CN212174544U - 一种电流与水流方向垂直的无膜电去离子装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电流与水流方向垂直的无膜电去离子装置。包括壳体、内侧面分别嵌有电极的左右框板组成立方体状绝缘腔体；绝缘腔体内依次装有上细缝板、上层离子交换树脂、中上细缝板、汇水板、中下细缝板、下层离子交换树脂和下细缝板；壳体的上下端面分别开有接口；左右电极连接高压直流电源。再生过程中，电流和水流方向垂直，阴阳离子虽存在向电极两侧的迁移，利用汇水板有效控制；电极间的距离较短，有利于树脂再生，进而增强净化性能；再生过程中所需电流密度大幅降低，平均电压因而下降，综合各参数，再生能耗明显降低。本装置适用于高纯水制备、电镀漂洗等含重金属离子的废水的净化以及其他以去除离子性杂质为目的的水与废水的处理。

Description

一种电流与水流方向垂直的无膜电去离子装置

技术领域

本实用新型涉及种电去离子装置，尤其是涉及一种电流与水流方向垂直的无膜电去离子装置。

背景技术

半导体、电力、化工、医药、航空航天等领域对高纯水的需求量越来越大，对高纯水的水质要求也越来越高。电去离子技术(Electrodeionization，EDI)充分发挥了离子交换(IE) 和电渗析(EDI)两者的技术优势，是一种只消耗电，无需化学药剂的环境友好型高纯水制备技术。自1987年Millipore公司推出商业化的EDI产品以来，EDI被用户熟知，应用日趋增加。

EDI虽然具有环境友好、高效可持续等优势，但在实际应用过程中还存在很多缺陷，如：由于大量阴阳离子交换膜的使用，造成装置结构复杂，拆装麻烦，因而不可避免地增加了设备的成本。此外，EDI装置对进水水质要求较高，膜污染等现象时有发生。这些缺陷都严重影响了EDI的运行稳定，限制了其推广应用。

已授权专利(专利号：CN201110048386.X)介绍了一种无需离子交换膜的EDI技术(简称MFEDI)，已授权专利(专利号；CN201410760013.9；CN201210016704.9)对MFEDI系统进行了优化。与传统的EDI技术相比，MFEDI系统在保证净化效率的前提下，完全摒弃了离子交换膜组件，避免了传统EDI带来的膜污染等缺陷。

上述已授权专利介绍的MFEDI装置均采用阴阳电极上下平行放置的模式，电流与水流的方向一致。然而，在工业推广的过程中发现，在电极上下平行放置的模式下，由于阴阳离子同时受到水流与电场力的作用，必然存在其中一种离子所受电场力与水流方向相反的现象。以阴极在上阳极在下，水流自上而下的再生形式为例，在再生过程中，阳离子因向阴极迁移，再生水流不足以带出所有阳离子，因而易出现离子积累，再生效果逐渐降低情况，最终导致系统失效。虽然定期倒极再生可以解决上述问题，但倒极大大增加了系统运行的操控难度，大幅缩短了电极寿命。而且在电极垂直放置的模式下，由于阴阳电极距离较远，致使再生电压较高，能耗增加。

实用新型内容

为了克服技术背景中存在的问题，本实用新型的目的在于提供无需倒极，且再生电压和能耗均较低的一种电流与水流方向垂直的无膜电去离子装置，以用于分离水或废水中的离子。

为了达到上述发明目的，本实用新型的技术方案是：

本实用新型包括壳体、内侧面嵌有左电极的左框板、内侧面嵌有右电极的右框板组成的立方体状绝缘腔体；所述绝缘腔体内自上而下依次装有上细缝板、上层离子交换树脂、中上细缝板、汇水板、中下细缝板、下层离子交换树脂和下细缝板；所述壳体为左、右两端开口的立方体结构，壳体的上、下端面分别开有上接口和下接口，壳体的一侧面有开孔，用堵头密封；所述左框板和右框板两侧面上的钛螺钉和钛螺母接入电缆，分别与各自的左电极和右电极连接高压直流电源。

所述左电极和右电极间的壳体两内侧依次开有插入槽，上细缝板、中上细缝板、汇水板、中下细缝板和下细缝板插在各自槽中。

所述左框板和右框板内侧分别装有回形橡胶垫片，紧固螺钉穿过相应螺钉孔后，用垫圈和紧固螺母将左框板、右框板和壳体连成可拆卸密封连接。

所述左电极和右电极形状为板状、格栅状或网状，其中，一个为阴极，另一个为阳极。

所述上细缝板、中上细缝板、中下细缝板和下细缝板的透水间隙小于上层离子交换树脂和下层离子交换树脂的颗粒粒径。

所述上层离子交换树脂和下层离子交换树脂为阴阳混合离子交换树脂、两性型离子交换树脂、单一的阴离子交换树脂或单一的阳离子交换树脂。

本实用新型具有的有益效果是：

1)再生过程中，电流和水流的方向垂直，阴阳离子虽存在向电极两侧的迁移，但可利用汇水板有效控制。可实现在不倒极的条件下稳定制备高纯水。

2)电极间的距离较短，一方面有利于树脂再生，进而增强净化性能；另一方面再生过程中所需电流密度大幅降低，平均电压因而下降，综合各参数，再生能耗明显降低。

3)装置安装方便，且不易受损。

本实用新型适用于高纯水制备、电镀漂洗等含重金属离子的废水的净化以及其他以去除离子性杂质为目的的水与废水的处理。

附图说明

图1是本实用新型结构分解三维图。

图2是图1的A-A正视剖视图。

图3是图1的B-B左视剖视图。

图4是图1的C-C俯视剖视图。

图中：1、上接口，2、壳体，3、上层离子交换树脂，4、右框板，5、橡胶垫片，6、堵头，7、左框板，8、下层离子交换树脂，9、下接口，10、上细缝板，11、钛螺钉，12、钛螺母，13、左电极，14、中上细缝板，15、汇水板，16、中下细缝板，17、下细缝板，18、右电极，19、紧固螺母，20、紧固螺钉，21、开孔，22、螺钉孔，23、垫圈。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1、图2、图3、图4所示，本实用新型的一种电流与水流方向垂直的无膜电去离子装置。包括壳体2、内侧面嵌有左电极13的左框板7、内侧面嵌有右电极18的右框板4组成的立方体状绝缘腔体；

所述立方体绝缘腔体内自上而下依次装有上细缝板10、上层离子交换树脂3、中上细缝板14、汇水板15、中下细缝板16、下层离子交换树脂8和下细缝板17；

所述壳体2为左、右两端开口的立方体结构，壳体2的上、下端面分别开有上接口1和下接口9，壳体2的一侧面有两个开孔21，分别用堵头6密封，通过开孔21可给上层离子交换树脂3和下层离子交换树脂8增减树脂。

所述左框板7和右框板4两侧面接入电缆，分别用钛螺钉11和钛螺母12与各自的左电极13和右电极18连接高压直流电源，高压直流电源可提供的最大电流密度为500A/m²。

所述左电极13和右电极18间的壳体2两内侧依次开有插入槽，上细缝板10、中上细缝板14、汇水板15、中下细缝板16和下细缝板17插在各自槽中。所述绝缘腔体内的离子交换树脂可单层、双层或多层填充，层间用中上细缝板14、汇水板15、中下细缝板16的组合结构隔开，本实用新型以双层填充为例进行说明。

所述左框板7和右框板4内侧分别装有回形橡胶垫片5，紧固螺钉20穿过相应螺钉孔22 后，用垫圈23和紧固螺母19将左框板7、右框板4和壳体2连成可拆卸密封连接。

所述左电极13和右电极18形状为板状、格栅状或网状，其中，一个为阴极，另一个为阳极。

所述上细缝板10、中上细缝板14、中下细缝板16和下细缝板17的透水间隙小于上层离子交换树脂3和下层离子交换树脂8的颗粒粒径，上细缝板10、中上细缝板14、中下细缝板 16和下细缝板17都配备加强筋，上细缝板10、中上细缝板14、下细缝板17和中下细缝板16的结构都相同；汇水板15孔径要根据整个装置的尺寸而定。

所述上层离子交换树脂3和下层离子交换树脂8为阴阳混合离子交换树脂、两性型离子交换树脂、单一的阴离子交换树脂或单一的阳离子交换树脂。树脂的选择需根据实际处理水质和产水(处理过程中的出水)需求而定。

本实用新型具体的处理和再生过程如下：

如图2、图3所示，处理时，被处理的水或废水自下接口9流入，经过下细缝板17进入下层离子交换树脂8，水流依次经过下层离子交换树脂8、中下细缝板16后，由装置中部的汇水板15汇合，并流经中上细缝板14导入至上层离子交换树脂3，水或废水中的离子态物质被有效去除；净化后的水流经上细缝板10，最终由上接口1流出装置。

如图2、图3所示，再生时，净水自上接口1经过上细缝板10，自上而下进入上层离子交换树脂3。流经上层离子交换树脂3的水由装置中部的中上细缝板14、汇水板15、中下细缝板16汇流混合，并导入至下层离子交换树脂8；与此同时，对树脂层施加与水流方向垂直的强直电流，大量H₂O分子电离成H⁺和OH^-，使得树脂的离子交换平衡朝着再生的方向移动，杂质离子从树脂内部快速转向水流。上层离子交换树脂3和下层离子交换树脂8因此获得高效再生。携带杂质离子的水流经过下细缝板17，从下接口9流出装置。再生过程中，汇水板 15可使树脂孔隙内的水流聚集到装置中部，充分混合后经中下细缝板16进入下层离子交换树脂8，因而有效避免了由于离子迁移在电极两侧积累的现象发生，也避免了再生时两侧电极处水流呈现强酸性或强碱性。当离子交换树脂分多层填充时，再生过程中水流经多级汇水板，混合更充分，再生效果更佳。

实施例：

一级反渗透出水采用图1所示的电流与水流方向垂直的无膜电去离子装置进行处理。装置采用强碱性阴树脂和弱酸性阳树脂，两者均匀混合分两层填充，阴、阳树脂的体积比为2： 1，装置中阴、阳电极间距为12cm。在进水电导率约为5.0μS/cm，一个工作周期内处理时间与再生时间分别为80min与20min，处理流速和再生流速分别为50m/h与20m/h，再生电流密度为100A/m²且不倒极的工况下，处理出水电导率在0.060—0.080μS/cm之间，再生过程中产生的浓缩液平均电导率约为49.3μS/cm，水回收率约为90％，所需平均再生电压约为180V。

Claims (6)

1.一种电流与水流方向垂直的无膜电去离子装置，其特征在于：包括壳体(2)、内侧面嵌有左电极(13)的左框板(7)、内侧面嵌有右电极(18)的右框板(4)组成的立方体状绝缘腔体；所述绝缘腔体内自上而下依次装有上细缝板(10)、上层离子交换树脂(3)、中上细缝板(14)、汇水板(15)、中下细缝板(16)、下层离子交换树脂(8)和下细缝板(17)；所述壳体(2)为左、右两端开口的立方体结构，壳体(2)的上、下端面分别开有上接口(1)和下接口(9)，壳体(2)的一侧面有开孔(21)，用堵头(6)密封；所述左框板(7)和右框板(4)两侧面上的钛螺钉(11)和钛螺母(12)接入电缆，分别与各自的左电极(13)和右电极(18)连接高压直流电源。

2.根据权利要求1所述的一种电流与水流方向垂直的无膜电去离子装置，其特征在于：所述左电极(13)和右电极(18)间的壳体(2)两内侧依次开有插入槽，上细缝板(10)、中上细缝板(14)、汇水板(15)、中下细缝板(16)和下细缝板(17)插在各自槽中。

3.根据权利要求1所述的一种电流与水流方向垂直的无膜电去离子装置，其特征在于：所述左框板(7)和右框板(4)内侧分别装有回形橡胶垫片(5)，紧固螺钉(20)穿过相应螺钉孔(22)后，用垫圈(23)和紧固螺母(19)将左框板(7)、右框板(4)和壳体(2)连成可拆卸密封连接。

4.根据权利要求1所述的一种电流与水流方向垂直的无膜电去离子装置，其特征在于：所述左电极(13)和右电极(18)形状为板状、格栅状或网状，其中，一个为阴极，另一个为阳极。

5.根据权利要求1所述的一种电流与水流方向垂直的无膜电去离子装置，其特征在于：所述上细缝板(10)、中上细缝板(14)、中下细缝板(16)和下细缝板(17)的透水间隙小于上层离子交换树脂(3)和下层离子交换树脂(8)的颗粒粒径。

6.根据权利要求1所述的一种电流与水流方向垂直的无膜电去离子装置，其特征在于：所述上层离子交换树脂(3)和下层离子交换树脂(8)为阴阳混合离子交换树脂、两性型离子交换树脂、单一的阴离子交换树脂或单一的阳离子交换树脂。

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