CN116173735A - 一种双极膜电渗析浓缩系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于电渗析设备技术领域，公开了一种双极膜电渗析浓缩系统，包括隔板电渗析模块以及分别连接隔板电渗析模块的供液管路、电控系统，供液管路与隔板电渗析模块连接进行液体导入/导出，电控系统与隔板电渗析模块连接供电；所述隔板电渗析模块包括固定结构和电极板，电极板包括若干成对且与电控系统连接的正极板和负极板，在相邻正极板和负极板之间具有若干单极隔板；单极隔板上具有朝向一侧开口的容积槽，所述容积槽内底部设有离子交换膜，相邻单极隔板上的离子交换膜的极性相反，容积槽与供液管路连通实现液体流动；所述单极隔板之间具有硬质的压条，所述压条与容积槽边缘配合压紧实现密封。

Description

一种双极膜电渗析浓缩系统

技术领域

本发明属于电渗析处理设备技术领域，具体涉及一种双极膜电渗析浓缩系统。

背景技术

电渗析是利用半透膜的选择透过性来分离不同的溶质粒子(如离子)的方法，在电场作用下进行渗析时，溶液中的带电的溶质粒子(如离子)通过膜而迁移，而利用电渗析进行提纯和分离物质的技术称为电渗析法。该技术最初用于海水淡化，现在广泛用于化工、轻工、冶金、造纸、医药工业，尤以制备纯水和在环境保护中处理三废最受重视，例如用于酸碱回收、电镀废液处理以及从工业废水中回收有用物质等。

电渗析过程是电化学过程和渗析扩散过程的结合；在外加直流电场的驱动下，利用离子交换膜的选择透过性(即阳离子可以透过阳离子交换膜，阴离子可以透过阴离子交换膜)，阴、阳离子分别向阳极和阴极移动。离子迁移过程中，若膜的固定电荷与离子的电荷相反，则离子可以通过；如果它们的电荷相同，则离子被排斥，从而实现溶液淡化、浓缩、精制或纯化等目的。

现有电渗析浓缩处理设备的原理类似，均具有电极隔板、电极板以及外部的固定和管输系统，通过在电极隔板之间形成空腔，通过设置不同极性的电极隔板从而在电极板之间的若干供液体流动的通道上形成若干不同功能的空间，即浓缩腔以及清水腔。通过持续向这些腔中通入高盐污水，通过两级的电极板放电形成极性吸引离子靠近，并由具有不同极性的电极隔板限制离子移动从而起效。由于这种设备在工业上为了在较低的电耗条件下起到较好的渗析浓缩效果，会采用较薄的隔板材料，并通过多张贴合的方式形成若干较小的腔容纳污水，并通过管输设备供水实现自动电渗析。

现有技术中，这种电极隔板多采用PVC或其他高分子材料制成，厚度较小，通过若干张对齐贴合后通过外部固定结构将其拉紧固定。但在安装时，由于这种材料较薄，具有较大的面积，则容易在安装或使用时出现材料形变。且现有装配方式中多为手工装配，即在同一固定架上人手工一张张贴合固定，这种方式会导致其密封效果不稳定，可能出现渗漏的问题。通常解决该技术问题，是在装配好后在其表面覆盖有密封膜或其他材料，或用胶粘接。但这种方式无法避免的是存在与单个电极隔板腔内的液体会进入并不连通的通道中，例如浓水进入清水腔内，即使外部密封无渗漏，但内部局部渗漏会导致整个设备的失效，降低整个设备的处理效率。或者部分液体渗漏后，从而出现漏电流的情况，导致电耗增高的问题。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种双极膜电渗析浓缩系统，通过对系统中隔板结构的改进，从而改善其防水效果，避免采用多片较薄的单极隔板在安装时因装配问题导致渗漏出现。

本发明所采用的技术方案为：

第一方面，本发明提供一种双极膜电渗析浓缩系统，包括隔板电渗析模块以及分别连接隔板电渗析模块的供液管路、电控系统，供液管路与隔板电渗析模块连接进行液体导入/导出，电控系统与隔板电渗析模块连接供电；

所述隔板电渗析模块包括固定结构和电极板，电极板包括若干成对且与电控系统连接的正极板和负极板，在相邻正极板和负极板之间具有若干单极隔板；

单极隔板上具有朝向一侧开口的容积槽，所述容积槽内底部设有离子交换膜，相邻单极隔板上的离子交换膜的极性相反，容积槽与供液管路连通实现液体流动；

所述单极隔板之间具有硬质的压条，所述压条与容积槽边缘配合压紧实现密封。

结合第一方面，本发明提供第一方面的第一种实施方式，所述单极隔板在靠近容积槽边缘处具有软质的形变区域，若干单极隔板扣合时压条具有挤压形变区域的部分并通过该部分接触至少40％面积的形变区域挤压形变密封。

结合第一方面的第一种实施方式，本发明提供第一方面的第二种实施方式，所述单极隔板在容积槽(5)边缘与单极隔板边沿之间设有沉槽，所述形变区域为填充在沉槽内软质绝缘材料；

在若干单极隔板扣合时压条深入沉槽挤压形变区域，所述压条与形变区域的接触面积在40％-70％之间。

结合第一方面的第一种实施方式，本发明提供第一方面的第三种实施方式，所述形变区域为容积槽的边缘形成落差的区域，所述压条与形变区域接触面积在50-80％；

在若干单极隔板扣合时压条外侧边沿不超过形变区域的外侧，压条内侧边沿处于容积槽内，且压条厚度小于容积槽深度。

结合第一方面的第三种实施方式，本发明提供第一方面的第四种实施方式，所述形变区域具有第一斜面，所述压条上具有与形变区域对应的第二斜面，压条挤压形变区域时第一斜面与第二斜面接触。

结合第一方面的第一种实施方式，本发明提供第一方面的第五种实施方式，所述形变区域为设置在容积槽内底部且靠近容积槽边缘的密封条，所述压条在若干单极隔板扣合时完全沉入容积槽内并与密封条接触挤压，压条与密封条表面的接触面积在40-50％。

结合第一方面的第五种实施方式，本发明提供第一方面的第六种实施方式，所述压条在若干单极隔板扣合时与容积槽内底部之间的间隙为d，所述密封条的高度为2d并小于容积槽的深度。

结合第一方面的若干种实施方式，本发明提供第一方面的第七种实施方式，所述单极隔板为软质材料制成的板体，相邻单极隔板之间设有硬质板层，所述压条设置在硬质板层上。

结合第一方面的若干种实施方式，本发明提供第一方面的第八种实施方式，所述单极隔板为多层结构，至少包括软隔层和硬板层，所述容积槽为软隔层中部的开口，所述硬板层在软隔层的开口处设有若干通孔，所述离子交换膜贴附在通孔处并通过软隔层封边固定；

所述压条设置在硬板层上并朝向容积槽的反方向凸起。

结合第一方面的第八种实施方式，本发明提供第一方面的第九种实施方式，所述单极隔板在容积槽两侧设有中心对称的若干透水孔，单侧的透水孔包括间隔设置的第一透水孔和第二透水孔，其中第二透水孔具有若干连通容积槽相邻一侧边缘的导流细槽，间隔设置的若干导流细槽将容积槽一侧边缘分隔为若干短边；

所述压条包括对应容积槽未与透水孔相邻边缘压合的长压条，以及对应容积槽若干短边的短压条；

所述长压条的端部具有膨大端，在软隔层上设有与膨大端对应的形变区域。

本发明的有益效果为：

(1)本发明通过在单极隔板之间设有压条与其设置的容积槽配合，从而与容积槽的形变区域挤压形变形成较好的密封效果，即使是采用手工装配的方式，只需要在模具或引导设备上将每片单极隔板对齐安装即可，在通过外部的固定结构压紧后每张单极隔板便被压条限位挤压密封；

(2)本发明通过优化形变区域的位置以及压条的匹配位置，则在对齐挤压过程中能够提供稳定的挤压效果，并在其一侧具有空隙供挤压后的部分形变区域的材料向该侧空间移动；

(3)本发明通过优化设置的密封条结构与压条配合，可采用不可挤压形变的单极隔板结构，在容积槽侧壁处形成一圈密封条即可与压条配合实现密封效果，其工艺难度较小，密封效果稳定，避免采用软质的单极隔板导致其承压性能差；

(4)本发明通过设置多层结构的单极隔板结构，能够在相互挤压时通过不同材料特性来实现对应效果，同时便于设置离子交换膜，无需一体挤出成型，降低工艺难度和制作成本；

(5)本发明通过针对透水孔处设置短压条和长压条配合，分别根据容积槽特性，在具有透水孔一侧的容积槽边缘处，通过短压条可提高间隔设置的导流细槽之间因尺寸较小容易出现渗漏的问题；同时通过长压条可适配未设置透水孔的边缘，尤其是较多数量的单极隔板安装时，其较长的边缘容易出现形变渗漏点，并通过长压条的膨大端在端部形成较好密封效果和定位效果。

附图说明

图1是本发明实施例中整个电渗析浓缩系统的轴测图；

图2是本发明实施例中整个电渗析浓缩系统的侧视图；

图3是本发明实施例中单个单极隔板的正面示意图；

图4是本发明实施例中单个单极隔板的第一轴测示意图；

图5是本发明实施例中单个单极隔板的侧面示意图；

图6是本发明实施例中单个单极隔板的第二轴测示意图；

图7是本发明实施例中单个单极隔板上设有压紧条示意虚线的正面示意图；

图8是本发明实施例中两个单极隔板第一种边缘局部未贴合状态下的示意图；

图9是本发明实施例中两个单极隔板第一种边缘局部贴合状态下的示意图；

图10是本发明实施例中两个单极隔板第二种边缘局部未贴合状态下的示意图；

图11是本发明实施例中两个单极隔板第三种边缘局部未贴合状态下的示意图；

图12是本发明实施例中两个单极隔板第三种边缘局部贴合状态下的示意图。

图中：1-外部固定架，2-电极板，3-拉紧杆，4-单极隔板，4.1-软隔层，4.2-硬板层，5-容积槽，6-第一透水孔，7-第二透水孔，8-导流细槽，9-长压条，10-短压条，11-密封条。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，本申请的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，本申请的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例1：

本实施例公开一种双极膜电渗析浓缩系统，用于对高盐废水进行浓缩处理，并同时产酸产碱。

其中，电渗析浓缩系统包括隔板电渗析模块以及分别连接隔板电渗析模块的供液管路、电控系统，供液管路与隔板电渗析模块连接进行液体导入/导出，电控系统与隔板电渗析模块连接供电。

其中，隔板电渗析模块具有若干个，如图1和图2所示，该模块包括外部固定架1和电极板2，电极板2包括若干成对且与电控系统连接的正极板和负极板，在相邻正极板和负极板之间具有若干单极隔板4。其中的外部固定架1为一种钢架，固定在该模块的两侧，通过周向设置的若干拉紧杆3拉紧固定。

在外部固定架1之间间隔设置有正极板和负极板，这两个电极板2均采用双极膜材料，即能够导电作为电极使用，同时也能够起到渗透效果，可在单个隔板电渗析模块内形成若干组电极使用。

在之间的单极隔板4为主要的电渗析浓缩部分，其之间存在若干空腔，通过连接供液管路进行配液。本实施例中处理的高盐污水通过供液管路从下部进入每个单极隔板4间的空腔内，并由两组电极形成离子定向移动的动力源，吸引离子定向移动，并通过具有不同极性的单极隔板4限制，从而在两组电极板2之间的单极隔板4内形成间隔设置的若干浓缩池、清水池。

具体的，单极隔板4上具有朝向一侧开口的容积槽5，容积槽5内底部设有离子交换膜，相邻单极隔板4上的离子交换膜的极性相反，容积槽5与供液管路连通实现液体流动；所述单极隔板4之间具有硬质的压条，压条与容积槽5边缘配合压紧实现密封。

其中，压条是相对于单极隔板4为硬质材料制成，一般是设置在某一具有较大面积的片体上，通过设置在相邻单极隔板4之间形成效果。压条所在片体的其他部分与单极隔板4的其他除容积槽5的表面接触，同时受外部固定架1的夹持与单极隔板4贴合固定。

进一步地，单极隔板4在靠近容积槽5边缘处具有软质的形变区域，若干单极隔板4扣合时压条具有挤压形变区域的部分并通过该部分接触至少40％面积的形变区域挤压形变密封。所谓形变区域，是指该区域内的材料硬度低于压条的硬度，同时具有一定的弹性形变性能，能够在压条完全挤压时该形变区域产生形变将其缝隙填满从而达到密封的效果。

一般的实施方式中，单极隔板4采用PP/PT材质，其厚度在4-20mm之间，本身不具备较好的弹性形变性能。则在制作时，需要先形成容积槽5后，在容积槽5边缘附近的位置形成空置区域，然后向其中填充形成形变区域。其具体实施方式如下：

一些实施例中，单极隔板4在容积槽5边缘与单极隔板4边沿之间设有沉槽，所述形变区域为填充在沉槽内软质绝缘材料；在若干单极隔板4扣合时压条深入沉槽挤压形变区域，压条与形变区域的接触面积在40％-70％之间。这种方式能够实现较好的密封效果，且所需材料更少，但由于该隔板的厚度较小，其制作工艺难度较大。

通过实验发现，在现有厚度的单极隔板4的厚度和材料条件下，其接触面积小于40％，组合形成的浓缩模块的漏水率大于20％，不满足使用需求，这里分析认为是接触面积较小导致人工装配时即使对齐放置，但较小的接触面积在较大的展开面积的前提下，无法保证能够在整条压条上形成挤压密封。而接触面积大于70％后，设置若干单极隔板4在挤压时的阻力较大，容易在装配时因弹性反馈力较大导致缝隙产生，漏水率同样增大无法满足需求。

则一些实施例中，如图8和图9所示，图中展示了两个相邻的单极隔板4在容积槽5边缘处的局部结构，图中未展示该形变区域的具体范围，形变区域为容积槽5的边缘形成落差的区域，压条与形变区域接触面积在50-80％；在若干单极隔板4扣合时压条外侧边沿不超过形变区域的外侧，压条内侧边沿处于容积槽5内，且压条厚度小于容积槽5深度。

进一步地，如图10所示，形变区域具有第一斜面，所述压条上具有与形变区域对应的第二斜面，压条挤压形变区域时第一斜面与第二斜面接触。两个斜面接触，能够在有限的宽度下实现更大的接触面积，同时由于是对称设置，则容积槽5两侧边的压条可实现一定的预定位效果，采用这种直接压合形成容积槽5侧边的方式，能够更好的对齐。

一些实施例中，形变区域为设置在容积槽5内底部且靠近容积槽5边缘的密封条11，所述压条在若干单极隔板4扣合时完全沉入容积槽5内并与密封条11接触挤压，压条与密封条11表面的接触面积在40-50％。压条在若干单极隔板4扣合时与容积槽5内底部之间的间隙为d，密封条11的高度为2d并小于容积槽5的深度。

对密封条11的高度的限定，是为了避免造成贴合容积槽5侧边设置的密封条11在受到压条的挤压后无法向容积槽5中部形变导致其弹性阻力较大。

单极隔板4为软质材料制成的板体，相邻单极隔板4之间设有硬质板层，所述压条设置在硬质板层上。

单极隔板4为多层结构，至少包括软隔层4.1和硬板层4.2，所述容积槽5为软隔层4.1中部的开口，所述硬板层4.2在软隔层4.1的开口处设有若干通孔，所述离子交换膜贴附在通孔处并通过软隔层4.1封边固定；所述压条设置在硬板层4.2上并朝向容积槽5的反方向凸起。

单极隔板4在容积槽5两侧设有中心对称的若干透水孔，单侧的透水孔包括间隔设置的第一透水孔6和第二透水孔7，其中第二透水孔7具有若干连通容积槽5相邻一侧边缘的导流细槽8，间隔设置的若干导流细槽8将容积槽5一侧边缘分隔为若干短边；所述压条包括对应容积槽5未与透水孔相邻边缘压合的长压条9，以及对应容积槽5若干短边的短压条10；所述长压条9的端部具有膨大端，在软隔层4.1上设有与膨大端对应的形变区域。

需要说明的是，与现有技术不同的是，这种透水孔本身面积较小，贴合后不存在漏水的可能性。而容积槽5在没有设置透水孔的侧边具有较长的长度，且由于距离整个单极隔板4的边缘较近，其宽度较窄，更容易出现形变漏水的情况。故在其较长边设置长压条9对整条边进行压合密封，即使该侧边局部出现形变，也能够防止其从形变部分漏水。

所谓的单极隔板4的形变部分，是指这种PP材料的软隔层4.1本身在安装时因不当操作出现折痕，而折痕处就会出现漏水情况。

而透水孔处，尤其是在设有导流细槽8之间，由于导流细槽8具有较多组数量，导致该区域内的材料形变阻力较低，处于两个导流细槽8之间的容积槽5侧边在挤压时容易形成挤压形变，从而通过短压条10将该区域覆盖挤压形变，从而满足实际需求，并保证不会因为压条将导流细槽8堵住。

本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (10)

1.一种双极膜电渗析浓缩系统，包括隔板电渗析模块以及分别连接隔板电渗析模块的供液管路、电控系统，供液管路与隔板电渗析模块连接进行液体导入/导出，电控系统与隔板电渗析模块连接供电；其特征在于：

所述隔板电渗析模块包括固定结构和电极板(2)，电极板(2)包括若干成对且与电控系统连接的正极板和负极板，在相邻正极板和负极板之间具有若干单极隔板(4)；

单极隔板(4)上具有朝向一侧开口的容积槽(5)，所述容积槽(5)内底部设有离子交换膜，相邻单极隔板(4)上的离子交换膜的极性相反，容积槽(5)与供液管路连通实现液体流动；

所述单极隔板(4)之间具有硬质的压条，所述压条与容积槽(5)边缘配合压紧实现密封。

2.根据权利要求1所述的一种双极膜电渗析浓缩系统，其特征在于：所述单极隔板(4)在靠近容积槽(5)边缘处具有软质的形变区域，若干单极隔板(4)扣合时压条具有挤压形变区域的部分并通过该部分接触至少40％面积的形变区域挤压形变密封。

3.根据权利要求2所述的一种双极膜电渗析浓缩系统，其特征在于：所述单极隔板(4)在容积槽(5)边缘与单极隔板(4)边沿之间设有沉槽，所述形变区域为填充在沉槽内软质绝缘材料；

在若干单极隔板(4)扣合时压条深入沉槽挤压形变区域，所述压条与形变区域的接触面积在40％-70％之间。

4.根据权利要求2所述的一种双极膜电渗析浓缩系统，其特征在于：所述形变区域为容积槽(5)的边缘形成落差的区域，所述压条与形变区域接触面积在50-80％；

在若干单极隔板(4)扣合时压条外侧边沿不超过形变区域的外侧，压条内侧边沿处于容积槽(5)内，且压条厚度小于容积槽(5)深度。

5.根据权利要求4所述的一种双极膜电渗析浓缩系统，其特征在于：所述形变区域具有第一斜面，所述压条上具有与形变区域对应的第二斜面，压条挤压形变区域时第一斜面与第二斜面接触。

6.根据权利要求2所述的一种双极膜电渗析浓缩系统，其特征在于：所述形变区域为设置在容积槽(5)内底部且靠近容积槽(5)边缘的密封条(11)，所述压条在若干单极隔板(4)扣合时完全沉入容积槽(5)内并与密封条(11)接触挤压，压条与密封条(11)表面的接触面积在40-50％。

7.根据权利要求6所述的一种双极膜电渗析浓缩系统，其特征在于：所述压条在若干单极隔板(4)扣合时与容积槽(5)内底部之间的间隙为d，所述密封条(11)的高度为2d并小于容积槽(5)的深度。

8.根据权利要求2-7任一项所述的一种双极膜电渗析浓缩系统，其特征在于：所述单极隔板(4)为软质材料制成的板体，相邻单极隔板(4)之间设有硬质板层，所述压条设置在硬质板层上。

9.根据权利要求2-7任一项所述的一种双极膜电渗析浓缩系统，其特征在于：所述单极隔板(4)为多层结构，至少包括软隔层(4.1)和硬板层(4.2)，所述容积槽(5)为软隔层(4.1)中部的开口，所述硬板层(4.2)在软隔层(4.1)的开口处设有若干通孔，所述离子交换膜贴附在通孔处并通过软隔层(4.1)封边固定；

所述压条设置在硬板层(4.2)上并朝向容积槽(5)的反方向凸起。

10.根据权利要求9所述的一种双极膜电渗析浓缩系统，其特征在于：所述单极隔板(4)在容积槽(5)两侧设有中心对称的若干透水孔，单侧的透水孔包括间隔设置的第一透水孔(6)和第二透水孔(7)，其中第二透水孔(7)具有若干连通容积槽(5)相邻一侧边缘的导流细槽(8)，间隔设置的若干导流细槽(8)将容积槽(5)一侧边缘分隔为若干短边；

所述压条包括对应容积槽(5)未与透水孔相邻边缘压合的长压条(9)，以及对应容积槽(5)若干短边的短压条(10)；

所述长压条(9)的端部具有膨大端，在软隔层(4.1)上设有与膨大端对应的形变区域。

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