CN1228253C

CN1228253C - 磁电渗析水处理的方法

Info

Publication number: CN1228253C
Application number: CNB2004100026332A
Authority: CN
Inventors: 陈树庆; 张东红
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-01-10
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2005-11-23
Anticipated expiration: 2022-01-10
Also published as: CN1526654A

Abstract

磁电渗析水处理的方法。可用于海水淡化、苦咸水淡化、海水浓缩制盐、工业给水脱盐等。它利用离子交换膜的选择透过性建立一个能在直流电场的作用下使水中的电解质离子作定向偏移的电渗析处理水的空间，其特征是：在电渗析处理水的空间内，加入一个其磁力线方向与水流方向和电流方向都垂直，以增强流动溶液中阴、阳离子作定向偏移的静磁场。从而解决现有电渗析器水处理量小、耗电量大、易结垢等问题。本发明方法不仅科学合理，而且所用设备也简单可行，它只要其壳体在与水流方向和电流方向都平行的两壳壁上分别贴有一块永磁板即可进行磁电渗析水处理。

Description

磁电渗析水处理的方法

本申请是分案申请，其原申请的申请日：2002年1月10日；申请号：02101904.5；发明创造名称：磁电渗析水处理的方法及设备。

技术领域

本发明涉及一种用电化学水处理的方法。尤其是一种在现有电渗析处理水的空间内加入能增强溶液中带电粒子定向偏移的磁场，以及水的磁处理除垢的方法。它可广泛用于海水淡化、苦咸水淡化、海水浓缩制盐、工业给水脱盐等。

背景技术

现有的以电化学方法进行水处理的电渗析法，它是利用离子交换膜的选择透过性，在直流电场的作用下使水中的电解质离子作定向迁移，实现水的淡化或浓缩制盐。其具体过程是：溶液中盐类水解成的正、负离子通过直流电场的作用在阴离子交换膜、阳离子交换膜上作定向迁移。用该方法制成的电渗析器可从图1和图2中看到，它是以海水淡化为例子加以说明。它包含有一个其上带有原水(海水)进口11(11a和11b)、电极冲洗水进口16(其中16b是阳极冲洗水进口、16a是阴极冲洗水进口)、电极冲洗液出口12(12b是阳极冲洗水出口，流出稀酸液氯水；12a是阴极冲洗水出口，流出稀碱液NaOH)、处理后的水的出口13(其中淡化水出口为13a、浓缩水的出口为13b)的壳体1；壳体内安装电极2(其中阳极为2a、阴极为2b)和在阴极和阳极之间安装一组呈交替且间隔设置的阳离子交换膜3和阴离子交换膜4。原水从海水进口11进入电渗析器，并在两电极上接通直流电，则来自海水溶液中的Na+离子、CL-离子在阳离子交换膜3、阴离子交换膜4上作选择性迁移(←口表示Na+离子的迁移，O→代表CL-离子的迁移)，最终从淡化室的出口13a供出淡化水，从浓缩水出口13b流出浓缩海水。在上述过程进行了一段时间后，因离子交换膜和两电极上出现结垢、电极极化，使海水淡化的速度逐渐放慢、出水质量降低、电耗增大。现有的电渗析方法及其设备的缺点是：1)它是靠溶液中盐类水解成正、负离子通过电场作用在阴、阳离子交换膜上作自行选择的迁移而完成，正、负离子的迁移速度均取决电渗析器的结构、材料及电流密度、被处理水的性质等，一旦设备已制成、装妥，上述各参数均成定局，故水处理速度和处理质量也均无法再提高、电流效率无法再提高，耗电量就无法降低；2)如果在阴、阳离子交换膜和两电极出现了结垢和电极极化后，降低了膜、电极的电渗析性能和使用寿命，故必需对其进行冲洗处理，严重时还须进行拆洗，从而降低了水处理的能力，并且该操作麻烦又费时；如果采用频繁倒极的方法，虽可部分解决结垢和极化的问题，但每次倒极也必须停产、影响生产率。

发明内容

本发明是要解决上述现有技术中存在的问题，提供一种水处理效果好、速度快、处理能力大且方法简便可靠的磁电渗析水处理的方法，并使其具有科学合理、使用简单方便并省电等特点。

本发明的磁电渗析水处理的方法，它利用离子交换膜的选择透过性建立一个能在直流电场的作用下使水中的电解质离子作定向偏移的电渗析处理水的空间，其特点是：在电渗析处理水的空间内，加入一个其磁力线方向与水流方向和电流方向都垂直，以增强流动溶液中阴、阳离子作定向偏移的静磁场。该静磁场强度最好不小于0.5特斯拉。

用本发明方法制成的磁电渗析器，它含有其上带有原水进口，电极冲洗水进口，电极冲洗水出口，淡化水出口和浓缩水出口的壳体，壳体内装有电极，在阳、阴两电极之间装有一组呈交替且间隔排列的阳离子交换膜和阴离子交换膜，其特征是：它的壳体在与水流方向和电流方向都平行的两壳壁上分别贴合有一块永磁板。

上述的磁电渗析器，它的壳体除了在与水流方向和电流方向都平行的两壳壁是高导磁材料板外，其余的壳壁均为导磁性比前两壳壁低的低磁导材料板。以克服因其余壳壁的磁场屏蔽作用，而降低了对外加磁场的作用。

上述的磁电渗析器，它的两电极之间带有能使阴、阳两极进行互换的电源切换闸，同时在原水进口、淡化水出口、浓缩水出口、与原水供水管、淡化水导出管、浓缩液导出管上均装有可变换流体在壳体上的进、出状态的换向阀。

上述的磁电渗析器，它还可在原水供水管上装有磁铁块。以提前对进水作磁化处理，清除进水内的铁磁性颗粒，有效地防止该颗粒进入本发明磁电渗析器、影响磁电渗析的水处理效果。

本发明的有益效果是：1)在对传统的电渗析水处理的方法进行改进之后，水流中的离子通过静磁场所产生的电磁感应力而增大了定向偏移力，从而提高设备的水处理能力，并节省电能；2)在加入磁场后，因溶液中离子的游离度加入而降低了离子的水合作用，从而增大离子在阴、阳离子膜上的选择通透性、降低液阻和膜阻，故使水处理效率更加提高、电能消耗更大幅降低；3)水的磁处理有利于电渗析设备的除垢，从而减少拆洗停顿或频繁倒极的频率，也提高了设备的使用效率及使用寿命；4)以本发明方法制成的磁电渗析器，它的结构简单合理、制造方便，并且与现有的电渗析器相比较，只是在其壳体上外加两块永磁板，因此可方便、广泛地对现有电渗析器进行更新改造。

下面将通过实例并对照附图，对本发明作进一步的叙述。

附图说明

图1和图2、图3分别是一种为实现现有电渗析处理水的方法所用设备的结构示意图和立体透视图、主视图；

图4是为实现本发明磁电渗析处理水的方法而要加到现有设备壳体上的两块永磁板；

图5是一种为实现本发明磁电渗析处理水的方法所用的磁电渗析器的主视图；

图6是本发明方法所用磁电渗析器上所带有的能实施频繁倒极而可变换水流方向和电极极性的管路、电路设置图。

对各附图的标号说明如下：

1-壳体；11-原水进口(其中11a通向淡化室，11b通向浓缩室)；12-电极冲洗水出口(其中12b是阳极冲洗出口，12a是阴极冲洗水出口)；13a-淡化水出口；13b-浓缩水出口；14-阳极室；15-阴极室；16-电极冲洗水进口(其中16b是阳极冲洗水进口，16a是阴极冲洗水进口)；17-高导磁材料板；18-淡化室；19-浓缩室；2-电极(其中2a-阳极、2b-阴极)；3-阳离子交换膜；4-阴离子交换膜；5-电源切换闸；6-永磁板；7-低导磁材料板；8-换向阀；9-禁止符；10-磁铁块；20-本发明磁电渗析器；21-原水供水管；23-淡化水导出管；24-浓缩水导出管；B-永磁板产生的磁力线方向标记。

具体实施方式

实施例1.本实施例的方法是它利用离子交换膜的选择透过性建立一个能在直流电场的作用下使水中的电解质离子作定向迁移的电渗析处理水的空间，然后在电渗析处理水的空间内，加入一个其磁力线方向与水流方向和电流方向都垂直，以增强流动溶液中阴、阳离子作定向偏移的静磁场。静磁场强度最好不小于0.5特斯拉。

所谓电渗析空间，可从图1和图2中的现有电渗析器的结构示意图和立体透视图中看到，溶液中的正、负离子(图中分别以←口表示正离子的迁移，O→代表负离子的迁移)，在直流电场作用下，正离子向阴极偏移并选择性地透过阳离子交换膜，负离子向阳极偏移并选择性地透过阴离子交换膜，其电场对离子的偏移力Fe为：Fe＝qE(q为离子的电量，E为电场强度)。如在该电渗析处理水的空间内加入一个由图4所示的两块永磁板6(它们被外贴到图3中的现有电渗析器前、后两壳体的外壁面上，亦即永磁板6上的aidc、efhg分别贴合到壳体1的外侧壁AIDC、EFHG上，永磁板产生的磁力线方向为B方向)，形成图5中所示的本实施例的磁电渗析器的结构，则在现有电渗析处理水的空间内加入一个能使流动溶液中的阴、阳离子定向偏移的静磁场，使离子还受到洛仑磁力Fm作用，该力的大小Fm＝qvB(q为离子的电量，v为水流速度，B为磁场强度)；由于Fm与Fe的方向一致，故离子所受的实际偏移力F＝Fe+Fm，该力的作用大于由电场单独对离子作用的偏移力Fe，所以离子偏移的速度大大提高，并且还由于磁处理的作用降低了溶液中离子的水合作用、增大离子的游离度及离子在离子交换膜上的选择通透性，从而降低了电渗析过程中的液阻和膜阻，使水处理的电流效率得以提高。总之，在电渗析空间中加入静磁场之后，既能提高水处理的能力，又能减少耗电量，并且还能有效地防止膜和电极的结垢和电极极化。

用本实施例方法制造的磁电渗析器，它的壳体结构可从图5中看到，并且它的内部结构可参照图1和图2。它含有一个带上下左右前后六个壳壁的壳体1，在壳体的上、下两壳壁带有原水进口11a和11b(除了在频繁倒极时11a和11b必须分开外，其余情况的管11a和11b均为合并二为一)、电极冲洗水进口16(其中16b是阳极冲洗水进口，16a是阴极冲洗水进口)、电极冲水出口12(12b是阳极冲洗水出口，如流出稀酸液氯水；12a是阴极冲洗出口，如流出稀碱液NaOH)、淡化水出口13a和浓缩水出口13b；壳体内有阳极室14和阴极室15，阳极室内有阳极2a、阴极室内有阴极2b，在阳极和阴极之间是一组交替间隔排列的阳离子交换膜3和阴离子交换膜4；壳体在与水流方向和电流方向都平行的两壳壁的外侧面上分别贴合有一块永磁板6。

原水从进口11a和11b进入本实施例的磁电渗析器，并在两电极上接通直流电，电场对离子的偏移力Fe＝qE(q为离子的电量，E为电场强度)，同时离子还受到洛仑磁力Fm＝qvB(q为离子的电量，v为水流速度，B为磁场强度)的作用，因Fm与Fe的方向一致，故离子所受的实际偏移力F＝Fe+Fm；因此，流动溶液中的正、负离子在直流电场和静磁场感应的共同作用下，正离子向阴极偏移并选择性地透过阳离子交换膜3、负离子向阳极偏移并选择性地透过阴离子交换膜4，最终从淡化室的出口13a供出淡化水，从浓缩水出口13b流出浓缩水。

实施例2.与实施例1的方法所不同的是静磁场强度应不小于0.5特斯拉。因为洛仑磁力Fm与磁场强度B成正比，磁场强度越大，效果就越好；如果能够用20特斯拉以上的超导体强磁场则更为理想。另外，由于洛仑磁力Fm＝qvB是个向量，所以本发明磁电渗析器的电渗析空间必须是无回路型，以使液流沿整个膜面流过，流速总的方向保持一致。从Fm＝qvB还可以知道，增大液流速度不仅有利于提高静磁场对离子的设计偏移力，还有利于提高整个磁电渗析设备的水处理速度。

实施例3.可从图5中看到，它与实施例1、实施例2所不同的是它的壳体壳壁是导磁性大小不同的材料板，即在与水流、电流方向都平行的两壳壁是高磁导材料板17，其余的壳壁均为导磁性比前两壳壁低的低磁导材料板。从而克服因其余壳壁的磁场屏蔽作用而降低了对外加磁场的作用。

实施例4.可从图6中可以看到，它可以对实施例1、实施例2、实施例3的设备进行频繁倒极以消除电极和阴、阳离子交换膜上的结垢、极化。它的结构是在原水进口11a和11b、淡化水出口13a浓缩水出口13b上均装有水流的换向阀8，并且在电路中装有可使阴、阳两极对换的电源切换闸5。

在对磁电渗析器进行倒极操作时，可通电源切换闸5使原来的阴极变为阳极、阳极变为阴极，同时还通过换向阀8使管11a、11b、13a、13b中的水流换向。9是禁止符，即换向阀在禁止符9处水管关闭，与换向阀相接的另外两水管接通。

本实施例磁电渗析器通电时，如图6a所示，11a、11b通过水流的换向阀8与原水供水管21接通。由11a进入的原水经磁电渗析20的淡化处理变成淡化水，然后经13a、换向阀8，从淡化水导出管23引出；由11b进入的原水经磁电渗析器浓缩处理后变成浓缩水，此后经13b、换向阀8，从浓缩水导出管24流出。图6b是表示倒极后的磁电渗析器的水流情况，这时通过电源切换闸5使原来的阴极变为阳极、阳极变为阴极，同时管13a、管13b通过水流的换向阀8与原水供水管21接通，原水由13b进入磁电渗析器在倒极变换后的淡化室并处理成淡化水，由11b流出磁电渗析器；由13a进入磁电渗析器的原水，在倒极变换后的浓缩室处理成浓缩水，并由11a流出磁电渗析器；最后11b中的水流通过换向阀由淡化水导出管23引出，11a中的水流通过换向阀由浓缩水导出管24流出。

实施例5.从图6中看到，它可在实施例1、实施例2、实施例3、实施例4中磁电渗析器的原水供水管21上安装磁铁块10，它可提前清除铁磁性颗粒，以防其在设备中堆积。

Claims

1、一种磁电渗析水处理的方法，它利用离子交换膜的选择透过性建立一个能在直流电场的作用下使水中的电解质离子作定向偏移的电渗析处理水的空间，其特征是：在电渗析处理水的空间内，加入一个其磁力线方向与水流方向和电流方向都垂直，以增强流动溶液中阴、阳离子作定向偏移的静磁场。

2、根据权利要求1所述的磁电渗析水处理的方法，其特征是：所说的静磁场强度不小于0.5特斯拉。