CN204369621U

CN204369621U - 一种卷式电渗析装置

Info

Publication number: CN204369621U
Application number: CN201420781066.4U
Authority: CN
Inventors: 李光辉; 吴建平; 张荣强; 梁红波
Original assignee: ZHEJIANG CATHAYRIPE ENVIRONMENTAL ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: ZHEJIANG CATHAYRIPE ENVIRONMENTAL ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2024-12-12

Abstract

本实用新型涉及一种水处理装置，尤其涉及一种卷式电渗析装置。卷式电渗析装置包括外壳、设置在所述外壳内的中心管以及用于密封所述外壳两端的端盖，其若干个独立的平行于所述中心管或所述外壳布置的阳极片或阴极片绕所述中心管或附于所述外壳内侧呈均匀或不均匀排列布置形成类圆形或呈放射状。本实用新型中的卷式电渗析装置，具有除盐效率高、耐受硬度能力强和能耗低等优点。

Description

一种卷式电渗析装置

技术领域

本实用新型涉及一种水处理装置，尤其涉及一种卷式电渗析装置。

背景技术

常见的卷式电渗析器由阴、阳离子交换膜、网隔板、正负电极和浓、淡水配集管构成的电渗析器，主体结构为卷式圆筒体结构。即将离子交换膜、网隔板按顺序相互紧贴，以兼作一电极的集水管为轴向中心卷制成圆筒体，圆筒体外面包以作另一电极的金属外壳。

CN1426970A(2003-7-2) 公开了一种电极随膜一起卷的浓淡水循环卷式电渗析器，具有由阴、阳离子交换膜，淡水集配水管，浓、淡水流道内的绝缘网隔板，和正负薄金属片电极构成的卷式电渗析主体构件，其卷式电渗析器的主体构体为卷式圆筒体结构，即在一对阴阳离子交换膜之间夹入一张绝缘网隔板，构成淡水流道单元，每淡水流道的开口端与淡水集配水管侧壁孔相连通，相邻两淡水流道单元之间夹入一张绝缘网隔板，构成浓水流道单元，各阴、阳离子交换膜与绝缘网隔板按序相互紧贴构成膜堆，在两张阴膜之间或两张阳膜之间夹入一张薄金属片，薄金属片的面积小于离子交换膜面积，夹薄金属片的两张离子交换膜四周粘结密封，薄金属片上焊有导线与外部电极相连，也可薄金属片两面刷绝缘介质或同一种导电高分子材料，构成膜堆电极，膜堆电极、网隔板、膜堆按序相互紧贴，并以淡水集配水管为轴向中心卷制成圆筒体。然而该装置的除盐效率仍然有待改进。

实用新型内容

本实用新型的技术目的是提供一种除盐率高、产水量大、能耗低的卷式电渗析装置。

本实用新型的技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种卷式电渗析装置，包括外壳、设置在所述外壳内的中心管以及用于密封所述外壳两端的端盖，其若干个独立的平行于所述中心管或所述外壳布置的阳极片或阴极片绕所述中心管或附于所述外壳内侧呈均匀或不均匀排列布置形成类圆形或呈放射状。

若干的膜芯可以共用一个膜壳（或一个膜壳中可以装填若干个膜芯），若干膜芯通过中心管连接。组合电极间将产生非均匀电场，工作时电流密度不均匀,靠近膜壳区域电流密度低，靠近中心管区域电流密度高。淡水流动方向是从低电流密度向高电流密度方向，处理后产水经过中心管排出膜组件。

作为优选，靠近所述中心管或靠近所述外壳一侧分别设置有用于连接所述阳极片或所述阴极片的阳极接线圈或阴极接线圈；所述阳极接线圈上设置有开口用以形成阳极极水收集圈；所述阴极接线圈上设置有开口用以形成阴极极水收集圈。

本实用阳极接线圈或阴极接线圈与所述阳极极水收集圈或阴极极水收集圈可一体化形成，还可用于收集极水，节约了空间，降低了制备成本。

作为优选，靠近所述中心管一侧的所述阳极片为阳极板，靠近所述外壳一侧的所述阴极片为阴极板；

靠近所述中心管一侧设置有用于连接所述阳极片的阳极接线圈；

靠近所述外壳一侧设置有用于连接所述阴极片或阴极接线圈。

当将靠近所述中心管一侧的电极片作为阳极板时，在外壳一侧的另一电极片则作为阴极板，从而形成本实用新型特殊分布的电场；当然，阳极片作为阴极板、阴极片作为阳极板的结构也包括在内。连接电极片的阴/阳极接线圈用于使电脱盐组件连通外部电源。

作为优选，所述阳极及对应的绝缘带构成阳极极水室，所述阴极及对应的绝缘带构成阴极极水室；

若干个独立的平行布置的阳极及阳极极水室组成组合阳极和组合阳极极水室，阳极极水室间隙形成淡水的布水或集水口；

若干个独立的平行布置的阴极及阴极极水室组成组合阴极和组合阴极极水室，阴极极水室间隙形成淡水的布水或集水口；

每个所述膜袋包括阳极极水室、阴极极水室和浓水室，膜袋的两端分别为阳极极水室和阴极极水室，膜袋的中部为浓水室。

作为优选，卷式电渗析装置还包括膜堆，所述膜堆，包括膜袋、浓水网格和淡水网格，其所述膜袋包括阴离子交换膜和阳离子交换膜；

所述浓水网格设置在所述阴离子交换膜和阳离子交换膜之间；

所述淡水网格设置在相邻两个所述膜袋间隙；

所述膜袋的两端设置有用于形成电场的阳极片和阴极片；

所述阳极片或阴极片的长度小于所述阴离子交换膜或阳离子交换膜的长度。

本实用新型设置若干个膜袋形成膜堆；采用长度小于所述阴阳离子交换膜长度的电极片，并将该电极片设置在膜袋两端，具有电极间距离近的特点,流体在螺旋流道中可产生Dean流,将降低扩散层的厚度,强化传质过程;另外, 电极间距离近且均匀分散在膜袋两端将产生不均匀的电场, 电流密度不均匀,靠近膜壳区域电流密度低，靠近中心管区域电流密度高。原水流动方向是从低电流密度向高电流密度方向，处理后产水经过中心管排出膜组件。浓水流动方向与原水流动方向呈错流方式。本实用新型中的电脱盐组件，具有除盐效率高、耐受硬度能力强和能耗低等优点。

本实用新型的卷式电渗析装置具有螺旋流道结构和电极间距离近的特点,流体在螺旋流道中可产生Dean流,将降低扩散层的厚度,强化传质过程;另外,由于该电脱盐组件流道的卷式设计,减小了扩散层的厚度,降低了膜对电阻;直流电能耗将下降。淡水网格内为淡水室，浓水网格流道内为浓水室。极水室（阴极极水室和阳极极水室）可以和浓水室结合形成一个膜袋，膜袋的两端为极水室，膜袋的中部为浓水室。淡水从膜芯外侧以螺旋方式向中心管侧流动，通过分布在中心管上的集水口进入中心管，后由中心管一端或两端流出膜组件。浓水和极水以平行于中心管方向从膜组件一端向另一端流动。浓水和极水可以流动方向相同，也可以相反。由此可见，淡水和浓水（及极水）流道形成具有一定夹角的错流流动模式。淡水从低电流密度向高电流密度方向流动，水中高价离子先被去除，此时需要低的电流密度（或低的驱动力）即可完成；淡水进入的靠近中心管区域时，水中低价离子或弱电离离子被去除，此时需要高的电流密度（或高的驱动力）。按照去除离子电荷高低设计产生的不均匀电场，优化了电脱盐性能，提高了对弱电离离子的去除能力，降低了能耗。淡水与浓水（极水）呈错流模式，靠近膜芯外侧区域中的浓水其中主要含有从淡水室脱除的各种高价离子，包括钙离子和镁离子等硬度离子；靠近中心管区域的浓水其中主要含有从淡水室脱除的各种低价离子、弱电离离子，以及由水分解产生的氢离子和氢氧根离子等。在浓水室中，硬度离子（钙离子和镁离子）和氢氧根、碳酸氢根等没有交汇，降低了结垢倾向，提高了膜组件对进水硬度的耐受能力。淡水流动呈螺旋式流动，在淡水室中强化了水流湍动，由此减少了阴阳膜表面浓差极化效应，也就降低了离子传递阻力，增加了离子脱除效率。作为优选，所述膜袋还包括设置于两端的绝缘带，所述膜袋通过所述阳极片、阴极片和所述绝缘带依次构成第一极水室、浓水室和第二极水室。

当将该膜堆用于电脱盐组件，由于设置了绝缘带，在浓水网格的两端自然形成极水网格室，进一步降低能耗。

作为优选，所述阳极片和阴极片设置在所述阴离子交换膜和阳离子交换膜相对的内侧；且所述阳极片和阴极片的一端与所述膜袋边缘齐平。

本实用新型将阳极片和阴极片设置在阴阳离子交换膜的内侧也就是膜袋内，可将降低流体扩散层的厚度,强化传质过程。

作为优选，所述阳极片或阴极片的宽度等于所述阴离子交换膜或阳离子交换膜的宽度。

这样可提高电场，从而提高离子迁移速率。同时，电极片的厚度宜设计的尽量薄，以降低能耗。

作为优选，所述绝缘带为环氧树脂层绝缘带；所述电极片为铜电极片或铜镀钛电极片。

实验结果表明,铜电极和铜镀钛电极卷式电脱盐器尤其是电渗析器的能耗比传统电脱盐器尤其是电渗析器低很多。

作为优选，所述膜袋通过所述中心管连接并且沿所述中心管制成圆柱体；

所述中心管四周均匀布置有水流收集槽；

靠近所述中心管一侧的所述阳极片组成电极的一极，靠近所述外壳一侧的所述阴极片组成电极的另一极。

在结构方面，本实用新型卷式电脱盐组件，由交替排列的阴离子交换膜和阳离子交换膜、交替排列的淡水室网格和浓水室网格、靠近中心管的极水室和电极、靠近外壳的极水室和电极、中心管、外壳等组成；由若干个独立的平行布置的阳极及对应极水室组成组合阳极和组合阳极室，阳极室间隙形成淡水的布水或集水口；由若干个独立的平行布置的阴极及对应极水室组成组合阴极和组合阴极室，阴极室间隙形成淡水的布水或集水口。

作为优选，所述端盖包括上端盖和下端盖；

所述端盖上设置有用于供淡水从所述淡水网格流向所述水流收集槽且与所述水流收集槽相通的淡水出口。

作为优选，所述端盖包括上端盖和下端盖；所述端盖内设置有用于形成浓水腔的空间；所述上端盖或下端盖上分别设置有用于供浓水流经所述浓水网格的浓水入口或浓水出口；

所述外壳一侧设置有用于供淡水流经所述淡水网格的淡水入口；

作为优选，所述膜堆端部设置有端圈；所述浓水腔包括浓水进水腔和浓水出水腔；

所述下端盖上设置有浓水入口；所述下端盖与所述端圈围成的空间为浓水进水腔；

所述上端盖上设置有浓水出口；所述上端盖与所述端圈围成的空间为浓水出水腔；

所述外壳下部一侧设置有淡水入口；

所述上端盖上设置有用于供淡水从所述淡水网格流向所述水流收集槽且与所述水流收集槽相通的淡水出口。

本实用新型结构使浓水从下端盖侧面进入，流经距离相近的电极间的浓水网格，从上端盖侧面流出；淡水从电脱盐组件下端进入，流经淡水网格并进入中心管，从上端盖顶部流出；该水流方式能提高电脱盐效率，使能源利用更合理。

作为优选，所述端盖上设置有连接所述阳极接线圈或阴极接线圈的导线压紧接头；以及所述阳极极水收集圈和所述阴极极水收集圈分别连接有用于供极水流出相连的软管。使用导线压紧接头能提高电脱盐组件使用的安全性。

设置集水槽和软管，使极水与浓水分开流出，便于后续处理。

作为优选，所述淡水室和/或浓水室内填充有离子交换树脂。

当在淡水室内填充离子交换树脂时，本实用新型电脱盐组件成为EDI电除盐器；当淡水室内不填充离子交换树脂时，本实用新型电脱盐组件为ED电渗析装置。

附图说明

图1是本实用新型的一种优选方式的阳极片布置示意图；

图2是本实用新型的一种优选方式的阴极片布置示意图；

图3是本实用新型一种膜堆结构示意图;

图4是本实用新型一种结构的电脱盐组件示意图;

图5是本实用新型另一种结构的电脱盐组件示意图；

图6是本实用新型浓水膜袋结构示意图；

图7是本实用新型淡水流道单元示意图；

图8是本实用新型浓水和极水流道单元示意图；

图9是本实用新型淡水、浓水和极水流道单元整体示意图；

图10是图5电脱盐组件A部分放大结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图1-图10所示，膜堆包括若干个膜袋1、浓水网格2和淡水网格3，每个膜袋1包括一片阴离子交换膜11和一片阳离子交换膜12；浓水网格2设置在阴离子交换膜11和阳离子交换膜12之间；淡水网格3设置在相邻两个膜袋1之间；膜袋1的两端设置有用于形成电场的阳极片4和阴极片5；阳极片4或阴极片5的长度小于阴离子交换膜11或阳离子交换膜12的长度。阳极片4和阴极片5设置在阴离子交换膜11和阳离子交换膜12相对的内侧也就是膜袋内；从将浓水与极水分流角度考虑，可在阳极片4和阴极片5端部分别设置用于形成极水室的绝缘带10；且阳极片4和阴极片5的一端与膜袋1边缘齐平。阳极片3或阴极片5的宽度优选等于阴离子交换膜111或阳离子交换膜12的宽度。

绝缘带10可采用环氧树脂层浇注形成封闭层；阳极片4或阴极片5的材质可以是各种能导电的金属，优选为铜电极片或铜镀钛电极片。

本实用新型的膜堆可用于电脱盐组件。例如，一种电脱盐组件包括膜堆、外壳6、设置在外壳6内的中心管7以及用于密封外壳6两端的端盖8，其膜袋1沿中心管7制成圆柱体；中心管7四周均匀布置有水流收集槽71；靠近中心管7一侧的阳极片4组成电极的一极，靠近外壳6一侧的阴极片5组成电极的另一极；靠近中心管7或靠近外壳6一侧分别设置有用于连接阳极片4或阴极片5的阳极接线圈14或阴极接线圈15；端盖8包括上端盖81和下端盖82；端盖8内设置有用于形成浓水腔9的空间；上端盖81或下端盖82上分别设置有用于供浓水流经浓水网格2的浓水入口101或浓水出口102；外壳6一侧设置有用于供淡水流经淡水网格3的淡水入口103；端盖8上设置有用于供淡水从淡水网格3流向水流收集槽71且与水流收集槽71相通的淡水出口104。阳极接线圈14上设置有开口用以形成阳极极水收集圈141；阴极接线圈15上设置有开口用以形成阴极极水收集圈151。该电脱盐组件具有螺旋流道结构和电极间距离近的特点,流体在螺旋流道中可产生Dean流,将降低扩散层的厚度,强化传质过程;另外,由于该电脱盐组件流道的卷式设计,减小了扩散层的厚度,降低了膜对电阻;直流电能耗将下降。淡水网格内为淡水室，浓水网格流道内为浓水室。

一种优选的水流方式为：在膜堆端部设置端圈83；浓水腔9包括浓水进水腔91和浓水出水腔92；下端盖82上设置有浓水入口101；下端盖82与端圈83围成的空间为浓水进水腔91；上端盖81上设置有浓水出口102；上端盖81与端圈83围成的空间为浓水出水腔92；外壳6下部一侧设置有淡水入口103；上端盖81上设置有用于供淡水从淡水网格3流向水流收集槽71且与水流收集槽71相通的淡水出口104。靠近中心管7一侧的阳极片4为阳极板，靠近外壳6一侧的阴极片5为阴极板；靠近中心管7一侧设置有用于连接阳极片4的阳极接线圈14；靠近外壳6一侧设置有用于连接阴极片5或阴极接线圈15。此时，阳极接线圈14的直径要小于阴极接线圈15的直径。

当设置绝缘带10时，在浓水网格2的两端自然形成极水网格，当然，也可另外在绝缘带围成的膜袋空间内设置另外的极水网格18，以进一步降低能耗。

端盖8上设置有连接阳极接线圈14或阴极接线圈15的导线压紧接头13，导线压紧接头13与阳极接线圈14或阴极接线圈15通过导线16相连。阳极极水收集圈141和阴极极水收集圈151分别连接有用于供极水流出的软管17。

当淡水室内不填充离子交换树脂时，本实用新型电脱盐组件为ED电渗析装置。当然，为了提高浓水室内的离子交换速率，还可以进一步在浓水室内填充离子交换树脂。

从操作安全和装置寿命角度考虑，还可进一步在端盖顶部设置有邻近淡水出口104且用于压紧淡水出口104的压紧螺母105、端圈83上且位于外壳6内壁设置有密封圈831。

通过制作总面积为640cm²的卷式电渗析器,并进行了实验研究,表明卷式电渗析器具有除盐率高,产水量大,能耗低,操作电压低等特点。以自来水作为进水,卷式电渗析器的极限电流密度可达1.7mA/cm²,而传统电渗析器极限电流密度小于0.4mA/cm²;电导率在350-2400μs/cm之间时,采用一次式脱盐,脱盐率在40-60﹪之间。

同时，对进料流速对卷式电渗析器脱盐性能的影响进行了探讨。当电导率超过360μs/cm，卷式电渗析器比传统电渗析器的单位膜面积淡水生产能力有显著的提高.淡水生产能力可提高1倍以上。

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims

1.一种卷式电渗析装置，包括外壳（6）、设置在所述外壳（6）内的中心管（7）以及用于密封所述外壳（6）两端的端盖（8），其特征在于：若干个独立的平行于所述中心管（7）或所述外壳（6）布置的阳极片（4）或阴极片（5）绕所述中心管（7）或附于所述外壳（6）内侧呈均匀或不均匀排列布置形成类圆形或呈放射状。

2.根据权利要求1所述的一种卷式电渗析装置，其特征在于：靠近所述中心管（7）或靠近所述外壳（6）一侧分别设置有用于连接所述阳极片（4）或所述阴极片（5）的阳极接线圈（14）或阴极接线圈（15）；所述阳极接线圈（14）上设置有开口用以形成阳极极水收集圈（141）；所述阴极接线圈（15）上设置有开口用以形成阴极极水收集圈（151）。

3.根据权利要求2所述的一种卷式电渗析装置，其特征在于：卷式电渗析装置还包括膜堆，所述膜堆包括膜袋（1）、浓水网格（2）和淡水网格（3），所述膜袋（1）包括阴离子交换膜（11）和阳离子交换膜（12）；

所述浓水网格（2）设置在所述阴离子交换膜（11）和阳离子交换膜（12）之间；

所述淡水网格（3）设置在相邻两个所述膜袋间隙；

所述膜袋（1）的两端设置有用于形成电场的阳极片（4）和阴极片（5）；

所述阳极片（4）或阴极片（5）的长度小于所述阴离子交换膜（11）或阳离子交换膜（12）的长度。

4.根据权利要求3所述的一种卷式电渗析装置，其特征在于：所述膜袋（1）还包括设置于两端的绝缘带（10），所述膜袋（1）通过所述阳极片（4）、阴极片（5）和所述绝缘带（10）依次构成阳极极水室、浓水室和阴极极水室。

5.根据权利要求4所述的一种卷式电渗析装置，其特征在于：

所述阴离子交换膜（11）和阳离子交换膜（12）交替排列,所述浓水网格（2）和淡水网格（3）交替排列；

所述膜袋（1）通过所述中心管（7）连接并且沿所述中心管（7）制成圆柱体；

所述中心管（7）四周均匀布置有水流收集槽（71）；

靠近所述中心管（7）一侧的所述阳极片（4）或阴极片（5）组成电极的一极，靠近所述外壳（6）一侧的所述阴极片（5）或阳极片（4）组成电极的另一极。

6.根据权利要求5所述的一种卷式电渗析装置，其特征在于：

所述阳极及对应的绝缘带构成阳极极水室，所述阴极及对应的绝缘带构成阴极极水室；

7. 根据权利要求6所述的一种卷式电渗析装置，其特征在于：

所述端盖（8）包括上端盖（81）和下端盖（82）；

所述端盖（8）上设置有用于供淡水从所述淡水网格（3）流向所述水流收集槽（71）且与所述水流收集槽（71）相通的淡水出口（104）。

8.根据权利要求7所述的一种卷式电渗析装置，其特征在于：所述端盖（8）内设置有用于形成浓水腔（9）的空间；所述上端盖（81）或下端盖（82）上分别设置有用于供浓水流经所述浓水网格（2）的浓水入口（101）或浓水出口（102）；

所述外壳（6）一侧设置有用于供淡水流经所述淡水网格（3）的淡水入口（103）；

9.根据权利要求8所述的一种卷式电渗析装置，其特征在于：靠近所述中心管（7）一侧的所述阳极片（4）为阳极板，靠近所述外壳（6）一侧的所述阴极片（5）为阴极板；

靠近所述中心管（7）一侧设置有用于连接所述阳极片（4）的阳极接线圈（14）；

靠近所述外壳（6）一侧设置有用于连接所述阴极片（5）或阴极接线圈（15）。

10.根据权利要求9所述的一种卷式电渗析装置，其特征在于：所述端盖（8）上设置有连接所述阳极接线圈（14）或阴极接线圈（15）的导线压紧接头（13）；以及所述阳极极水收集圈（141）和所述阴极极水收集圈（151）分别连接有用于供极水流出的软管（17）。