一種介電電泳正滲透平板滲透膜組件的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種介電電泳正滲透平板滲透膜組件，包括平板骨架、電極和滲透膜，其特征在于：所述平板骨架采用ABS制作，在平板骨架內(nèi)橫向均布間隔鑲裝有電極，在平板骨架貫通安裝滲透膜，在平板骨架的進(jìn)水端設(shè)置有進(jìn)水口，在平板骨架的出水端設(shè)置有電線輸出口和出水口，進(jìn)水口通過平板骨架內(nèi)的水道與出水口貫通連接，電線輸出口與平板骨架的電極連接，并引出連接外界電源。本實(shí)用新型使用介電電泳技術(shù)，根據(jù)固體微粒與其所懸浮的液體的介電極化能力的不同，介電電泳力將固體微粒推離電極或者將固體微粒吸附在電極上，由此減緩甚至避免正滲透平板膜分離工藝中因水從原料液側(cè)流向驅(qū)動(dòng)液側(cè)引發(fā)的濃差極化現(xiàn)象，以達(dá)到強(qiáng)化正滲透工藝。
【專利說明】一種介電電泳正滲透平板滲透膜組件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于分離【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及滲透膜過濾分離工藝，尤其是一種介電電泳正滲透平板滲透膜組件。
【背景技術(shù)】
[0002]1748年，法國(guó)人Abble Nollot發(fā)現(xiàn)滲透現(xiàn)象，由此開始，滲透現(xiàn)象就引起了人們的極大興趣。正滲透(Forward osm osis, F0)又稱滲透,是指水或其它溶劑透過天然或人造的半透膜，由低溶質(zhì)濃度側(cè)傳遞到高溶質(zhì)濃度側(cè)的過程，是自然界中廣泛存在的一種物理現(xiàn)象。正滲透技術(shù)的特點(diǎn)是其驅(qū)動(dòng)力為兩種溶液的化學(xué)位差或者滲透壓差本身，無需外加壓力。利用正滲透技術(shù)中水自發(fā)傳遞過選擇性半透膜的性質(zhì)，結(jié)合易于循環(huán)使用的驅(qū)動(dòng)溶液，可用于海水脫鹽和降低傳統(tǒng)工業(yè)過程的能耗。滲透壓本身就是一種綠色能源，可以通過正滲透技術(shù)將滲透壓轉(zhuǎn)化為電能。此外，由于正滲透過程中可以不使用外加壓力，同時(shí)由于正滲透膜材料的親水性，因此可有效降低膜污染，可應(yīng)用于反滲透技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的廢水的處理中，例如染色廢水，垃圾浙出液以及膜生物反應(yīng)器等。在降低膜污染的同時(shí)，可降低膜清洗的費(fèi)用和化學(xué)清洗劑對(duì)環(huán)境的污染。正滲透回收率高，避免了濃鹽水排放，環(huán)境友好，通過選擇合適的驅(qū)動(dòng)溶液，其水回收率可達(dá)到75% ;而普通反滲透水回收率為35%?50%，如此高的回收率可實(shí)現(xiàn)濃鹽水的再濃縮。正滲透操作由于具有低溫低壓特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于液體食品的濃縮和藥物釋放等方面。
[0003]理論上，正滲透可以采用具有非常高的滲透壓的驅(qū)動(dòng)液而實(shí)現(xiàn)比反滲透更大的膜通量，然而研究發(fā)現(xiàn)實(shí)際通量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于預(yù)期值，這是由于正滲透過程中特有的濃差極化現(xiàn)象造成的。正滲透過程中，按照濃差極化發(fā)生的位置分類，可分為外濃差極化和內(nèi)濃差極化。
[0004]外部濃差極化現(xiàn)象發(fā)生在膜表面的外部，而內(nèi)部濃差極化是指發(fā)生在非對(duì)稱性膜的多孔支撐層空隙內(nèi)部的濃差極化現(xiàn)象。在對(duì)稱性均質(zhì)膜中，通常不存在內(nèi)部濃差極化現(xiàn)象，內(nèi)部濃差極化是正滲透過程中所特有的現(xiàn)象。在正滲透膜分離過程中，當(dāng)水從原料液一側(cè)透過膜流向驅(qū)動(dòng)液一側(cè)時(shí)，原料液一側(cè)的溶質(zhì)由于不能透過膜，將在靠近原料液一側(cè)的膜表面位置不斷積聚，并且濃度不斷增大形成一層高濃度層溶液，這種現(xiàn)象叫做濃縮的外部濃差極化，它與反滲透過程中的濃差極化相似；與此同時(shí)，在驅(qū)動(dòng)液一側(cè)，由于水的透過使得靠近驅(qū)動(dòng)液一側(cè)膜表面的溶質(zhì)不斷被稀釋，并且將會(huì)形成一層稀釋層溶液，這種現(xiàn)象就做稀釋的外部濃差極化，它是正滲透過程中所特有的現(xiàn)象。當(dāng)正滲透膜的多孔支撐層朝向原料液時(shí)，原料液中的溶質(zhì)與水一道進(jìn)入膜的支撐層空隙中，并沿著膜內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)形成濃縮的極化層，這種現(xiàn)象屬于濃縮的內(nèi)部濃差極化；相反，當(dāng)正滲透膜的多孔支撐層朝向驅(qū)動(dòng)液時(shí)，原料液中的水透過膜后，將會(huì)稀釋支撐層多孔結(jié)構(gòu)中的溶質(zhì)，使得多孔支撐層中形成稀釋的極化層，這種現(xiàn)象叫做稀釋的內(nèi)部濃差極化。
[0005]濃差極化的結(jié)果導(dǎo)致膜兩側(cè)的有效滲透壓差的降低，因而驅(qū)動(dòng)效率下降，是影響膜通量下降的關(guān)鍵因素。實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種介電電泳正滲透平板滲透膜組件，該組件采用介電電泳技術(shù)可減少甚至消除在正滲透工藝中發(fā)生的膜污染和堵膜現(xiàn)象，達(dá)到強(qiáng)化正滲透工藝、減少在正滲透工藝中發(fā)生的濃差極化、形成電滲效應(yīng)、提高生滲透膜膜透過量的目標(biāo)。
[0007]本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]一種介電電泳平板滲透膜組件，包括平板骨架、電極和滲透膜，其特征在于:所述平板骨架采用ABS制作，在平板骨架內(nèi)橫向均布間隔鑲裝有電極，在平板骨架貫通安裝滲透膜，在平板骨架的進(jìn)水端設(shè)置有進(jìn)水口，在平板骨架的出水端設(shè)置有電線輸出口和出水口，進(jìn)水口通過平板骨架內(nèi)的水道與出水口貫通連接，電線輸出口與平板骨架的電極連接，并引出連接外界電源。
[0009]而且，所述電極采用圓柱形叉指電極結(jié)構(gòu)，在每對(duì)電極中，一根電極采用絕緣電極，而另一根電極則采用防腐蝕材料的裸電極。
[0010]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0011]1、本實(shí)用新型使用介電電泳技術(shù)，根據(jù)固體微粒與其所懸浮的液體的介電極化能力的不同，介電電泳力將固體微粒推離電極或者將固體微粒吸附在電極上，由此減緩甚至避免正滲透平板膜分離工藝中因水從原料液側(cè)流向驅(qū)動(dòng)液側(cè)引發(fā)的濃差極化現(xiàn)象，以達(dá)到強(qiáng)化正滲透工藝。
[0012]2、本實(shí)用新型在保持正滲透膜過濾工藝的正常工作的同時(shí)，無須添加額外物質(zhì)例如化學(xué)藥劑或大量的水，減少甚至消除在正滲透工藝中發(fā)生的膜污染和堵膜現(xiàn)象，能夠減緩甚至避免在正滲透工藝中發(fā)生的濃差極化，同時(shí)，提高膜壽命和膜通量，降低減少和消除正滲透膜污染問題所消耗的能量和成本。
[0013]3、本實(shí)用新型施加介電電泳力于臨近正滲透膜表面的固體顆粒而將其移離滲透膜表面從而達(dá)到防止膜污染和堵膜，提高正滲透膜膜透過量，減緩甚至避免濃差極化，以延長(zhǎng)正滲透膜使用壽命和提高正滲透膜的工作效率及產(chǎn)水量。
[0014]4、本實(shí)用新型使用介電電泳技術(shù),在電場(chǎng)作用下，固、液接觸時(shí)，固體微粒表面會(huì)產(chǎn)生電荷，這些表面電荷反過來影響溶液中的離子分布，形成雙電層，形成電滲效應(yīng)，水分子從原料液側(cè)向驅(qū)動(dòng)液側(cè)遷移，增加正滲透膜透過量，以達(dá)到強(qiáng)化正滲透工藝。
[0015]5、本實(shí)用新型的電極采用圓柱形叉指電極結(jié)構(gòu)，圓形表面使叉指電極強(qiáng)電場(chǎng)面最大化，使用最少材料，獲得更強(qiáng)的介電電泳力。
[0016]6、本實(shí)用新型間斷施加介電電泳，可消除膜污染的問題，且能耗低，操作成本低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本實(shí)用新型滲透膜組件的結(jié)構(gòu)主視圖；
[0018]圖2為圖1的A-A向截面剖視圖；
[0019]圖3為圖1的B部結(jié)構(gòu)放大示意圖；
[0020]圖4為圖2的C部結(jié)構(gòu)放大示意圖；
[0021]圖5是本實(shí)用新型介電電泳滲透膜組件工作原理示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0022]下面通過附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述，但本實(shí)用新型并不限于下述實(shí)施方式，任何在本實(shí)施例原理上所做的改變或替代方案，均落入本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍之中。
[0023]一種介電電泳平板滲透膜組件，如圖1、2所示，包括平板骨架2、電極6和滲透膜4，平板骨架采用ABS制作，在平板骨架內(nèi)橫向均布間隔鑲裝有電極，在平板骨架貫通安裝滲透膜。電極采用圓柱形叉指電極結(jié)構(gòu)，在每對(duì)電極中，一根電極采用絕緣電極，而另一根電極則采用防腐蝕材料的裸電極，以減少能耗和電極生產(chǎn)成本。平板骨架與滲透膜的安裝結(jié)構(gòu)為可更換滲透膜的夾層平板結(jié)構(gòu)，滲透膜破損時(shí)可更換，結(jié)構(gòu)元件重復(fù)利用。在平板骨架的進(jìn)水端設(shè)置有進(jìn)水口 5，在平板骨架的出水端設(shè)置有電線輸出口 3和出水口 1，進(jìn)水口通過平板骨架內(nèi)的水道與出水口貫通連接，電線輸出口與平板骨架的電極連接，并引出連接外界電源。
[0024]本實(shí)用新型的工作過程是:
[0025]將正滲透平板膜組件浸泡于需要處理的廢水(原料液)中，驅(qū)動(dòng)液經(jīng)由進(jìn)水口進(jìn)入組件內(nèi)腔，在正滲透膜內(nèi)所安裝在電極安裝口中的叉指電極通過電線輸出口與電源接通，在滲透壓作用下，廢水(原料液)中的水透過正滲透膜進(jìn)入組件內(nèi)腔，稀釋驅(qū)動(dòng)液，稀釋液由出水口 3排出。由于相對(duì)于水而更低的介電極化能力，固體顆粒在廢水(原料液)中通常表現(xiàn)為陰性介電電泳性質(zhì)；即在不勻稱電場(chǎng)中，固體顆粒被向弱電場(chǎng)方向移動(dòng)。廢水(原料液)經(jīng)過正滲透膜的表面，在正滲透膜下安裝的叉指電極提供介電電泳力所需的不勻稱電場(chǎng)。特有的圓形表面使叉指電極的強(qiáng)電場(chǎng)面最大化，從而使用更少的材料，但可得到更強(qiáng)的介電電泳力。當(dāng)廢水(原料液)中固體顆?？拷凉B透膜時(shí)，即靠近叉指電極時(shí)，將被移離而無法靠近正滲透膜，如此減少甚至消除膜污染和堵膜得發(fā)生，減緩甚至避免正滲透分離工藝中的濃差極化現(xiàn)象。由于離子的水合作用和形成雙電層，在電場(chǎng)作用下，水分子從廢水(原料液)側(cè)向驅(qū)動(dòng)液側(cè)遷移，提高正滲透膜膜透過量。
[0026]本實(shí)用新型所涉及的介電電泳概念及工作原理是:
[0027]介電電泳(Dielectrophoresis)技術(shù)已經(jīng)被成功的應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)工業(yè)來分離、富積、捕獲微粒和細(xì)胞。該技術(shù)描述的是位于非勻稱電場(chǎng)的中性微粒由于介電極化的作用而產(chǎn)生的平移運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生在微粒上的偶極矩可以由兩個(gè)相同帶電量但極性相反的電荷來表示。當(dāng)它們?cè)谖⒘＝缑嫔喜粚?duì)稱分布時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)宏觀的偶極矩。當(dāng)這個(gè)偶極矩位于不勻稱電場(chǎng)中，在微粒兩邊的局部電場(chǎng)強(qiáng)度的不同產(chǎn)生一個(gè)凈力，稱為介電電泳力。由于懸浮于媒介中的微粒與媒介有著不同的介電能力(介電常數(shù))，微粒會(huì)被向或者更強(qiáng)的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向移動(dòng)，稱為陽性介電電泳，或者更弱的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向移動(dòng)，稱之為陰性介電電泳。
[0028]無論是在正滲透膜過濾分離液液中發(fā)生的分離滲透膜污染，都是固體微粒(微粒，膠體微粒，溶質(zhì)結(jié)晶體，細(xì)菌，和不溶有機(jī)物液滴及大分子有機(jī)物)相對(duì)于液體存在。在這樣的一個(gè)系統(tǒng)中，由于固體微粒與其所懸浮的液體的介電極化能力的不同，介電電泳力將固體微粒推離電極或者將固體微粒吸附在電極上，表現(xiàn)出或者陰性介電電泳性質(zhì)或者陽性介電電泳性質(zhì)。
[0029]由于相對(duì)于水而更低的介電極化能力，固體顆粒在廢水中通常表現(xiàn)為陰性介電電泳性質(zhì)；即在不勻稱電場(chǎng)中，固體顆粒被向弱電場(chǎng)方向移動(dòng)。如圖5所示，廢水(原料液)經(jīng)過正滲透膜的表面，在正滲透膜下安裝的叉指電極提供介電電泳力所需的不勻稱電場(chǎng)。特有的圓形表面使叉指電極的強(qiáng)電場(chǎng)面最大化，從而使用更少的材料，但可得到更強(qiáng)的介電電泳力。于是將正滲透膜安裝在叉指電極的表面上，當(dāng)固體顆?？拷凉B透膜時(shí)，即靠近叉指電極時(shí)，將被移離而無法靠近正滲透膜。如此減少甚至消除膜污染和堵膜的發(fā)生。
[0030]原理如上，由于相對(duì)于水而更低的介電極化能力，固體顆粒在廢水(原料液)中通常表現(xiàn)為陰性介電電泳性質(zhì)；即在不勻稱電場(chǎng)中，固體顆粒被向弱電場(chǎng)方向移動(dòng)。水從原料液側(cè)透過膜流向驅(qū)動(dòng)液側(cè)的同時(shí)，介電泳力將原料液中溶質(zhì)移離而無法靠近正滲透膜，溶質(zhì)不能在正滲透膜表面富集，如此減緩甚至避免正滲透平板膜分離工藝中因水從原料液側(cè)流向驅(qū)動(dòng)液側(cè)引發(fā)的濃差極化現(xiàn)象，提高正滲透膜膜透過量。
【權(quán)利要求】
1.一種介電電泳平板滲透膜組件，包括平板骨架、電極和滲透膜，其特征在于:所述平板骨架采用ABS制作，在平板骨架內(nèi)橫向均布間隔鑲裝有電極，在平板骨架貫通安裝滲透膜，在平板骨架的進(jìn)水端設(shè)置有進(jìn)水口，在平板骨架的出水端設(shè)置有電線輸出口和出水口，進(jìn)水口通過平板骨架內(nèi)的水道與出水口貫通連接，電線輸出口與平板骨架的電極連接，并引出連接外界電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介電電泳平板滲透膜組件，其特征在于:所述電極采用圓柱形叉指電極結(jié)構(gòu)，在每對(duì)電極中，一根電極采用絕緣電極，而另一根電極則采用防腐蝕材料的裸電極。
【文檔編號(hào)】B01D61/42GK203507829SQ201320560041
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】王冰, 劉偉濤 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古天一環(huán)境技術(shù)有限公司