阳极1可采用棒状石墨或者棒状铅银合金，阴极2则采用圆环形片状铅或者圆环形片状铅银合金用于形成封闭的最外圈位置的圆周。 

四个电去离子膜片组3都设置在阳极1和阴极2之间，四个电去离子膜片组3之间互相平行设置并且都与电场的方向相垂直。每个电去离子膜片组3中均包含如图中实线表示的电去阳离子膜片3a和如图中虚线表示的电去阴离子膜片3b。电去阳离子膜片3a和电去阴离子膜片3b形成了交替排列的淡水室8和浓水室9。 

如图2所示，四个电去离子膜片组3以阳极1为圆心排列形成了直径大小互异的四组同心圆。 

复数个高压去离子膜柱4a和复数个低压去离子膜柱4b，如图2中所示，按一定的间距排列的复数个高压去离子膜柱4a形成了两圈同心圆，按一定的间距排列的复数个低压去离子膜柱4b形成了一圈同心圆，即、在图1中以实粗线表示了高压去离子膜柱4a，以网格状线表示了低压去离子膜柱4b。高压去离子膜柱4a的数量大于低压去离子膜柱4b的数量，可使已经过电去离子膜片组3的一次脱盐后淡水室8中的水再由多数量的高压去离子膜柱3a进行二次脱盐处理，可增加所得低盐水300的水量，使脱盐效率更优。 

在整体呈圆柱体造型的混合膜脱盐装置100中，四个电去离子膜片组3和四个压力去离子膜柱组4以八组同心圆的造型交替排列。电去阳离子膜片3a和电去阴离子膜片3b均为可弯曲形成圆周的片状，高压去离子膜柱4a和低压去离子膜柱4b的形状均为圆柱状，本发明中的高压去离子膜柱4a和低压去离子膜柱4b采用便于脱盐和收集的网状结构亦可。 

高压去离子膜柱4a以一定的间距排列且匹配设置在淡水室8中，低压去离子膜柱4b以一定的间距排列且匹配设置在浓水室9中。处于圆心位置的阳极1与相邻的最内圈的电去离子膜片组3之间形成有阳极室10，处于最外圈的位置的阴极2与相邻的电去离子膜片组3之间形成有阴极室11。 

如图1所示，高压进水管5，用于引导和加压浓盐水200以形成压力场，可采用图中未显示的高压水泵对待处理的浓盐水200进行加压。利用浓盐水200本身的重力，本实施例中将浓盐水200从混合膜脱盐装置200的上方注入。高压进水管5被连接到每个浓水室9和淡水室8、阳极室10以及阴极室11的位置，在图1中与高压进水管5连接的箭头表示浓盐水的注入方向和接入位置。 

出水管组6包含低盐管6a、中盐管6b以及高盐管6c。出水管组6与高压进水管5相对设置，由混合膜脱盐装置200的下方接出。 

其中，低盐管6a与每个高压去离子膜柱4a相连接，用于收集低盐水300。中盐管6b与每个低压去离子膜柱4b相连接，用于收集中盐水400。高盐管6c与每个浓水室9、阳极室10以及阴极室11相连接，用于收集高盐水500。在图1中与低盐管6a、中盐管6b以及高盐管6c连接的箭头分别表示了对应的低盐水300、中盐水400以及高盐水500的接出水流方向 和接出连接位置。 

另外，当脱盐率要求较高或者需要对高含盐量的浓盐水200进行脱盐时，图1和图2中未显示的，本发明还提供了一种可以采用包含一级或者多级串联设置的上述混合膜脱盐装置100的混合膜脱盐处理设备。当需要当多级串联设置时，上一级混合膜脱盐装置100中的低盐管6a或者中盐管6b或者高盐管6c与下一级混合膜脱盐装置100中的高压进水管5相连接，则低盐水300、中盐水400可被继续脱盐处理，高盐水500亦可得到回收利用。 

另外，本发明的还提供了一种利用上述混合膜脱盐装置100的脱盐方法，该方法具有以下步骤， 

如图1中所示，浓盐水200被较均匀的注入到混合膜脱盐装置100中，进入阴极室11、阳极室10、淡水室8、浓水室9； 

给阳极1和阴极2通电、给注入的浓盐水200加压，在形成的电场和压力场作用下，在淡水室8中的浓盐水200中的阴阳离子分别通过电去阴离子膜片3b、电去阳离子膜片3a进入浓水室9中，淡水室8中的水就得到了脱盐处理； 

在每个淡水室8中，经过一定的一次脱盐处理后的水进入数量多的高压去离子膜柱4a中，进一步二次脱盐后，低盐管6a连接在每一个高压去离子膜柱4a上，利用低盐管6a来收集低盐水300； 

在每个浓水室9，由于增加了阴、阳离子，浓盐水200的含盐量增加，得到了可被循环利用的中盐水400，在压力场和电场的作用下，经由低压去离子膜柱4b进行脱盐后，中盐管6b连接在每一个低压去离子膜柱4b上， 利用中盐管6b来收集中盐水400，由于本实施例中还具有被设置在阳极室10中的低压去离子膜柱4b，同样的可以利用中盐管6b来收集； 

在浓水室9、阳极室10以及阴极室11中剩余的高盐水500，则利用高盐管6c来收集高盐水500； 

中盐水400与高盐水500分别经中盐管6b和高盐管6c收集后来进一步处理以获得低盐水。 

发明的作用与效果 

综上所述，本发明的作用和效果在于： 

本发明提供的混合膜脱盐装置、设备及其脱盐方法不仅操作简单、成本低、脱盐率高并且脱盐处理后的盐水回收率高。 

本发明提供的混合膜脱盐装置中，通过电场和压力场的协调作用下，将浓盐水注入高压进水管后，从出水管组中可自动收集到浓度不同的低盐水、中盐水以及高盐水，人员的参与度低、操作简单。混合膜脱盐装置中通过加压加电来进行脱盐处理，设备本身结构简单使成本、维护保养费用较低。本发明提供的混合膜脱盐装置中，最终得到的低盐水、中盐水不仅经过电去阴、阳离子膜片的一次脱盐淡化处理，还经过了高、低压力去离子膜柱的二次脱盐淡化处理，具有脱盐率高的效果。最终得到的含盐量不同的低电导率、高电导率的脱盐水，不仅有益于后续针对低盐水的进一步优化脱盐和对中盐水的生产利用，而且对高盐水的再次进入设备回收也提供了便利，能耗降低、回收率高。 

本发明的实施例中提供了最优的技术方案，整体呈圆柱体造型可节省 空间，设备占地面积小。还可以为阳极为最外圈位置、阴极为圆心位置或者其他造型，例如矩形体造型中阴、阳极分位两侧的混合膜脱盐装置。高压去离子膜柱的数量大于低压去离子膜柱的数量，增加了所得低盐水的水量，使脱盐效率更优。高压去离子膜柱和低压去离子膜柱的形状为较优的圆柱状或者网状结构，更加利于低盐管、中盐管的连接来聚拢收集。 

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。 

Claims (7)

1.一种混合膜脱盐装置，整体呈圆柱造型，其特征在于，包括：

阳极和阴极，用于形成电场；

复数个电去离子膜片组，都设置在所述阳极和所述阴极之间并且与所述电场的方向相垂直，均包含用于形成淡水室和浓水室的电去阳离子膜片和电去阴离子膜片；

复数个高压去离子膜柱，按一定的间距排列并且被匹配设置在所述淡水室中；

复数个低压去离子膜柱，按一定的间距排列并且被匹配设置在所述浓水室中；

高压进水管，用于引导和加压浓盐水以形成压力场；以及

出水管组，包含低盐管、中盐管以及高盐管；

其中，所述淡水室和所述浓水室交替排列形成，

所述阳极与相邻的所述电去离子膜片组之间形成有阳极室，所述阴极与相邻的所述电去离子膜片组之间形成有阴极室，

所述高压进水管被连接到每个所述浓水室和所述淡水室、所述阳极室以及所述阴极室的位置，所述低盐管与每个所述高压去离子膜柱相连接，所述中盐管与每个所述低压去离子膜柱相连接，所述高盐管与每个所述浓水室、所述阳极室以及所述阴极室相连接，

所述复数个电去离子膜片组、所述复数个高压去离子膜柱以及所述复数个低压去离子膜柱以复数组同心圆的造型交替排列，所述阳极被设置在所述混合膜脱盐装置的圆心位置，所述阴极被设置在所述混合膜脱盐装置的最外圈位置。

2.根据权利要求1中所述的混合膜脱盐装置，其特征在于：

其中，所述高压去离子膜柱的数量大于所述低压去离子膜柱的数量。

3.根据权利要求1中所述的混合膜脱盐装置，其特征在于：

其中，所述高压去离子膜柱和所述低压去离子膜柱的形状均为圆柱状。

4.根据权利要求1中所述的混合膜脱盐装置，其特征在于：

其中，所述高压去离子膜柱和所述低压去离子膜柱的形状为网状结构。

5.根据权利要求1中所述的混合膜脱盐装置，其特征在于：

其中，所述阳极为石墨或者铅银合金，所述阴极为铅或者铅银合金。

6.一种混合膜脱盐处理设备，其特征在于：

包含一级或者多级串联设置的至少一个权利要求1至权利要求5任意一项所述的混合膜脱盐装置，

其中，当多级串联设置时，上一级所述混合膜脱盐装置中的所述低盐管与下一级所述混合膜脱盐装置中的所述高压进水管相连接。

7.一种利用权利要求1至权利要求5任意一项所述的混合膜脱盐装置的脱盐方法，其特征在于，具有以下步骤：

浓盐水由高压进水管进入阴极室、阳极室、淡水室、浓水室；

在电场和压力场作用下，在淡水室中的浓盐水中的阴阳离子分别通过电去阴离子膜片、电去阳离子膜片进入浓水室，淡水室中的水就得到脱盐处理；

在淡水室中，经过脱盐处理后的水进入高压去离子膜柱中，进一步脱盐后，利用低盐管收集低盐水；

在浓水室中，由于增加了所述阴阳离子，浓盐水的含盐量增加，得到了能够被循环利用的中盐水，在压力场和电场的作用下，经由低压去离子膜柱进行脱盐后，利用中盐管收集中盐水；

在浓水室、阳极室以及阴极室中剩余的高盐水，利用高盐管收集高盐水；

中盐水与高盐水分别经中盐管和高盐管收集后来进一步处理以获得低盐水。