TWI702082B - 膜管電透析脫鹽系統 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關於一種膜管電透析脫鹽系統，其主要係令膜管組由諸多膜管所組成，膜管包括有內層與導電層，於內層外緣設有導電層，令隔離網為多孔性隔離材且具有絕緣特性，將隔離網隔離於各該膜管組之間，將各該膜管組連同隔離網置入一過濾槽內，令各該膜管組分別連接直流電源之兩極，使得相鄰之兩該膜管組分別輸入不同極性之正電壓與負電壓，將一水槽以幫浦連接至過濾槽一端的入水口，並於過濾槽另一端設有出水口供將脫鹽後的水導出；藉此，即能有效的對水中鹽分進行脫鹽作業，以達到水資源的確實回收再利用，有效節省水資源的浪費，而在其整體施行使用上更增實用功效特性者。

Description

膜管電透析脫鹽系統
本發明係有關於一種膜管電透析脫鹽系統，尤其是指一種能有效的對水中鹽分進行脫鹽作業，以達到水資源的確實回收再利用，有效節省水資源的浪費，而在其整體施行使用上更增實用功效特性者。
按，隨著環境的變化，現今水資源日漸缺乏且澇旱頻繁，使得如何避免水資源之濫用，有效提升水資源之利用效率即為當前之重要課題。
另，由於現代科技的演變、各種工業的急速蓬勃發展，使得各種污染源廣泛的存在人們生活周遭環境，而一般常見造成水體污染的來源主要有三方面：一是工業廢水；二是生活污水；三是農業廢水。各種工業企業在生產過程中排出的廢水，包括工藝過程用水、機器設備冷卻水、煙氣洗滌水、設備和場地清洗水及生產廢液等， 廢水中所含的雜質包括生產廢液、殘渣以及部分原料、半成品、副產品等，成分極其複雜，污染物含量變化也很大。
而在工業製程中會產生大量廢水，如水性鹽溶液，該類鹽溶液並不適用於家用或工業應用中之直接消耗，使得利用廢水、海水或半鹼水之液流的去離子化〔俗稱脫鹽〕，即成為將該類水性鹽溶液處理為合格水即成為一必要技術手段。
其中，電容去離子化〔Capacitive de-ionization，CDI〕，係為一項應運於去除水中鹽分的技術，其可被廣泛運用於海水淡化、工農業用水除鹽和生活用水除鹽〔塩酸、硫酸等〕。電容去離子主要係通過施加靜電場強制離子向帶有相反電荷的電極處移動，由於碳材料，如活性碳和碳氣凝膠等製成的電極，不僅導電性能良好，而且具有很大的比表面積，若將兩片活性碳材料分別作為電容器陰陽兩級並在兩電極之間施加一定的直流電壓便會形成一個靜電場，置於靜電場中碳電極會在其與電解質溶液界面處產生很強的雙電層，雙電層能吸附並儲存大量的電解質離子，並儲存一定的能量；而一旦除去電場，吸引的離子被釋放到本體溶液中，溶液中的濃度升高，這一過程也稱為「充電富集」，此原理也被大量應用在超級電容器和電容鹽度梯度發電〔capacitive blue energy〕中。
電容去離子技術有別於一般耗能、高壓的傳統去離子之薄膜分離、電透析等程序，不需使用薄膜裝製，而是在水處理過程中採取通道式結構，且可在低壓力〔0.2~0.3MPa〕與低電壓〔0.8~1.2V〕 的環境下操作，系統亦具可逆性，無二次污染物的問題。在處理半鹽水或是更低含鹽量之水體時，電容去離子技術尤其具有顯著的能源優勢〔<1kWh/m3〕。於充電吸附過程中所使用的能源，可於放電脫附過程中進行回收，而更進一步降低能耗需求。電容去離子技術更被經濟合作暨發展組織〔organization for economic cooperation and development，OECD〕評估為最具有取代現有耗能脫鹽技術的前瞻性技術。
緣是，發明人有鑑於此，秉持多年該相關行業之豐富設計開發及實際製作經驗，針對現有之缺失予以研究改良，提供一種膜管電透析脫鹽系統，以期達到更佳實用價值性之目的者。
本發明之主要目的在於提供一種膜管電透析脫鹽系統，其主要係能有效的對水中鹽分進行脫鹽作業，以達到水資源的確實回收再利用，有效節省水資源的浪費，而在其整體施行使用上更增實用功效特性者。
本發明膜管電透析脫鹽系統之主要目的與功效，係由以下具體技術手段所達成：其主要係包括有膜管組及隔離網；其中：該膜管組，其係由諸多膜管所組成，該膜管包括有內層與導電層，於該內層外緣設有導電層； 該隔離網，其係為多孔性隔離材，且該隔離網具有絕緣特性，令該隔離網隔離於各該膜管組之間；設有複數該膜管組，且於各該膜管組之間設置有該隔離網，將各該膜管組連同該隔離網置入一過濾槽內，令各該膜管組分別連接直流電源之兩極，使得相鄰之兩該膜管組分別輸入不同極性之正電壓與負電壓，將一水槽以幫浦連接至該過濾槽一端的入水口，並於該過濾槽另一端設有出水口供將脫鹽後的水導出。
本發明膜管電透析脫鹽系統的較佳實施例，其中，該內層為聚酯紗與金屬紗混合製成。
本發明膜管電透析脫鹽系統的較佳實施例，其中，該金屬紗為不銹鋼絲、銅絲任一種。
本發明膜管電透析脫鹽系統的較佳實施例，其中，該導電層為聚偏二氟乙烯〔polyvinylidene difluoride，PVDF〕與導電材混合製成。
本發明膜管電透析脫鹽系統的較佳實施例，其中，該導電材為石墨烯、碳、石墨任一種。
本發明膜管電透析脫鹽系統的較佳實施例，其中，該膜管為中空膜管，且於該膜管貫穿形成有諸多奈米濾孔，以同時用各該膜管組之各該膜管的各該濾孔對廢水中所含雜質進行過濾。
本發明膜管電透析脫鹽系統的較佳實施例，其中，該濾孔之 直徑為0.05μm~0.5μm。
本發明膜管電透析脫鹽系統的較佳實施例，其中，各該膜管組連同該隔離網係形成簾片狀、捲成圓柱狀任一種。
本發明膜管電透析脫鹽系統的較佳實施例，其中，進一步對應各該膜管組分別連接設有正極導電材流動單元及負極導電材流動單元，令相鄰之兩該膜管組分別與不同極性之該正極導電材流動單元及該負極導電材流動單元相連接，讓該正極導電材流動單元對所連接之該膜管組的各該膜管內部導通帶有正電之微小導電顆粒，讓該負極導電材流動單元對所連接之該膜管組的各該膜管內部導通帶有負電之微小導電顆粒，以更能提高其去離子效率。
本發明膜管電透析脫鹽系統的較佳實施例，其中，該導電顆粒為石墨烯、碳、石墨任一種。
1:膜管組
11:膜管
111:內層
112:導電層
113:濾孔
2:隔離網
3:過濾槽
31:入水口
32:出水口
4:直流電源
5:水槽
51:幫浦
6:正極導電材流動單元
7:負極導電材流動單元
第一圖：本發明之立體分解結構示意圖
第二圖：本發明之膜管立體結構示意圖
第三圖：本發明之立體組合結構示意圖
第四圖：本發明之組合剖視結構示意圖
第五圖：本發明之使用狀態組合結構示意圖
第六圖：本發明之使用狀態動作示意圖
第七圖：本發明之清潔狀態示意圖
第八圖：本發明之另一實施例使用狀態組合結構示意圖
第九圖：本發明之另一實施例使用狀態剖視結構示意圖
為令本發明所運用之技術內容、發明目的及其達成之功效有更完整且清楚的揭露，茲於下詳細說明之，並請一併參閱所揭之圖式及圖號：首先，請參閱第一圖本發明之立體分解結構示意圖所示，本發明主要係包括有膜管組(1)及隔離網(2)；其中：該膜管組(1)，請再一併參閱第二圖本發明之膜管立體結構示意圖所示，其係由諸多超濾〔UF〕等級之中空膜管(11)所組成，該膜管(11)包括有內層(111)與導電層(112)，該內層(111)為聚酯紗與金屬紗混合製成，該金屬紗為不銹鋼絲、銅絲等任一種，於該內層(111)外緣設有導電層(112)，該導電層(112)可為聚偏二氟乙烯〔polyvinylidene difluoride，PVDF〕與導電材混合製成，該導電材為石墨烯、碳、石墨等任一種，另於該膜管(11)貫穿形成有諸多奈米濾孔(113)，該濾孔(113)之直徑約為0.05μm~0.5μm。
該隔離網(2)，其係為多孔性隔離材，且該隔離網(2)具有絕緣特性，令該隔離網(2)隔離於各該膜管組(1)之間。
如此一來，請再一併參閱第三圖本發明之立體組合結構示意 圖及第四圖本發明之組合剖視結構示意圖所示，即可設有複數該膜管組(1)，且於各該膜管組(1)之間設置有該隔離網(2)，利用該隔離網(2)隔開各該膜管組(1)，使得各該膜管組(1)之間不會相接觸，將各該膜管組(1)連同該隔離網(2)形成簾片狀或捲成圓柱狀。
使得本發明於使用上，請再一併參閱第五圖本發明之使用狀態組合結構示意圖所示，各該膜管組(1)連同該隔離網(2)置入一過濾槽(3)內，且令各該膜管組(1)分別連接直流電源(4)之兩極，使得相鄰之兩該膜管組(1)分別輸入不同極性之正電壓與負電壓，而各該膜管組(1)間由於受該隔離網(2)隔開，讓各該膜管組(1)不會產生短路，再將一水槽(5)以幫浦(51)連接至該過濾槽(3)一端的入水口(31)，並於該過濾槽(3)另一端設有出水口(32)供將脫鹽後的水導出。
請再一併參閱第六圖本發明之使用狀態動作示意圖所示，當將該水槽(5)內待處理的廢水以該幫浦(51)由該入水口(31)導入該過濾槽(3)內後，待處理的廢水即會通過各該膜管組(1)往該過濾槽(3)之該出水口(32)流出，於廢水通過各該膜管組(1)過程中，由於相鄰之兩該膜管組(1)分別輸入不同極性之正電壓與負電壓，讓廢水中之正、負離子能分別被各該膜管組(1)進行吸附，而即可將去離子脫鹽後的水由該過濾槽(3)之該出水口(32)導出；另，請再一併參閱第七圖本發明之清潔狀態示意圖所示，當各該膜管組(1)上所附著的正、負離子過多時，則可令該直流電源(4)停止對各該膜管 組(1)進行供電，讓正、負離子無法再附著於各該膜管組(1)上，於水流通過各該膜管組(1)時，即會將正、負離子帶走達到清潔功效。
又，由於該膜管組(1)係由諸多中空膜管(11)所組成，該膜管(11)表面具有諸多奈米濾孔(113)，使得於廢水通過各該膜管組(1)過程中，不僅可讓廢水中之正、負離子分別被各該膜管組(1)進行吸附，且同時能利用各該膜管組(1)之各該膜管(11)進行過濾，於廢水通過該膜管(11)表面之各該奈米濾孔(113)時，廢水中的雜質即會受到該奈米濾孔(113)進行濾除，以獲得更為潔淨的水質。
請再一併參閱第八圖本發明之另一實施例使用狀態組合結構示意圖及第九圖本發明之另一實施例使用狀態剖視結構示意圖所示，亦可對應各該膜管組(1)分別連接設有正極導電材流動單元(6)及負極導電材流動單元(7)，令相鄰之兩該膜管組(1)分別與不同極性之該正極導電材流動單元(6)及該負極導電材流動單元(7)相連接，讓該正極導電材流動單元(6)對所連接之該膜管組(1)的各該膜管(11)內部導通帶有正電之微小導電顆粒，讓該負極導電材流動單元(7)對所連接之該膜管組(1)的各該膜管(11)內部導通帶有負電之微小導電顆粒，該導電顆粒可為石墨烯、碳、石墨等任一種，使得於廢水通過各該膜管組(1)過程中，可加速讓廢水中之正、負離子分別被各該膜管組(1)內部流動的微小導電顆粒所帶有之正、負電進行吸附，以更能提高其去離子效率，而即可將去離子脫鹽後的水由該過濾槽(3)之該出水口(32)導出。
藉由以上所述，本發明之使用實施說明可知，本發明與現有技術手段相較之下，本發明主要係能有效的對水中鹽分進行脫鹽作業，以達到水資源的確實回收再利用，有效節省水資源的浪費，而在其整體施行使用上更增實用功效特性者。
然而前述之實施例或圖式並非限定本發明之產品結構或使用方式，任何所屬技術領域中具有通常知識者之適當變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之專利範疇。
綜上所述，本發明實施例確能達到所預期之使用功效，又其所揭露之具體構造，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。
1:膜管組
11:膜管
2:隔離網

Claims (10)

  1. 一種膜管電透析脫鹽系統，其主要係包括有膜管組及隔離網；其中：該膜管組，其係由諸多膜管所組成，該膜管包括有內層與導電層，於該內層外緣設有導電層；該隔離網，其係為多孔性隔離材，且該隔離網具有絕緣特性，令該隔離網隔離於各該膜管組之間；設有複數該膜管組，且於各該膜管組之間設置有該隔離網，將各該膜管組連同該隔離網置入一過濾槽內，令各該膜管組分別連接直流電源之兩極，使得相鄰之兩該膜管組分別輸入不同極性之正電壓與負電壓，將一水槽以幫浦連接至該過濾槽一端的入水口，並於該過濾槽另一端設有出水口供將脫鹽後的水導出。
  2. 如請求項1所述膜管電透析脫鹽系統，其中，該內層為聚酯紗與金屬紗混合製成。
  3. 如請求項2所述膜管電透析脫鹽系統，其中，該金屬紗為不銹鋼絲、銅絲任一種。
  4. 如請求項1所述膜管電透析脫鹽系統，其中，該導電層為聚偏二氟乙烯〔polyvinylidene difluoride，PVDF〕與導電材混合製成。
  5. 如請求項4所述膜管電透析脫鹽系統，其中，該導電材為石墨烯、碳、石墨任一種。
  6. 如請求項1所述膜管電透析脫鹽系統，其中，該膜管為中空膜管，且於該膜管貫穿形成有諸多奈米濾孔，以同時用各該膜管組之各該膜管的各該濾孔對廢水中所含雜質進行過濾。
  7. 如請求項6所述膜管電透析脫鹽系統，其中，該濾孔之直徑為0.05μm~0.5μm。
  8. 如請求項1所述膜管電透析脫鹽系統，其中，各該膜管組連同該隔離網係形成簾片狀、捲成圓柱狀任一種。
  9. 如請求項1所述膜管電透析脫鹽系統，其中，進一步對應各該膜管組分別連接設有正極導電材流動單元及負極導電材流動單元，令相鄰之兩該膜管組分別與不同極性之該正極導電材流動單元及該負極導電材流動單元相連接，讓該正極導電材流動單元對所連接之該膜管組的各該膜管內部導通帶有正電之微小導電顆粒，讓該負極導電材流動單元對所連接之該膜管組的各該膜管內部導通帶有負電之微小導電顆粒，以更能提高其去離子效率。
  10. 如請求項9所述膜管電透析脫鹽系統，其中，該導電顆粒為石墨烯、碳、石墨任一種。
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