一种电渗析器的制作方法

本实用新型涉及电渗析器，特别是涉及一种防止结垢的电渗析器。

背景技术：

随着我国缺水问题的日益恶化，北方地区地下水超采问题严峻。工业用水是我国水资源使用大户，我国长期规划工业废水要达到80％以上的回用率，而目前一般仅为50％左右，因此工业废水的中水回用将有很大的增长空间。同时，我国环保政策要求火力发电厂、电镀、煤化工等行业实现废水零排放。

在处理含盐废水时，电渗析器具有浓缩倍数高，操作压力低，回收率高等优点。但是在许多含盐废水，例如脱硫废水、反渗透浓水和循环冷却塔排污水等，待处理的废水溶液中包含有多种离子，主要有Aⁿ⁺、B^n-、C⁺和D^-，其中Aⁿ⁺代表包括钙离子、镁离子、铁离子、铜离子等多价阳离子，B^n-代表硫酸根离子、磷酸根离子、碳酸根离子等多价阴离子，C⁺代表如钠离子、钾离子、铵根离子等单价阳离子，D^-代表如氯离子、硝酸根离子等单价阴离子，钙离子、镁离子与硫酸根离子、磷酸根离子、碳酸根离子之间容易结合形成沉淀，容易造成电渗析设备结垢。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种电渗析器，该实用新型能够对易结垢的多价阴离子和多价阳离子进行选择性分离浓缩，防止电渗析设备结垢。

为解决此技术问题，本实用新型的技术方案是：一种电渗析器，包括阳极板、膜堆、阴极板和固定密封膜堆的压紧板；所述膜堆包括选择性透过单价阴离子的单价选择性阴离子交换膜、透过单价阳离子和多价阳离子的阳离子交换膜和隔板；单价选择性阴离子交换膜为n张，所述阳离子交换膜为n+1张，所述阳离子交换膜和所述单价选择性阴离子交换膜在压紧板之间交替设置；

所述隔板包括中间板和中间板两侧的支撑板，所述中间板中部设有铺满隔网的隔室，所述中间板的上端和下端分别设有间隔设置的水流孔和连通孔；所述中间板设有连通所述水流孔和所述隔室的流道；所述支撑板中间设有与隔室相连通的第一孔；所述支撑板的上端和下端在对应所述水流孔和所述连通孔的位置分别设有相应的第二孔，所述流道朝向所述连通孔的一端位于其两侧所述第二孔之间，所述中间板两侧的所述支撑板覆盖其所述流道的剩余部分。

进一步改进，所述中间板每一个所述连通孔和所述隔室之间设有一组流道，每一组所述流道向着所述隔室呈放射状分布。由于支撑板的支撑作用，可以避免膜对中相邻两块隔板的流道交叉对处在两隔板中间的离子交换膜产生压力，从而避免离子交换膜在其两侧流道交叉处的侧面均产生压痕，因此三层夹芯结构的隔板具有流道的设置不受相邻两块隔板流道不能交叉的限制，即相邻的两个隔板的流道可以相互交叉重贴设置，因此进入浓室或者淡室的水均能均匀的进水和出水，减轻极化现象，提高离子分组的效率，降低结垢的可能；另一方面，阳离子交换膜和单价选择性阴离子交换膜均能被支撑板保护，减少压痕的出现，二者之间由于三层夹芯结构的隔板保证本实用新型中的离子交换膜被有效的保护，在具有布水均匀，防止死区出现的同时，还具有使用可靠，寿命长的特点。

进一步改进，每一条所述流道从所述隔室向其对应的所述连通孔的转向处为圆弧状，圆弧半径为5至10mm。圆滑的流道在拐弯处呈圆弧状设计，圆滑的流道减小了水流阻力，同时还可以减轻水中颗粒物的沉淀造成流道的阻塞。

进一步改进，位于所述隔室两侧的每一组所述流道连通所述隔室的一端均匀间隔分布在所述中间板上，所述流道连通所述连通孔的另一端均匀间隔分布在所述中间板上。进一步均匀流道在隔室进水或者出水一侧的分布，使得隔室的布水更加均匀，防止隔室中产生死区。

进一步改进，每一块所述中间板位于下端的所述连通孔与位于所述中间板上端的所述连通孔交错设置；位于所述中间板同侧的相邻两所述连通孔之间设有一个水流孔。每一块通过上述设置，保证隔室的浓水或者淡水都能充分流动，防止死区的产生。

优选每一条所述流道宽度相等，每一条流道的宽度为0.5至2.5mm，每个所述连通孔对应的流道数量为5至15条；所述中间板的厚度为0.3至1mm；所述支撑板厚度为0.15至0.5mm。通过调整流道个数和中间板厚度保证每个所述连通孔对应的所述流道的总过水截面积为5至12mm²。结合流道选择的宽度和支撑板的厚度，以保证支撑板在0.5Mpa压强下支撑板在流道处不产生明显压痕。

通过采用上述技术方案，本实用新型的有益效果是：本实用新型中通过重复设置透过单价阳离子和多价阳离子的阳离子交换膜-隔板-选择性透过单价阴离子的单价选择性阴离子交换膜-隔板，两块隔板采用两种形式进行叠放，两隔板的隔室分别为一浓室和一淡室；本实用新型将待处理废水中的Aⁿ⁺、B^n-、C⁺和D^-(其中Aⁿ⁺代表包括钙离子、镁离子、铁离子、铜离子等多价阳离子，B^n-代表硫酸根离子、磷酸根离子、碳酸根离子等多价阴离子，C⁺代表如钠离子、钾离子、铵根离子等单价阳离子，D^-代表如氯离子、硝酸根离子等单价阴离子，其中钙离子、镁离子与硫酸根离子、磷酸根离子、碳酸根离子之间容易结垢，)进行分离，浓室浓缩其两侧淡室中的Aⁿ⁺、C⁺和D^-，淡室中的Aⁿ⁺、C⁺和D^-分别从两侧的阳离子交换膜和单价选择性阴离子交换膜中透过进入其两侧浓室，由于淡室中的B^n-不能从两侧的离子交换膜中透过进入浓室，从而实现了B^n-与Aⁿ⁺的分离，浓室中形成由易结垢性废水中的多种价态的混合阳离子和单价阴离子组成的不易结垢的离子组成形式，即实现了将容易结垢的Aⁿ⁺和B^n-进行选择性分离和浓缩；上述膜对的搭配配合隔板的结构，所述中间板上端的连通孔以及与该连通孔对应位置的其两侧的第二孔构成所述隔板的出水孔或进水孔；所述中间板下端的连通孔以及与该连通孔对应位置的其两侧的第二孔构成所述隔板的进水孔或出水孔；位于所述中间板上端或者下端的所述流道指向其对应的所述连通孔的一端位于两侧所述支撑板的所述第二孔之间；所述流道的剩余部分由两侧的所述支撑板覆盖。本实用新型中通过将隔板设置为三层夹芯结构，即位于中间的中间板和位于中间板两侧的支撑板，支撑板将中间板上的流道覆盖，防止阳离子交换膜和单价选择性阴离子交换膜在流体压力的作用下凹陷入流道中，一方面防止流道阻塞，另一方面还能防止流道阻塞后水流不畅造成热扩散慢而发生烧膜现象；本实用新型不仅能实现选择性浓缩分离易结垢离子而且选择性分离浓缩的效果好；本实用新型还具有可靠，安全，使用寿命长的特点。

从而实现本实用新型的上述目的。

附图说明

图1是本实用新型涉及的一种电渗析器的结构示意图；

图2是本实用新型原理示意图；

图3是本实用新型中隔板的局部放大图；

图4是本实用新型中中间板的结构示意图；

图5是本实用新型中支撑板的结构示意图。

图中：

膜堆100；压紧板2；单价选择性阴离子交换膜3；阳离子交换膜4；隔板5；中间板51；隔室511；水流孔512；连通孔513；流道514；隔网515；支撑板52；第一孔521；第二孔522。

具体实施方式

为了进一步解释本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来对本实用新型进行详细阐述。

本实用新型公开一种电渗析器，如图1至图5所示，包括阳极板、膜堆100、阴极板和固定密封膜堆100的压紧板2；所述膜堆100包括选择性透过单价阴离子的单价选择性阴离子交换膜3、透过单价阳离子和多价阳离子的阳离子交换膜4和隔板5；单价选择性阴离子交换膜3为n张，所述阳离子交换膜4为n+1张，所述阳离子交换膜4和所述单价选择性阴离子交换膜3在压紧板2之间交替设置；

所述隔板5包括中间板51和中间板51两侧的支撑板52，所述中间板51中部设有铺满隔网515的隔室511，所述中间板51的上端和下端分别设有间隔设置的水流孔512和连通孔513；所述中间板51设有连通所述水流孔512和所述隔室511的流道514；所述支撑板52中间设有与隔室511连通且形状与隔室51相同的第一孔521；所述支撑板52的上端和下端在对应所述水流孔512和所述连通孔513的位置分别设有相应的第二孔522，所述流道514朝向所述连通孔513的一端位于其两侧所述第二孔522之间，所述中间板51两侧的所述支撑板52覆盖其所述流道514的剩余部分。本实施例中通过设置重复设置阳离子交换膜4-隔板5-单价选择性阴离子交换膜3-隔板5，两隔板5的隔室511分别为一浓室和一淡室；本实施例将待处理废水中的Aⁿ⁺、B^n-、C⁺和D^-(其中Aⁿ⁺代表包括钙离子、镁离子、铁离子、铜离子等多价阳离子，B^n-代表硫酸根离子、磷酸根离子、碳酸根离子等多价阴离子，C⁺代表如钠离子、钾离子、铵根离子等单价阳离子，D^-代表如氯离子、硝酸根离子等单价阴离子，钙离子、镁离子与硫酸根离子、磷酸根离子、碳酸根离子之间容易产生结垢，)进行分离，浓室浓缩其两侧淡室中的Aⁿ⁺、C⁺和D^-，淡室中的Aⁿ⁺、C⁺和D^-分别从两侧的阳离子交换膜4和单价选择性阴离子交换膜3中透过进入其两侧浓室，由于淡室中的B^n-不能从两侧的离子交换膜中透出进入浓室从而实现了B^n-与Aⁿ⁺的分离，浓室中形成由易结垢性废水中的多种价态的混合阳离子和单价阴离子组成的不易结垢的离子组成形式，即实现了将容易结垢的Aⁿ⁺和B^n-进行选择性分离和浓缩；上述膜对的搭配配合隔板5的结构，所述中间板51上端的连通孔513以及与该连通孔513对应位置的其两侧的第二孔522构成所述隔板5的出水孔或进水孔；所述中间板51下端的连通孔513以及与该连通孔513对应位置的其两侧的第二孔522构成所述隔板5的进水孔或出水孔；位于所述中间板51上端或者下端的所述流道514指向其对应的所述连通孔513的一端位于两侧所述支撑板52的所述第二孔522之间；所述流道514的剩余部分由两侧的所述支撑板52覆盖。本实用新型中通过将隔板5设置为三层夹芯结构，即位于中间的中间板51和位于中间板51两侧的支撑板52，支撑板52将中间板51上的流道514覆盖，防止阳离子交换膜4和单价选择性阴离子交换膜3凹陷入流道514中，一方面防止流道514阻塞，另一方面还能防止流道514阻塞后水流不畅造成热扩散慢而发生烧膜现象；本实用新型不仅能实现选择性分离和浓缩易结垢离子而且选择性分离浓缩的效果好；本实用新型还具有可靠，安全，使用寿命长的特点。

本实施例中所述中间板51每一个所述连通孔513和所述隔室511之间设有一组流道514，每一组所述流道514向着所述隔室511呈放射状分布。由于支撑板52的支撑作用，可以避免膜对中相邻两块隔板5的流道514交叉对处在两隔板5中间的离子交换膜产生压力，从而避免离子交换膜在其两侧流道514交叉处的侧面由于受到具有流道514的隔板5挤压产生压痕，因此三层夹芯结构的隔板5具有流道514的设置不受相邻两块隔板5流道514不能交叉的限制，即相邻的两个隔板5的流道514可以相互交叉重贴设置，因此进入浓室或者淡室的水均能均匀的进水和出水，减轻极化现象，提高离子分组的效率，降低结垢的可能；另一方面，阳离子交换膜4和单价选择性阴离子交换膜3均能被支撑板52保护，减少压痕的出现，二者之间由于三层夹芯结构的隔板5保证本实用新型中的离子交换膜被有效的保护，在具有布水均匀，防止流动死区出现的同时，还具有使用可靠，寿命长的特点。

本实施例中每一条所述流道514从所述隔室511向其对应的所述连通孔513的转向处为圆弧状，圆弧半径为5至10mm。圆滑的流道514在拐弯处呈圆弧状设计，圆滑的流道514减小了水流阻力，同时还可以减轻水中颗粒物的沉淀造成流道514的阻塞。

本实施例中位于所述隔室511两侧的每一组所述流道514连通所述隔室511的一端均匀间隔分布在所述中间板51上，所述流道514连通所述连通孔513的另一端均匀间隔分布在所述中间板51上。进一步均匀流道514在隔室511进水或者出水一侧的分布，使得隔室511的布水更加均匀，防止隔室511中产生死区。

本实施例中每一块所述中间板51位于下端的所述连通孔513与位于所述中间板51上端的所述连通孔513交错设置。位于所述中间板51同侧的相邻两所述连通孔513之间设有一个水流孔512。通过上述设置，保证隔室511的浓水或者淡水都能充分流动，防止死区的产生。

本实施例中优选每一条所述流道514宽度相等，每一条流道514的宽度为0.5至2.5mm，每个所述连通孔513对应的流道514数量为5至15条；所述中间板51的厚度为0.3至1mm；所述支撑板52厚度为0.15至0.5mm。通过调整流道514个数和中间板51厚度保证每个所述连通孔513对应的所述流道514的总过水截面积为5至12mm²。结合流道514选择的宽度，以保证支撑板52在0.5Mpa压强下支撑板52在流道514处不产生明显压痕。进一步优选，本实施例中的支撑板52的厚度为0.25mm。

进一步优选本实施例中膜堆100总共包含：阳离子交换膜4为201张，单价选择性阴离子交换膜3为200张，隔板5数量为400张。隔板5单价选择性阴离子交换膜3和阳离子交换膜4的尺寸均为500mm*1100mm。本实施例中所述中间板51上端或者下端的所述集水孔的数量为8个；所述中间板51上端或者下端的所述连通孔513的数量为4个。本实施例中采用1台电渗析器间歇操作，浓室和淡室对应的进水箱的水经过电渗析器处理后重新回流到各自的进水箱。电渗析器的浓室对应的进水箱中通入0.45m³反渗透处理过的纯水，纯水电导率为4.3us/cm，淡室对应的进水箱中通入2m³某电厂脱硫废水，脱硫废水电导率为46706us/cm，钙离子含量4470mg/L，镁离子含量3150mg/L，钠离子含量2275mg/L，氯离子18200mg/L,硫酸根3000mg/L，硫酸根与钙离子的饱和指数高达158％，极易容易产生结垢。浓室进水流量为5m³/h，压力为2kpa。淡室进水流量为8m³/h，进水口压力为3kpa。电渗析采用恒定电压操作方式，操作电压为150V，电流范围为40～150A。运行70分钟后，浓水和淡水进水箱分别获得产水0.5m³和1.95m³。对进水箱中的产水进行取样化验分析，水质分析结果为：浓水箱最产水电导率为133947us/cm，钙离子含量15700mg/L，镁离子含量11320mg/L，钠离子含量7205mg/L，氯离子71819mg/L,硫酸根11mg/L。淡水箱最产水电导率为5443us/cm，钙离子含量558mg/L，镁离子含量328mg/L，钠离子含量485mg/L，氯离子323mg/L,硫酸根3094mg/L。经过该电渗析器处理后脱硫废水得到淡化，并获得的1.95m³淡水，此淡水可以回用于脱硫塔使用。同时获得0.5m³浓水，浓水主要以单价阴离子和多种价态阳离子的组合形式，硫酸根仅为11mg/L，硫酸根与钙离子的饱和指数仅为1.18％，避免了硫酸钙在电渗析器中浓室中产生结垢。

上述实施例和图式并非限定本实用新型的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。