CN203965218U - 一种电渗析预处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电渗析预处理装置，包括：（1）夹紧紧固模块、（2）盐溶液腔模块和（3）样品池组件组成。本装置应用于环境保护领域水体中的有机氮测量。通过本装置预处理后，可以将水样中的无机氮离子和有机氮分子进行有效分离，达到提升有机氮测量精度和准确度的目的。

Description

一种电渗析预处理装置

技术领域

本实用新型属于电学装置领域，是一种在水体溶解性有机氮（DON）测定前使用的电渗析预处理装置。

背景技术

环境中广泛存在着各类溶解性有机物，含氮类有机物是其中重要的组成部分。总溶解性氮（TDN）包括有机氮（DON）和无机氮（DIN）。在一定条件下，DON可以转化成DIN而被微生物利用作为氮源储备物，是引起水体富营养化等环境危害的原因之一。此外，水体中的DON与消毒剂反应，会产生多种“三致性”消毒副产物（DBPs），比如：卤代已氰、卤代硝基甲苯；而含氮DBPs的细胞毒性比传统的三卤代甲烷、卤代乙酸等高2-3个数量级。因此，DON作为氮类消毒副产物的前体物质，越来越引起人们的关注，并有望在之后的水处理控制中加以检测和控制。

现有技术主要是通过“减差法”来实现DON的测量，即TDN减去DIN（包含硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮）。由于地表水中DON含量一般都比DIN少，减差过程会导致DON测量的误差传递并放大，严重降低DON测量的精准度，有时甚至达到百分之一百以上。假设某地表水中TDN浓度为2.0mg-N/L，硝酸盐氮为1.8mg-N/L，氨氮为0.05mg-N/L，且每个指标仅有5%的分析误差，那么DON浓度理应为0.15mg-N/L（2-1.8-0.05）；但是，TDN减DIN所得误差却高达0.19mg-N/L(2x5%＋1.8x5%＋0.05x5%)，误差率高达128%（0.19/0.15x100%）。

因此有必要把DIN和DON进行分离，进而提高DON测量的准确度和精度。本申请人实用新型采用电渗析的方法把DIN和DON进行预分离，然后测定DON浓度。但是目前还没有专门用于对水样进行电渗析预处理的装置，而是采用一般商业性电渗析装置作为处理工具，其效果并不完全符合分析方法的需要。

传统商业电渗析装置采用阴阳离子交换膜组相互分开的多个空腔，外侧利用密封装置进行密封、相邻的腔室分别作为浓缩溶液腔和去盐溶液腔、相间隔的腔室通过管路相连接、密封的膜堆两侧腔室分别设置阴极和阳极、分别仅有一个浓缩液存储容器和一个样品液存储容器。该类型装置存在较明显的技术缺陷，比如：1.对单一的离子交换膜组进行损坏更新时操作复杂；2.离子交换膜膜堆的结构紧密，数量多，造成电渗析装置中膜压过大，能耗过大；3.一个电渗析装置只能处理一个测量水样，耗水量较大；4.结构工艺复杂，制作成本高昂；5.所消耗的盐溶液和样品溶液量多。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本实用新型提供了一种可以实现方便、快速、准确、多个水样同时进行电渗析预处理的装置。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种电渗析预处理装置，包括夹紧紧固模块1、盐溶液腔模块2和样品池模块6组成，其中以夹紧紧固模块1；盐溶液腔模块2；硅胶垫圈3；样品池紧固组件4；硅胶垫圈5；样品池模块6顺序连接构成装置一侧，随后以样品池模块6为分界，在样品腔另一侧以5-4-3-2-1组件顺序连接，构成装置的另一半，各组件通过一个以上的固定装置固定。

所述固定装置包括螺杆、螺栓、螺丝、胶水、夹板等。

盐溶液腔室与样品池以及电极板是实现电渗析预处理功能所必需的部件，样品池和盐溶液腔所使用的材料可以是玻璃，亚克力板，或者表面进行过绝缘防水处理的不锈钢板，所用的材料必须保证绝缘且具有一定的强度，不易被挤压破碎，电极板可以选用铝板，钛板，石墨板等导电材料，同时电极板不易被氧化。

样品池的体积可以根据样品分析时所需样品量进行选择，一般情况下体积设定为10～30ml，同时样品池的形状可以设计成圆柱体或者长方体等形状，一般优选长方体。样品池的个数也根据实验需要进行添加或减少，一般选用3～6个样品池作为一组，盐溶液腔室的高度根据样品池高度进行设定，长度根据选取的样品池进行设定，宽度保证电极板便于安装和盐溶液顺利进入盐溶液腔进行设定。整个装置可以设计成长方体或者圆盘结构。

通过样品池模块和盐溶液模块外加夹紧模块可以有效的防漏水。

本装置样品池与盐溶液腔分离式设计，多个样品池并列排放，两侧盐溶液腔一体联通。

对每个样品池只设定一个进样口兼做取样口，进样口可以使用盖子或者塞子进行密封。多个样品池排列，并利用夹紧组件将多个样品池连接成样品池组件。

盐溶液腔室中设置2个小圆孔，孔径为2～6mm，小孔对称分布于两侧上方，保证盐溶液的高度能够浸没离子交换膜，盐溶液腔腔室的小孔通过硅胶软管与外部输入输出装置（如泵）连接。

设置进出水圆孔是为了让盐溶液在腔室中循环流动，以提高样品的处理效率。

电极板与导线连接到外部电源，电极板紧贴盐溶液腔室室壁放置，并用固定件固定，固定件可以是凹槽，螺丝或者粘胶等，保证在实验过程中不松动或偏移。电极板的面积大小与盐溶液腔的面积大小一致。

使用粘胶或者夹紧装置将阴阳离子交换膜分别贴合于样品池两侧，保证样品池不漏水。

样品池紧固组件通过螺丝连接，螺丝采用塑料螺丝，或者对螺丝进行绝缘处理，保证样品池组连接成一个整体，并保证密封性良好。在连接过程中，为了更好的密封，中间夹层中加入硅胶垫圈。

多联样品池模块，盐溶液腔模块对应排放，并采用螺杆，螺丝，夹板等紧固装置进行连接，在分别对应的夹层中加入硅胶垫圈。

本实用新型的使用方法具体包括:

本申请主要考虑水样分析时对多个水样同时进行电渗析预处理的需要，而开发出这一实用新型电渗析装置。本实用新型改进了样品池和盐溶液腔之间的构造关系，采用“并联式”的样品池排列布置，实现了同时对多个水样进行独立电渗析预处理的功能；同时，盐溶液腔采用一体联通设计，保证每个样品池在电渗析预处理过程中的一致性。本装置区别于传统商业电渗析器“膜堆式”设计，所用样品池独立设计，结构简单便于维护，并可以保证样品电渗析预处理的处理效率。

由于采用了上述方案，相对于现有技术带来了以下有益效果，包括但不限于：

1、本实用新型的电渗析预处理装置可以同时对多个水样进行电渗析预处理；

2、当离子交换膜出现损坏或结垢等污染情况时，可以很方便的进行更换；

3、两个样品池之间相互独立设置，彼此没有干扰，有利于对样品的单独操作；

4、装置中盐溶液在盐水腔室中可以自由流动，单位水样耗能较低；

5、本装置结构简单，制作方便，成本低，并可自由调节样品池的数量；

6、与计算机软体结合后可以变成具有水样电渗析预处理功能的自动进样器；

7、实现了电渗析装置模块化应用，可以较快速方便的更换任意模块，且单个水样所需水量较小。

附图说明

图1，现有技术商业电渗析装置的结构示意图

图2，本实用新型电渗析装置总装图，其中，1-夹紧紧固模块；2-盐溶液腔模块；3-硅胶垫圈；4-样品池紧固组件；5-硅胶垫圈；6-样品池组。

图3，本实用新型样品池装配示意图，其中，6A-紧固螺丝；6B-样品池防漏水组件；6C-样品池防漏水橡胶垫圈；6D-螺丝固定孔。

图4：本实用新型盐水池结构图，其中，2A-盐溶液进水孔；2B-电极板；2C-盐溶液出水孔；2D-硅胶垫圈；2E-电源线接孔。

图5：本实用新型样品池结构示意图，其中，6E-阴离子交换膜；6F-阳离子交换膜。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明：

实施例1

如附图2、3、4和5所示，

一种电渗析预处理装置，包括夹紧紧固模块1、盐溶液腔模块2和样品池组6组成，其中以夹紧紧固模块1；盐溶液腔模块2；硅胶垫圈3；样品池紧固组件4；硅胶垫圈5；样品池组6顺序连接构成装置一侧，以样品池模块6为分界，在样品池模块6已连接面的对侧以5-4-3-2-1组件顺序连接，构成装置的另一侧，各组件通过一个以上的固定装置固定。

其中，盐溶液腔模块2由2A-盐溶液进水孔；2B-电极板；2C-盐溶液出水孔；2D-硅胶垫圈；2E-电源线接孔组成，按附图连接关系连接；样品池组6由6A-紧固螺丝；6B-样品池防漏水组件；6C-样品池防漏水橡胶垫圈；6D-螺丝固定孔，6E-阴离子交换膜；6F-阳离子交换膜组成，按附图连接关系连接。

电极板与导线连接到外部电源，电极板紧贴盐溶液腔室室壁放置，并用固定件固定，固定件可以是凹槽，螺丝或者粘胶等，保证在实验过程中不松动或偏移。电极板的面积大小与盐溶液腔的面积大小一致。

使用粘胶或者夹紧装置将阴阳离子交换膜分别贴合于样品池两侧，并使得样品池不漏水。

实施例2：

如附图3所示，

样品池的体积可以根据样品分析时所需样品量进行选择，一般情况下体积设定为10～30ml，同时样品池的形状可以设计成圆柱体或者长方体等形状，一般优选长方体。样品池的个数也根据实验需要进行添加或减少，一般选用3～6个样品池作为一组，盐溶液腔室的高度根据样品池高度进行设定，长度根据选取的样品池组进行设定，宽度保证电极板便于安装和盐溶液顺利进入盐溶液腔进行设定。整个装置可以设计成长方体或者圆盘结构。

固定夹紧组件可以采用捆绑，夹紧，螺丝紧固，粘合等方式替代。

实施例3：

在本实用新型中，按照实施例1，实施例2的装置及组成部件，可以在样品池组两侧各添加一个盐溶液腔室，这样做可以增大受测液体的量；如果在增加的腔室部分添加一组阴阳离子交换膜，则可以成为一个五室电渗析反应器；

在样品池中添加pH计，电导率仪等探测仪器，与计算机软体结合，可以实现自动控制功能；在样品池中增加扰流装置可以提升样品分离效率。

实施例4：

按照实施例1，实施例2的装置及组成部件，安装调试好本电渗析装置；盐溶液腔室的进出水口用硅胶软管连接蠕动泵，电极板通过导线与电源连接。开启蠕动泵，将外部盐溶液泵入盐溶液腔并没过离子交换膜。根据需要测量水样的个数，将样品加入到样品池中，对样品进行编号处理。接通电极板电源开关，根据样品测量的需要，设定电渗析处理时间，到达终点时间时，关闭电源开关，蠕动泵开关。对处理后的样品进行测量分析。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种电渗析预处理装置，其特征在于：包括紧固模块(1)、盐溶液腔模块(2)和样品池模块(6)组成，其中以夹紧紧固模块(1)；盐溶液腔模块(2)；硅胶垫圈(3)；样品池紧固组件(4)；硅胶垫圈(5)；样品池模块(6)顺序连接构成装置一侧，以样品池模块(6)为分界，在连接面的对侧以硅胶垫圈(5)-样品池紧固组件(4)-硅胶垫圈(3)-盐溶液腔模块(2)-紧固模块(1)组件顺序连接，构成装置的另一侧，各组件通过一个以上的固定装置固定。 

2.根据权利要求1所述的电渗析预处理装置，其特征在于：所述固定装置包括螺杆、螺栓、螺丝、胶水或夹板。 

3.根据权利要求1所述的电渗析预处理装置，其特征在于：本电渗析装置采用玻璃，亚克力板或进行过绝缘防腐处理的不锈钢板材料。 

4.根据权利要求1所述的电渗析预处理装置，其特征在于：样品池对立设计，两个以上的样品池并联成样品池组，采用样品池紧固组件(4)进行连接紧固，单个样品池为长方体或圆柱体结构。 

5.根据权利要求4所述的电渗析预处理装置，其特征在于：当单个样品池为长方体时，样品池并联成样品池组为长方形盘体结构；当单个样品池为圆柱体时，多个样品池并联成样品池组为圆形盘体结构。 

6.根据权利要求1所述的电渗析预处理装置，其特征在于：盐溶液腔模块为一组或者两组，通过添加阴阳离子膜进行分隔。 

7.根据权利要求5所述的电渗析预处理装置，其特征在于：当盐溶液腔模块为一组时，极室与盐溶液室合为一体；当盐溶液腔为两组时，极室与盐溶液室为分离状态。