一種提高電滲析效率的聚電場(chǎng)膜電滲析裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種提高電滲析效率的聚電場(chǎng)膜電滲析裝置，包括：圓桶形鐵電極、中心鐵電極、透膜、出水孔、儲(chǔ)液池、排污孔；儲(chǔ)液池上設(shè)置有圓桶形鐵電極和中心鐵電極，中心鐵電極上設(shè)置有透膜，儲(chǔ)液池的頂端安裝有出水孔。本實(shí)用新型在不提供電極電壓前提下，增大膜所處位置電場(chǎng)強(qiáng)度從而提高膜的帶電量的方法，以中心鐵電極為中心、將圓桶形鐵電極和膜套裝成共軸圓桶，形成非勻強(qiáng)電場(chǎng)；在確定膜桶的高度和直徑、圓桶外壁距鐵電極內(nèi)壁之間距離的情況下，根據(jù)圓桶形鐵電極表面積/膜桶表面積≥10；得到聚電場(chǎng)膜電滲析裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型提高了滲析效率；電力線截面越來(lái)越小，相應(yīng)膜的面積可以依次減小，節(jié)約了膜用量。
【專利說(shuō)明】
一種提高電滲析效率的聚電場(chǎng)膜電滲析裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于電滲析技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種提高電滲析效率的聚電場(chǎng)膜電滲析裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電滲析法(electrodialysis，ED)廣泛應(yīng)用于化工、輕工、冶金、造紙、海水淡化、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域;近年來(lái)更推廣應(yīng)用于氨基酸、蛋白質(zhì)、血清等生物制品的提純和研究。其主要利用外加直流電場(chǎng)使溶液中陰、陽(yáng)離子移動(dòng)產(chǎn)生電流，陽(yáng)離子交換膜(陽(yáng)膜)和陰離子交換膜(陰膜)分別選擇性透過(guò)正、負(fù)離子，實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)與溶液的分離。電滲析過(guò)程中，外加電場(chǎng)希望通過(guò)提高直流電場(chǎng)加快離子向?qū)?yīng)膜迀移速度，但當(dāng)電場(chǎng)增加到一定程度時(shí)，使大量水分子電離極化生成Η+、0Η—離子，水中離解出的0H—離子透過(guò)陰膜，使陰膜濃水室一側(cè)的pH值上升，同時(shí)H+離子在陽(yáng)膜濃水室一側(cè)的膜面上富集。當(dāng)水中Ca2+和Mg2+存在時(shí)，在陰膜上產(chǎn)生極化結(jié)垢附于膜表面，增加膜電阻，導(dǎo)致產(chǎn)生額外的電能消耗，甚至減少膜的有效面積，縮短膜的正常使用壽命。因此電滲析過(guò)程存在速度與外加電場(chǎng)的能耗最優(yōu)選擇問(wèn)題，一般來(lái)說(shuō)電滲析過(guò)程的最優(yōu)能耗對(duì)應(yīng)最佳電流密度(單位面積上的電流大小)即極限電流密度。目前，常規(guī)降低能耗的主要措施包括:①將操作電流控制在極限電流以下，避免極化結(jié)垢后需要的定期倒換電極或酸洗。②盡快排出極室的結(jié)垢和氣體，研制并采用選擇性好和電解質(zhì)擴(kuò)散值小的離子交換膜改進(jìn)隔板網(wǎng)材料和結(jié)構(gòu)形式。③在動(dòng)力消耗合理的情況下，適當(dāng)減薄隔板厚度，改善溶液的力學(xué)條件。④濃、淡室的壓力應(yīng)保持均衡;重視原水溶液的預(yù)處理;防止設(shè)備漏電等等。另外還有將原水溶液預(yù)熱，因?yàn)殡S著溫度的升高，水電阻會(huì)減小，這樣可以降低操作電壓，大大降低電能消耗。從原理上看，電滲析器的耗電量由電滲析器的外加電場(chǎng)(本體直流)耗電量與克服水經(jīng)過(guò)電滲析器時(shí)損失的耗電量之和，根據(jù)歐姆定律，可將電滲析器的工作電壓分解為以下幾個(gè)部分:U = Edj+Emq+IRjc+IRmq+IRsh( I)式中Edj為電極反應(yīng)所需的電壓;Emq為克服膜電位所需的電壓；I為電滲析器的工作電流;Rjc為接觸電阻；Rmo為膜電阻;Rsh為水電阻。一般工作電壓U需要近百伏，而Edj—般僅為幾伏。由于膜兩側(cè)濃度不同產(chǎn)生的膜電位與外加電壓相反，每對(duì)膜電位Emq約為零點(diǎn)幾伏?？朔娮杷枰碾妷合模碔Rjc、IRmq與IRsh之和約占總電壓消耗的60?70 %。因此上述常規(guī)降低能耗方法的主要原理是希望改善膜的性能，通過(guò)降低接觸電阻、膜電阻和水電阻等造成的電壓從而減小電能消耗。但是當(dāng)膜的性能提高后，希望通過(guò)高電壓直流電源供電的電滲析裝置提高滲析速度時(shí)，電極電壓Edj增大，電極反應(yīng)的電能消耗就會(huì)相應(yīng)提高。而對(duì)于低電壓直流電源供電的電滲析裝置來(lái)說(shuō)，如何加快離子向?qū)?yīng)膜迀移提高滲析速度也是值得重視的問(wèn)題。
[0003]總之，在外加直流電源一定時(shí)，如何通過(guò)提高滲析速度來(lái)提高滲析效率是所有電滲析裝置都必須要考慮的問(wèn)題之一。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種提高電滲析效率的聚電場(chǎng)膜電滲析裝置，旨在提供通過(guò)改變電極的形狀和位置從而增大膜處的電場(chǎng)強(qiáng)度，提高滲析效率的電滲析方法。
[0005]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種提高電滲析效率的聚電場(chǎng)膜電滲析裝置，所述聚電場(chǎng)膜電滲析裝置包括:圓桶形鐵電極、中心鐵電極、膜、出水孔、儲(chǔ)液池、排污孔；
[0006]儲(chǔ)液池上設(shè)置有圓桶形鐵電極和中心鐵電極，中心鐵電極上設(shè)置有膜，膜的底部有排污孔，排污孔同時(shí)穿過(guò)儲(chǔ)液池的底部，儲(chǔ)液池的頂端安裝有出水孔。
[0007]本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種應(yīng)用所述提高電滲析效率的聚電場(chǎng)膜電滲析裝置的無(wú)機(jī)膜電滲析裝置。
[0008]本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種應(yīng)用所述提高電滲析效率的聚電場(chǎng)膜電滲析制造的有機(jī)膜電滲析裝置。
[0009]本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種應(yīng)用所述提高電滲析效率的聚電場(chǎng)膜電滲析這種的雜化膜電滲析裝置。
[0010]本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種應(yīng)用所述提高電滲析效率的聚電場(chǎng)膜電滲析癥狀的均相膜電滲析裝置。
[0011]本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種所述提高電滲析效率的聚電場(chǎng)膜電滲析裝置的異相膜電滲析裝置。
[0012]本實(shí)用新型提供的提高電滲析效率的聚電場(chǎng)膜電滲析裝置，電壓恒定的圓弧形非勻強(qiáng)電場(chǎng)中，電場(chǎng)強(qiáng)度越來(lái)越強(qiáng)，加快了離子向?qū)?yīng)膜迀移速度，提高了滲析效率；同時(shí)，電力線截面越來(lái)越小，因此相應(yīng)膜的面積可以依次減小，節(jié)約膜用量。提高速度，提高處理標(biāo)準(zhǔn)，降低生產(chǎn)成本。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的提高電滲析效率的聚電場(chǎng)膜電滲析方法流程圖。
[0014]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的提高電滲析效率的聚電場(chǎng)膜電滲析裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖中:1、圓桶形鐵電極;2、中心鐵電極;3、圓桶形膜;4、出水孔;5、儲(chǔ)液池;6、排污孔。
[0016]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的提高電滲析效率的聚電場(chǎng)膜電滲析方法原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。
[0019]如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例的提高電滲析效率的聚電場(chǎng)膜電滲析方法包括以下步驟:
[0020]SlOl:以中心鐵電極為中心、將圓桶形鐵電極和膜套裝成共軸圓桶，形成非勻強(qiáng)電場(chǎng)；
[0021]S102:在確定膜桶的高度和直徑、圓桶外壁距鐵電極內(nèi)壁之間距離的情況下，根據(jù)圓桶形鐵電極表面積/膜桶表面積多10，得到聚電場(chǎng)膜電滲析裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
[0022]如圖2所示，本實(shí)用新型實(shí)施例的提高電滲析效率的聚電場(chǎng)膜電滲析裝置主要包括:圓桶形鐵電極1、中心鐵電極2、圓桶形膜3、出水孔4、儲(chǔ)液池5、排污孔6。
[0023]儲(chǔ)液池5上設(shè)置有圓桶形鐵電極I接電源負(fù)極和中心鐵電極2接電源正極，中心鐵電極2上設(shè)置有膜3，儲(chǔ)液池5的頂端安裝有出水孔4，膜3的底部有排污孔6，排污孔6同時(shí)穿過(guò)儲(chǔ)液池5的底部。
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的工作原理作詳細(xì)的說(shuō)明。
[0025]如圖3所示，圓桶形鐵電極表面積/膜桶表面積=10，外壁距圓桶形鐵電極內(nèi)壁I厘米。
[0026]也以測(cè)定膜內(nèi)膜外液面高度差推算出來(lái)，工作前，膜內(nèi)膜外液面在同一水平面內(nèi)。通電后膜內(nèi)液面會(huì)緩慢下降，到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)保持不變。它是由電場(chǎng)力膜的通透性選擇性共同造成的。不同的高度差對(duì)應(yīng)不同的電場(chǎng)強(qiáng)度，不同的離子漂移速率，離子漂移數(shù)。離子漂移數(shù)除以透膜內(nèi)正離子濃度百分比，就得理論流量。對(duì)于一般生活污水的處理，工作時(shí)原液從正電極區(qū)進(jìn)入，通過(guò)膜后，從負(fù)極流出就是達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)的水。圓桶形鐵電極而積/膜桶表面積=10是試驗(yàn)確定的比值。實(shí)際應(yīng)用時(shí)這個(gè)比值還可再大。
[0027]在實(shí)際應(yīng)用中需要將單個(gè)裝置組合成串聯(lián)組時(shí)，應(yīng)遵循的原則是:讓待處理液總是從正極區(qū)流入，從負(fù)極區(qū)流出，因?yàn)樵谒芤褐?，水合氫離子的漂移速率是其他任何離子漂移速率的5倍以上。讓待處理液從正極區(qū)進(jìn)，從負(fù)極區(qū)流出，就能得到會(huì)聚電場(chǎng)力的推動(dòng)加速與其他離子的分離，加速水處理。
[0028]對(duì)于重金屬離子、氧化砷等污染嚴(yán)重污水的處理，可采用多套這種裝置進(jìn)行多級(jí)串聯(lián)的方式來(lái)解決。這一個(gè)裝置與下一個(gè)裝置的具體連接是:第二個(gè)裝置的電極正負(fù)與第一個(gè)相反，中心電極罰負(fù)，外為正;第一個(gè)流出的溶液進(jìn)入第二個(gè)的正極區(qū)，第三個(gè)裝置的正負(fù)極與第一個(gè)相同；第二個(gè)裝置流出的溶液進(jìn)入第三個(gè)裝置中心的正極區(qū)，連接開(kāi)始循環(huán)直至排放達(dá)標(biāo)。
[0029]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種提高電滲析效率的聚電場(chǎng)膜電滲析裝置，其特征在于，所述提高電滲析效率的聚電場(chǎng)膜電滲析裝置包括:圓桶形鐵電極、中心鐵電極、膜、出水孔、儲(chǔ)液池、排污孔； 所述儲(chǔ)液池上設(shè)置有圓桶形鐵電極和中心鐵電極，圓桶形鐵電極接電源的負(fù)極，中心鐵電極接電源的正極，中心鐵電極上設(shè)置有透膜，透膜的底部設(shè)置有排污孔，排污孔穿過(guò)儲(chǔ)液池的底部，儲(chǔ)液池的頂端安裝有出水孔。
【文檔編號(hào)】B01D61/54GK205627656SQ201521137244
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2015年12月31日
【發(fā)明人】皮大能, 齊海兵, 鄢自華
【申請(qǐng)人】皮大能, 齊海兵, 鄢自華