一種膜堆和電脫鹽組件的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種水處理裝置，尤其涉及一種膜堆和電脫鹽組件。
【背景技術】
[0002]常見的卷式電滲析器由陰、陽離子交換膜、網隔板、正負電極和濃、淡水配集管構成的電滲析器，主體結構為卷式圓筒體結構。即將離子交換膜、網隔板按順序相互緊貼，以兼作一電極的集水管為軸向中心卷制成圓筒體，圓筒體外面包以作另一電極的金屬外殼。
[0003]電除鹽是一種電滲析技術和離子交換技術相融合的先進技術，系統能夠通過電磁場通過陰、陽離子交換膜對陰、陽離子的選擇性透過作用與離子交換樹脂對離子的交換作用，在直流電場的作用下實現離子的定向遷移，從而完成水的深度除鹽，系統能夠完成樹脂連續不斷的自動再生，無需停機使用酸堿再生樹脂，從而能連續制取高品質純水。卷式電除鹽器是把傳統的電滲析技術和離子交換技術有機地結合起來，是一種無需使用酸堿、利用直流電源從原水中連續去除離子，連續制取高品質純水的過程。
[0004]CN1426970A (2003-7-2)公開了一種電極隨膜一起卷的濃淡水循環卷式電滲析器，具有由陰、陽離子交換膜，淡水集配水管，濃、淡水流道內的絕緣網隔板，和正負薄金屬片電極構成的卷式電滲析主體構件，其卷式電滲析器的主體構體為卷式圓筒體結構，即在一對陰陽離子交換膜之間夾入一張絕緣網隔板，構成淡水流道單元，每淡水流道的開口端與淡水集配水管側壁孔相連通，相鄰兩淡水流道單元之間夾入一張絕緣網隔板，構成濃水流道單元，各陰、陽離子交換膜與絕緣網隔板按序相互緊貼構成膜堆，在兩張陰膜之間或兩張陽膜之間夾入一張薄金屬片，薄金屬片的面積小于離子交換膜面積，夾薄金屬片的兩張離子交換膜四周粘結密封，薄金屬片上焊有導線與外部電極相連，也可薄金屬片兩面刷絕緣介質或同一種導電高分子材料，構成膜堆電極，膜堆電極、網隔板、膜堆按序相互緊貼，并以淡水集配水管為軸向中心卷制成圓筒體。然而該裝置的除鹽效率仍然有待改進。
[0005]
【發明內容】
[0006]本發明的第一技術目的是提供一種用在電脫鹽組件中的除鹽率高、產水量大、能耗低的膜堆。
[0007]本發明的第二技術目的是提供一種包括所述膜堆的除鹽率高、產水量大、能耗低的電脫鹽組件。
[0008]本發明的第一技術目的是通過以下技術方案得以實現的:
一種膜堆，包括膜袋、濃水網格和淡水網格，其所述膜袋包括陰離子交換膜和陽離子交換膜；
所述濃水網格設置在所述陰離子交換膜和陽離子交換膜之間；
所述淡水網格設置在相鄰兩個所述膜袋間隙；
所述膜袋的兩端設置有用于形成電場的第一電極片和第二電極片； 所述第一電極片或第二電極片的長度小于所述陰離子交換膜或陽離子交換膜的長度。
[0009]本發明設置若干個膜袋形成膜堆；采用長度小于所述陰陽離子交換膜長度的電極片，并將該電極片設置在膜袋兩端，具有電極間距離近的特點，流體在螺旋流道中可產生Dean流，將降低擴散層的厚度，強化傳質過程；另外，電極間距離近且均勻分散在膜袋兩端將產生不均勻的電場，電流密度不均勻，靠近膜殼區域電流密度低，靠近中心管區域電流密度高。原水流動方向是從低電流密度向高電流密度方向，處理后產水經過中心管排出膜組件。濃水流動方向與原水流動方向呈錯流方式。本發明中的電脫鹽組件，具有除鹽效率高、耐受硬度能力強和能耗低等優點。
[0010]作為優選，所述膜袋還包括設置于兩端的絕緣帶，所述膜袋通過所述第一電極片、第二電極片和所述絕緣帶依次構成第一極水室、濃水室和第二極水室。
[0011]當將該膜堆用于電脫鹽組件，由于設置了絕緣帶，在濃水網格的兩端自然形成極水網格室，進一步降低能耗。
[0012]作為優選，所述第一電極片和第二電極片設置在所述陰離子交換膜和陽離子交換膜相對的內側；且所述第一電極片和第二電極片的一端與所述膜袋邊緣齊平。
[0013]本發明將第一電極片和第二電極片設置在陰陽離子交換膜的內側也就是膜袋內，可將降低流體擴散層的厚度，強化傳質過程。
[0014]作為優選，所述第一電極片或第二電極片的寬度等于所述陰離子交換膜或陽離子交換膜的寬度。
[0015]這樣可提高電場，從而提高離子遷移速率。同時，電極片的厚度宜設計的盡量薄，以降低能耗。
[0016]作為優選，所述絕緣帶為環氧樹脂層絕緣帶；所述電極片為銅電極片或銅鍍鈦電極片。
[0017]實驗結果表明，銅電極和銅鍍鈦電極卷式電脫鹽器尤其是電滲析器的能耗比傳統電脫鹽器尤其是電滲析器低很多。
[0018]本發明的第二技術目的是通過以下技術方案得以實現的:
一種電脫鹽組件，還包括外殼、設置在所述外殼內的中心管以及用于密封所述外殼兩端的端蓋，其所述陰離子交換膜和陽離子交換膜交替排列，所述濃水網格和淡水網格交替排列；
所述膜袋通過所述中心管連接并且沿所述中心管制成圓柱體；
所述中心管四周均勻布置有水流收集槽；
靠近所述中心管一側的所述第一電極片組成電極的一極，靠近所述外殼一側的所述第二電極片組成電極的另一極。
[0019]在結構方面，本發明卷式電脫鹽組件，由交替排列的陰離子交換膜和陽離子交換膜、交替排列的淡水室網格和濃水室網格、靠近中心管的極水室和電極、靠近外殼的極水室和電極、中心管、外殼等組成；由若干個獨立的平行布置的陽極及對應極水室組成組合陽極和組合陽極室，陽極室間隙形成淡水的布水或集水口 ；由若干個獨立的平行布置的陰極及對應極水室組成組合陰極和組合陰極室，陰極室間隙形成淡水的布水或集水口。
[0020]若干個獨立的平行于中心管布置的陽極(或陰極)繞中心管或膜芯排列，可以均勻排列，也可以不均勻排列；電極垂直中心管截面可以形成類圓形，或呈放射狀； 極水室(陰極極水室和陽極極水室)可以和濃水室結合形成一個膜袋，膜袋的兩端為極水室，膜袋的中部為濃水室。淡水從膜芯外側以螺旋方式向中心管側流動，通過分布在中心管上的集水口進入中心管，后由中心管一端或兩端流出膜組件。濃水和極水以平行于中心管方向從膜組件一端向另一端流動。濃水和極水可以流動方向相同，也可以相反。由此可見，淡水和濃水(及極水)流道形成具有一定夾角的錯流流動模式。
[0021]若干的膜芯可以共用一個膜殼(或一個膜殼中可以裝填若干個膜芯)，若干膜芯通過中心管連接。組合電極間將產生非均勻電場，工作時電流密度不均勻，靠近膜殼區域電流密度低，靠近中心管區域電流密度高。淡水流動方向是從低電流密度向高電流密度方向，處理后產水經過中心管排出膜組件。
[0022]本發明的電脫鹽組件具有螺旋流道結構和電極間距離近的特點，流體在螺旋流道中可產生Dean流，將降低擴散層的厚度，強化傳質過程；另外，由于該電脫鹽組件流道的卷式設計，減小了擴散層的厚度，降低了膜對電阻；直流電能耗將下降。淡水網格內為淡水室，濃水網格流道內為濃水室。
[0023]淡水從低電流密度向高電流密度方向流動，水中高價離子先被去除，此時需要低的電流密度(或低的驅動力)即可完成；淡水進入的靠近中心管區域時，水中低價離子或弱電離離子被去除，此時需要高的電流密度(或高的驅動力)。按照去除離子電荷高低設計產生的不均勻電場，優化了電脫鹽性能，提高了對弱電離離子的去除能力，降低了能耗。淡水與濃水(極水)呈錯流模式，靠近膜芯外側區域中的濃水其中主要含有從淡水室脫除的各種高價離子，包括鈣離子和鎂離子等硬度離子；靠近中心管區域的濃水其中主要含有從淡水室脫除的各種低價離子、弱電離離子，以及由水分解產生的氫離子和氫氧根離子等