CN217838459U - 一种具有多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的电渗析系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的电渗析系统，涉及膜技术水处理设备领域。电渗析膜堆中，由正极到负极方向，依次同轴设有正极电极板、极水隔板、多孔板、极膜、极水隔板、第一隔断板、极水隔板、若干组电渗析单元、阴离子交换膜、极水隔板、第二隔断板、极水隔板、极膜、多孔板、极水隔板和负极电极板；所述电渗析单元包括由正极到负极方向依次同轴设置的阴离子交换膜、淡水隔板、阳离子交换膜和浓水隔板。本实用新型通过在位于膜堆中靠近正极和负极的位置处各设置一个隔断室，可以阻断多价金属离子的转移，从而能够解决了电渗析过程中，料液中包含铜离子时在电极富集析出的问题。

Description

一种具有多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的电渗析系统

技术领域

本实用新型涉及膜技术水处理设备领域，尤其是一种具有多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的电渗析系统。

背景技术

电渗析技术是利用离子交换膜对阴阳离子的选择透性，在直流电场作用下，是阴阳离子发生定向迁移，从而达到电解质溶液的分离、提纯和浓缩而定目的。

随着离子交换技术的不断革新，电渗析膜堆也在一直进步，电渗析膜堆一般由正极配水板、阴极配水板、阳离子交换膜、阴离子交换膜、淡水室、浓水室、电极板以及相应紧固件组成。

就现有的电渗析膜堆的结构而言，如(1)中国专利申请的CN201410632973.7一种连续浓缩脱盐的电渗析系统与方法，其涉及并公开了一种连续浓缩脱盐的电渗析系统，脱盐水箱分成A室和B室，B室输入待处理含盐水，B室底部通过脱盐水泵连接到电渗析膜堆组的脱盐水进口，电渗析膜堆组的脱盐水出口连接到A室，A室和B室底部连通，A室上部设有脱盐水溢流口，电渗析膜堆组的浓水出口连接到浓缩水箱，浓缩水箱的上部设有浓水溢流口，电渗析膜堆组的极水出口连接到极水箱。

在实际应用中，一般的电渗析膜堆工作时，若料液中含有铜、镍等多价属离子，在直流电场中，离子会透过阳离子交换膜向负极移动，逐渐富集到极水中，并且在负极电极板上接收电子析出，缩短电极板的使用寿命，导致系统稳定性下降。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决多价金属离子在浓缩过程中在负极电极板析出的问题，为解决以上问题，提供了一种具有多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的电渗析系统。

本实用新型所采用的具体技术方案如下：

本实用新型提供了一种具有多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的电渗析系统，包括多价金属离子浓缩用电渗析膜堆、淡水箱、浓水箱、极水箱和隔断水箱；所述多价金属离子浓缩用电渗析膜堆由正极到负极方向，依次同轴设有正极电极板、极水隔板、多孔板、极膜、极水隔板、第一隔断板、极水隔板、若干组电渗析单元、阴离子交换膜、极水隔板、第二隔断板、极水隔板、极膜、多孔板、极水隔板和负极电极板；所述电渗析单元包括由正极到负极方向依次同轴设置的阴离子交换膜、淡水隔板、阳离子交换膜和浓水隔板；

所述第一隔断板和第二隔断板的结构相同，板面中部设有若干用于隔断液通过的镂空孔，板面顶部和底部分别开设有若干用于浓水和淡水通过的浓淡水通道；极膜、极水隔板、第一隔断板的中部、极水隔板和第一组电渗析单元中的阴离子交换膜共同构成能使隔断液在内部从下往上流动的第一隔断室，第一隔断室与第一隔断板上下两侧开设的浓淡水通道互不连通；阴离子交换膜、极水隔板、第二隔断板的中部、极水隔板和极膜共同构成能使隔断液在内部从下往上流动的第二隔断室，第二隔断室与第二隔断板上下两侧开设的浓淡水通道互不连通；

所述多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的淡水出口与淡水箱相连，淡水箱通过设有水泵的管路与多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的淡水入口连接；所述多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的浓水出口与浓水箱相连，浓水箱通过设有水泵的管路与多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的浓水入口连接；所述多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的极水出口与极水箱相连，极水箱通过设有水泵的管路与多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的极水入口连接；所述第一隔断室和第二隔断室均与隔断水箱连通，隔断水箱通过设有水泵的管路与第一隔断室和第二隔断室连通。

作为优选，所述第一隔断板的下方设有用于向第一隔断室内通入隔断液的第一进口流道，上方设有用于将第一隔断室内的隔断液排出的第一出口流道；第二隔断板的下方设有用于向第一隔断室内通入隔断液的第二进口流道，上方设有用于将第一隔断室内的隔断液排出的第二出口流道。

进一步的，所述第一进口流道与第一隔断板最下方一排的若干镂空孔连通，第一出口流道与第一隔断板最上方一排的若干镂空孔连通；第二进口流道与第二隔断板最下方一排的若干镂空孔连通，第二出口流道与第二隔断板最上方一排的若干镂空孔连通。

作为优选，所述正极电极板和负极电极板为钛涂贵金属层材质。

作为优选，所述正极电极板固定于正极配水板的中部，正极配水板通过第一夹板进行固定；所述负极电极板固定于负极配水板的中部，负极配水板通过第二夹板进行固定。

进一步的，所述固定方式均为螺栓固定。

作为优选，所述极膜为全氟磺酸膜。

作为优选，所述第一隔断板和第二隔断板的厚度均为30-40mm。

作为优选，所述多孔板厚度为5mm。

本实用新型相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

本实用新型通过在位于膜堆中靠近正极和负极的位置处各设置一个隔断室，可以阻断多价金属离子的转移，从而能够解决了电渗析过程中，料液中包含铜离子时在电极富集析出的问题。

附图说明

图1是本实用新型的叠膜示意图；

图2是隔断室的使用状态图，其中，(a)为正视图，(b)为局部剖视图；

图3为管路连接方式示意图；

图中附图说明为：第一夹板1、正极配水板2、负极配水板3、正极电极板4、负极电极板5、多孔板6、极膜7、极水隔板8、阳离子交换膜9、浓水隔板10、阴离子交换膜11、淡水隔板12、第一隔断板13、第二夹板14、第二隔断板15、淡水箱21、浓水箱22、极水箱23、隔断水箱24。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步阐述和说明。本实用新型中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

如图1所示，为本实用新型提供的一种多价金属离子浓缩用电渗析膜堆，该电渗析膜堆主要包括正极电极板4、负极电极板5、多孔板6、极膜7、极水隔板8、阳离子交换膜9、浓水隔板10、阴离子交换膜11、淡水隔板12、第一隔断板13和第二隔断板15。由正极到负极方向，依次同轴设有正极电极板4、极水隔板8、多孔板6、极膜7、极水隔板8、第一隔断板13、极水隔板8、若干组电渗析单元、阴离子交换膜11、极水隔板8、第二隔断板15、极水隔板8、极膜7、多孔板6、极水隔板8和负极电极板5。其中，电渗析单元包括由正极到负极方向依次同轴设置的阴离子交换膜11、淡水隔板12、阳离子交换膜9和浓水隔板10。

如图2所示，第一隔断板13和第二隔断板15的结构相同，板面的中部设有若干用于隔断液通过的镂空孔，镂空孔可以呈阵列式排布，板面顶部和底部分别开设有若干用于浓水和淡水通过的浓淡水通道。极膜7、极水隔板8、第一隔断板13的中部、极水隔板8和第一组电渗析单元中的阴离子交换膜11共同构成能使隔断液在内部从下往上流动的第一隔断室，第一隔断室与第一隔断板13上下两侧开设的浓淡水通道互不连通。阴离子交换膜11、极水隔板8、第二隔断板15的中部、极水隔板8和极膜7共同构成能使隔断液在内部从下往上流动的第二隔断室，第二隔断室与第二隔断板15上下两侧开设的浓淡水通道互不连通。

具体的，隔断板可以采用厚度为40mm的PVC板，板体侧面钻孔为隔断液的进出口流道，板面中间为镂空格栅结构，具有支撑板体以及隔断液流道的作用，同时上下方开孔作为浓淡水的通道，但浓淡水与隔断液之间不能直接接触。

在实际应用时，可以在第一隔断板13的下方设有用于向第一隔断室内通入隔断液的第一进口流道，上方设有用于将第一隔断室内的隔断液排出的第一出口流道。为了增加隔断液的通量，可以将第一进口流道与第一隔断板13最下方一排的至少两个镂空孔连通，第一出口流道与第一隔断板13最上方一排的至少两个镂空孔连通。可以在第二隔断板15的下方设有用于向第一隔断室内通入隔断液的第二进口流道，上方设有用于将第一隔断室内的隔断液排出的第二出口流道。为了增加隔断液的通量，可以将第二进口流道与第二隔断板15最下方一排的至少两个镂空孔连通，第二出口流道与第二隔断板15最上方一排的至少两个镂空孔连通。第一隔断板13和第二隔断板15的厚度可以设置为30-40mm，以保证隔断室的强度和隔断室内的隔断液通量。隔断室可设置回路单独循环，可以防止料液中的多价金属离子在电极板上富集析出。

在实际应用时，极电极板4和负极电极板5优选采用钛涂贵金属层材质，该材质的化学性质稳定耐腐。极膜7优选采用全氟磺酸膜，该材料在极水环境下抗氧化性更强。多孔板6厚度优选采用5mm，可以起到支撑极膜7的作用，使极膜保持固定不动的同时，又通过孔眼保持与极水之间联通，减少极膜7破损的可能。为了固定正极电极板4，可以将正极电极板4固定于正极配水板2的中部，正极配水板2通过第一夹板1进行固定。为了固定负极电极板5，可以将负极电极板5固定于负极配水板3的中部，负极配水板3通过第二夹板14进行固定。固定方式可以采用螺栓固定。

下面给出一种制备多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的叠膜方法，具体如下：

a.将夹板平放后，b.在其上方放置正极配水板，正极配水板通过螺栓固定好正极电极板，c.再放置第一张极水隔板，d.再放置第一块多孔板，e.再放置第一张极膜，f.再放置第二张极水隔板，g.再放置隔断板，h.再放置第三张极水隔板，i.再放置第一张阴离子交换膜(AM1)，j.再放置第一张淡水隔板(D1)，k.再放置第一张阳离子交换膜(CM1)，l.再放置第一张浓水隔板(C1)，然后重复i.j.k.l.步骤249次，即可得到一个具有250组电渗析单元的电渗析膜堆，m.放置第251张阴离子交换膜(AM251)，n.再放置第四张极水隔板，o.再放置第二块隔断板，p.再放置第五张极水隔板，q.再放置第二张极膜，r.再放置第二块多孔板，s.再放置第六块极水隔板，t.再放置负极配水板，负极配水板通过螺栓固定好负极电极板，u.最后放置夹板。叠完膜堆后使用螺杆进行紧固。

如图3所示，为本实用新型提供的一种利用多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的电渗析系统，该电渗析系统包括多价金属离子浓缩用电渗析膜堆、淡水箱21、浓水箱22、极水箱23和隔断水箱24。其中，膜堆的浓水、淡水、极水分别接入电渗析系统的常规循环管路中，再设置单独设置一个隔断液水箱，水箱出口设置一个水泵，使用水泵将隔断液输送到隔断室下方两个进口，隔断液从隔断室上方的出口流出通过回流管道回到隔断液水箱。具体连接方式如下：

多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的淡水出口与淡水箱21相连，淡水箱21通过设有水泵的管路与多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的淡水入口连接。多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的浓水出口与浓水箱22相连，浓水箱22通过设有水泵的管路与多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的浓水入口连接。多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的极水出口与极水箱23相连，极水箱23通过设有水泵的管路与多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的极水入口连接。第一隔断室和第二隔断室均与隔断水箱24连通，隔断水箱24通过设有水泵的管路与第一隔断室和第二隔断室连通。

实施例1

本实施例提供了一种利用本实用新型的电渗析系统用于硫酸铜溶液的浓缩，工作原理如下：膜堆通电工作时，在直流电场作用下产生离子定向迁移，即阳离子向阴极方向迁移，阴离子向阳极方向迁移，由于离子交换膜具有选择透过性，阴离子交换膜只能让阴离子通过，阳离子交换膜只能让阳离子膜通过，但由于隔断室一侧为阴离子交换膜，铜离子无法通过阴膜，就算有少量铜离子进入隔断室，隔断液也可以将靠近电极的铜离子从膜堆中截留并带走。

本实施例的电渗析进水为1m³/h，含铜离子10g/L，通过本实用新型的电渗析系统处理后，出水可以得到淡水0.9m³/h，含铜离子4g/L和浓水0.1m³/h，含铜离子40-50g/L。只要定期更换隔断液就可以防止电极上有多价金属析出。

本实用新型的膜堆通电工作时，隔断液就可以将靠近电极的多价金属离子从膜堆中截留并带走，只要定期更换隔断液就可以防止电极上有多价金属析出。

以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，然其并非用以限制本实用新型。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种具有多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的电渗析系统，其特征在于，包括多价金属离子浓缩用电渗析膜堆、淡水箱(21)、浓水箱(22)、极水箱(23)和隔断水箱(24)；所述多价金属离子浓缩用电渗析膜堆由正极到负极方向，依次同轴设有正极电极板(4)、极水隔板(8)、多孔板(6)、极膜(7)、极水隔板(8)、第一隔断板(13)、极水隔板(8)、若干组电渗析单元、阴离子交换膜(11)、极水隔板(8)、第二隔断板(15)、极水隔板(8)、极膜(7)、多孔板(6)、极水隔板(8)和负极电极板(5)；所述电渗析单元包括由正极到负极方向依次同轴设置的阴离子交换膜(11)、淡水隔板(12)、阳离子交换膜(9)和浓水隔板(10)；

所述第一隔断板(13)和第二隔断板(15)的结构相同，板面中部设有若干用于隔断液通过的镂空孔，板面顶部和底部分别开设有若干用于浓水和淡水通过的浓淡水通道；极膜(7)、极水隔板(8)、第一隔断板(13)的中部、极水隔板(8)和第一组电渗析单元中的阴离子交换膜(11)共同构成能使隔断液在内部从下往上流动的第一隔断室，第一隔断室与第一隔断板(13)上下两侧开设的浓淡水通道互不连通；阴离子交换膜(11)、极水隔板(8)、第二隔断板(15)的中部、极水隔板(8)和极膜(7)共同构成能使隔断液在内部从下往上流动的第二隔断室，第二隔断室与第二隔断板(15)上下两侧开设的浓淡水通道互不连通；

所述多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的淡水出口与淡水箱(21)相连，淡水箱(21)通过设有水泵的管路与多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的淡水入口连接；所述多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的浓水出口与浓水箱(22)相连，浓水箱(22)通过设有水泵的管路与多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的浓水入口连接；所述多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的极水出口与极水箱(23)相连，极水箱(23)通过设有水泵的管路与多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的极水入口连接；所述第一隔断室和第二隔断室均与隔断水箱(24)连通，隔断水箱(24)通过设有水泵的管路与第一隔断室和第二隔断室连通。

2.根据权利要求1所述的具有多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的电渗析系统，其特征在于，所述第一隔断板(13)的下方设有用于向第一隔断室内通入隔断液的第一进口流道，上方设有用于将第一隔断室内的隔断液排出的第一出口流道；第二隔断板(15)的下方设有用于向第一隔断室内通入隔断液的第二进口流道，上方设有用于将第一隔断室内的隔断液排出的第二出口流道。

3.根据权利要求2所述的具有多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的电渗析系统，其特征在于，所述第一进口流道与第一隔断板(13)最下方一排的若干镂空孔连通，第一出口流道与第一隔断板(13)最上方一排的若干镂空孔连通；第二进口流道与第二隔断板(15)最下方一排的若干镂空孔连通，第二出口流道与第二隔断板(15)最上方一排的若干镂空孔连通。

4.根据权利要求1所述的具有多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的电渗析系统，其特征在于，所述正极电极板(4)和负极电极板(5)为钛涂贵金属层材质。

5.根据权利要求1所述的具有多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的电渗析系统，其特征在于，所述正极电极板(4)固定于正极配水板(2)的中部，正极配水板(2)通过第一夹板(1)进行固定；所述负极电极板(5)固定于负极配水板(3)的中部，负极配水板(3)通过第二夹板(14)进行固定。

6.根据权利要求5所述的具有多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的电渗析系统，其特征在于，所述固定方式均为螺栓固定。

7.根据权利要求1所述的具有多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的电渗析系统，其特征在于，所述极膜(7)为全氟磺酸膜。

8.根据权利要求1所述的具有多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的电渗析系统，其特征在于，所述第一隔断板(13)和第二隔断板(15)的厚度均为30-40mm。

9.根据权利要求1所述的具有多价金属离子浓缩用电渗析膜堆的电渗析系统，其特征在于，所述多孔板(6)厚度为5mm。

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