一种用于处理高浓盐水的电渗析电极板、电渗析装置及使用方法

摘要

本发明涉及一种用于处理高浓盐水的电渗析电极板，所述电渗析电极板一面为折流式曲面。本发明还提供了采用所述用于处理高浓盐水的电渗析电极板的电渗析装置和电渗析处理方法。本发明提供的新型电渗析极板的电流密度大，抗污染能力强；电渗析装置的使用寿命长。

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，涉及一种电渗析脱盐装置极板的改进，更具 体地是通过特殊的极板曲面折流式排列的方式，从而改善格网的污堵、增强抗 污染能力、提高电渗析的脱盐率。

背景技术

随着对传统电渗析过程的改进，使电渗析技术成为新的热门研究领域。电 渗析作为一种膜分离技术，它是在直流电场的作用下，以电位差为推动力，利 用离子交换膜的选择透过性。把电解质中盐分从溶液中分离，从而实现产品的 浓缩、精制或纯化的目的。电渗析的电极设在膜堆两侧，采用直流电源作为电 渗析脱盐的推动力。电极是电渗析器的主要部件之一，它直接影响电渗析的使 用效果和脱盐效率。

电渗析中电极在选材中一般具有良好的化学稳定性和电化学稳定性，良好 的机械和加工性能。在电渗析的运行过程中，反应电流的阻力除了来自膜堆电 阻、溶液电阻外，还受到来自电极反应的极化电阻。现有技术将常用的为钛涂 钌电极形成板状、柱状或网状结构来获得较大的反应电流及析氧、析氢电位小 的电极。网格状结构能够减少贵金属的使用，在工业化中使用较多。

一般水处理后获得可回用的淡水和排放的污水，排放的污水高盐高硬，无 法使用，造成环境负担，如何减少污水的排放量，获得较高的淡水回用率一直 是水处理领域的目标。

但目前工程化运行中几种电极板都存在着一些问题，分析如下：

平行的平面电极板：由于电极板是板块状的，造成电极板材料浪费；电极 板为平面导致电流密度小，电流利用率低，正被逐渐淘汰；

平行的小圆柱型电极板：由于圆柱在排列的过程中形成了阴阳两面，阴面 的电极板在脱盐的过程中基本不起作用，导致电流利用率低，电流密度小，无 法用于高浓盐水的处理；

网格状电极板：目前的网格状电极板多为菱形排列较多，同样会造成阴阳 两面，减小了电流的利用率；处理高浓盐水时，容易堵死网格，影响脱盐过程 的加电，及易造成电极板烧坏。

因此，本领域亟待开发一种新型的电渗析电极电极板，其具有较高的电流 密度、抗污染能力强。当用于处理高浓盐水时，表现优异。

发明内容

针对现有的电渗析极板结构存在的电流密度小，电能利用率低，对于高浓 盐水处理效果差的问题，本发明目的之一是提供一种用于处理高浓盐水的电渗 析电极板，所述电极板创造性的将电渗析电极板一面设置为折流式曲面，解决 了网格状电极板网格污堵，电能利用率低，脱盐效率低的问题，获得了较大的 电流密度，较高的电能利用率，和较好的高浓盐水处理效果。

本发明所述电渗析电极板为折流式曲面，即所述曲面具有至少2个波谷。

本发明提供的电渗析极板的电流密度大，抗污染能力强。

本发明的目的之二是提供一种电渗析装置，所述电渗析装置应用了目的之 一所述电极板，将电极板的曲面安装朝向膜堆的一面，解决了网格状电极板网 格污堵，电能利用率低，脱盐效率低的问题，获得了较大的电流密度，较高的 电能利用率，和较好的高浓盐水处理效果；另外，本发明提供的电渗析装置的 使用寿命长。

具体地，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种电渗析装置，含有至少一个电渗析单元；和用于将所述至少一个电渗 析单元夹紧连成整体的夹紧装置；其中，所述电渗析单元包括两个电极板组件 和位于两个电极板组件之间的膜堆，所述电极板组件由绝缘板和嵌入绝缘板中 的电极板组成，所述电极板为目的之一所述的用于处理高浓盐水的电渗析电极 板，所述电极板的曲面面向膜堆一侧。

本申请提供的电渗析装置的作用原理可以作如下理解：

①折流式曲面增加了电极板的电流密度：

本发明提供的面向膜堆一面为折流式曲面的电极板，增加了电极板的曲率， 增加了单位面积上的电极板长度，增强了电极板上单位面积的电流密度。当曲 面的曲率呈现半圆形时，单位面积的有效长度会增加1.57倍，大大地提高了电 流密度，改善了高浓盐水的脱盐效果。

②折流式曲面改变了场强分布：

电极板曲面曲率的不同，导致出现递变的微小不同场强；在递变的微电场 交替作用下，离子交换膜的工作环境被激活，电渗析脱盐效率提高；另一方面， 在递变的微电场交替作用下，微生物的活性被更大范围的改变，生长周期延长， 降低了微生物的污堵。

③折流式曲面改变了水流方向：

对于现有技术的平面电极板，水流呈现单一方向的流动；而本申请通过将 电极板设置为折流式曲面，改变了电极板上水流的状态，形成电极板表面水流 时刻不停的扰动，形成扰流，大大减少了电极板表面的结垢问题；另一方面， 扰流很大程度上带动了电极板表面的微絮凝体的流动，清除了表面的絮体和大 量的微生物，很难在电极板表面结垢，降低了微生物和污垢的污堵。

综合来看，电极板折流式曲面的设置通过改变曲率改变了电流密度，提高 了电能的利用率；通过改变曲率改变了场强，提高了离子交换膜的工作环境和 微生物的活性，提高了电渗析装置的抗污染能力；通过改变曲率改变了水流方 向，产生扰流，减少了污堵，对电极板起到冲刷作用，提高了电渗析膜的使用 寿命。

本发明所述电极板与绝缘板紧密配合，以防止电渗析装置的处理水透过电 极板组件。

本发明对电极板和绝缘板的紧密配合的方式不做具体限定，本领域技术人 员可以根据实际情况进行选择，只要能够达到防止电渗析装置处理水透过电极 板组件的方式均可用于本发明。

优选地，所述电极板边缘与绝缘板完全焊接。

本发明所述电极板上面向膜堆一面为折流式曲面。

优选地，本发明所述电极板表面涂覆有贵金属复合材料；

优选地，所述贵金属材质选自钌、依或铑中的任意1种或至少2种的合金。

贵金属复合材料作为一种耐腐蚀和电化学性能很好的材料，在电渗析使用 过程中得到广泛应用。

本发明所述电极板连接电源，所述电源为直流电源。

本发明所述高浓盐水的TDS≥10000mg/L。

本发明还提供了一种高浓盐水脱盐的电渗析处理方法，所述电渗析处理方 法采用前述电渗析装置进行。

本发明所述的电渗析装置能够用于所有的污水，优选用于TDS≥10000mg/L 的高浓盐水。本发明对于高浓盐水的来源没有限定，可以是生产直接排水，也 可以是生产排水经过工艺段处理后的浓水。所谓浓水指经过水处理后排入环境 的高浓盐水，与回收利用的淡水相对应。

本发明所述高浓盐水脱盐的电渗析处理方法包括如下步骤：

(1)将高浓盐水经精滤器处理，除去大颗粒物质，得产水1；

(2)将产水1通入目的之一所述电渗析装置，之后接通电源，调节运行参 数，进行电渗析处理，得产水2。

优选地，电渗析装置中通入产水1至少15s后，接通电源。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)电极板电极板上面向膜堆一面设计为折流式曲面，大大增加了单位面 积上电极板的有效长度，增加了电流密度，提高了电渗析的效能；曲面在电极 板上形成了递变场强，激活了离子交换膜的活性，微生物的活性被更大范围的 改变，生长周期延长，降低了微生物的污堵；折流式曲面还在电极板上产生了 扰流，清除了表面的絮体和大量的微生物，增加了电渗析装置的寿命；

(2)利用本发明提供的折流式曲面电极板进行电渗析处理，使得电能利用 率高，处理效率高，尤其是对高浓盐水进行电渗析处理，抗污染能力增强、脱 盐效果提高。

附图说明

图1是本发明提供的电极板的结构示意图。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了， 所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

一种采用用于处理高浓盐水的电渗析电极板的电渗析装置，所述装置含有 至少一个电渗析单元；和用于将所述至少一个电渗析单元夹紧连成整体的夹紧 装置；其中，所述电渗析单元包括两个电极板组件和位于两个电极板组件之间 的膜堆，所述电极板组件由绝缘板和嵌入绝缘板中的电极板组成，所述电极板 上面向膜堆一面为折流式曲面。所述电极板的结构图1所示(图1为电极板的 结构示意图)。

所述电极板与绝缘板紧密配合，以防止电渗析装置的处理水透过电极板； 优选所述电极板边缘与绝缘板完全焊接；

所述电极板连接电源，所述电源为直流电源。

实施例

一种高浓盐水的处理方法，所述高浓盐水可以是生产直接排水，也可以是 生产排水经过工艺段处理后的浓水。所谓浓水指经过水处理后排入环境的高浓 高盐水，与回收利用的淡水相对应。

所述方法具体包括如下步骤：

(1)将高浓盐水经精滤器，除去大颗粒物质，得装置的进水；

(2)经增压泵将进水提升进入前述的电渗析装置，之后接通电源，调节电 流和电压，进行电渗析脱盐处理，得淡水和浓水，每12小时取样检测进水、淡 水和浓水，测试结果见表1；

(3)将淡水通入脱盐设备脱盐，获得回收水，水处理的水回收率见表2。

表1 每12小时检测进水、浓水和淡水的水质情况

表2：实施例电渗析处理的水回收率

从表1和表2中的结果可以看出，经本发明提供的应用了用于处理高浓盐 水的电渗析电极板的电渗析装置处理后，大部分的水得到了回用。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺 流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明 必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应 该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的 添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。