專利名稱：濃水分流設(shè)計的防結(jié)垢電除鹽器及其電除鹽方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電除鹽器，尤其涉及一種濃水分流設(shè)計的防結(jié)垢電除鹽器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有工業(yè)用水除鹽提純的水處理的方法中，較為先進的方法是將電滲析技術(shù)和離子交換技術(shù)相結(jié)合來制取超純水，即電除鹽(EDI)。電除鹽過程是在直流電場和電活性介質(zhì)的作用下，使液體中所含離子發(fā)生定向遷移，同時利用陰陽離子交換膜對溶液中陰陽離子的選擇透過性，使離子從一種溶液轉(zhuǎn)移到另一種溶液，從而達到除鹽目的的膜分離過程。在EDI組件中，對各種離子的脫出次序是不同的。首先是高價離子脫出，其次是低價易脫出離子被脫出，最后是弱離子化離子、氫離子和氫氧根離子。膜堆的結(jié)垢是影響EDI裝置長期穩(wěn)定運行的關(guān)鍵問題之一，結(jié)垢的位置主要發(fā)生在膜堆陰極室和濃水室靠近陰膜表面的堿性環(huán)境中。專利號為98223514的實用新型專利公開了一種螺旋卷式電除鹽器水處理設(shè)備，它主要將陰陽離子交換膜與絕緣網(wǎng)隔板制成一特殊的膜袋式濃水流道單元，并與濃水配集管的側(cè)壁相連通，每相鄰的濃水流道單元之間夾入一張絕緣網(wǎng)隔板構(gòu)成可充填入離子交換樹脂的淡水流道單元，然后以濃水配集管為中心卷繞成圓柱體結(jié)構(gòu)，再包以金屬殼體。其中位于中心的濃水配集管兼作陰極，且中部阻斷，上半段為集水管，下半段為配水管；金屬殼體兼作陽極。該實用新型雖然具有結(jié)構(gòu)簡單，流道阻力小、更換離子交換樹脂方便等優(yōu)點，但是，整體的電除鹽器的結(jié)構(gòu)設(shè)計使得濃水流道過長，Ca2+、Mg2+離子和CO32'SO/—離子在組件內(nèi)停留的時間長，容易形成結(jié)垢；其次，由于濃水進水先經(jīng)過陰極，導(dǎo)致進水呈堿性，濃水中形成結(jié)垢的傾向更加明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種濃水中不易結(jié)垢的濃水分流設(shè)計的防結(jié)垢電除鹽 器。本發(fā)明的目的之二是提供一種濃水中不易結(jié)垢的濃水分流設(shè)計的防結(jié)垢電除鹽器的電除鹽方法。本發(fā)明的第一技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的:
濃水分流設(shè)計的防結(jié)垢電除鹽器，包括有陰陽離子交換膜，濃水室、淡水室，和正負電極的電除鹽器主體構(gòu)件，并在各淡水室內(nèi)充填有離子交換樹脂，其特征在于:還包括濃水分路分流結(jié)構(gòu)，所述濃水分路分流結(jié)構(gòu)由設(shè)置于電除鹽器主體構(gòu)件側(cè)面中部的濃水進水口，設(shè)置于電除鹽器主體構(gòu)件上、下兩端面的濃水出水口，和設(shè)置于濃水室內(nèi)的隔離層組成。濃水分路分流結(jié)構(gòu)改變了原有電除鹽器濃水的流道，使?jié)馑畯碾姵}器的側(cè)面中部進入，由于濃水室內(nèi)設(shè)置的隔離層，濃水分開流入電除鹽器中，由于EDI脫除淡水中各種離子的次序不同，使得易結(jié)垢的離子Ca2+、Mg2+離子和CO32' SO/—離子，能夠分開進入濃水中，然后分開流動的濃水分別通過設(shè)置在電除鹽器上下端面的濃水出水口流出，這樣的設(shè)計使淡水遷移到濃水中的陰、陽結(jié)垢離子能快速分開流動，不易產(chǎn)生結(jié)垢；從而解決了現(xiàn)有技術(shù)中由于結(jié)構(gòu)設(shè)計導(dǎo)致的濃水流道過長，結(jié)垢離子在組件內(nèi)停留時間長，使得濃水中容易形成結(jié)垢的技術(shù)問題。作為優(yōu)選，所述濃水室包括中心濃水管，所述陰陽離子交換膜之間設(shè)置有網(wǎng)隔板，所述陰陽離子交換膜和所述網(wǎng)隔板均以所述中心濃水管為中心軸制成圓柱體狀。本發(fā)明的濃水分流設(shè)計的防結(jié)垢電除鹽器，適用于螺旋卷式電除鹽器，以中心濃水管為中心軸的圓柱體狀結(jié)構(gòu)設(shè)計，結(jié)合濃水分路分流結(jié)構(gòu)，使得濃水流道變短，易結(jié)垢離子在組件內(nèi)部停留的時間縮短。作為優(yōu)選，所述中心濃水管為陰極，而包置于圓柱體外的金屬殼體為陽極，兩電極分別與直流電源相 接。本發(fā)明的電除鹽器，在處理過程中，濃水從外側(cè)陽極流進，經(jīng)電解后形成酸性溶液，后流經(jīng)組件內(nèi)部時就不容易結(jié)垢；解決了濃水進水先經(jīng)過陰極而導(dǎo)致進水呈堿性使得結(jié)垢更明顯的技術(shù)問題。 作為優(yōu)選，所述陰陽離子交換膜和設(shè)于濃、淡水室內(nèi)的網(wǎng)隔板交替布置于正負電極之間，形成濃、淡水室；所述正負電極分別與直流電源相接。本發(fā)明的濃水分流設(shè)計的防結(jié)垢電除鹽器，適用于板框式電除鹽器，陰陽離子交換膜和網(wǎng)隔板交替的布置，結(jié)合濃水分路分流結(jié)構(gòu)，易結(jié)垢的離子Ca2+、Mg2+離子和CO廣、SO/—離子，能夠分開進入濃水中。作為優(yōu)選，所述濃水室通過其內(nèi)的所述隔離層分隔成上下兩段；所述靠近下端濃水出水口段的長度占整個電除鹽器有效長度的1/3 1/2。由于淡水是自下而上的流入電除鹽器中，而淡水中的Ca2+、Mg2+離子會首先被脫除出來，控制靠近下端濃水出水口段的長度占整個電除鹽器有效長度的1/3 1/2，可以使Ca2+、Mg2+離子更快被濃水帶出電除鹽器，縮短Ca2+、Mg2+離子在電除鹽器內(nèi)部的停留時間，降低電除鹽器發(fā)生結(jié)垢的可能性。所述整個電除鹽器有效長度是指淡水室高度或其中離子交換樹脂堆積在室中形成的高度。作為優(yōu)選，所述隔離層為橡膠、塑料或其他彈性體中的一種?？梢酝ㄟ^粘結(jié)或者其他方式固定。隔離層的設(shè)置，使?jié)馑乙环譃槎瑸榈w移到濃水中的陰、陽結(jié)垢離子分開流動提供了條件，使電除鹽器不易產(chǎn)生結(jié)垢。作為優(yōu)選，所述淡水室內(nèi)設(shè)置有改變流體流動方向的導(dǎo)向帶。作為優(yōu)選，所述導(dǎo)向帶設(shè)置在順著流體流動的方向上。作為優(yōu)選，所述導(dǎo)向帶設(shè)置在垂直于流體流動的方向上。淡水室內(nèi)設(shè)置的順著，或者垂直于流體流動方向上的導(dǎo)向帶，使得進入電除鹽器的淡水的流徑路線得到控制，增加淡水在電除鹽器內(nèi)部的停留時間，提高電除鹽器對淡水的處理效率。本發(fā)明的第二技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的:
濃水分流設(shè)計的防結(jié)垢電除鹽器的一種電除鹽方法為，原水進入電除鹽器中；濃水通過設(shè)置于電除鹽器主體構(gòu)件側(cè)面中部的濃水進水口進入，由于濃水室內(nèi)設(shè)置的隔離層，濃水分開兩路流入電除鹽器中，通過電除鹽器對原水的處理，原水中的各種離子分開進入濃水中，然后分開流動的濃水分別通過設(shè)置在電除鹽器上下端面的濃水出水口流出，經(jīng)處理后的淡水流出。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的電除鹽器的結(jié)構(gòu)設(shè)計中濃水流道過長，Ca2+、Mg2+離子和co32-、so42_離子在組件內(nèi)停留的時間長，容易形成結(jié)垢；其次，由于濃水進水先經(jīng)過陰極，導(dǎo)致進水呈堿性，濃水中形成結(jié)垢傾向更加明顯等不足之處。其有益效果為:在裝置的運行過程中，濃水通過濃水分路分流結(jié)構(gòu)的濃水進水口進入電除鹽器，經(jīng)處理后通過上下端面的濃水出水口排出，使淡水遷移到濃水中的陰、陽結(jié)垢離子分開流動，濃水流道變短，硬度離子在組件內(nèi)停留時間縮短，不易產(chǎn)生結(jié)垢；同時，由于濃水是從外側(cè)的陽極流進，經(jīng)陽極電解后成酸性溶液，此后流經(jīng)組件內(nèi)部時不容易結(jié)垢。本發(fā)明既適用于螺旋卷式電除鹽器，又適用于板框式電除鹽器，均可有效降低EDI組件中常見的結(jié)垢的困擾，可以明顯延長電除鹽器的使用周期，擴大裝置的適用范圍，提高電除鹽器的處理效率和產(chǎn)水量，保證出水水質(zhì)穩(wěn)定，降低生產(chǎn)成本，提高電除鹽器的電能利用率和電除鹽的經(jīng)濟性能。


附圖1是本發(fā)明電除鹽器的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2是本發(fā)明中導(dǎo)向帶順著流體流動方向的設(shè)置圖。附圖3是本發(fā)明中導(dǎo)向帶垂直于流體流動方向的設(shè)置圖。附圖4是本發(fā)明電除鹽器的立體示意圖。附圖5是現(xiàn)有技術(shù)電除鹽器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:金屬殼體1、濃水室2、中心濃水管21、淡水室3、濃水進水口 4、濃水出水口
5、隔離層6、導(dǎo)向帶7、濃水分路分流結(jié)構(gòu)8、進水口 9、淡水出口 10 ;濃水室2’、中心濃水管21，、開口 211、211，。
具體實施例方式下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明。實施例1:
如附圖1所示的濃水分流設(shè)計的防結(jié)垢電除鹽器，包括有陰陽離子交換膜，濃水室2、淡水室3，和正負電極的電除鹽器主體構(gòu)件，并在各淡水室內(nèi)充填有離子交換樹脂。濃水分路分流結(jié)構(gòu)8由設(shè)置于電除鹽器主體構(gòu)件側(cè)面中部的濃水進水口 4，設(shè)置于電除鹽器主體構(gòu)件上、下兩端面的濃水出水口 5，和設(shè)置于濃水室內(nèi)的隔離層6組成。濃水室包括中心濃水管21，位于橫截面圓的圓心處。陰陽離子交換膜和設(shè)于濃、淡水室內(nèi)的網(wǎng)隔板均以中心濃水管21為中心軸制成圓柱體狀。中心濃水管21兼作一電極，而包置于圓柱體外的金屬殼體I為另一電極，兩電極分別與直流電源相接。濃水室通過其中部的隔離層6分隔成上下兩段；所述靠近下端濃水出水口段的長度占整個電除鹽器有效長度的1/3。隔離層6為橡膠、塑料或其他彈性體中的一種?？梢酝ㄟ^粘結(jié)或者其他方式固定。所述淡水室3內(nèi)設(shè)置有改變流體流動方向的導(dǎo)向帶7。原水通過進水口 9進入電除鹽器中進行處理，經(jīng)過淡水室3內(nèi)設(shè)置的改變流體流動方向的導(dǎo)向帶7，增加了淡水在電除鹽器內(nèi)部的停留時間；濃水通過設(shè)置于電除鹽器主體構(gòu)件側(cè)面中部的濃水進水口 4進入， 由于濃水室內(nèi)設(shè)置的隔離層6，濃水分開兩路流入電除鹽器中，通過電除鹽器對原水的處理,原水中的各種離子分開進入濃水中，由于EDI脫除淡水中各種離子的次序不同，使得易結(jié)垢的離子Ca2+、Mg2+離子和CO32' SO/—離子，能夠分開進入濃水中，然后分開流動的濃水分別通過設(shè)置在電除鹽器上下端面的濃水出水口 5流出，經(jīng)處理后的淡水通過淡水出口 10流出。本實施例中，濃水分路分流結(jié)構(gòu)8的設(shè)計使得淡水遷移到濃水中的陰、陽結(jié)垢離子分開流動，濃水流道變短，硬度離子在組件內(nèi)停留時間縮短，不易產(chǎn)生結(jié)垢；然后，由于濃水是從外側(cè)的陽極流進，經(jīng)陽極電解后成酸性溶液，此后流經(jīng)組件內(nèi)部時不容易結(jié)垢；同時，由于控制靠近下端濃水出水口段的長度占整個電除鹽器有效長度的1/2，使得Ca2+、Mg2+離子能更快被濃水帶出電除鹽器，縮短了 Ca2+、Mg2+離子在電除鹽器內(nèi)部的停留時間，也降低了電除鹽器發(fā)生結(jié)垢的可能性；而淡水室內(nèi)導(dǎo)向帶6的設(shè)置，增加了淡水在電除鹽器內(nèi)部的停留時間，提高了電除鹽器的處理效率。將上述濃水分流設(shè)計的防結(jié)垢電除鹽器進行電除鹽效果測試，測試條件為淡水進水電導(dǎo)率為4.9 μ s/cm,淡水出口流量2.0mVhr,無極水，濃水流量為0.10 m3/hr,淡水進水和濃水進水溫度分別為24.5°C和24.6°C，淡水進水口 pH為7.0，操作電流為3A。測試結(jié)果為淡水產(chǎn)水電阻率為18.0M Ω.cm，組件電壓為33V，濃水出口電導(dǎo)率為82.2 μ s/cm,回收率為 95.2%。實施例2: 本實施例的濃水分流設(shè)計的防結(jié)垢電除鹽器，包括有陰陽離子交換膜，濃水室2、淡水室3，和正負電極的電除鹽器主體構(gòu)件，并在各淡水室內(nèi)充填有離子交換樹脂。濃水分路分流結(jié)構(gòu)由設(shè)置于電除鹽器主體構(gòu)件側(cè)面中部的濃水進水口 4，設(shè)置于電除鹽器主體構(gòu)件上、下兩端面的濃水出水口 5，和設(shè)置于濃水室內(nèi)的隔離層6組成。中心濃水管21兼作陰極，而包置于圓柱體外的金屬殼體I為陽極。陰陽離子交換膜和設(shè)于濃、淡水室內(nèi)的網(wǎng)隔板交替布置于正負電極之間，形成濃、淡水室；所述正負電極分別與直流電源相接。濃水室2通過其內(nèi)的隔離層6分隔成上下兩段；所述靠近下端濃水出水口段的長度占整個電除鹽器有效長度的1/2。隔離層6為橡膠、塑料或其他彈性體中的一種?？梢酝ㄟ^粘結(jié)或者其他方式固定。所述淡水室3內(nèi)設(shè)置有改變流體流動方向的導(dǎo)向帶7。原水通過進水口進入電除鹽器中進行處理，經(jīng)過淡水室3內(nèi)設(shè)置的改變流體流動方向的導(dǎo)向帶7 ;濃水通過設(shè)置于電除鹽器主體構(gòu)件側(cè)面中部的濃水進水口 4進入，由于濃水室2內(nèi)設(shè)置的隔離層6，濃水分開兩路流入電除鹽器中，通過電除鹽器對原水的處理，原水中的各種離子分開進入濃水中，由于EDI脫除淡水中各種離子的次序不同，使得易結(jié)垢的離子Ca2+、Mg2+離子和C032-、S042_離子，能夠分開進入濃水中，然后分開流動的濃水分別通過設(shè)置在電除鹽器上下端面的濃水出水口 5流出，經(jīng)處理后的淡水通過淡水出口流出。本實施例中電除鹽器內(nèi)各個面的電流密度相同，又通過濃水分路分流結(jié)構(gòu)8使淡水遷移到濃水中的陰、陽結(jié)垢離子分開流動，濃水流道變短，硬度離子在組件內(nèi)停留時間縮短，不易產(chǎn)生結(jié)垢；然后，由于濃水是從陽極流進，經(jīng)電解后成酸性溶液，故不容易結(jié)垢；同時，由于控制靠近下端濃水出水口段的長度占整個電除鹽器有效長度的1/2，使得Ca2+、Mg2+離子能更快被濃水帶出電除鹽器，縮短了 Ca2+、Mg2+離子在電除鹽器內(nèi)部的停留時間，也降低了電除鹽器發(fā)生結(jié)垢的可能性；而淡水室3內(nèi)導(dǎo)向帶7的設(shè)置，增加了淡水在電除鹽器內(nèi)部的停留時間，提高了電除鹽器的處理效率。將上述濃水分流設(shè)計的防結(jié)垢電除鹽器進行電除鹽效果測試，測試條件為淡水進水電導(dǎo)率為21.9 μ s/cm,淡水出口流量2.0m3/hr,無極水，濃水流量為0.11 m3/hr,淡水進水和濃水進水溫度分別為25.6°C和25.8°C，淡水進水口 pH為6.5，操作電流為6A。測試結(jié)果為淡水產(chǎn)水電阻率為17.2ΜΩ.cm，組件電壓為148V，濃水出口電導(dǎo)率為273.5 μ s/cm,回收率為 94%.對比例:
如附圖4所示的電除鹽器，裝置在運行時，濃水通過設(shè)置在電除鹽器的下端面的中心濃水管21’的一端流入，在中心濃水管21’的下端設(shè)有開口 211，濃水經(jīng)過開口流入濃水室中，沿電除鹽器軸向向外流動，后折返至設(shè)置在中心濃水管上端的開口 211’后，經(jīng)設(shè)置在電除鹽器的上端面的中心濃水管的另一端流出。該中心濃水管兼作一電極，而包置于圓柱體外的金屬殼體為另一電極。該對比例中，首先，濃水在電除鹽器內(nèi)的流道長，Ca2+、Mg2+離子和CO廣、SO廣離子在組件內(nèi)停留的時間長；其次，濃水進水先經(jīng)過陰極，導(dǎo)致進水呈堿性，濃水中形成結(jié)垢傾向更加明顯；再次，淡水在電除鹽器中的停留時間不長，影響電除鹽器的處理效率。同樣將上述電除鹽器進行電除鹽效果測試，測試條件為淡水進水電導(dǎo)率為14.3 μ s/cm,淡水出口流量2.0m3/hr,無極水,濃水流量為0.10 m3/hr,淡水進水和濃水進水溫度分別為24.5°C和24.6 °C，淡水進水口 pH為6.5，操作電流為5.5A。測試結(jié)果為淡水產(chǎn)水電阻率為16.5ΜΩ.cm，組件電壓為113V，濃水出口電導(dǎo)率為132.2 μ s/cm, 回收率為 93.2%。
權(quán)利要求
1.一種濃水分流設(shè)計的防結(jié)垢電除鹽器，包括電除鹽器主體構(gòu)件，所述電除鹽器主體構(gòu)件包括陰陽離子交換膜、濃水室、淡水室和正負電極，所述淡水室內(nèi)充填有離子交換樹月旨，其特征在于所述濃水分流設(shè)計的防結(jié)垢電除鹽器還包括濃水分路分流結(jié)構(gòu)，所述濃水分路分流結(jié)構(gòu)由設(shè)置于電除鹽器主體構(gòu)件外側(cè)面中部的濃水進水口、設(shè)置于所述濃水室上下端面的濃水出水口和設(shè)置于濃水室內(nèi)的隔離層組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種濃水分流設(shè)計的防結(jié)垢電除鹽器，其特征在于所述濃水室包括中心濃水管，所述陰陽離子交換膜之間設(shè)置有網(wǎng)隔板，所述陰陽離子交換膜和所述網(wǎng)隔板均以所述中心濃水管為中心軸制成圓柱體狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的濃水分流設(shè)計的防結(jié)垢電除鹽器，其特征在于所述中心濃水管作為陰極，而包置于圓柱體外的金屬殼體作為陽極，兩電極分別與直流電源相接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種濃水分流設(shè)計的防結(jié)垢電除鹽器，其特征在于所述陰陽離子交換膜和所述網(wǎng)隔板交替布置于正負電極之間，形成所述濃水室、淡水室；所述正負電極分別與直流電源相接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的濃水分流設(shè)計的防結(jié)垢電除鹽器，其特征在于所述濃水室通過其內(nèi)部的所述隔離層分隔成上下兩段；所述靠近下端濃水出水口段的長度占整個電除鹽器有效長度的1/3 1/2。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種濃水分流設(shè)計的防結(jié)垢電除鹽器，其特征在于所述隔離層為橡膠、塑料或其他彈性體中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種濃水分流設(shè)計的防結(jié)垢電除鹽器，其特征在于所述淡水室內(nèi)設(shè)置有改變流體流動方向的導(dǎo)向帶。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種濃水分流設(shè)計的防結(jié)垢電除鹽器，其特征在于所述導(dǎo)向帶設(shè)置在順著流體流動的方向上。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種濃水分流設(shè)計的防結(jié)垢電除鹽器，其特征在于所述導(dǎo)向帶設(shè)置在垂直于流體流動的方向上。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種濃水分流設(shè)計的防結(jié)垢電除鹽器的一種電除鹽方法，其特征在于原水進入電除鹽器中；濃水通過設(shè)置于電除鹽器主體構(gòu)件外側(cè)面中部的濃水進水口進入，濃水分開兩路流入電除鹽器中，通過電除鹽器對原水的處理，原水中的各種離子分開進入濃水中，然后分開流動的濃水分別通過設(shè)置在電除鹽器上下端面的濃水出水口流出，經(jīng)處理后的淡水流出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電除鹽器，尤其涉及一種濃水分流設(shè)計的防結(jié)垢電除鹽器及其電除鹽方法，包括電除鹽器主體構(gòu)件，所述電除鹽器主體構(gòu)件包括陰陽離子交換膜、濃水室、淡水室和正負電極，所述淡水室內(nèi)充填有離子交換樹脂，還包括濃水分路分流結(jié)構(gòu)，所述濃水分路分流結(jié)構(gòu)由設(shè)置于電除鹽器主體構(gòu)件外側(cè)面中部的濃水進水口、設(shè)置于所述濃水室上下端面的濃水出水口和設(shè)置于濃水室內(nèi)的隔離層組成。本發(fā)明在運行過程中，濃水通過濃水分路分流結(jié)構(gòu)使淡水遷移到濃水中的陰、陽結(jié)垢離子分開流動，濃水流道變短，硬度離子在組件內(nèi)停留時間縮短。
文檔編號C02F1/469GK103253746SQ20131018972
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月21日
發(fā)明者張榮強, 顧翀翀 申請人:浙江斯科能科技股份有限公司