CN109954405B - 一种压滤型离子交换膜电渗析装置 - Google Patents

一种压滤型离子交换膜电渗析装置 Download PDF

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Abstract

一种压滤型离子交换膜电渗析装置,包括阴极板和阳极板,在阴极板和阳极板之间交替排列设置了若干块淡室隔板和浓室隔板,淡室隔板和浓室隔板都为长方形平板且它们的板中间部分都为镂空部分,淡室隔板和浓室隔板的两侧板面都分别设置有阴离子交换膜和阳离子交换膜,阴离子交换膜和阳离子交换膜将镂空部分包围形成空腔区域,同时在淡室隔板和浓室隔板上都设置布水口和空腔区域连通,本方案设计的压滤型离子交换膜电渗析装置,通过改变浓室隔板空腔区域的面积,使其小于淡室隔板的空腔区域面积,在避免隔板空腔区域外围离子交换膜结垢的同时,还能保证足够的离子交换膜有效通电面积;缓解离子交换膜表面中性搅乱现象,提高使用寿命。

Description

一种压滤型离子交换膜电渗析装置
技术领域
本发明涉及电渗析技术领域,具体涉及一种压滤型离子交换膜电渗析装置。
背景技术
离子交换膜电渗析装置被广泛用于海水浓缩淡化、地下水脱盐以及其他含电解质水溶液的脱盐浓缩等诸多领域。
常规的压滤型离子交换膜电渗析装置主要由浓淡室隔板与多对阴阳离子交换膜交互排列,并在两端配置阳极和阴极整体压紧而得,为了提高离子交换膜的有效通电面积,一般情况下浓水隔板上的空腔区域面积与淡水隔板的相同。
利用这种常规的电渗析装置进行长期的电渗析工作时,朝向浓水室的离子交换膜,尤其是阴离子交换膜上溶液产生结垢问题。此结垢问题尤其容易在隔板的空腔区域的外围附近里离子交换膜上产生。以海水脱盐为例,淡水室的离子会优先在电流密度较高、溶液中离子浓度较低、流速较慢的位置透过离子交换膜。而常规的电渗析装置的淡水室的通电面外围附近有电流密度更大、溶液流速更慢的倾向,SO42-、CO32-过度透过阴离子交换膜后与浓水室中存在的Ca2+、Mg2+等离子结合,在位于浓水室隔板的空腔区域外围附近的离子交换膜上就会产生结垢,进而导致流道堵塞。
此外,在较高电流密度下进行电渗析脱盐时,由于在构成淡水室的隔板的空腔区域的外围附近溶液流速较慢,无法充分供给离子以补充透过阳离子交换膜和阴离子交换膜从淡水室迁移至浓水室的离子的总量。因此在位于构成淡水室的隔板的空腔区域的外围附近的离子交换膜上会发生中性搅乱现象,导致溶液变成酸性或碱性,进而导致离子交换膜变色。长期在此状态下使用,会破坏膜内部结构,降低电流效率和脱盐效率。
因此,有必要设计一种压滤型离子交换膜电渗析装置来解决上述问题。
发明内容
为克服上述现有技术中的不足,本发明目的在于提供一种压滤型离子交换膜电渗析装置。
为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供的技术方案是:一种压滤型离子交换膜电渗析装置,包括装置本体,所述装置本体两侧设置有阴极板和阳极板,所述阴极板和所述阳极板中间部分设置有若干块淡室隔板和浓室隔板,所述淡室隔板和所述浓室隔板都为长方形平板,同时两者数量相等;所述淡室隔板和所述浓室隔板交替排列设置;所述淡室隔板和所述浓室隔板两侧板面上都分别设置有阴离子交换膜和阳离子交换膜,同时所述两个相邻的淡室隔板和浓室隔板之间共用一个阴离子交换膜或者阳离子交换膜;所述淡室隔板和所述浓室隔板中间部分都镂空设置,所述淡室隔板中间的镂空部分与其两侧的阴离子交换膜和阳离子交换膜形成淡室空腔,所述浓室隔板中间的镂空部分与其两侧的阴离子交换膜和阳离子交换膜形成浓室空腔,所述淡室空腔区域的容积大于所述浓室空腔区域的容积;所述淡室隔板和所述浓室隔板上都开设有流道孔,所述阴离子交换膜和所述阳离子交换膜上也开设有对应的流道孔,所述淡室隔板和所述浓室隔板上还开设有布水口,所述布水口和与其对应隔板上的空腔区域连通。
优选的,所述淡室隔板上的布水口的数量为2个,分别位于左上方和右下方位置;所述淡室隔板上的流道孔数量为4个,均匀分布在靠近所述淡室隔板四个角的位置,同时位于左上方的流道孔和所述左上方布水口连通,位于所述右下方的流道孔和所述右下方布水口连通。
优选的,所述浓室隔板上的布水口的数量为2个,分别位于右上方和左下方位置;所述浓室隔板上的流道孔数量为4个,均匀分布在靠近所述浓室隔板四个角的位置,同时位于右上方的流道孔和所述右上方布水口连通,位于所述左下方的流道孔和所述左下方布水口连通。
优选的,所述浓室空腔区域容积与所述淡室空腔区域容积比值在0.6~0.8之间。
优选的,所述淡室隔板和所述浓室隔板的尺寸相同,长度为28cm,宽度为16cm,厚度为0.2cm;同时所述淡室隔板和所述浓室隔板的材质均为PVC。
优选的,所述阴极板为不锈钢板,所述阳极板为钛板。
针对上述方案的结构特征,解释如下:
本方案设计的压滤型离子交换膜电渗析装置主要的特点在于改变了浓室隔板空腔区域的面积,使浓室隔板空腔区域的面积小于淡室隔板的空腔区域面积,当易结垢的阴阳离子在与淡室膜面积等大的阴阳离子膜外围富集时,可以利用空腔区域面积较小的浓室隔板外围实心部分分隔而防止结合,能缓解电渗析运行过程中离子交换膜结垢问题,防止堵塞隔板上的流道。
设置浓室隔板和淡室隔板都为PVC材质,这样可以有效地防止隔板被浓液腐蚀,且能达到支撑作用,避免膜的形变。
本发明的有益效果为:本方案设计的一种压滤型离子交换膜电渗析装置,通过改变浓室隔板空腔区域的面积,使其小于淡室隔板的空腔区域面积,在避免隔板空腔区域外围离子交换膜结垢的同时,还能保证足够的离子交换膜有效通电面积;缓解离子交换膜表面中性搅乱现象,提高使用寿命。
附图说明
图1为压滤型离子交换膜电渗析装置整体结构组合示意图。
图2为压滤型离子交换膜电渗析装置整体结构分解示意图。
图3为淡室隔板结构示意图。
图4为浓室隔板结构示意图。
图5为阴离子交换膜结构示意图。
图6为阳离子交换膜结构示意图。
以上附图中,阴极板1、阳极板2、淡室隔板3、浓室隔板4、阳离子交换膜5、阴离子交换膜6、淡室空腔区域7、浓室空腔区域8、流道孔9、布水口10。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式,熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1~图6。须知,本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本发明可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时,本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本发明可实施的范畴。
具体实施例如下:一种压滤型离子交换膜电渗析装置,如图1所示,包括装置本体,装置本体包括阴极板1和阳极板2,阴极板1和阳极板2中间部分设置有若干块淡室隔板3和浓室隔板4,它们交替排列设置在阴极板1和阳极板2中间;淡室隔板3和浓室隔板4两侧板面上都分别设置有阴离子交换膜6和阳离子交换膜5,同时两个相邻的淡室隔板3和浓室隔板4之间共用一个阴离子交换膜6或者阳离子交换膜5;如图2所示,淡室隔板3和浓室隔板4中间部分都镂空设置,而淡室隔板3两侧的阴离子交换膜6和阳离子交换膜5正好将中间镂空部分包住,从而形成淡室空腔区域7,相同地,浓室隔板4中间镂空部分和两侧阴阳离子交换膜形成浓室空腔区域8,由于淡室隔板3的上的镂空部分大于浓室隔板4,所以淡室空腔区域7的容积大于浓室空腔区域8的容积;淡室隔板3和浓室隔板4上都开设有流道孔9,与阴离子交换膜6和阳离子交换膜5上开设的流道孔9相对应,淡室隔板3和浓室隔板4上还开设有布水口10,布水口10和与其对应隔板上的空腔区域连通。
本方案设计的一种压滤型离子交换膜电渗析装置主要的原理为:电渗析器主要由膜堆、电源、外接水槽构成,电渗析器的关键部分为膜堆,其结构单元包括阳离子交换膜、隔板、阴离子交换膜,一个结构单元为一个膜对。一台电渗析器由许多膜对组成,而本方案设计的装置一共有110组的膜对,隔板的作用是使两层膜间形成水室,构成流水通道,并起配水和集水的作用。膜堆两侧分别为阴阳极区域,用于给电渗析器供直流电;如图2所示,两股水分别从外接浓水槽以及淡水槽经流道孔9及布水通道进入浓淡室隔板3空腔内,在直流电场的作用下,阳离子交换膜5只允许阳离子通过而把阴离子截留下来;阴离子交换膜6只允许阴离子通过而把阳离子截留下来,SO42-、Cl-等阴离子通过阴离子交换膜6向阳极板2方向移动,Na+、Ca2+、Mg2+等阳离子通过阳离子交换膜5向阴极板1方向移动,由于淡室隔板3的通电面外围附近有电流密度更大、溶液流速更慢的倾向,阴阳离子分别容易在与淡室膜面积等大的阴阳离子膜外围富集,当浓室空腔区域8的容积小于淡室空腔区域7的容积时,可以避免富集的阴阳离子结合而结垢。最终,淡室空腔区域7内形成含离子少的淡水,汇集进入淡水槽,而浓室空腔区域8内形成含离子高的浓水,汇集进入浓水槽,达到分离和浓缩的效果。
优选实施方式如下:
淡室隔板3上的布水口10的数量为2个,分别位于左上方和右下方位置;淡室隔板3上的流道孔9数量为4个,均匀分布在靠近淡室隔板3四个角的位置,同时位于左上方的流道孔9和左上方布水口10连通,位于右下方的流道孔9和右下方布水口10连通;浓室隔板4上的布水口10的数量为2个,分别位于右上方和左下方位置;浓室隔板4上的流道孔9数量为4个,均匀分布在靠近浓室隔板4四个角的位置,同时位于右上方的流道孔9和右上方布水口10连通,位于左下方的流道孔9和左下方布水口10连通;将淡室隔板3和浓室隔板4上开设的布水口10交叉相反设置。
浓室空腔区域8容积与淡室空腔区域7容积比值在0.6~0.8之间;经实际操作,浓室空腔区域8容积与淡室空腔区域7容积比值在0.74时,所能达到的效果最佳。
淡室隔板3和浓室隔板4的尺寸相同,长度为28cm,宽度为16cm,厚度为0.2cm;同时淡室隔板3和浓室隔板4的材质均为PVC,设置浓室隔板4和淡室隔板3都为PVC材质,这样可以有效地防止隔板被浓液腐蚀,且能达到支撑作用,避免膜的形变。
阴极板1为不锈钢板,阳极板2为钛板。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种压滤型离子交换膜电渗析装置,其特征在于:包括装置本体,所述装置本体两侧设置有阴极板和阳极板,所述阴极板和所述阳极板中间部分设置有若干块淡室隔板和浓室隔板,所述淡室隔板和所述浓室隔板都为长方形平板,同时两者数量相等;所述淡室隔板和所述浓室隔板交替排列设置;所述淡室隔板和所述浓室隔板两侧板面上都分别设置有阴离子交换膜和阳离子交换膜,同时所述两个相邻的淡室隔板和浓室隔板之间共用一个阴离子交换膜或者阳离子交换膜;所述淡室隔板和所述浓室隔板中间部分都镂空设置,所述淡室隔板中间的镂空部分与其两侧的阴离子交换膜和阳离子交换膜形成淡室空腔区域,所述浓室隔板中间的镂空部分与其两侧的阴离子交换膜和阳离子交换膜形成浓室空腔区域,所述淡室空腔区域的容积大于所述浓室空腔区域的容积;所述淡室隔板和所述浓室隔板上都开设有流道孔,所述阴离子交换膜和所述阳离子交换膜上也开设有对应的流道孔,所述淡室隔板和所述浓室隔板上还开设有布水口,所述布水口和与其对应隔板上的空腔区域连通。
2.根据权利要求1所述的一种压滤型离子交换膜电渗析装置,其特征在于:所述淡室隔板上的布水口的数量为2个,分别位于左上方和右下方位置;所述淡室隔板上的流道孔数量为4个,均匀分布在靠近所述淡室隔板四个角的位置,同时位于左上方的流道孔和所述左上方布水口连通,位于所述右下方的流道孔和所述右下方布水口连通。
3.根据权利要求1所述的一种压滤型离子交换膜电渗析装置,其特征在于:所述浓室隔板上的布水口的数量为2个,分别位于右上方和左下方位置;所述浓室隔板上的流道孔数量为4个,均匀分布在靠近所述浓室隔板四个角的位置,同时位于右上方的流道孔和所述右上方布水口连通,位于所述左下方的流道孔和所述左下方布水口连通。
4.根据权利要求1所述的一种压滤型离子交换膜电渗析装置,其特征在于:所述浓室空腔区域容积与所述淡室空腔区域容积比值在0.6~0.8之间。
5.根据权利要求1所述的一种压滤型离子交换膜电渗析装置,其特征在于:所述淡室隔板和所述浓室隔板的尺寸相同,长度为28cm,宽度为16cm,厚度为0.2cm;同时所述淡室隔板和所述浓室隔板的材质均为PVC。
6.根据权利要求1所述的一种压滤型离子交换膜电渗析装置,其特征在于:所述阴极板为不锈钢板,所述阳极板为钛板。
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