专利名称：错流设计的卷式电除盐器组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电除盐器组件，尤其涉及一种淡水和浓水以错流方式设计的，无浓水循环系统的电除盐组件。
背景技术：
电除盐过程是在直流电场和电活性介质的作用下，使液体中所含离子发生定向迁移，同时，利用阴阳离子交换膜对溶液中阴阳离子的选择透过性，使离子从一种溶液转移到另一种溶液，从而达到除盐目的的膜分离过程。
典型的电除盐装置一般包括正负电极，位于正负电极之间的，交替布置的阴阳离子交换膜，以及由阴阳膜所分隔而成的电极室、浓水室和淡水室。要处理的水进入淡水室，在离子交换树脂和电流的作用下，水中的带电离子分别向阳极和阴极方向迁移，带正电荷离子向阴极方向迁移，通过阳离子交换膜从淡水室进入到浓水室。同样地，带负电荷的离子向阳极方向迁移，通过阴离子交换膜从淡水室进入到浓水室。进入到浓水室的离子继续会在原来迁移方向上移动，但由于离子交换膜的选择性透过特性，即阳离子交换膜只容许阳离子通过，阴离子交换膜只容许阴离子通过，所以，在浓水室中的离子无法再回到淡水室中。这样就达到了纯化淡水室中水的目的。
在EDI组件中，对各种离子的脱出次序是不同的。首先是高价离子脱出，其次是低价易脱出离子被脱出，最后是弱离子化离子和氢离子和氢氧根离子。
而淡水室中的水在电流的作用下也会发生裂解反应，特别是在离子交换树脂和离子交换膜界面，容易发生水的裂解反应。裂解反应生成了氢离子和氢氧根离子，它们对离子交换树起到再生作用。因此，EDI技术是不用酸碱而实现对离子交换树脂连续再生的过程。
在现有电除盐装置中，尤其是在板框式EDI组件中，淡水室和浓水室中的水流一般是同向的或称并流(如图3所示)。其中图中1是浓水室，2为淡水室，3是极水室；5是浓水进水，6为淡水进水；7是正极，8是负极；9和10分别是极水进水，11为阳离子交换膜，12是阴离子交换膜；13是浓水出水，14为淡水出水，15和16分别是极水出水。在组件淡水室填加离子交换材料如离子交换树脂，浓水室和极水室填加离子交换材料如离子交换树脂或惰性支撑网格。在这种设计中，Ca++和Mg++从淡水室经过阳离子交换膜11迁移到浓水室1中，这个迁移是在组件的进水端发生的，当它们进入到浓水室后，在电流的作用下将继续向阴极方向移动，与此同时它们又会随水流向组件的出水端移动。当Ca++和Mg++到达阴离子交换膜12后，他们无法通过阴离子交换膜12回到淡水室2中，结果他们会随浓水流出组件。
而另一方面，水裂解反应所产生的部分氢离子和氢氧根离子以及弱电离离子如碳酸氢根和碳酸根离子也会透过离子交换膜进入到浓水室，在浓水室氢离子和氢氧根离子结合而生成水。但是在阳离子交换膜11浓水室侧表面，由于局部氢离子浓度较高，而呈现出强酸性。在阴离子交换膜12浓水室侧表面，由于局部氢氧根、碳酸氢根和碳酸根离子浓度较高，而呈现出强碱性。这个表面层厚度取决与浓水流动情况，浓水流动扰动剧烈时，表面层厚度就薄；而浓水流动扰动小时，表面层厚度就厚。
在现有板框式电除盐装置中，阴离子交换膜浓水室侧靠近组件出水端的部位，被阴离子交换膜所阻挡的Ca++和Mg++离子将会和氢氧根，碳酸氢根和碳酸根等硬度离子结合，产生沉淀结垢。
在现有的卷式电除盐装置中，是将阴阳离子交换膜的三边封闭形成一个膜袋形状，在膜袋的中间设置一分隔条，使得浓水的流向呈U形，分隔条下部对应着浓水进水，分隔条上部对应着浓水出水。从淡水室迁移到浓水室的硬度离子先进入到浓水进水即分隔条下部，然后随浓水流进入到浓水出水即分隔条上部；从淡水室迁移到浓水室的氢氧根，碳酸氢根和碳酸根离子，则进入到浓水出水即分隔条上部。这样一来，在浓水出水即分隔条上部硬度离子和氢氧根，碳酸氢根和碳酸根离子等将会相遇，而沉淀形成垢。另外，在膜袋的某些部位(如拐角处)容易对浓水形成死角，此处水流速缓慢或根本不流动，因此在这些部位上更易结垢。结垢不但影响离子交换膜的正常工作，同时还会增加浓水流动阻力，降低浓水流量，流量降低后，由于水流速度下降，使的硬度离子如Ca++和Mg++等不能及时流出浓水室，也加剧了结垢，这样一来就形成了恶性循环，影响组件的除盐性能和使用寿命，从而影响水体的交流并造成产水能力降低。
发明内容
本发明主要是提供一种结构更为合理，使得淡水室和浓水室中的水流实现错流设计，从而能够避免硬度离子和氢氧根，碳酸氢根和碳酸根离子等离子相遇，同时缩短浓水流动行程，去除了膜袋中的死角，降低了浓水室结垢的可能性的电除盐组件；解决现有技术所存在的淡水室和浓水室中的水流一般是同向的或称并流，而且一般采用浓水循环，使得阴离子交换膜浓水室侧靠近组件出水端的部位，极易发生结垢，影响组件的除盐性能和使用寿命，从而造成产水能力降低的技术问题。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的一种电除盐器组件，包括作为电极一极的中心管和与其同心外壳，外壳上设有电极的另一极，在中心管和外壳间设置有交替布置的阴阳离子交换膜，由阴阳膜所分隔而成的电极室、浓水室和淡水室，所述的阴阳离子交换膜相对的两端封闭，且浓水的进水口与出水口分设于阴阳离子交换膜开口的两端。浓水室无需加盐，其内可以填充导离子材料，也可不填充导离子材料；淡水室和浓水室中的水流设计为错流形式，即淡水流沿组件轴向方向流动，而浓水则呈径向螺旋式流动，而且浓水不循环，在组件出口端与极水一起直接排出，由于浓水和淡水流动方向是错流设计，所以减小了Ca++和Mg++离子和浓水室出水段处的氢氧根，碳酸氢根和碳酸根相遇的机会，从而降低了浓水室结垢的可能性。
作为优选，所述的阴阳离子交换膜形成两端开口的膜袋形状，膜袋两端开口之间是直通的，开口方向为沿直径方向，开口可以呈全开口或设有若干个间隔的开口。膜袋中间去除了间隔，从而避免或减缓了Ca++、Mg++等易结垢离子在阴离子交换膜浓水室侧，靠近组件出水端的，呈较强碱性的部位的结垢，而且浓水走直线，缩短了浓水的流程，在组件出水口与极水一起直接排出，去除了膜袋中的死角问题，从而降低了浓水室的结垢的可能性。
作为优选，所述的中心管为中空的一体的直通管道。中心管可以作为浓水的进水口，也可以作为浓水的出水口。
作为优选，所述中心管上设置有若干个均匀分布的开口，开口与浓水流道单元相连。中心管上设置的开口数目和膜袋上的开口相对应。
作为优选，集水室设置在外壳一侧，在集水室一端设置有若干均布的开口，开口与膜袋上相对应的开口相连。集水室一端的开口与膜袋上的开口数目相同，相对位置可以是对齐的，也可以是有交错的，这样更利于浓水流动。集水室一侧的开口也可以是浓水的进水口，也可以是出水口。
作为优选，以中心管作为浓水进水口，以外壳上集水板附近的开口为浓水出水口。浓水可以从中心管进入，从外壳端口与极水一起流出，而原来的淡水流向不变，浓水和淡水的走向基本呈90°。
因此，本发明具有避免硬度离子和氢氧根，碳酸氢根和碳酸根离子等离子相遇，缩短浓水流程，消除了膜袋中的浓水流动死角等问题，降低结垢的可能性，同时，结构也较为简单，从而提高了产水量和离子交换性能，延长了电除盐器的使用寿命。
附图1是本发明的一种错流设计的卷式电除盐器组件的整体视图。
附图2是本发明的一种错流设计的卷式电除盐器组件的浓淡水膜袋内走向示意图。
附图3是原有的卷式电除盐器组件的浓淡水膜袋内走向示意图。
附图4是本发明的一种错流设计的卷式电除盐器组件测试流程图。
附图4中a.电除盐器的产水；b.电除盐器的进水c.浓水排放d.极水排放具体实施事例下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1如附图1所示，一种错流设计的卷式电除盐组件以中心浓水管为中心，将离子交换膜卷制成圆柱体状，交替布置于圆柱形金属壳体之中，整个装置呈螺旋卷式结构。所述的离子交换膜分为阴离子交换膜12和阳离子交换膜11，分别构成电除盐组件的浓水室1、淡水室2，极水室3。所述的淡水室2填充有离子交换树脂，而浓水室1则没有填充。中心浓水管17兼作电除盐组件的正极7，而置于其外的金属壳体作为负极8。二电极又分别与其相邻近的阴阳离子交换膜构成极水室3。
中心管17是中空的一体的直通管，将其作为浓水的进水口，将浓、淡水通道分开的阴阳离子交换膜是将沿中心管轴向方向的两边密封，形成一种两端开口的膜袋形式，一端和中心管17相对，一端和集水室相对，膜袋开口的两端间也是直通的，膜袋是相对两端开口，以中心管17作为浓水的进口19，在外壳方向上集水板一侧设置有浓水出水口20，淡水室2和浓水室1中的水流设计为错流形式，淡水水流分别自淡水室2的进水口21流入组件，沿组件的轴向方向流动，自淡水室2的出水口22流出；而浓水水流自中心浓水管流入，分别自均匀分布于浓水管出水槽流出，呈径向螺旋式流动，二股水流大体呈90°夹角(如附图2所示)；而且浓水不循环，在组件出口端与极水一起直接排出。这样的走向，避免了浓水在原有的三面封闭的膜袋中设置有分隔条，使浓水走向呈U形(如附图3所示)，从而使硬度离子和氢氧根，碳酸氢根和碳酸根离子等离子在浓水出水端相遇，同时形成浓水流道死角，浓水流道过长，增加浓水流动阻力的问题，降低了结垢的可能性。
将上述错流设计的卷式电除盐器按附图4所示的流程进行测试，测试条件为淡水进水电导率为21.9μS/cm，淡水出口流量2.0m3/hr，浓水和极水流量为0.11m3/hr，淡水进水和浓水进水温度分别为25.6℃和25.8℃，淡水进水pH为6.5，操作电流为6A。
测试结果为淡水产水电阻率为17.2MΩ.cm，组件电压为148V，浓水出口电导率为273.5μS/cm，回收率为94.8％。
实施例2发明的结构与实施例1相同，测试组件浓水室中使用了可到离子材料作为支撑物，其它如实施例1。测试条件为淡水进水电导率为4.0μS/cm，淡水出口流量2.0m3/hr，浓水和极水流量为0.10m3/hr，淡水进水和浓水进水温度分别为24.5℃和24.6℃，淡水进水pH为7.0，操作电流为3A。
测试结果为淡水产水电阻率为18.0MΩ.cm，组件电压为33V，浓水出口电导率为82.2μS/cm，回收率为95.2％。
权利要求
1.一种错流设计的卷式电除盐器组件，包括作为电极一极的中心管(17)和与其同心外壳(18)，外壳(18)上设有电极的另一极，在中心管(17)和外壳(18)间设置有交替布置的阴、阳离子交换膜，由阴、阳离子交换膜所分隔而成的极水室(3)、浓水室(1)和淡水室(2)，其特征在于所述的阴、阳离子交换膜相对的两端封闭，且浓水的进水口与出水口分设于阴、阳离子交换膜开口的两端。
2.根据权利要求1所述的错流设计的卷式电除盐器组件，其特征在于所述的阴阳离子交换膜形成两端开口的膜袋形状，膜袋两端开口之间是直通的，开口方向为沿直径方向，开口可以呈全开口或设有若干个间隔的开口。
3.根据权利要求1所述的错流设计的卷式电除盐器组件，其特征在于所述的中心管(17)为中空的一体的直通管道。
4.根据权利要求1或2或3所述的错流设计的卷式电除盐器组件，其特征在于所述中心管(17)上设置有若干个均匀分布的开口，开口与浓水流道单元相连。
5.根据权利要求1或2或3所述的错流设计的卷式电除盐器组件，其特征在于集水室设置在外壳(18)一侧，在集水室一端设置有若干均布的开口，开口与膜袋上相对应的开口相连。
6.根据权利要求4所述的错流设计的卷式电除盐器组件，其特征在于集水室设置在外壳(18)一侧，在集水室一端设置有若干均布的开口，开口与膜袋上相对应的开口相连。
7.根据权利要求1或2或3所述的错流设计的卷式电除盐器组件，其特征在于以中心管作为浓水进水口(19)，以外壳上集水板附近的开口为浓水出水口(20)。
8.根据权利要求6所述的错流设计的卷式电除盐器组件，其特征在于以中心管作为浓水进水口(19)，以外壳上集水板附近的开口为浓水出水口(20)。
全文摘要
本发明涉及一种淡水和浓水以错流方式设计的，无浓水循环系统的电除盐组件。一种电除盐器组件，包括作为电极一极的中心管和与其同心外壳，外壳上设有电极的另一极，在中心管和外壳间设置有交替布置的阴阳离子交换膜，由阴阳膜所分隔而成的电极室、浓水室和淡水室，所述的阴阳离子交换膜相对的两端封闭，且浓水的进水口与出水口分设于阴阳离子交换膜开口的两端。本发明提供一种淡水室和浓水室中的水流错流设计，降低了浓水室结垢的可能性的电除盐组件；解决现有技术所存在的淡水室和浓水室中的水流一般是同向的或称并流，极易发生结垢，影响组件的除盐性能和使用寿命，从而造成产水能力降低的技术问题。
文档编号B01D61/48GK1824610SQ20051004915
公开日2006年8月30日 申请日期2005年2月25日 优先权日2005年2月25日
发明者李光辉, 巢新民, 李辉 申请人:浙江欧美环境工程有限公司