一种提高电渗析效率的聚电场膜电渗析方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种利用聚电场提高电渗析效率的膜电渗析方法及装置，该膜电渗析方法包括：以中心铁电极为中心、将圆桶形铁电极和膜套装成共轴圆桶，形成非匀强的聚电场；在确定膜桶的高度和直径、圆桶外壁距铁电极内壁之间距离的情况下，根据圆桶形铁电极表面积/膜桶表面积≥10；得到聚电场膜电渗析装置的内部结构；聚电场膜电渗析装置包括：圆桶形铁电极、中心铁电极、电渗析膜、进水孔、排污孔、储液池；本发明专利技术提高了渗析效率；电力线截面越来越小，相应膜的面积可以依次减小，节约了膜用量；加大膜周围的电力线的密度，提高了电场强度，提高了膜的选择性和通透性，从而提高了处理水的效率和排放标准都能达标。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电渗析
，尤其涉及一种提高电渗析效率的聚电场膜电渗析方法及装置。
技术介绍
电渗析法(electrodialysis，ED)广泛应用于化工、轻工、冶金、造纸、海水淡化、环境保护等领域；近年来更推广应用于氨基酸、蛋白质、血清等生物制品的提纯和研究。其主要利用外加直流电场使溶液中阴、阳离子移动产生电流，阳离子交换膜(阳膜)和阴离子交换膜(阴膜)分别选择性透过正、负离子，实现溶质与溶液的分离。电渗析过程中，外加电场希望通过提高直流电场加快离子向对应膜迁移速度，但当电场增加到一定程度时，使大量水分子电离极化生成H+、OH-离子，水中离解出的OH-离子透过阴膜，使阴膜浓水室一侧的pH值上升，同时H+离子在阳膜浓水室一侧的膜面上富集。当水中Ca2+和Mg2+存在时，在阴膜上产生极化结垢附于膜表面，增加膜电阻，导致产生额外的电能消耗，甚至减少膜的有效面积，缩短膜的正常使用寿命。因此电渗析过程存在速度与外加电场的能耗最优选择问题，一般来说电渗析过程的最优能耗对应最佳电流密度(单位面积上的电流大小)即极限电流密度。目前，常规降低能耗的主要措施包括：①将操作电流控制在极限电流以下，避免极化结垢后需要的定期倒换电极或酸洗。②尽快排出极室的结垢和气体，研制并采用选择性好和电解质扩散值小的离子交换膜改进隔板网材料和结构形式。③在动力消耗合理的情况下，适当减薄隔板厚度，改善溶液的力学条件。④浓、淡室的压力应>保持均衡；重视原水溶液的预处理；防止设备漏电等等。另外还有将原水溶液预热，因为随着温度的升高，水电阻会减小，这样可以降低操作电压，大大降低电能消耗。从原理上看，电渗析器的耗电量由电渗析器的外加电场(本体直流)耗电量与克服水经过电渗析器时损失的耗电量之和，根据欧姆定律，可将电渗析器的工作电压分解为以下几个部分：U＝EDJ+EMO+IRJC+IRMO+IRSH(1)式中EDJ为电极反应所需的电压；EMO为克服膜电位所需的电压；I为电渗析器的工作电流；RJC为接触电阻；RMO为膜电阻；RSH为水电阻。一般工作电压U需要近百伏，而EDJ一般仅为几伏。由于膜两侧浓度不同产生的膜电位与外加电压相反，每对膜电位EMO约为零点几伏。克服电阻所需要的电压消耗，即IRJC、IRMO与IRSH之和约占总电压消耗的60～70％。因此上述常规降低能耗方法的主要原理是希望改善膜的性能，通过降低接触电阻、膜电阻和水电阻等造成的电压从而减小电能消耗。但是当膜的性能提高后，希望通过高电压直流电源供电的电渗析装置提高渗析速度时，电极电压EDJ增大，电极反应的电能消耗就会相应提高。而对于低电压直流电源供电的电渗析装置来说，如何加快离子向对应膜迁移提高渗析速度也是值得重视的问题。总之，在外加直流电源一定时，如何通过提高渗析速度来提高渗析效率是所有电渗析装置都必须要考虑的问题之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用聚电场提高电渗析效率的膜电渗析方法及装置，旨在提供通过改变电极的形状和位置从而增大膜处的电场强度，提高渗析效率的电渗析方法。本专利技术是这样实现的，一种利用聚电场提高电渗析效率的膜电渗析方法，不改变电极电压，增大膜处的电场强度从而提高膜的带电量的，使电场的电力线截面减小，相应膜的面积可以依次减小，节约了膜用量；加大膜周围的电力线的密度，提高了电场强度，提高了膜的选择性和通透性，从而提高了处理水的效率(处理标准和速度)；该利用聚电场提高电渗析效率的膜电渗析方法包括：首先以中心铁电极为中心、将圆桶形铁电极和膜套装成共轴圆桶，形成非匀强聚电场；在确定膜桶的高度和直径、圆桶外壁距铁电极内壁之间距离的情况下，根据圆桶形铁电极表面积/膜桶表面积≥10；由此得到聚电场膜电渗析装置的内部几何结构。本专利技术的另一目的在于提供一种所述利用聚电场提高电渗析效率的膜电渗析方法的膜电渗析装置，所述聚电场膜电渗析装置包括：圆桶形铁电极、中心铁电极、膜、出水孔、储液池、排污孔；储液池上设置有圆桶形铁电极和中心铁电极，中心铁电极上设置有透膜，储液池的顶端安装有出水孔，膜的底部有排污孔，排污孔同时穿过储液池的底部。本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述提高电渗析效率的聚电场膜电渗析方法的无机膜电渗析装置。本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述提高电渗析效率的聚电场膜电渗析方法的有机膜电渗析装置。本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述提高电渗析效率的聚电场膜电渗析方法的杂化膜电渗析装置。本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述提高电渗析效率的聚电场膜电渗析方法的均相膜电渗析装置。本专利技术的另一目的在于提供一种所述提高电渗析效率的聚电场膜电渗析方法的异相膜电渗析装置。本专利技术提供的利用聚电场提高电渗析效率的膜电渗析方法及装置，在电压恒定的圆弧形非匀强电场中，电场强度越来越强，加快了污物的合聚沉淀(铁阳极上电化学反应刚溶解的铁，比聚合硫酸铁有更强的絮凝沉淀作用)，提高了渗析效率；同时，电力线截面越来越小，因此相应膜的面积可以依次减小，节约膜用量；加大膜周围的电力线的密度提高了电场强度，提高了膜的选择性和通透性，从而提高了处理污水的(处理标准和速度)和排放标准都能达标。附图说明图1是本专利技术实施例提供的提高电渗析效率的聚电场膜电渗析方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的提高电渗析效率的聚电场膜电渗析装置结构示意图；图中：1、圆桶形铁电极；2、中心铁电极；3、圆桶形膜；4、出水孔；5、储液池；6排污孔。图3是本专利技术实施例提供的提高电渗析效率的聚电场膜电渗析方法原理示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合附图对本专利技术的应用原理作详细的描述。如图1所示，本专利技术实施例的提高电渗析效率的聚电场膜电渗析方法包括以下步骤：S101：以中心铁电极为中心、将圆桶形铁电极和膜套装成共轴圆桶，形成非匀强电场；S102：在确定膜桶的高度和直径、圆桶外壁距铁电极内壁之间距离的情况下，根据圆桶形铁电极表面积/膜桶表面积≥10；由此得到聚电场膜电渗析装置的内部结构。如图2所示，本专利技术实施例的提高电渗析效率的聚电场膜电渗析装置主要包括：圆桶形铁电极1、中心铁电极2、膜3、出水孔4、储液池5、排污孔6。储液池5上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用聚电场提高电渗析效率的膜电渗析方法，其特征在于，所述利用聚电场提高电渗析效率的聚电场膜电渗析方法不改变电极电压，通过增大电渗析膜所处电场强度，从而增大膜的带电量提高电渗析效率；该利用聚电场提高电渗析效率的膜电渗析方法包括：以中心铁电极为中心、将圆桶形铁电极和膜套装成共轴圆桶，形成非匀强聚电场；在确定膜桶的高度和直径、圆桶外壁距铁电极内壁之间距离的情况下，根据圆桶形铁电极表面积/膜桶表面积≥10；由此得到聚电场膜电渗析装置的内部几何结构。

【技术特征摘要】
1.一种利用聚电场提高电渗析效率的膜电渗析方法，其特征在于，所述利
用聚电场提高电渗析效率的聚电场膜电渗析方法不改变电极电压，通过增大电
渗析膜所处电场强度，从而增大膜的带电量提高电渗析效率；该利用聚电场提
高电渗析效率的膜电渗析方法包括：
以中心铁电极为中心、将圆桶形铁电极和膜套装成共轴圆桶，形成非匀强
聚电场；
在确定膜桶的高度和直径、圆桶外壁距铁电极内壁之间距离的情况下，根
据圆桶形铁电极表面积/膜桶表面积≥10；由此得到聚电场膜电渗析装置的内部
几何结构。
2.一种如权利要求1所述提高电渗析效率的聚电场膜电渗析方法的聚电场
膜电渗析装置，其特征在于，所述聚电场膜电渗析装置包括：圆桶形铁电极、
中心铁电极、膜、出水孔、储液池、排污孔；

【专利技术属性】
技术研发人员：皮大能，齐海兵，鄢自华，
申请(专利权)人：皮大能，齐海兵，鄢自华，
类型：发明
国别省市：湖北;42