CN106006868A - 四电极电容脱盐装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种四电极电容脱盐装置，包括配合设置的平板结构的阴极（1）和阳极（2），在阴极（1）和阳极（2）之间的腔体内设置有倾斜设置的两块多孔电极板（3），两块多孔电极板（3）之间的区域构成低盐出水区（6）且多孔电极板（3）与其相邻的阴极（1）或阳极（2）之间的区域分别构成高盐出水区（7）；两块多孔电极板（3）的设置能够阻隔湍流对经阴极（1）和阳极（2）之间施加的电场影响而产生的阴阳离子分离现象的破坏，且使得因为湍流导致的错位的阴阳离子在电场的作用下穿过多孔电极板（3）而进入低盐出水区（6）流出。本发明使得高盐水在平板电容器内发生阴阳离子分离且分离效果不受湍流扰动，效率高、易用性强且易维护。
Description
技术领域
本发明涉及脱盐技术领域，具体地说是一种对高盐废水的处理效率高且因为无膜而易维护的四电极电容脱盐装置。
背景技术
目前，电渗析方法是高盐水脱盐的主要方法之一，通常是使用多对阴阳离子交换膜交替并列放置，形成多个舱室，同时在两端施加电压，让高盐浓度废水垂直于电场方向同时在多个舱室里流过，因为电场作用，阴阳离子分别向相反方向移动，阳离子穿过阳离子交换膜进入邻近舱室后被舱室另一侧的阴离子交换膜阻挡，而阴离子反方向穿过阴离子交换膜进入另一侧邻近舱室后被在下一层阳离子交换膜阻挡，从而产生相邻舱室分别为更高盐度废水和低盐度处理水的处理效果。目前该技术已经比较完善并产业化。然而由于高分子膜的天然属性，其在被水浸泡后会产生膨胀，脱水后又会收缩，且一经浸水后就必须时常保持湿润，否则膜极易报废。同时因为一套装置中有很多组膜，且需要把整套装置拆开才能对膜进行更换。这极大增加了维护难度和成本。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种对高盐废水的处理效率高且因为无膜而易维护的四电极电容脱盐装置。
本发明的目的是通过以下技术方案解决的：
一种四电极电容脱盐装置，包括配合设置的阴极和阳极，其特征在于：所述的阴极和阳极为平板结构且平行排列置于空腔两侧，在阴极和阳极之间的腔体内还设置有倾斜设置的两块多孔电极板，两块多孔电极板之间的区域构成低盐出水区且多孔电极板与其相邻的阴极或阳极之间的区域分别构成高盐出水区；两块多孔电极板的设置能够阻隔湍流对经阴极和阳极之间施加的电场影响而产生的阴阳离子分离现象的破坏，且使得因为湍流导致的错位的阴阳离子在电场的作用下穿过多孔电极板而进入低盐出水区流出。
所述的多孔电极板包括相对倾斜设置的多孔阳极板和多孔阴极板，其中多孔阳极板相对阴极设置且多孔阴极板相对阳极设置；多孔阳极板和多孔阴极板之间的区域构成低盐出水区，多孔阳极板和阴极之间的区域构成高盐出水区且多孔阴极板和阳极之间的区域亦构成高盐出水区。
所述的多孔阳极板和多孔阴极板在阴极和阳极之间构成一个梯形结构，其中多孔阳极板和多孔阴极板的封闭端在入水口处且两者之间的间距小，同时多孔阳极板和多孔阴极板的开放端在出水口处且两者之间的间距大。
两侧的高盐出水区和中间的低盐出水区的区域比例通过调整多孔阳极板和多孔阴极板的倾斜角度进行设置；所述高盐出水区、低盐出水区和高盐出水区三者之间的区域比例为1：2-4：1。
所述阴极和阳极构成的电容器的长高比为5-10。
所述多孔电极板构成的封闭端与阴极和阳极的进水端之间的距离与阴极或阳极的长度的比例为0.1-0.3。
所述的阳极、两块多孔电极板、阴极中的任意相邻的电极间施加的恒压电场的电压为0.5～10伏特且高盐出水区侧的电场强度大于低盐出水区侧的电场强度。
所述的阳极上的电位、两块多孔电极板上的电位和阴极上的电位由高到低排列。
所述多孔电极板的多孔通过喷涂或浸润阴阳离子交换高分子材料以提高性能。
所述的阳极、两块多孔电极板、阴极皆采用惰性材质制成。
本发明相比现有技术有如下优点：
本发明的四电极电容脱盐装置通过梯形状多孔隔离结构的设置，避免了阴阳离子分别被平行阳阴极吸引而在两端富集后由于废水流量大、流速快而导致的极易形成湍流扰动打破阴阳离子分别富集的状态，能够有效限制湍流的产生，同时通过在多孔电极板上施加合适的电位，能够进一步提高分离效果，通过调节高低盐水出水区的流量比例，可以最优化脱盐条件，达到最佳脱盐效果。
本发明通过取消离子交换膜，避免了膜方法的造价高、易损坏、难维护的缺点；通过添加多孔电极板的方式有效避免了湍流造成的离子分离被破坏的情况；通过四电极的配置进一步提高了分离效果；装置无移动组件、结构简单易于清洁保养，故该脱盐装置的效率、易用性、易维护性都得到了显著的提高，有效改善了电容类脱盐技术的应用前景，适宜推广使用。
附图说明
附图1为本发明的四电极电容脱盐装置的结构示意图。
其中：1—阴极；2—阳极；3—多孔电极板；4—多孔阳极板；5—多孔阴极板；6—低盐出水区；7—高盐出水区。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示：一种四电极电容脱盐装置，包括配合设置的阴极1和阳极2，阴极1和阳极2为平板结构且平行排列置于空腔两侧，阴极1和阳极2构成的电容器的长高比为5-10，在阴极1和阳极2之间的腔体内还设置有适当倾斜角度的两块多孔电极板3，阳极2、两块多孔电极板3、阴极1皆采用惰性材质制成，阳极2、两块多孔电极板3、阴极1中的任意相邻的电极间施加的恒压电场的电压为0.5～10伏特且阳极2上的电位、两块多孔电极板3上的电位和阴极1上的电位由高到低排列，另外多孔电极板3构成的封闭端与阴极1和阳极2的进水端之间的距离与阴极1或阳极2的长度的比例为0.1-0.3。两块多孔电极板3之间的区域构成低盐出水区6且多孔电极板3与其相邻的阴极1或阳极2之间的区域分别构成高盐出水区7，高盐出水区7、低盐出水区6和高盐出水区7三者之间的区域比例为1：2-4：1且多孔电极板3的倾斜角度根据高低盐区比例和电容长高比进行设置，另外高盐出水区7侧的电场强度大于低盐出水区6侧的电场强度；两块多孔电极板3的设置能够阻隔湍流对经阴极1和阳极2之间施加的电场影响而产生的阴阳离子分离现象的破坏，且使得因为湍流导致的错位的阴阳离子在电场的作用下穿过多孔电极板3而进入低盐出水区6流出。
在上述结构的基础上，多孔电极板3包括相对倾斜设置的多孔阳极板4和多孔阴极板5，其中多孔阳极板4相对阴极1设置且多孔阴极板5相对阳极2设置；多孔阳极板4和多孔阴极板5之间的区域构成低盐出水区6，多孔阳极板4和阴极1之间的区域构成高盐出水区7且多孔阴极板5和阳极2之间的区域亦构成高盐出水区7。多孔阳极板4和多孔阴极板5在阴极1和阳极2之间构成一个梯形结构，其中多孔阳极板4和多孔阴极板5的封闭端在入水口处且两者之间的间距小，同时多孔阳极板4和多孔阴极板5的开放端在出水口处且两者之间的间距大；两侧的高盐出水区7和中间的低盐出水区6的区域比例通过调整多孔阳极板4和多孔阴极板5的倾斜角度进行设置。另外多孔电极板3的多孔通过喷涂或浸润阴阳离子交换高分子材料以提高性能。
本发明的四电极电容脱盐装置在使用时，两块多孔电极板3梯形配置且闭口小端指向进水方向、开口大端指向出水方向，多孔电极板3的两侧分别和阴极1或阳极2有一定间距进而构成三个可调流量出水区。在工作时，阴极1和阳极2之间施加的恒压电场的电压为0.5伏特～10伏特，高盐水进入该装置后，阴阳离子在电场作用下分离，但是湍流和扩散作用会一定程度抵消这个分离效果，当部分分离的水样达到梯形顶部时，阴离子富集的部分和阳离子富集的部分被逐渐阻隔，因为多孔电极板3的限流作用，导致湍流只会在腔体内，因而不会显著影响正确的分离效果，而因为湍流导致的错位的阴阳离子则会在电场的作用下分别穿过对应的多孔电极板3（多孔阳极板4或多孔阴极板5）到达对应的中间的低盐出水区6；同时阴离子富集的部分和阳离子富集的部分经各自位置处的高盐出水区7排出。在上述结构中，为进一步提高处理效率并根据实际使用的条件、要求来决定多孔电极板3的孔径尺寸（在几十微米到几毫米之间），必要时还可以将多孔电极板3浸润在阴阳离子膜的高聚物原料中再引发聚合反应，在多孔腔中形成离子交换颗粒，提高分离效果。
本发明的四电极电容脱盐装置使用时，高盐待处理水经进水管进入该电容脱盐装置，在电场下发生阴阳离子分离，经多孔电极板3增强分离效果，高盐废水和低盐处理水分别由高盐出水区7和低盐出水区6排出。该四电极电容脱盐装置通过梯形状多孔隔离结构的设置，避免了阴阳离子分别被平行阳阴极吸引而在两端富集后由于废水流量大、流速快而导致的极易形成湍流扰动打破阴阳离子分别富集的状态，能够有效限制湍流的产生，同时通过在多孔电极板3上施加合适的电位，能够进一步提高分离效果，通过调节高低盐水出水区的流量比例，可以最优化脱盐条件，达到最佳脱盐效果。
本发明的四电极电容脱盐装置通过带多孔电极板的电容设计取代多对阴阳离子交换膜的平行排列的渗析池，通过取消离子交换膜，避免了膜方法的造价高、易损坏、难维护的缺点以及膜电渗析池的结构复杂、不易维护、维修困难的问题，也避免了多孔电极电容式脱盐装置的需要定期逆转电场方向洗脱电极造成的脱盐不连续性和效率低下的问题，而且因为多对电极的存在，相比较单对电极，能够显著提高效率；通过添加多孔电极板3的方式有效避免了湍流造成的离子分离被破坏的情况，四电极的配置进一步提高了分离效果，装置无移动组件、结构简单易于清洁保养，故该四电极电容脱盐装置的效率、易用性、易维护性都得到了显著的提高，有效改善了电容类脱盐技术的应用前景，适宜推广使用。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。
Claims (10)
1.一种四电极电容脱盐装置，包括配合设置的阴极（1）和阳极（2），其特征在于：所述的阴极（1）和阳极（2）为平板结构且平行排列置于空腔两侧，在阴极（1）和阳极（2）之间的腔体内还设置有倾斜设置的两块多孔电极板（3），两块多孔电极板（3）之间的区域构成低盐出水区（6）且多孔电极板（3）与其相邻的阴极（1）或阳极（2）之间的区域分别构成高盐出水区（7）；两块多孔电极板（3）的设置能够阻隔湍流对经阴极（1）和阳极（2）之间施加的电场影响而产生的阴阳离子分离现象的破坏，且使得因为湍流导致的错位的阴阳离子在电场的作用下穿过多孔电极板（3）而进入低盐出水区（6）流出。
2.根据权利要求1所述的四电极电容脱盐装置，其特征在于：所述的多孔电极板（3）包括相对倾斜设置的多孔阳极板（4）和多孔阴极板（5），其中多孔阳极板（4）相对阴极（1）设置且多孔阴极板（5）相对阳极（2）设置；多孔阳极板（4）和多孔阴极板（5）之间的区域构成低盐出水区（6），多孔阳极板（4）和阴极（1）之间的区域构成高盐出水区（7）且多孔阴极板（5）和阳极（2）之间的区域亦构成高盐出水区（7）。
3.根据权利要求2所述的四电极电容脱盐装置，其特征在于：所述的多孔阳极板（4）和多孔阴极板（5）在阴极（1）和阳极（2）之间构成一个梯形结构，其中多孔阳极板（4）和多孔阴极板（5）的封闭端在入水口处且两者之间的间距小，同时多孔阳极板（4）和多孔阴极板（5）的开放端在出水口处且两者之间的间距大。
4.根据权利要求2或3所述的四电极电容脱盐装置，其特征在于：两侧的高盐出水区（7）和中间的低盐出水区（6）的区域比例通过调整多孔阳极板（4）和多孔阴极板（5）的倾斜角度进行设置；且高盐出水区（7）、低盐出水区（6）和高盐出水区（7）三者之间的区域比例为1：2-4：1。
5.根据权利要求1所述的四电极电容脱盐装置，其特征在于：所述阴极（1）和阳极（2）构成的电容器的长高比为5-10。
6.根据权利要求1或5所述的四电极电容脱盐装置，其特征在于：所述多孔电极板（3）构成的封闭端与阴极（1）和阳极（2）的进水端之间的距离与阴极（1）或阳极（2）的长度的比例为0.1-0.3。
7.根据权利要求1所述的四电极电容脱盐装置，其特征在于：所述的阳极（2）、两块多孔电极板（3）、阴极（1）中的任意相邻的电极间施加的恒压电场的电压为0.5～10伏特且高盐出水区（7）侧的电场强度大于低盐出水区（6）侧的电场强度。
8.根据权利要求1或7所述的四电极电容脱盐装置，其特征在于：所述的阳极（2）上的电位、两块多孔电极板（3）上的电位和阴极（1）上的电位由高到低排列。
9.根据权利要求1或2所述的四电极电容脱盐装置，其特征在于：所述多孔电极板（3）的多孔通过喷涂或浸润阴阳离子交换高分子材料以提高性能。
10.根据权利要求1所述的四电极电容脱盐装置，其特征在于：所述的阳极（2）、两块多孔电极板（3）、阴极（1）皆采用惰性材质制成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |