一种紧凑型电渗析装置的制作方法

本实用新型涉及电渗析技术领域，特别涉及一种液压紧固的紧凑型电渗析装置。

背景技术：

电渗析是电场驱动的水溶液离子脱除/浓缩的分离技术，在电场的作用下可实现淡化室水溶液盐分的脱除和浓缩室水溶液盐分的富集。电渗析可应用于：（1）地表水纯化、苦咸水淡化和海水淡化等饮用及生活用水的制备，（2）工业初级纯水脱盐、工业中水脱盐、工业含盐废水治理、反渗透浓水脱盐等工业用水制备、治理及循环利用，（3）化工/食品/医药生产过程中水溶液盐分的脱盐，确保产品品质或使生产过程可持续进行。电渗析的应用为生产生活提供了新水源，实现了水资源的循环利用，与生产工艺结合实现生产过程的节能减排，是一种重要的水处理及分离工艺。

电渗析装置的核心部件是由多张阴离子交换膜、淡化室隔板、阳离子交换膜和浓缩室隔板交替排列组成的电渗析膜堆（membrane stack）。膜堆两端分别放置电极、配水板和夹紧板，并通过螺杆和螺母紧固，形成了电渗析膜组件（membrane module）。通常电极固定于配水板，配水板有淡化液或浓缩液的进水口和出水口以及电极液的进水口和出水口，配水板的布水流道将淡化液或浓缩液导引到膜堆，将电极液导引到电极表面；夹紧板边缘有螺杆孔，用于组件紧固。中国专利CN201320159281.6和CN201320286817.0、美国专利US8784632和US9359232中的电渗析膜组件均通过螺杆和螺母紧固。工业应用中往往要求设备具有更高的处理量，这通过增大设备的截面积和增加膜对数来实现（1个膜对包含1张阴离子交换膜、1张淡化室隔板、1张阳离子交换膜和1张浓缩室隔板）；比如典型的截面尺寸为400mm×1600mm的膜组件配制200-250膜对，典型的截面尺寸为800mm×1600mm的膜组件配制250-300膜对。大型膜组件需要10多套螺杆紧固，通常人力安装，劳动强度大；各螺杆的压紧力很难控制均匀，可能出现局部过紧或膜堆渗水问题；在使用过程中各螺杆需要定期再紧固，费时费力；并且单台设备需要配备相应进出水管，当设备数量较多时占用很大用地面积。

中国专利CN201420589614.3和CN201620418557.1公开了采用液压紧固的电渗析装置，离子交换膜和隔板交替排列后通过带有浓水和淡水进出水口的两块平板初步紧固形成膜堆，多个膜堆首尾相连放置于两块极板之间，极板上固定了电极并带有电极液进出水口，然后整体通过液压驱动的两块压紧板紧固。液压紧固克服了螺杆紧固伴随的压紧力不均匀问题，且能实现多个膜堆的集成。然而，这些液压紧固的电渗析装置采用多个膜堆放置于两块带电极的极板之间，压合单个膜堆的两块平板上没有电极；所有膜堆只能有同样的电流，无法实现各个膜堆电流的按需调整；紧固膜堆的两块平板类似隔板，边沿压合密封，中央挖空填充淡化液或者浓缩液，平板带有进出水口从而厚度会超过30mm，导致平板本身的电阻很大，额外消耗电能，平板内溶液流速不同于临近隔板，导致紧邻平板的离子交换膜及隔板因两侧水压不一致而变形；在一对电极之间放置多个膜堆，导致一对电极之间的膜对数过多，根据Yoshinobu Tanaka编辑出版的《Ion Exchange Membranes Fundamentals and Applications》（ISBN 978-0-444-51982-5）第12章的分析，过多并联的膜对数会导致更多的电流从浓缩液和淡化液的布水流道中泄漏，即内部电流泄漏（internal electric current leakage），降低了电渗析装置的电流效率，增加了运行能耗。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种紧凑型电渗析装置，该装置采用液压紧固，能够放置多个电渗析膜组件，每个膜组件带有独立的电极和配水板，从而各个膜堆之间可以自由地串联或并联，各个膜堆可以独立施加电流，灵活度高，占地面积小。

本实用新型所提供的紧凑型电渗析装置，包括至少两个电渗析膜组件和一套液压装置，所述的电渗析膜组件包括由离子交换膜和隔板构成的膜堆和置于膜堆两端的固定有电极的配水板，电渗析膜组件通过液压装置紧固。

所述配水板上有淡化液或浓缩液的进水口和出水口以及电极液的进水口和出水口，配水板上有将淡化液或浓缩液导引到膜堆的布水流道和将电极液导引到电极表面的布水流道，配水板边缘有多个贯穿孔，通过穿过所述贯穿孔的螺杆及与螺杆螺接的螺母将配水板、膜堆和另一块配水板连接成一个整体单元。

所述液压装置包括尾板、尾板基座、推板、液压油缸、油缸基座、液压油箱、液压泵和两根横梁组成，尾板固定于尾板基座，液压油缸固定于油缸基座，两根横梁互相平行地一端固定于尾板或尾板基座而另一端固定于油缸基座，推板固定连接到液压油缸的活塞杆，液压油缸通过油路管道连接到液压油箱和液压泵。

所述配水板上设有挂耳，用于将膜组件悬挂于液压装置的横梁上，膜组件放置于尾板和推板之间；在液压泵的驱动下油缸活塞杆带动推板沿横梁水平移动，在推板的作用下膜组件被压紧。

所述液压泵为手动液压泵或电动液压泵。

作为一种优选方式，所述的液压装置的液压油缸的活塞杆上安装有锁紧螺母，在施加于膜组件的压力达到设定要求后可通过锁紧螺母将活塞杆锁住，从而保持对膜组件的压力。

现有技术中，采用螺杆和螺母紧固的电渗析膜组件的各螺杆的压紧力很难控制均匀，人力紧固劳动强度大，且使用过程中各螺杆需要定期再紧固，当电渗析设备数量较多时占用很大用地面积。现有技术中，采用液压紧固的电渗析装置的多个膜堆首尾相连放置于两块固定有电极的极板之间，多个膜堆只能有同样的电流；每个膜堆两端的两块平板本身的电阻很大导致额外的电能消耗，且紧邻平板的离子交换膜及隔板易变形；当电渗析装置包含的膜对数过多时，装置的电流效率降低，运行能耗增加。

本实用新型的电渗析装置采用液压装置紧固多个首尾相连的电渗析膜组件，保证膜组件受压均匀，膜堆不易变形或产水漏水；液压紧固省时省力，只需按压手动液压泵或启用电动液压泵即可实现，无需人力紧固十多个螺杆；每个电渗析膜组件包含了一对固定于配水板的电极，每个膜组件可以设置不同的电流，且各个膜组件的电极之间的膜对数不至于过高而影响了组件的电流效率；每个电渗析膜组件的配水板有淡化液、浓缩液和电极液的进水口和出水口，每个膜组件可单独控制各股溶液，各个膜组件的淡化液和浓缩液可自由地并联以实现较大的处理量或串联以实现较大的脱盐或浓缩程度；模块化的电渗析组件，便于拆装维护。

当电渗析装置紧固了多个电渗析膜组件时，各膜组件的进/出水口临近，各膜组件的各股溶液的控制阀门、流量计、压力表等部件可以安放在同一操作架，相比于独立安放的由螺杆和螺母紧固的多个电渗析膜组件，占地面积小，结构紧凑。

本实用新型的电渗析装置特别适用于待处理溶液的溶液量或盐浓度经常变化的场合；当待处理溶液量减少时，可以只启用部分电渗析膜组件，即将溶液导入到部分电渗析膜组件并对这些膜组件单独通电，而现有的液压紧固装置无法实现这种操作；当待处理溶液量较大时，可以将溶液平行地导入所有的电渗析膜组件并对这些膜组件通电，即这些膜组件对于淡化液或浓缩液而言是并联的；当待处理溶液需要较大脱盐或浓缩程度时，可以将溶液导入部分电渗析膜组件后进而再导入其余电渗析膜组件，即这些膜组件对于淡化液或浓缩液而言是串联的，并可按需对不同膜组件施加不同大小的电流，而现有的液压紧固装置无法实现这种不同电流的操作。

附图说明

图1是本实用新型紧凑型电渗析装置的结构示意图；

图2是本实用新型电渗析膜组件的结构示意图；

图3是本实用新型电渗析膜组件的配水板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步阐述和说明。

一种紧凑型电渗析装置，如附图1所示，包括电渗析膜组件101和液压装置，液压装置包括尾板104、尾板基座102、推板105、液压油缸106、油缸基座103、横梁107以及液压油箱和液压泵组成。作为示例，附图1标示了4个电渗析膜组件101，膜组件数量可根据需要调整，一般介于2-10之间。尾板104固定于尾板基座102上，液压油缸106固定于油缸基座103上，两根横梁107互相平行地一端固定于尾板104或尾板基座102而另一端固定于油缸基座103上，推板105固定连接到液压油缸106的活塞杆上，液压油缸106通过油路管道连接到液压油箱和液压泵。如附图2所示，电渗析膜组件包括离子交换膜和隔板构成的膜堆202和置于膜堆两端的配水板201，电极203固定于配水板201上，配水板201上有淡化液或浓缩液的进/出水口206和电极液的进/出水口207，配水板201上有将淡化液或浓缩液导引到膜堆的布水流道和将电极液导引到电极表面的布水流道，配水板201边缘有多个贯穿孔205，配水板201上设有挂耳204。如附图3所示，配水板上留有安放电极的槽位301以及安放电极接线柱的槽位302，淡化液或浓缩液的进/出水口303通过配水板内部的布水流道和内部进/出水口304而连通到淡化室隔板或浓缩室隔板，电极液的进/出水口通过配水板内部的布水流道和内部进/出水口305而连通到电极表面。

将离子交换膜和隔板交替排列构成的膜堆202和装配了电极的配水板201通过螺杆和螺母预先紧固成一个膜组件101，按需要将一个或多个膜组件101通过挂耳204悬挂于液压装置的横梁107上，膜组件放置于尾板104和推板105之间；作为选项，可以在膜组件101之间以及膜组件101与尾板104和推板105之间按需放置软质缓冲垫；作为选项，推板105上也可安装推板挂耳108，悬挂于横梁107上；通过液压泵推动推板105往尾板104前行，将膜组件101压紧直到液压油缸106上的压力表数值达到设定值，膜组件达到了紧固要求后可通过锁紧螺母将液压油缸105的活塞杆位置锁定从而保持对膜组件的紧固力。

完成电渗析装置的紧固后，将配水板上的淡化液、浓缩液和电极液的进/出水口与外部淡化液、浓缩液和电极液的水管相连，也可按需将多个膜组件的进/出水口之间串联或并联，将电极203与直流电源的接线端子相连，从而完成整个系统的连接。

完成电渗析系统的连接后，通过水泵将淡化液、浓缩液和电极液引入到膜组件中，施加电流；在电场的作用下，各膜堆淡化液中的盐分穿过离子交换膜迁移到浓缩液中，淡化液的盐浓度降低，浓缩液的盐浓度升高，从而实现电渗析过程。

在使用过程中，当膜组件的紧固力降低时，可手动或自动地启动液压泵推动推板105前行直至对膜组件的紧固力达到设定要求。

在本实用新型的实施过程中，配水板的进/出水口和内部布水流道可按需变通，比如也可将淡化液和浓缩液的进/出水口设计在配水板的左右两侧，类似于图2中的电极液的进/出水口，也可将淡化液和浓缩液的进/出水口设计在配水板的上下两侧，类似于中国专利CN201320286817.0中图1所示的那样。

本实用新型的实施过程中，电极材料、结构以及电极接线端子可按需变通，比如可采用板状电极（电极板），可采用网状电极，可采用棒状电极（电极棒），接线端子可从配水板上端引出，也可从配水板侧边引出。

以上所述仅为本实用新型的具体实施例，并非用来限定本实用新型的实施范围，凡依本

技术实现要素：
所做的等效变化和修饰都应涵盖在本实用新型的技术范畴。