CN1162341C

CN1162341C - 磁电渗析器

Info

Publication number: CN1162341C
Application number: CNB021019045A
Authority: CN
Inventors: 陈树庆; 张东红
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-01-10
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2022-01-10
Also published as: CN1359857A

Abstract

磁电渗析器。一种用电化学方法处理水的设备，尤其是一种在现有电渗析器中加入永磁板以增强溶液中带电粒子定向偏移，以及水的磁处理除垢的设备。它可广泛用于海水淡化、苦咸水淡化、海水浓缩制盐、工业给水脱盐等。它含有其上带有原水进口，电极冲洗水进口，电极冲洗液出口，淡化水出口和浓缩水出口的壳体，壳体内装有电极，并且在阳、阴两电极之间装有一组呈交替且间隔排列的阳离子交换膜和阴离子交换膜，其特征是：它的壳体在与水流方向和电流方向都平行的两壳壁上分别贴合一块永磁板。以使溶液中带电粒子同时受到洛仑磁力的作用而定向偏移并水的磁处理除垢，从而解决现有电渗析器水处理量小、耗电量大、易结垢等问题。

Description

磁电渗析器

技术领域

本发明涉及一种用电化学方法处理水的设备。尤其是一种在现有电渗析器中加入永磁板以增强溶液中带电粒子定向偏移，以及水的磁处理除垢的设备。它可广泛用于海水淡化、苦咸水淡化、海水浓缩制盐、工业给水脱盐等。

背景技术

现有的水处理设备是电渗析器，它基于电渗析法，亦即在直流电场中利用离子交换膜的选择透过性，使水或溶液中的正、负离子分别向阴离子交换膜、阳离子交换膜作定向迁移，其结构可从图1～图3中看到，图中是以海水淡化为例子加以说明。它包含有一个其上带有原水(海水)进口11(11a和11b)、电极冲洗水进口16(其中16b是阳极冲洗水进口、16a是阴极冲洗水进口)、电极冲洗液出口12(12b是阳极冲洗水出口，流出稀酸液氯水；12a是阴极冲洗水出口，流出稀碱液NaOH)、处理后的水的出口13(其中淡化水出口为13a、浓缩水的出口为13b)的壳体1；壳体内安装电极2(其中阳极为2a、阴极为2b)和在阴极和阳极之间安装一组呈交替且间隔设置的阳离子交换膜3和阴离子交换膜4。原水从海水进口11进入电渗析器，并在两电极上接通直流电，则来自海水溶液中的Na+离子、CL-离子在阳离子交换膜3、阴离子交换膜4上作选择性迁移(←口表示Na+离子的迁移，O→代表CL-离子的迁移)，最终从淡化室的出口13a供出淡化水，从浓缩水出口13b流出浓缩海水。在上述过程进行了一段时间后，因离子交换膜和两电极上出现结垢、电极极化，使海水淡化的速度逐渐放慢、出水质量降低、电耗增大。现有的电渗器的缺点是：1)正、负离子迁移速度取决电渗析器的结构、材料及电流密度、被处理水的性质等，一旦设备已制成、装妥，上述各参数均成定局，故水处理速度和处理质量均无法再提高、电流效率也无法再提高，耗电量就无法降低；2)在阴、阳离子交换膜和两电极上出现的结垢和电极极化，将降低了膜、电极的电渗析性能和使用寿命，故必需及时对其进行冲洗处理，严重时还须进行拆洗，从而降低了水处理的能力，并且该操作麻烦又费时；如果采用频繁倒极的方法，虽可部分解决结垢和极化的问题，但每次倒极也必须停产、影响生产率。

发明内容

本发明是要解决上述现有技术中存在的问题，提供一种水处理效果好、速度快、处理能力大、省电的磁电渗析器，并使它还具有结构简单合理、使用方便可靠等特点。

本发明的磁电渗析器，其特点是：它含有其上带有原水进口，电极冲洗水进口，电极冲洗水出口，淡化水出口和浓缩水出口的壳体，壳体内装有电极，在阳、阴两电极之间装有一组呈交替且间隔排列的阳离子交换膜和阴离子交换膜，其特征是：它的壳体在与水流方向和电流方向都平行的两壳壁上分别贴合有一块永磁板。以使电渗析处理水的空间内，加入一个其磁力线方向与水流方向和电流方向都垂直以使流动溶液中的阴、阳离子作定向偏移的静磁场。两永磁板之间的静磁场强度不小于0.5特斯拉，以确保有足够的电磁感应力。

本发明磁电渗析器，它的两电极之间带有能使阴、阳两极进行互换的电源切换闸，同时在原水进口、淡化水出口、浓缩水出口、与原水供水管、淡化水导出管、浓缩液导出管上均装有可变换流体在壳体上的进、出状态的换向阀；并且还可在原水供水管上装有磁铁块。以提前对进水作磁化处理，清除进水内的铁磁性颗粒，有效地防止该颗粒进入本发明磁电渗析器、影响磁电渗析的水处理效果。

本发明的有益效果是：1)通过对传统电渗析法的电渗析器进行改进之后，因静磁场对水流中的离子所产生的电磁感应力(洛仑磁力)增大了单纯电场作用下的离子定向偏移力，从而提高设备的水处理能力，并节省电能；2)所加的磁场增加溶液中离子的游离度，降低离子的水合作用，又增大离子在阴、阳离子膜上的选择通透性，从而降低液阻和膜阻，使水处理效率更加提高、电能消耗更大幅降低；3)因水的磁处理有利于电渗析设备的除垢，因而减少了拆洗停顿或频繁倒极的频率、提高了设备的使用效率及使用寿命；4)本发明磁电渗析器的结构简单合理、制造方便，并且与现有的电渗析器相比较，只是在其壳体上外加两块永磁板，因此可方便对现有电渗析器的更新改造。

下面将通过实例并对照附图，对本发明作进一步的叙述。

附图说明

图1和图2、图3分别是现有电渗析器的结构示意图和立体透视图、主视图；

图4是用于本发明磁电渗析器上的两块永磁板；

图5本发明磁电渗析器的主视图；

图6是本发明磁电渗析器所带有的为实施频繁倒极而设置的可变换水流方向和电极极性的管路、电路设置图。

对各附图的标号说明如下：

1-壳体；11-原水进口(其中11a通向淡化室，11b通向浓缩室)；12-电极冲洗水出口(其中12b是阳极冲洗出口，12a是阴极冲洗水出口)；13a-淡化水出口；13b-浓缩水出口；14-阳极室；15-阴极室；16-电极冲洗水进口(其中16b是阳极冲洗水进口，16a是阴极冲洗水进口)；17-高导磁材料板；18-淡化室；19-浓缩室；2-电极(其中2a-阳极、2b-阴极)；3-阳离子交换膜；4-阴离子交换膜；5-电源切换闸；6-永磁板；7-低导磁材料板；8-换向阀；9-禁止符；10-磁铁块；20-本发明磁电渗析器；21-原水供水管；23-淡化水导出管；24-浓缩水导出管；B-永磁板产生的磁力线方向标记。

具体实施方式

实施例1.本实施例磁电渗析器，它的结构可从图5中看到，并且它的内部结构可参照图1和图2。它含有一个带上下左右前后六个壳壁的壳体1，在壳体的上、下两壳壁带有原水进口11a和11b(除了在频繁倒极时11a和11b必须分开外，其余情况的管11a和11b均可合二为一)、电极冲洗水进口16(其中16b是阳极冲洗水进口，16a是阴极冲洗水进口)、电极冲水出口12(12b是阳极冲洗水出口，如流出稀酸液氯水；12a是阴极冲洗出口，如流出稀碱液NaOH)、淡化水出口13a和浓缩水出口13b；壳体内有阳极室14和阴极室15，阳极室内有阳极2a、阴极室内有阴极2b，在阳极和阴极之间是一组交替间隔排列的阳离子交换膜3和阴离子交换膜4；壳体在与水流方向和电流方向都平行的两壳壁的外侧面上分别贴合有一块永磁板6。使用本实施例的磁电渗析器时，原水从进口11a和11b进入、两电极上接通直流电，这时电场对离子的偏移力Fe＝qE(q为离子的电量，E为电场强度)，溶液中的正、负离子在图1中分别以←口表示正离子的迁移，O→代表负离子的迁移，磁场对离子的洛仑磁力Fm＝qvB(q为离子的电量，v为水流速度，B为磁场强度)，且Fm与Fe的方向一致，故在该两力F＝Fe+Fm的共同作用下，正离子向阴极偏移并选择性地透过阳离子交换膜3、负离子向阳极偏移且选择性地透过阴离子交换膜4，最终从淡化室的出口13a供出淡化水，从浓缩水出口13b流出浓缩水。由于本实施例在现有电渗析器的水处理空间内加入了与阴、阳离子偏移方向一致的磁力线为B方向的静磁场，不仅能使离子所受的实际偏移力、离子偏移速度大大提高、水处理能力大大提高，并且还由于磁处理的作用降低了溶液中离子的水合作用、增大离子的游离度及离子在离子交换膜上的选择通透性、降低了电渗析过程中的液阻和膜阻，使电流效率得以提高、减少了耗电量，并且还能有效地防止膜和电极的结垢、电极极化。

本实施例磁电渗析器在安装时，只要将图4所示的两块永磁板6外贴到图3所示的现有电渗析器前、后两壳体的外壁面上，亦即永磁板6上的aidc、efhg分别贴合到壳体1的外侧壁AIDC、EFHG即可。其结构简单合理、制造和安装方便、所增的零部件不多。

实施例2.与实施例1所不同的是两永磁板6之间的静磁场强度不小于0.5特斯拉。因为洛仑磁力Fm＝qvB，它与磁场强度B成正比，磁场强度大越有利于提高静磁场对离子的设计偏移力，效果就越好，还有利于提高水处理速度。如果能够用20特斯拉以上的超导体强磁场则更为理想。另外，由于洛仑磁力是向量，所以与本发明磁电渗析器的电渗析空间必须是无回路型，以使液流沿整个膜面流过，流速总的方向保持一致。

实施例3.可从图5中看到，与实施例1、实施例2所不同的是它的壳体在与水流、电流方向都平行的两壳壁是高磁导材料板17，其余的壳壁均为导磁性比前两壳壁低的低磁导材料板。以克服因其余壳壁的磁场屏蔽作用，而降低了对外加磁场的作用。

实施例4.可从图6中可以看到，它可以对实施例1、实施例2、实施例3的设备进行频繁倒极以消除电极和阴、阳离子交换膜上的结垢、极化。它的结构是在原水进口11a和11b、淡化水出口13a浓缩水出口13b上均装有水流的换向阀8，并且在电路中装有可使阴、阳两极对换的电源切换闸5。

在对磁电渗析器进行倒极操作时，可通电源切换闸5使原来的阴极变为阳极、阳极变为阴极，同时还通过换向阀8使管11a、11b、13a、13b中的水流换向。9是禁止符，即换向阀在禁止符9处水管关闭，与换向阀相接的另外两水管接通。

本实施例磁电渗析器通电时，如图6a所示，11a、11b通过水流的换向阀8与原水供水管21接通。由11a进入的原水经磁电渗析器20的淡化处理变成淡化水，然后经13a、换向阀8，从淡化水导出管23引出；由11b进入的原水经磁电渗析器浓缩处理后变成浓缩水，此后经13b、换向阀8，从浓缩水导出管24流出。图6b是表示倒极后的磁电渗析器的水流情况，这时通过电源切换闸5使原来的阴极变为阳极、阳极变为阴极，同时管13a、管13b通过水流的换向阀8与原水供水管21接通，原水由13b进入磁电渗析器在倒极变换后的淡化室并处理成淡化水，由11b流出磁电渗析器；由13a进入磁电渗析器的原水，在倒极变换后的浓缩室处理成浓缩水，并由11a流出磁电渗析器；最后11b中的水流通过换向阀由淡化水导出管23引出，11a中的水流通过换向阀由浓缩水导出管24流出。

实施例5.从图6中看到，它可在实施例1、实施例2、实施例3、实施例4中磁电渗析器的原水供水管21上安装磁铁块10，它可提前清除铁磁性颗粒，以防其在设备中堆积。

Claims

1、一种磁电渗析器，它含有其上带有原水进口(11)，电极冲洗水进口(16)，电极冲洗液出口(12)，淡化水出口(13A)和浓缩水出(13b)的壳体(1)，壳体内装有电极(2)，并且在阳、阴两电极之间装有一组呈交替且间隔排列的阳离子交换膜(3)和阴离子交换膜(4)，其特征是：它的壳体在与水流方向和电流方向都平行的两壳壁上分别贴合有一块永磁板(6)。

2、根据权利要求1所述的磁电渗析处理水的方法，其特征是：所说的两永磁板之间的静磁场强度不小于0.5特斯拉。

3、根据权利要求1或2所述的磁电渗析器，其特征是：所说的两电极之间带有能使阴、阳两电极进行互换的电源切换闸(5)，同时在原水进口(11a)、(11b)、淡化水出(13a)、浓缩水出口(13b)与原水供水管(21)、淡化水导出管(23)、浓缩液导出管(24)上均装有可变换流体在壳体上的进、出状态的换向阀(8)。

4、根据权利要求1或2所述的磁电渗析器，其特征是：所说的原水供水管(21)上装有磁铁块(10)。

5、根据权利要求3所述的磁电渗析器，其特征是：所说的原水供水管(21)上装有磁铁块(10)。