CN106006869B - 带交叉导流管的电容脱盐装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带交叉导流管的电容脱盐装置，包括两个平行并联设置的单电容脱盐机构（1），每个单电容脱盐机构（1）的后侧都设有由相对平行设置的长电极（3）和多孔电极（4）构成的分离式电容脱盐机构（2），在单电容脱盐机构（1）和分离式电容脱盐机构（2）之间设有交叉设置的离子导流管（5）将单电容脱盐机构（1）中富集相反电性的溶液导入到与之对应的分离式电容脱盐机构（2）中，从而使得低盐水经低盐出水区（6）流出，而富集在长电极（3）处的高浓度离子水则经长电极（3）和多孔电极（4）构成的高盐出水区（7）流出。本发明使得高盐水发生阴阳离子分离的效果不受湍流扰动，交叉的离子导流管进一步提高了效率，易用性强且易维护。

Description

带交叉导流管的电容脱盐装置
技术领域
本发明涉及脱盐技术领域，具体地说是一种运用电容技术对高盐废水进行处理且具有效率高、易维护特点的带交叉导流管的电容脱盐装置。
背景技术
电容法脱盐是让含盐水流过在两侧有一对施加了电压的平板多孔电极（多为碳电极）的管道，离子在电场的作用下，分别向阴阳极富集，而使水中含盐量显著降低的技术，具有结构简单易维护的特点。电极使用多孔电极的原因是防止由于湍流扰动会带走富集在电极附近的离子而导致效率不高。还有通过在阴阳极分别加附一层阴阳离子交换膜的方式来进一步提高效率。然而这些方法都存在自身的问题。多孔电极的电极孔隙吸附饱和后就无法再吸收更多的离子，导致装置失去脱盐功能，需要施加反向电压进行洗脱，使电极再生。所以该装置无法连续工作。在实际使用中需要多装置并联和实时调控电压。严重制约了该技术的使用。而膜的使用尽管带来了效率的提高，但也带来了成本的升高和维护的困难。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种运用电容技术对高盐废水进行处理且具有效率高、易维护特点的带交叉导流管的电容脱盐装置。
本发明的目的是通过以下技术方案解决的：
一种带交叉导流管的电容脱盐装置，包括两个平行并联设置的单电容脱盐机构，其特征在于：每个单电容脱盐机构的后侧都设有由相对平行设置的长电极和多孔电极构成的分离式电容脱盐机构，在单电容脱盐机构和分离式电容脱盐机构之间设有交叉设置的离子导流管将单电容脱盐机构中富集相反电性的溶液导入到与之对应的分离式电容脱盐机构中，之后再通过多孔电极的限流避免了单电容脱盐机构中的湍流对离子分离效果的破坏，从而使得低盐水分别通过多孔电极进入其之间的区域经低盐出水区流出，而富集在长电极处的高浓度离子水则被收集混合形成高盐出水经长电极和多孔电极构成的高盐出水区流出。
所述的长电极包括第一长电极和第二长电极，第一长电极的前部和与之对应的第一短电极构成一个单电容脱盐机构，第二长电极的前部和与之对应的第二短电极构成另一个单电容脱盐机构，上述两个单电容脱盐机构亦构成该带交叉导流管的电容脱盐装置的前级。
所述的多孔电极包括第一多孔电极和第二多孔电极，第一多孔电极和与之对应的第一长电极的后部构成一个分离式电容脱盐机构，第二多孔电极和与之对应的第二长电极的后部构成另一个分离式电容脱盐机构，两个平行并联设置的分离式电容脱盐机构构成该带交叉导流管的电容脱盐装置的后级。
所述第一长电极的前部和与之对应的第一短电极之间的间距小于第一多孔电极和与之对应的第一长电极的后部之间的间距；且第二长电极的前部和与之对应的第二短电极之间的间距小于第二多孔电极和与之对应的第二长电极的后部之间的间距。
所述的第一多孔电极和与之对应的第一长电极的后部构成高盐出水区，且第二多孔电极和与之对应的第二长电极的后部构成高盐出水区；第一多孔电极和第二多孔电极之间的区域构成低盐出水区。
所述的第一长电极的前部和与之对应的第一短电极构成的区域尾端通过离子导流管与第二多孔电极和与之对应的第二长电极的后部构成的分离式电容脱盐机构连通；第二长电极的前部和与之对应的第二短电极构成的区域尾端通过离子导流管与第一多孔电极和与之对应的第一长电极的后部构成的另一个分离式电容脱盐机构连通。
所述的第一长电极和第一短电极的长度之比为2-4，且第一长电极和第一多孔电极的长度之比为1.5-2。
所述的第一长电极和第一短电极、或者第一长电极和第一多孔电极、或者第二长电极和第二短电极、或者第二长电极和第二多孔电极之间施加的恒压电场的电压为0.5～10伏特，且高盐区的电场强度大于低盐区。
所述多孔电极的多孔通过喷涂或浸润阴阳离子交换高分子材料以提高性能。
所述单电容脱盐机构和分离式电容脱盐机构中的全部电极皆采用惰性材质制成。
本发明相比现有技术有如下优点：
本发明通过在两个并联的单电容脱盐机构后面加设两个对应的分离式电容脱盐机构，且通过离子导流管将单电容脱盐机构尾端中富集相反电性的溶液导入到与之对应的分离式电容脱盐机构中，之后再通过多孔电极的限流避免了单电容脱盐机构中的湍流对离子分离效果的破坏，从而使得低盐水分别通过多孔电极进入其之间的区域经低盐出水区流出，而富集在长电极处的高浓度离子水则被收集混合形成高盐出水经长电极和多孔电极构成的高盐出水区流出；上述结构的设置避免了阴阳离子分别被平行阳阴极吸引而在两端富集后由于废水流量大、流速快而导致的极易形成湍流扰动打破阴阳离子分别富集的状态，能够有效限制湍流的产生，同时通过在多孔电极上施加合适的电位，能够进一步提高分离效果，通过调节高低盐水出水区的流量比例，可以最优化脱盐条件，达到最佳脱盐效果。
本发明通过带多孔电极的电容设计取代多对阴阳离子交换膜的平行排列的渗析池，通过取消离子交换膜，避免了膜方法的造价高、易损坏、难维护的缺点以及膜电渗析池的结构复杂、不易维护、维修困难的问题，也避免了现有的多孔电极电容式脱盐装置的需要定期逆转电场方向洗脱电极造成的脱盐不连续性和效率低下的问题，而且因为多对电极的存在，相比较单对电极，能够显著提高效率；通过添加多孔电极的方式有效避免了湍流造成的离子分离被破坏的情况，多电极的配置进一步提高了分离效果，装置无移动组件、结构简单易于清洁保养，通过导向***叉管路的设置显著提高了离子的分离和富集效率，对电极的连续洗脱使得整个脱盐过程是连续的，能够在线脱盐且不需要复杂的控制装置；故该四电极电容脱盐装置的效率、易用性、易维护性都得到了显著的提高，有效改善了电容类脱盐技术的应用前景，适宜推广使用。
附图说明
附图1为本发明的带交叉导流管的电容脱盐装置的结构示意图。
其中：1—单电容脱盐机构；2—分离式电容脱盐机构；3—长电极；31—第一长电极；32—第二长电极；4—多孔电极；41—第一多孔电极；42—第二多孔电极；5—离子导流管；6—低盐出水区；7—高盐出水区；8—第一短电极；9—第二短电极。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示：一种带交叉导流管的电容脱盐装置，包括两个平行并联设置的单电容脱盐机构1，每个单电容脱盐机构1的后侧都设有由相对平行设置的长电极3和多孔电极4构成的分离式电容脱盐机构2，在单电容脱盐机构1和分离式电容脱盐机构2之间设有交叉设置的离子导流管5将单电容脱盐机构1中富集相反电性的溶液导入到与之对应的分离式电容脱盐机构2中，之后再通过多孔电极4的限流避免了单电容脱盐机构1中的湍流对离子分离效果的破坏，从而使得低盐水分别通过多孔电极4进入其之间的区域经低盐出水区6流出，而富集在长电极3处的高浓度离子水则被收集混合形成高盐出水经长电极3和多孔电极4构成的高盐出水区7流出。另外单电容脱盐机构1和分离式电容脱盐机构2中的全部电极皆采用惰性材质制成；且多孔电极4的多孔通过喷涂或浸润阴阳离子交换高分子材料以提高性能。
在上述机构的基础上，长电极3包括第一长电极31和第二长电极32，第一长电极31的前部和与之对应的第一短电极8构成一个单单电容脱盐机构1，第二长电极32的前部和与之对应的第二短电极9构成另一个单电容脱盐机构1，上述两个单电容脱盐机构1亦构成该带交叉导流管的电容脱盐装置的前级；而多孔电极4包括第一多孔电极41和第二多孔电极42，第一多孔电极41和与之对应的第一长电极31的后部构成一个分离式电容脱盐机构2，第二多孔电极42和与之对应的第二长电极32的后部构成另一个分离式电容脱盐机构2，两个平行并联设置的分离式电容脱盐机构2构成该带交叉导流管的电容脱盐装置的后级；另外第一长电极31的前部和与之对应的第一短电极8之间的间距小于第一多孔电极41和与之对应的第一长电极31的后部之间的间距，且第二长电极32的前部和与之对应的第二短电极9之间的间距小于第二多孔电极42和与之对应的第二长电极32的后部之间的间距。第一多孔电极41和与之对应的第一长电极31的后部构成高盐出水区7且第二多孔电极42和与之对应的第二长电极32的后部构成高盐出水区7，第一多孔电极41和第二多孔电极42之间的区域构成低盐出水区6；第一长电极31的前部和与之对应的第一短电极8构成的区域尾端通过离子导流管5与第二多孔电极42和与之对应的第二长电极32的后部构成的分离式电容脱盐机构2连通，第二长电极32的前部和与之对应的第二短电极9构成的区域尾端通过离子导流管5与第一多孔电极41和与之对应的第一长电极31的后部构成的另一个分离式电容脱盐机构2连通。第一长电极31和第一短电极8的长度之比为2-4，且第一长电极31和第一多孔电极41的长度之比为1.5-2；另外第一长电极31和第一短电极8、或者第一长电极31和第一多孔电极41、或者第二长电极32和第二短电极9、或者第二长电极32和第二多孔电极42之间施加的恒压电场的电压为0.5～10伏特，且高盐区的电场强度大于低盐区。
本发明的带交叉导流管的电容脱盐装置使用时，各个电极之间施加的恒压电场的电压为0.5～10伏特，且高盐区的电场强度大于低盐区。高盐待处理水经进水管进入装置的前级后，在电场下发生阴阳离子分离，两个并联的前级分别有根离子导流管连接对应的后级，将分别富集相反电性的溶液导入对方后级，从而增强分离效果。后级多孔电极4的存在，多孔电极4将离子限制在对应的第一长电极31的后部或第二长电极32的后部附近并由相应的高盐出水区7导出，含较低浓度离子的水穿过多孔电极4后形成低盐水被低盐出水区7导出。由于单电容脱盐机构1的电极间距小、电压差大导致电场强度较高，对离子有很好的约束作用，通过调节高低盐水出水区的流量比例，能够最优化脱盐条件，达到最佳脱盐效果。在上述结构中，为进一步提高处理效率并根据实际使用的条件、要求来决定多孔电极4的孔径尺寸在几十微米到几毫米之间，必要时还可以将多孔电极4浸润在阴阳离子膜的高聚物原料中再引发聚合反应，在多孔腔中形成离子交换颗粒，提高分离效果。
本发明通过在两个并联的单电容脱盐机构后面加设两个对应的分离式电容脱盐机构，且通过离子导流管将电容脱盐机构1尾端中富集相反电性的溶液导入到与之对应的分离式电容脱盐机构2中，之后再通过多孔电极4的限流避免了电容脱盐机构1中的湍流对离子分离效果的破坏，从而使得低盐水分别通过多孔电极4进入其之间的区域经低盐出水区6流出，而富集在长电极3处的高浓度离子水则被收集混合形成高盐出水经长电极3和多孔电极4构成的高盐出水区7流出；上述结构的设置避免了阴阳离子分别被平行阳阴极吸引而在两端富集后由于废水流量大、流速快而导致的极易形成湍流扰动打破阴阳离子分别富集的状态，能够有效限制湍流的产生，同时通过在多孔电极4上施加合适的电位，能够进一步提高分离效果，通过调节高低盐水出水区的流量比例，可以最优化脱盐条件，达到最佳脱盐效果。
本发明通过带多孔电极4的电容设计取代多对阴阳离子交换膜的平行排列的渗析池，通过取消离子交换膜，避免了膜方法的造价高、易损坏、难维护的缺点以及膜电渗析池的结构复杂、不易维护、维修困难的问题，也避免了现有的多孔电极电容式脱盐装置的需要定期逆转电场方向洗脱电极造成的脱盐不连续性和效率低下的问题，而且因为多对电极的存在，相比较单对电极，能够显著提高效率；通过添加多孔电极4的方式有效避免了湍流造成的离子分离被破坏的情况，多电极的配置进一步提高了分离效果，装置无移动组件、结构简单易于清洁保养，通过导向***叉管路的设置显著提高了离子的分离和富集效率，对电极的连续洗脱使得整个脱盐过程是连续的，能够在线脱盐且不需要复杂的控制装置；故该四电极电容脱盐装置的效率、易用性、易维护性都得到了显著的提高，有效改善了电容类脱盐技术的应用前景，适宜推广使用。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种带交叉导流管的电容脱盐装置，包括两个平行并联设置的单电容脱盐机构（1），其特征在于：每个单电容脱盐机构（1）的后侧都设有由相对平行设置的长电极（3）和多孔电极（4）构成的分离式电容脱盐机构（2），在单电容脱盐机构（1）和分离式电容脱盐机构（2）之间设有交叉设置的离子导流管（5）将单电容脱盐机构（1）中富集相反电性的溶液导入到与之对应的分离式电容脱盐机构（2）中，之后再通过多孔电极（4）的限流避免了单电容脱盐机构（1）中的湍流对离子分离效果的破坏，从而使得低盐水分别通过多孔电极（4）进入其之间的区域经低盐出水区（6）流出，而富集在长电极（3）处的高浓度离子水则被收集混合形成高盐出水经长电极（3）和多孔电极（4）构成的高盐出水区（7）流出。
2.根据权利要求1所述的带交叉导流管的电容脱盐装置，其特征在于：所述的长电极（3）包括第一长电极（31）和第二长电极（32），第一长电极（31）的前部和与之对应的第一短电极（8）构成一个单电容脱盐机构（1），第二长电极（32）的前部和与之对应的第二短电极（9）构成另一个单电容脱盐机构（1），上述两个单电容脱盐机构（1）亦构成该带交叉导流管的电容脱盐装置的前级。
3.根据权利要求2所述的带交叉导流管的电容脱盐装置，其特征在于：所述的多孔电极（4）包括第一多孔电极（41）和第二多孔电极（42），第一多孔电极（41）和与之对应的第一长电极（31）的后部构成一个分离式电容脱盐机构（2），第二多孔电极（42）和与之对应的第二长电极（32）的后部构成另一个分离式电容脱盐机构（2），两个平行并联设置的分离式电容脱盐机构（2）构成该带交叉导流管的电容脱盐装置的后级。
4.根据权利要求3所述的带交叉导流管的电容脱盐装置，其特征在于：所述第一长电极（31）的前部和与之对应的第一短电极（8）之间的间距小于第一多孔电极（41）和与之对应的第一长电极（31）的后部之间的间距；且第二长电极（32）的前部和与之对应的第二短电极（9）之间的间距小于第二多孔电极（42）和与之对应的第二长电极（32）的后部之间的间距。
5.根据权利要求3所述的带交叉导流管的电容脱盐装置，其特征在于：所述的第一多孔电极（41）和与之对应的第一长电极（31）的后部构成高盐出水区（7），且第二多孔电极（42）和与之对应的第二长电极（32）的后部构成高盐出水区（7）；第一多孔电极（41）和第二多孔电极（42）之间的区域构成低盐出水区（6）。
6.根据权利要求3-5任一所述的带交叉导流管的电容脱盐装置，其特征在于：所述的第一长电极（31）的前部和与之对应的第一短电极（8）构成的区域尾端通过离子导流管（5）与第二多孔电极（42）和与之对应的第二长电极（32）的后部构成的分离式电容脱盐机构（2）连通；第二长电极（32）的前部和与之对应的第二短电极（9）构成的区域尾端通过离子导流管（5）与第一多孔电极（41）和与之对应的第一长电极（31）的后部构成的另一个分离式电容脱盐机构（2）连通。
7.根据权利要求3所述的带交叉导流管的电容脱盐装置，其特征在于：所述的第一长电极（31）和第一短电极（8）的长度之比为2-4，且第一长电极（31）和第一多孔电极（41）的长度之比为1.5-2。
8.根据权利要求3所述的带交叉导流管的电容脱盐装置，其特征在于：所述的第一长电极（31）和第一短电极（8）、或者第一长电极（31）和第一多孔电极（41）、或者第二长电极（32）和第二短电极（9）、或者第二长电极（32）和第二多孔电极（42）之间施加的恒压电场的电压为0.5～10伏特。
9.根据权利要求1所述的带交叉导流管的电容脱盐装置，其特征在于：所述多孔电极（4）的多孔通过喷涂或浸润阴阳离子交换高分子材料以提高性能。
10.根据权利要求1所述的带交叉导流管的电容脱盐装置，其特征在于：所述单电容脱盐机构（1）和分离式电容脱盐机构（2）中的全部电极皆采用惰性材质制成。
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