一种净水装置的制作方法

本发明涉及水处理设备领域，具体涉及一种净水装置。

背景技术：

电渗析是分离溶液中离子成分的公知技术，广泛应用在纯水制备、废水处理、海水淡化、苦咸水淡化、电解质富集等各个领域，其原理是利用离子交换膜的选择透过性，以外电场的电位差为推动力，达到各种离子的膜分离。

填充床电渗析是对传统电渗析的一种改进，通过在淡室中填充离子交换树脂，可提高离子脱除效率，降低电阻和浓差极化。但填充床电渗析的系统结构复杂、成本高、维护困难，也无法应用于高浊度、高有机物污染的水处理场合。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种净水装置，其成本低，且具有颗粒物过滤功能和电解质去除功能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种净水装置，其包括阴极和阳极，所述阳极和阴极之间设有第一阳离子选择性透过膜和第二阳离子选择性透过膜，所述第一阳离子选择性透过膜覆盖在阳极上，所述第二阳离子选择性透过膜与阴极之间形成阴极腔，与阳极之间形成净化腔；所述净化腔内填充有多孔滤材，所述净化腔一端设有净化腔进水口，另一端设有净水出口和废水出口；所述阴极腔一端设有阴极腔进水口，另一端设有阴极腔出水口，所述阴极腔进水口与废水出水口连接；净化腔和阴极腔中的水流方向与阳极或阴极平行。

所述多孔滤材的孔隙大小为0.3-2um,孔隙率为20%-45%，比表面积大于1.2m²/g。

所述多孔滤材为硅藻土、沸石、石英、活性炭、高岭石、蒙脱石、蛭石中的一种或几种。

所述多孔滤材经热活化处理或酸活化处理得到。

所述热活化的温度为200-600℃，热活化时间为0.5-24h。

所述酸活化处理为采用0.5-1.5mol/l硫酸溶液煮沸0.2小时至2小时后过滤并漂洗至ph值大于6.5。

所述净化腔和第二阳离子选择性透过膜之间设有至少一个堆叠单元，该堆叠单元包括由阴极向阳极方向依次设置的净水腔、阴离子选择性透过膜、中间腔和阳离子选择性透过膜，净水腔一端设有净水腔进水口，另一端设有净水出口；中间腔一端设有中间腔进水口，另一端设有中间腔出水口。

所述中间腔进水口连接净化腔的废水出口。

所述阳极和阴极为形状相通且相互平行的薄板结构。

所述阳极和阴极为呈同心设置的管状结构，且所述阳极设置在阴极内。

所述阳极和阴极之间的电压差为1-10伏，电流密度小于10安每平米。

所述阳极和阴极之间的电压差为2-4.5伏。

所述第一阳离子选择性透过膜为质子膜。

采用上述方案后，多孔滤材表面带有大量带电基团，在净水装置运行过程中，多孔滤材表面大量吸附水中的离子,在溶液中形成较强的双电层。在电场作用下，溶液中阳离子朝靠近阴极薄板方向的内孔表面运动，阴离子朝靠近阳极薄板方向的内孔表面运动，较短时间内就进入双电层中，并继续延着电场方向运动。由于离子的表面富集，净化腔中的离子运动和电流传导也主要在多孔滤材内孔的表面的双电层中进行。离子在内孔表面的运动速度远高于在水中的运动速度，这使得水中电解质特别是金属阳离子的迁移效率增强，离子去除效率大幅度提高。水中的阳离子通过阳离子选择性透过膜进入阴极腔中并排出，水中的阴离子则富集在净化腔中靠近阳极薄板的区域，被水流从废水出口带出。而且在电场作用下，多孔滤材同时也能高效阻挡或吸附水中的各种带电颗粒、胶体、微生物、病毒等污染物，并具有一定的消毒杀菌效果。

也就说，本发明利用了在电场作用下多孔滤材的吸附能力，极大提高了水中离子的去除效果，对各种水质都有很好的适应性。与常规的电渗析或离子交换树脂电渗析相比，本发明减少了对离子选择性透过膜和离子交换树脂的使用量，降低成本并提高了产水量。同时，在电场作用下多孔滤材能高效阻挡或吸附水中的各种带电颗粒、胶体、微生物、病毒等污染物，并具有一定的消毒杀菌效果。

附图说明

图1为本发明实施例一结构示意图；

图2为本发明实施例一剖视图；

图3为发明实施例二结构示意图；

图4为本发明实施例二横向剖视图；

图5为本发明实施例二无多孔滤材时的纵向剖视图；

图6为本发明实施例二填充多孔滤材时的纵向剖视图；

图7为本发明实施例三结构示意图；

图8为本发明实施例三剖视图。

具体实施方式

本发明揭示了一种净水装置，其包括阴极2和阳极1，在阳极1和阴极2之间设有第一阳离子选择性透过膜61和第二阳离子选择性透过膜62，其中，第一阳离子选择性透过膜61覆盖在阳极1上，而第二阳离子选择性透过膜62与阴极2之间形成阴极腔4，与阳极1之间形成净化腔3；净化腔3内填充有多孔滤材5，净化腔3一端设有净化腔进水口31，另一端设有净水出口32和废水出口33；阴极腔4一端设有阴极腔进水口41，另一端设有阴极腔出水口42，其中，阴极腔进水口41与废水出水口33连接；净化腔3和阴极腔4中的水流方向与阳极1或阴极2平行。

上述多孔滤材5可以采用硅藻土、沸石、石英、活性炭、高岭石、蒙脱石、蛭石中的一种或几种。

上述净化腔3和第二阳离子选择性透过膜62之间设有至少一个堆叠单元7，该堆叠单元7包括由阴极2向阳极1方向依次设置的净水腔71、阴离子选择性透过膜72、中间腔73和阳离子选择性透过膜74，净水腔71一端设有净水腔进水口711，另一端设有净水出口712；中间腔73一端设有中间腔进水口731，另一端设有中间腔出水口732，中间腔进水口731可以连接废水出口33。该堆叠单元7的设置可以提高水中离子的去除效果。

图1和图2为本发明实施例一结构示意图，该实施例中，净水装置包括形状相同且相互平行的阳极薄板1和阴极薄板2，在阳极薄板1和阴极薄板2之间设有第一阳离子选择性透过膜61和第二阳离子选择性透过膜62；其中，第一阳离子选择性透过膜61为质子膜，其覆盖在阳极薄板1的侧面上，而第二阳离子选择性透过膜62与阴极薄板2之间形成阴极腔4，与阳极薄板1之间形成净化腔3。

在净化腔3内填充有多孔滤材5，该多孔滤材5采用多孔硅藻土经过活化处理得到。该多孔滤材5的孔隙大小为0.3-2um,孔隙率为20%-45%，比表面积大于1.2m²/g。活化处理可以采用热活化处理或酸活化处理，当采用热活化处理时，热活化的温度为200-600℃，热活化时间为0.5-24h。当采用酸活化处理时，酸活化为采用0.5-1.5mol/l硫酸溶液煮沸0.2小时至2小时后过滤并漂洗至ph值大于6.5。

上述净化腔3的一端设有净化腔进水口31，另一端设有净水出口32和废水出口33，废水出口33靠近阳极薄板1。阴极腔4的一端设有阴极腔进水口41，另一端设有阴极腔出水口42。阴极腔出水口42与净化腔进水口31设置在相同的一端，而净水出口32、废水出口33和阴极腔进水口41设置在相同的另一端，而净化腔3的废水出口33和阴极腔进水口31连接。

当净水装置运行时，原水通过净化腔进水口31进入填充满多孔滤材5的净化腔4中，处理后形成净水和废水分别从净水出口32和废水出口33排除。废水出口33排出的废水部分作为阴极极水通过阴极腔进水口41进入阴极腔4中，并由另一端的阴极腔出水口42排出。

图3至图6为本发明另一实施例结构示意图，在该实施例中，净水装置包括呈同心设置的管状阳极1和管状阴极2，其中管状阳极1设置在管状阴极2内，管状阳极1和管状阴极2之间设有第一阳离子选择性透过膜61和第二阳离子选择性透过膜62，第一阳离子选择性透过膜61为质子膜，其覆盖在管状阳极1上，而第二阳离子选择性透过膜62与管状阴极2之间形成阴极腔4，与管状阳极1之间形成净化腔3。

管状阳极1和管状阴极2之间的电压差可以控制在1-10伏之间，电流密度小于10安每平米。作为优选地，可以将电压差控制在2-4.5伏之间，本实施例中管状阳极1和管状阴极2之间的电压差为4.5伏。

在净化腔3内填充有多孔滤材5，该多孔滤材5采用石英和活性炭的混合物经过活化处理得到。该多孔滤材5的孔隙大小为0.3-2um,孔隙率为20%-45%，比表面积大于1.2m²/g。多孔滤材5的活化处理与实施例一相同，在此不再赘述。

上述净化腔3的一端设有净化腔进水口31，另一端设有净水出口32和废水出口33，废水出口33靠近阳极薄板·。阴极腔4的一端设有阴极腔进水口41，另一端设有阴极腔出水口42。阴极腔出水口42与净化腔进水口31设置在相同的一端，而净水出口32、废水出口33和阴极腔进水口41设置在相同的另一端，而净化腔3的废水出口33和阴极腔进水口41连接。

当净水装置运行时，原水通过净化腔进水口31进入填充满多孔滤材5的净化腔4中，处理后形成净水和废水分别从净水出口32和废水出口33排除。废水出口33排出的废水部分作为阴极极水通过阴极腔进水口41进入阴极腔4中，并由另一端的阴极腔出水口42排出。

图7和图8为本发明实施例三结构示意图，该实施例中，净水装置包括形状相同且相互平行的阳极薄板1和阴极薄板2，在阳极薄板1和阴极薄板2之间设有第一阳离子选择性透过膜61和第二阳离子选择性透过膜62；其中，第一阳离子选择性透过膜61为质子膜，其覆盖在阳极薄板1的侧面上，而第二阳离子选择性透过膜62与阴极薄板2之间形成阴极腔4，与阳极薄板1之间形成净化腔3，在净化腔3和第二阳离子选择性透过膜62之间设有至少一个堆叠单元7，该堆叠单元7包括由阴极薄板2向阳极薄板1方向依次设置的净水腔71、阴离子选择性透过膜72、中间腔73和阳离子选择性透过膜74。

上述净化腔3和净水腔71内填充有多孔滤材5，该多孔滤材5采用多孔蒙脱石经过活化处理得到。该多孔滤材5的孔隙大小为0.3-2um,孔隙率为20%-45%，比表面积大于1.2m²/g。多孔滤材5的活化处理与实施例一相同，在此不再赘述。

上述净化腔3的一端设有净化腔进水口31，另一端设有净水出口32和废水出口33，废水出口33靠近阳极薄板1；阴极腔4的一端设有阴极腔进水口41，另一端设有阴极腔出水口42；堆叠单元7的净水腔71设有一端设有净水腔进水口711，另一端设有净水出口712；中间腔73一端设有中间腔进水口731，另一端设有中间腔出水口732；净化腔3的废水出口33连接阴极腔进水口41和堆叠单元7的中间腔进水口731。

当净水装置运行时，原水通过净化腔进水口31进入填充满多孔滤材5的净化腔3中，通过净水腔进水口711进入填满多孔滤材5的净水腔71中。原水进入净化腔3后，水中的阳离子通过堆叠单元7的阳离子选择性透过膜74进入中间腔73内并从中间腔出水口732排出，水中的阴离子则富集在净化腔3中靠近阳极薄板1的区域，被水流从废水出口33带出，去除阳离子和阴离子后的水从净水出口32排出。净化腔3的废水出口33排出的废水进入阴极腔4内从阴极腔出水口42排出，以及进入堆叠单元7的中间腔73内从中间腔出水口732排出。

原水进入堆叠单元7的净水腔71后，水中的阳离子通过另一堆叠单元7的阳离子选择性透过膜74进入中间腔73内并从中间腔出水口732排出，或者通过第二阳离子选择性透过膜62进入阴极腔4内从阴极腔出水口42排出；水中的阴离子则通过该堆叠单元7的阴离子选择性透过膜72进入中间腔73内并由中间腔出水口732排出。

本发明的多孔滤材5表面带有大量带电基团，在净水装置运行过程中，多孔滤材5表面大量吸附水中的离子,在溶液中形成较强的双电层。在电场作用下，溶液中阳离子朝靠近阴极2方向的内孔表面运动，阴离子朝靠近阳极1方向的内孔表面运动，较短时间内就进入双电层中，并继续延着电场方向运动。由于离子的表面富集，净化腔3中的离子运动和电流传导也主要在多孔滤材内孔的表面的双电层中进行。离子在内孔表面的运动速度远高于在水中的运动速度，这使得水中电解质特别是金属阳离子的迁移效率增强，离子去除效率大幅度提高。而且在电场作用下，多孔滤材5也能高效阻挡或吸附水中的各种带电颗粒、胶体、微生物、病毒等污染物，并具有一定的消毒杀菌效果。

以上所述，仅是本发明实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。