CN201458797U

CN201458797U - 多层布水道电去离子膜堆

Info

Publication number: CN201458797U
Application number: CN2009201098603U
Authority: CN
Inventors: 马军; 刘红斌; 王济虎
Original assignee: Institute of Medical Equipment Chinese Academy of Military Medical Sciences
Current assignee: Institute of Medical Equipment Chinese Academy of Military Medical Sciences
Priority date: 2009-07-20
Filing date: 2009-07-20
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2019-07-20

Abstract

本实用新型涉及一种多层布水道电去离子膜堆，包括将数个膜对夹设其间的电极板，所述膜对包括依次叠设的阳离子交换膜、淡室隔板、阴离子交换膜和浓室隔板，淡室隔板包括形成布水道区域和填充区域的隔板主体，填充区域内设置有填充结构，布水道区域内设置有形成多层暗道式流道的多层布水道。本实用新型通过设置多层布水道，将较厚淡室隔板的布水道区域分成数个水流通道，既可防止所填充的离子交换材料的泄漏，又可最大限度地提供较宽的水流通道。水流通道变宽一方面可降低进水阻力，降低对外界提供水压力的要求，降低工作能耗，另一方面使进入填充区域的水流均匀分布，膜堆内部压降均匀，降低了防泄漏、防内窜及密封的设计难度，提高产水质量。

Description

多层布水道电去离子膜堆

技术领域

本实用新型涉及一种对初级纯水进行深度脱盐的电去离子膜堆，特别是一种多层布水道电去离子膜堆。

背景技术

电去离子(Electrodeionization，简称EDI)是当今对初级纯水进行深度脱盐的新技术，将电渗析与离子交换有机结合，借助离子交换树脂的离子交换作用与阴离子、阳离子交换膜对阴离子、阳离子的选择性透过作用，在直流电场的作用下，实现离子定向迁移，从而完成水的深度脱盐。

在电去离子过程中，离子交换、离子传递及离子交换树脂的电再生相伴发生，犹如一个边工作边再生的混床离子交换柱，可以连续不断地制取纯水、高纯水。由于不需酸碱再生树脂，因此无环境污染，是一种清洁生产技术，已在医药、电子、电力、生物技术等领域得到广泛应用。电去离子膜堆是该技术在水处理中实际应用的体现，主要由淡室隔板、浓室隔板、阳离子交换膜、阴离子交换膜和电极板等部件组成，其中淡室隔板是电去离子膜堆的核心部件，其结构好坏直接影响电去离子膜堆的性能。

电去离子技术的实用化是从20世纪80年代末开始的，其研究与开发大体上经历三个发展阶段。

早期(20世纪80年代末)的淡室隔板通常采用厚度为1.5mm～3.2mm的薄隔板，如美国专利US4632745、4747929等，填充混床离子交换树脂，而浓室隔板的厚度为1mm，填充非导电隔网，以反渗透产水作进水，分成三股，分别进入电去离子膜堆的淡室、浓室和极室，膜堆产水电阻率可以达到15MΩ·cm以上，具有膜堆操作电压小、电流大的特点，高纯水工艺简单，操作容易，被称为第一代产品.20世纪90年代中期，淡室隔板逐渐采用厚度为8mm～10mm的厚隔板，填充混床离子交换树脂，而浓室隔板中填充非导电隔网或离子交换树脂，膜堆产水电阻率可以达到17MΩ·cm以上，但存在膜堆电阻较大、操作电压较高的缺点，被称为第二代产品.在实际操作过程中，第二代产品经常采取浓水循环方法，并且在浓水中加盐来提高浓水的电导率，降低膜堆电阻，提高操作电流，为此，浓水部分自成系统，需要配备较多的动力元件和控制元件，因此工艺复杂，水耗、能耗都有所增加.20世纪末以来出现了第三代产品，其主要特点是：(1)采用厚的淡室隔板(厚度为8mm～10mm)和浓室隔板(厚度为3mm～4.5mm)，主要目的是节省离子交换膜的用量，提高填充效率和效果；(2)采取双层O形圈密封的淡室隔板结构设计，提高了膜堆的操作压力，操作压力可以达到0.7MPa，增加了膜堆的可靠性；(3)通过选用阴、阳离子交换材料和离子交换膜，如强酸、强碱、弱酸、弱碱等树脂，合理组合，满足不同需要；(4)采取将阴、阳离子交换材料分层填充方式，即在填充时，在某一床层中只填充同性的离子交换材料，而不是混床方式填充，目的是为了提高离子迁移的有效途径，提高对弱解离物质的去除能力；(5)浓水不加盐、不单独循环，节省设备投资，减少运行成本；(6)膜堆采取多级多段方式组装，防止膜堆内部结垢，提高对弱解离物质的去除能力.据文献报道，第三代电去离子膜堆产水电阻率可以达到18MΩ·cm.

目前，虽然第三代产品普遍采用厚型的淡室隔板(厚度为6mm～12.5mm)，但尚无对厚型淡室隔板布水道专门的设计。如美国专利US6284114和中国专利ZL200620052181.3公开的技术方案，为了防止所填充的离子交换材料的泄漏，布水道结构依然沿用了薄型淡室隔板的布水道设计，即水由单层布水道进入隔板填充区域。由于流道较小，且较为集中，而厚隔板的进水量较大，因此现有技术的电去离子膜堆存在多方面的技术缺陷，具体体现在：

(1)由于流道小，而厚隔板的进水量较大，因而造成膜堆进水阻力较大，需要外界提供的水压力较大，耗能较高；

(2)由于外界水压力较大，水进入填充区域时水流分布集中，水流冲击不仅使树脂填充密度不均匀，而且会导致电流密度不均以及膜的塌陷；

(3)外界较大的水压力还会破坏膜堆的密封性，密封性降低导致膜堆内部窜水，降低产水质量，对膜堆的防泄漏、防内部窜水都提出了更高的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种多层布水道电去离子膜堆，有效解决现有布水道结构存在进水阻力大和水流分布集中等技术缺陷，既有效防止所填充的离子交换材料的泄漏，又最大限度地提供较宽的水流通道，具有进水阻力小、水流分布更为均匀等优点。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种多层布水道电去离子膜堆，包括将数个膜对夹设其间的电极板，所述膜对包括依次叠设的阳离子交换膜、淡室隔板、阴离子交换膜和浓室隔板，所述淡室隔板包括形成布水道区域和填充区域的隔板主体，所述填充区域内设置有填充结构，所述布水道区域内设置有形成多层暗道式流道的多层布水道。

所述多层布水道包括数个叠设的布水道盖板，所述布水道盖板表面间隔设置数个布水道凸台，相邻布水道凸台之间形成作为间断暗道式流道的布水道凹槽。

所述布水道盖板为2～8个。

第一层布水道盖板上的布水道凸台与隔板主体上的布水道底板贴合，布水道底板与布水道凹槽形成间隙小于离子交换树脂颗粒粒径的间断暗道式流道，第二层布水道盖板上的布水道凸台与第一层布水道盖板的上表面贴合，第一层布水道盖板的上表面与第二层布水道凹槽形成间隙小于离子交换树脂颗粒粒径的间断暗道式流道，依次类推，最上层布水道盖板的上表面与淡室隔板主体的表面平齐。

所述布水道凹槽的深度为0.1mm～0.3mm。

所述布水道盖板上设置有数个防止布水道盖板塌陷的支撑凸台，所述布水道盖板的边缘设置有起密封和增加刚度作用的凸起边缘。进一步地，所述支撑凸台、凸起边缘和布水道凸台的上表面齐平。

所述隔板主体和布水道盖板为聚丙烯制品，或添加醋酸乙烯的聚丙烯制品。

在上述技术发展基础上，所述淡室隔板的厚度为6mm～20mm。

所述填充结构为数个平行的肋条。

本实用新型提出了一种多层布水道电去离子膜堆，通过设置多层布水道，将较厚淡室隔板的布水道区域分成数个水流通道，既可以防止所填充的离子交换材料的泄漏，又可以最大限度地提供较大截面积的水流通道.水流通道的截面积变大一方面可以降低进水阻力，降低对外界提供水压力的要求，降低工作能耗，另一方面使进入填充区域的水流分布均匀，膜堆内部压降均匀，降低了防泄漏、防内窜及密封的设计难度，提高水的回收率以及产水质量.此外，本实用新型多层布水道由多个依次叠设的布水道盖板组装而成，组装后的多层布水道与填充结构在整个淡室隔板上形成多个支撑位置，通过对离子交换膜提供支持，从而有效地防止了离子交换膜的塌陷变形.与现有技术单层布水道的结构相比，本实用新型多层布水道电去离子膜堆的工作性能更优，更适用于大型、超大型电去离子膜堆的应用.

附图说明

图1为本实用新型多层布水道电去离子膜堆的结构示意图；

图2为本实用新型多层布水道电去离子膜堆中淡室隔板的结构示意图；

图3为图2中隔板主体的结构示意图；

图4为图2中布水道盖板的结构示意图；

图5为图2中隔板主体与布水道盖板装配示意图；

图6为本实用新型多层布水道电去离子膜堆中浓室隔板的结构示意图；

图7为本实用新型多层布水道电去离子膜堆中电极板的结构示意图；

图8为本实用新型多层布水道电去离子膜堆中阳离子交换膜的结构示意图；

图9为本实用新型多层布水道电去离子膜堆中阴离子交换膜的结构示意图。

附图标记说明：

1-电极板； 2-淡室隔板； 3-浓室隔板；

4-阳离子交换膜；5-阴离子交换膜； 21-隔板主体；

22-多层布水道； 23-填充结构； 24-淡水进口；

25-浓水进口； 26-淡水出口； 27-浓水出口；

28-布水道盖板； 281-布水道凸台； 282-布水道凹槽；

283-支撑凸台； 284-凸起边缘。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

图1为本实用新型多层布水道电去离子膜堆的结构示意图。如图1所示，本实用新型多层布水道电去离子膜堆的主体结构包括电极板1、淡室隔板2、浓室隔板3、阳离子交换膜4和阴离子交换膜5，其中阳离子交换膜4、淡室隔板2、阴离子交换膜5、浓室隔板3依次叠设，组成电去离子膜堆的基本单元——膜对，电极板1将数个依次叠设的膜对夹设其间，构成本实用新型多层布水道电去离子膜堆。

图2为本实用新型多层布水道电去离子膜堆中淡室隔板的结构示意图，图3为图2中隔板主体的结构示意图，图4为图2中布水道盖板的结构示意图，图5为图2中隔板主体与布水道盖板装配示意图.如图2～图5所示，本实用新型多层布水道电去离子膜堆中的淡室隔板包括隔板主体21、多层布水道22和填充结构23，隔板主体21为框架体，框架体的边框内形成布水道区域和填充区域，填充结构23设置在位于框架体中部的填充区域内，用于固定填充材料和防止离子交换膜塌陷，多层布水道22设置在位于填充区域两侧的布水道区域内，用于安装布水道盖板28，形成多层暗道式流道，隔板主体21的一侧设置有淡水进口24和浓水进口25，另一侧设置有淡水出口26和浓水出口27，其中淡水进口24和淡水出口26与填充区域连通.具体地，本实用新型多层布水道22包括数个叠设的布水道盖板28，即数个布水道盖板28重叠紧密放置在布水道区域内.布水道盖板28表面间隔排列数个布水道凸台281，相邻的布水道凸台281之间形成作为间断暗道式流道的布水道凹槽282，其中布水道凹槽282的深度为0.1mm～0.3mm，即布水道凹槽282比布水道凸台281低0.1mm～0.3mm，该深度略小于离子交换树脂颗粒的粒径.对于第一层布水道盖板，其上的布水道凸台281与布水道区域的底面贴合，使布水道区域的底面与第一层布水道盖板的布水道凹槽282之间形成间隙为0.1mm～0.3mm的间断的暗道式流道；对于第二层布水道盖板，其上的布水道凸台281与第一层布水道盖板28的上表面贴合，使第一层布水道盖板28与第二层布水道盖板的布水道凹槽282之间形成间隙为0.1mm～0.3mm的间断的暗道式流道；以此类推，直至最上层布水道盖板的上表面与淡室隔板的上表面平齐.由于相邻的布水道盖板28之间均会形成0.1mm～0.3mm的流道，因此多个叠设的布水道盖板形成一个多层立体式暗道式流道，水流可经过该多层多个流道进入填充区域.由于离子交换树脂颗粒的粒径大于流道的间隙，离子交换材料无法通过，因此可以保证离子交换材料不会泄漏.最上层布水道盖板的上表面与淡室隔板的上表面平齐，可以起到支撑阳(阴)离子交换膜的作用，防止离子交换膜的塌陷变形及内漏窜水.此外，布水道盖板28的流道上还设置有数个均匀排列的圆柱状的支撑凸台283，支撑凸台283一方面起支撑布水道盖板的作用，另一方面可以增加流道内水流的湍流效果.布水道盖板28的凸起边缘284为矩形截面，除起到密封作用外，还能增加盖板刚度，减小变形.支撑凸台283、凸起边缘284以及布水道凸台281的表面平齐.

本实用新型技术方案中，填充结构23是数个平行的肋条，纵向排列的肋条将填充区域分隔成若干个填充子区域，一方面利于填充材料的固定和水流的分布，另一方面避免了由于水流冲击而使树脂结团、隔板内树脂分布不均匀导致的电流密度不均，同时起到支撑离子交换膜、防止塌陷的作用。

实际应用中，本实用新型淡室隔板的整体尺寸为：长度为100mm～1000mm，宽度为50mm～500mm，厚度为6mm～20mm，隔板主体的边框的宽度为10mm～30mm；多层布水道由2～8个布水道盖板组成，形成2～8层布水道，布水道的宽度为5mm～50mm。隔板主体21和布水道盖板28可以采用硬质或具有一定弹性的塑料，如聚丙烯材料制品或添加醋酸乙烯的聚丙烯材料制品，淡室隔板具有一定的弹性可以提高树脂的填充密度，布水道盖板具有足够的强度可以保证流道的畅通，同时为离子交换膜提供良好的支撑。

本实用新型多层布水道电去离子膜堆工作时，进水分成淡水、浓水和极水三部分，分别进入相应的隔板中。其中，淡水由淡水进口24进入淡室隔板2，经过多层布水道22进入填充区域，汇集于另一端的多层布水道22，然后从淡水出口26流出，从而得到高质量的去离子水。浓水由浓水进口25进入浓室隔板3，并从浓水出口27流出。浓水进口25与浓水出口27之间的浓水流道与淡水流道不相通。

图6为本实用新型多层布水道电去离子膜堆中浓室隔板的结构示意图，图7为本实用新型多层布水道电去离子膜堆中电极板的结构示意图，图8为本实用新型多层布水道电去离子膜堆中阳离子交换膜的结构示意图，图9为本实用新型多层布水道电去离子膜堆中阴离子交换膜的结构示意图.如图6～图9所示，本实用新型浓室隔板3为框架体，边框一侧设置有淡水进口24和浓水进口25，边框的另一侧设置有淡水出口26和浓水出口27，其中浓水进口25和浓水出口27通过中部区域连通.本实用新型电极板1为框架体，边框一侧设置有淡水进口24和浓水进口25，边框的另一侧设置有淡水出口26和浓水出口27.本实用新型阳离子交换膜4和阴离子交换膜5为膜片体，一侧设置有淡水进口24和浓水进口25，另一侧设置有淡水出口26和浓水出口27.组装时，按顺序将离子交换树脂填充到填充区域内，并以阳离子交换膜4、淡室隔板2、阴离子交换膜5、浓室隔板3的顺序组成膜对，之后将数个膜对整齐排列在一起，两端加上电极板1，外侧再用紧固装置紧固，就可组装成本实用新型多层布水道电去离子膜堆.

从上述技术方案可以看出，本实用新型通过设置多层布水道，将较厚淡室隔板的布水道区域分成数个水流通道，既可以防止所填充的离子交换材料的泄漏，又可以最大限度地提供较大截面积的水流通道。水流通道的截面积宽大一方面可以降低进水阻力，降低对外界提供水压力的要求，降低工作能耗，另一方面使进入填充区域的水流分布均匀，膜堆内部压降均匀，降低了防泄漏、防内窜及密封的设计难度，提高水的回收率以及产水质量。此外，本实用新型多层布水道由多个依次叠设的布水道盖板组装而成，组装后的多层布水道与填充结构在整个淡室隔板上形成多个支撑位置，通过对离子交换膜提供支持，从而有效地防止了离子交换膜的塌陷变形。实际使用表明，本实用新型淡室隔板结构配以性能优良的离子交换膜、离子交换树脂，包括强酸性、强碱性、弱酸性(除硅、硼)、弱碱性(除氨)等树脂，通过选择合理的配比组合，工作性能远优于采用单层布水道的现有技术，更适用于大型、超大型电去离子膜堆的应用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种多层布水道电去离子膜堆，包括将数个膜对夹设其间的电极板，所述膜对包括依次叠设的阳离子交换膜、淡室隔板、阴离子交换膜和浓室隔板，其特征在于，所述淡室隔板包括形成布水道区域和填充区域的隔板主体，所述填充区域内设置有填充结构，所述布水道区域内设置有形成多层暗道式流道的多层布水道。

2.根据权利要求1所述的多层布水道电去离子膜堆，其特征在于，所述多层布水道包括数个叠设的布水道盖板，所述布水道盖板表面间隔设置数个布水道凸台，相邻布水道凸台之间形成作为间断暗道式流道的布水道凹槽。

3.根据权利要求2所述的多层布水道电去离子膜堆，其特征在于，所述布水道盖板为2～8个。

4.根据权利要求2所述的多层布水道电去离子膜堆，其特征在于，第一层布水道盖板上的布水道凸台与隔板主体上的布水道底板贴合，布水道底板与布水道凹槽形成间隙小于离子交换树脂颗粒粒径的间断暗道式流道，第二层布水道盖板上的布水道凸台与第一层布水道盖板的上表面贴合，第一层布水道盖板的上表面与第二层布水道凹槽形成间隙小于离子交换树脂颗粒粒径的间断暗道式流道，依次类推，最上层布水道盖板的上表面与淡室隔板主体的表面平齐。

5.根据权利要求2所述的多层布水道电去离子膜堆，其特征在于，所述布水道凹槽的深度为0.1mm～0.3mm。

6.根据权利要求2所述的多层布水道电去离子膜堆，其特征在于，所述布水道盖板上设置有数个防止布水道盖板塌陷的支撑凸台，所述布水道盖板的边缘设置有起密封和增加刚度作用的凸起边缘。

7.根据权利要求6所述的多层布水道电去离子膜堆，其特征在于，所述支撑凸台、凸起边缘和布水道凸台的上表面齐平。

8.根据权利要求2所述的多层布水道电去离子膜堆，其特征在于，所述隔板主体和布水道盖板为聚丙烯制品，或添加醋酸乙烯的聚丙烯制品。

9.根据权利要求1～8中任一权利要求所述的多层布水道电去离子膜堆，其特征在于，所述淡室隔板的厚度为6mm～20mm。

10.根据权利要求9所述的多层布水道电去离子膜堆，其特征在于，所述填充结构为数个平行的肋条。