CN106512743A - 一种使用新型介电电泳电极的平板渗透膜元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使用新型介电电泳电极的平板渗透膜元件，其平板框架的前、后两面安装渗透膜，平板框架内安装钣金电极组件，钣金电极组件包括两片交错叠放的电极板，两电极板分别为一体成型的钣金件，包括多条平形排列的电极及同时连接所有电极的一条或一条以上边线；任何一处位置连接电源即可使得整板得以供电，从而使电极和连接导线集成在一个钣金件上，具有制造成本低、安装方便等特点。两电极板外侧与两渗透膜之间分别设置导流布；平板框架上设置有产水出口。本发明通在介电电泳电极以及渗透膜的附近产生不匀称电场，将附着的污染物移离渗透膜表面，以延长渗透膜使用寿命和提高渗透膜工作效率及产水量。

Description

一种使用新型介电电泳电极的平板渗透膜元件

技术领域

本发明涉及一种在固-液、固-气、液-液混合物中对特定对象的颗粒进行分离和沉降的设备，特别涉及一种使用新型介电电泳电极的平板渗透膜元件。

背景技术

渗透膜分离技术在近30年中由于其操作方便、工艺设备紧凑、分离效率高、能耗低等优点而迅速发展成为工业中多相(主要于固液，固气和液液等)分离的重要工艺方法。然而，在渗透膜过滤工艺中，膜污染这个不可避免的问题始终存在，且已成为这项工艺于实际应用中的一个致命缺点。膜污染是由于膜表面和膜孔中由于微粒、胶体粒子、溶质分子或细菌、病毒等的沉积或孳生而导致的膜孔堵塞或变小，造成过膜阻力的增大，从而使膜透过量下降，减少膜的使用寿命等后果。例如，在固液分离中经常使用的超/微滤膜，其膜透过量由于膜污染会在近一个小时的工作之后减少约50％；而由于固体小颗粒的吸附和堵塞，这种污染甚至不可逆。纳滤和反渗透膜等用于液液分离中，由于浓差极化所产生的凝胶层会在膜表面形成一个不可透层，从而极大增大了膜阻力和透过压的要求，这种膜污染可以通过膜清洗而除去，称为可逆污染。

工业上经常用来清洗膜污染的方法主要分为物理清洗和化学清洗，化学清洗是通过使用药剂以将不溶污染物溶解并冲洗出膜组件。然而，化学清洗不仅由于药剂的使用而增加过滤工艺的操作成本，而且由于酸性或碱性药剂的使用而对膜造成损害且造成污染。物理清洗主要包括低压高流速清洗、等压冲洗、反冲洗、负压清洗、机械刮除等方法，工业中普遍使用的是高速反冲洗和气水反冲洗工艺。然而，上述两种工艺都必须在清洗过程中停止膜过滤工艺，且需要高压和高于产水量两到三倍的水用于冲洗，耗能高，用水量大。

超声波被认为可以实现防止膜污染的一个方法。然而，由于高强度超声波对渗透膜所造成的侵蚀和破坏，以及庞大的超声波生成系统阻碍了其在工业上的应用。基于电泳原理的电子渗透膜于上世纪七十年代由Manegold等提出，并由Henry等通过实验证实其可行性。然而，这种方法不适于用于多离子复杂性的工业条件，而且其高能耗也阻碍了它在工业上的广泛使用。除此之外，裸电极在电泳的使用也提高了短路的可能及电击的危险，以及电极上发生的电化学反应不仅会导致pH值变化，甚至于会生成有毒或污染环境的化学副产品。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术的不足，提出一种使用钣金介电电泳电极的介电电泳平板渗透膜元件，通过在钣金介电电泳电极上施加交流电，从而在介电电泳电极以及渗透膜的附近产生不匀称电场，从而将附着的污染物移离渗透膜表面，以延长渗透膜使用寿命和提高渗透膜的工作效率及产水量。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种使用新型介电电泳电极的平板渗透膜元件，其特征在于：包括钣金电极组件、渗透膜和平板框架，平板框架的前、后两面安装渗透膜，所述渗透膜之间设置钣金电极组件；所述钣金电极组件包括两片分别连接交流电源不同输出端且相互绝缘的电极板，所述电极板为一体成型的钣金件，包括多条平形排列的电极及同时连接所有所述电极的一条或一条以上边线；两所述电极板交错叠放，使一电极板的电极置于另一电极板的两相邻电极之间；所述平板框架上设置有连通两渗透膜之间产水腔的产水出口。

所述电极板为梳齿状电极板，包括多条平行排列的电极，及同时连接所有所述电极一端的一条边线，所述电极的另一端为自由端。

一电极板的边线位于另一电极板中电极的自由端侧。

所述电极板为栅形电极板，包括多条平行排列的电极，及分别连接所述电极的两端的边线。

两所述电极板的边线之间设置绝缘材料。

所述电极板为立体栅形电极板，包括多条平行排列的电极，及分别连接所述电极的两端的两条边线；所述电极的两端弯折，在交错叠放时相互避让。

所述电极的两端弯折成阶梯状，使所述电极的中部相对于两端凸起。

所述电极板与渗透膜之间设置导流布。

两所述电极板外部均设置绝缘层。

一电极板外部设置绝缘层，另一电极板为耐腐蚀性材料制成的裸电极。

本发明的优点和有益效果为：

1、本发明的平板渗透膜元件，所使用的介电电泳电极组件中的电极板是通过冲压一体成型，其上制有多条平形排列的电极，以及连接所述电极的一条或一条以上边线，两片电极板之间交错叠放，使两片电极板的电极相互间隔对应以形成电极组；电极板通过钣金工艺一体成型，生产成本低，较圆柱形电极降低成本70％以上；任何一处位置连接电源即可使得整板得以供电，从而使电极和连接导线集成在一个钣金件上；根据钣金选材质地和厚度的不同，可具备一定柔性或刚性，可卷曲或平展使用；在安装时由于各电极之间相对位置已经设定好，可进行整个电极板的一体安装，不会造成电极排列的混乱

2、本发明的平板渗透膜元件，通过在钣金式介电电泳电极组上施加交流电，从而在介电电泳电极以及渗透膜的附近产生不匀称电场，利用固体微粒与其所悬浮的连续相介电极化能力不同的原理，介电电泳力将固体微粒推离电极或者将固体微粒吸附在电极上，减少甚至消除渗透膜工艺中发生的膜污染和堵膜现象，提高渗透膜使用寿命，提高渗透膜膜透过量，达到强化渗透膜工艺。与工业中经常使用的反冲洗技术相比，无须添加额外物质例如化学药剂或大量的水，低成本无污染；在使用时无需停机即可实现对膜的去污解堵。

3、本发明的平板渗透膜元件，电极板可设置为梳齿状电极板，当两片梳齿状电极板交错构成钣金介电电泳电极结构时，第一梳齿状电极板的电极从第二梳齿状电极板的电极之间插入，形成电极组，这样可以防止两片电极板在叠加时边线相接触，产生干涉，具有结构极为简化，制造容易，安装方便的优点。

4、本发明的平板渗透膜元件，电极板可为栅形电极板，当两片栅形电极板间隔交错叠放构成钣金介电电泳电极结构时，电极的两端均通过边线连接在一起，因此电极在安装时位置相对固定，不需要后期调整；而且，为了避免栅形电极板的边线相接触，可使两电极板的边线折弯避让，也可在两电极板的边线之间设置绝缘片。

5、本发明的平板渗透膜元件，电极板可为立体栅形电极板，当两片立体栅形电极板交叠构成钣金介电电泳电极结构时，两片电极板的电极中部交叉，形成电极组；且由于电极的两端弯折，因此两立体栅形电极板的边线之间存在缝隙，能自动相互绝缘。

附图说明

图1是本发明的平板渗透膜元件的内部结构示意图；

图2是本发明的平板渗透膜元件的外部结构示意图；

图3是本发明的当两电极板叠加时，其中连接不同输出端的电极位置分布示意图；

图4是本发明的电场及介电电泳力矢量和等值线图；

图5是本发明的实施例一的电极板结构示意图；

图6是本发明的实施例一的介电电泳电极组件结构示意图；

图7是本发明的实施例二的电极板结构示意图；

图8是本发明的实施例三的电极板结构示意图；

图9是本发明的实施例三的介电电泳电极组件的主视图；

图10是本发明的实施例三的介电电泳电极组件的仰视图；

图11是本发明的实施例三的介电电泳电极组件的俯视图；

图12是本发明的实施例三的平板膜元件剖视图。

附图标记说明

1-钣金电极组件、2-渗透膜、3-平板框架、4-导流布、5-产水出口、6-产水腔、7-电源转接头、8-第一电极、9-第二电极、10-梳齿状电极板、11-梳齿状电极板的电极、12-梳齿状电极板的边线、13-栅形电极板、14-栅形电极板的电极、15-栅形电极板的边线、16-立体栅形电极板、17-立体栅形电极板的电极、18-立体栅形电极板的边线。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

实施例1：

如图1、2所示，一种使用新型介电电泳电极的平板渗透膜元件，包括钣金电极组件1、渗透膜2、平板框架3和导流布4，平板框架3的垂直于水流方向的前、后两面采用压塑方式安装渗透膜2，平板框架3内安装钣金电极组件1。钣金电极组件1包括两片相互绝缘的电极板，电极板为在薄金属板材上直接切割或冲压成型的钣金件，包括多条平形排列的电极及同时连接所有所述电极的一条或一条以上边线；两所述电极板交错叠放，使一电极板的电极置于另一电极板的两相邻电极之间的空间中，两电极板通过平板框架3上设置的电源转接头7连接交流电源的不同输出端形成电极组，在周围产生非匀称电场；两电极板外侧与两渗透膜之间分别设置导流布4；平板框架上设置有连通两渗透膜之间产水腔6的产水出口5。

如图3所示，第一电极板中的第一电极8(涂黑色)设置在第二电极板的第二电极9(涂白色)之间的空档，使第一电极8和第二电极9交错排列，构成电极组；第一边线和第二边线分别连接交流电源的不同输出端，第一边线和第二边线的形状可以相同，也可以不同。

如图4所示，当第一边线和第二边线分别接通交流电源的两输出端时，电极相对的棱线之间形成不均匀电场，图为介电电泳电极阵列中沿电极的长度方向产生介电电泳力矢量和等值线。。

本实施例的平板框架3优选ABS材料，平板框架3与渗透膜2的安装结构为可更换渗透膜的夹层平板结构，当渗透膜2破损时可更换，结构元件重复利用。两电极板可均绝缘，也可一个绝缘另一个为裸电极；当有一个电极板为裸电极时，该电极板应为耐腐蚀材料，或经过耐腐蚀处理。当交流电源的两输出端之间的相位相差优选180°时，在介电电泳电极以及渗透膜的附近产生不匀称电场；且由于交流电源输入的频率不同，在不匀称电场中产生正介电电泳效应或负介电电泳效应。

如图5所示，本实施例的两片电极板均为梳齿状电极板10，该梳齿状电极板10由多条平行排列的电极11及共同连接该电极11一端的一条边线12构成，所述多条平行排列的电极14的另一端为自由端。两片梳齿状电极板10交错叠放，两片梳齿状电极板10的电极11之间左右间隔对应，形成电极组。如图6所示，当两片电极板交叠构成钣金介电电泳电极结构时，第一梳齿状电极板的电极11从第二梳齿状电极板的电极之间插入，形成电极组。这样可以防止两片电极板在叠加时边线12相接触，产生干涉。梳齿状电极板10的外表面可均设置绝缘层，也可一个绝缘另一个为裸电极板；当有一个梳齿状电极板10为裸电极板时，该梳齿状电极板10应为耐腐蚀材料，或经过耐腐蚀处理。

实施例2：

如图7所示，与实施例1的区别在于，两片电极板为栅形电极板13，该栅形电极板由多条平行排列的电极14及连接该电极的两端的两条边线15构成。两片栅形电极板间隔叠放，形成电极组。两片栅形电极板13的边线14之间采用绝缘片进行间隔叠放。当两片栅形电极板13交叠构成钣金介电电泳电极结构时，在两栅形电极板13的边线14之间设置所述绝缘片，可避免栅形电极板13的边线14相接触，可由于电极14的两端均通过边线15连接在一起，因此电极在安装时位置相对固定，不需要后期调整。

实施例3：

如图8所示，与实施例2的区别在于，两片电极板为立体栅形电极板16，该立体栅形电极板16由多条平行排列的电极17及连接该电极的两端的两条边线18构成，电极17的两端向同侧方向弯折后，再分别连接两条边线。优选的方式为：电极17的两端向垂直于电极的方向弯折后，再向平行于电极10的方向弯折90°，形成阶梯状，使电极17的中部相对于两端凸起。两片立体栅形电极板16的边线部分间隔叠放，两片立体栅形电极板16的电极17之间相互交错叠放，形成电极组。由于电极17的两端弯折，因此两立体栅形电极板16的边线18之间存在缝隙，能相互避让自动绝缘。两所述电极板的相对边线之间设置固定件，将两所述电极板固定为一体。

本发明的工作过程是：

本发明所涉及的平板渗透膜元件浸泡于需要处理的废水中，由于相对于水而更低的介电极化能力，固体颗粒在废水中通常表现为阴性介电电泳性质；即在不匀称电场中，固体颗粒被向弱电场方向移动。如图1所示，废水经过渗透膜2的表面，在渗透膜2内的介电电泳电极组件1提供介电电泳力所需的不匀称电场。当废水中固体颗粒靠近渗透膜时2，在介电电泳力的作用下，固体颗粒向远离渗透膜2的方向移动，如此减少甚至消除膜污染和堵膜得发生；净水通过渗透膜2进入两渗透膜2之间的产水腔6，再通过与产水腔6连通的产水出口5排出。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (10)

1.一种使用新型介电电泳电极的平板渗透膜元件，其特征在于：包括钣金电极组件、渗透膜和平板框架，平板框架的前、后两面安装渗透膜，所述渗透膜之间设置钣金电极组件；所述钣金电极组件包括两片分别连接交流电源不同输出端且相互绝缘的电极板，所述电极板为一体成型的钣金件，包括多条平形排列的电极及同时连接所有所述电极的一条或一条以上边线；两所述电极板交错叠放，使一电极板的电极置于另一电极板的两相邻电极之间；所述平板框架上设置有连通两渗透膜之间产水腔的产水出口。

2.如权利要求1所述的一种使用新型介电电泳电极的平板渗透膜元件，其特征在于：所述电极板为梳齿状电极板，包括多条平行排列的电极，及同时连接所有所述电极一端的一条边线，所述电极的另一端为自由端。

3.如权利要求2所述的一种使用新型介电电泳电极的平板渗透膜元件，其特征在于：一电极板的边线位于另一电极板中电极的自由端侧。

4.如权利要求1所述的一种使用新型介电电泳电极的平板渗透膜元件，其特征在于：所述电极板为栅形电极板，包括多条平行排列的电极，及分别连接所述电极的两端的边线。

5.如权利要求4所述的一种使用新型介电电泳电极的平板渗透膜元件，其特征在于：两所述电极板的边线之间设置绝缘材料。

6.如权利要求1所述的一种使用新型介电电泳电极的平板渗透膜元件，其特征在于：所述电极板为立体栅形电极板，包括多条平行排列的电极，及分别连接所述电极的两端的两条边线；所述电极的两端弯折，在交错叠放时相互避让。

7.如权利要求6所述的一种使用新型介电电泳电极的平板渗透膜元件，其特征在于：所述电极的两端弯折成阶梯状，使所述电极的中部相对于两端凸起。

8.如权利要求1所述的一种使用新型介电电泳电极的平板渗透膜元件，其特征在于：所述电极板与渗透膜之间设置导流布。

9.如权利要求1～8之一所述的一种使用新型介电电泳电极的平板渗透膜元件，其特征在于：两所述电极板外部均设置绝缘层。

10.如权利要求1～8之一所述的一种使用新型介电电泳电极的平板渗透膜元件，其特征在于：一电极板外部设置绝缘层，另一电极板为耐腐蚀性材料制成的裸电极。