一種使用柱狀介電電泳電極的平板膜池及膜濃縮系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種使用柱狀介電電泳電極的平板膜池，其包括池體和多個平板膜元件，其中各平板膜元件間隔設置在池體中；池體連接原水輸入管和濃水輸出管；平板膜元件包括柱狀電極組件、滲透膜和平板框架，平板框架的兩面安裝滲透膜，滲透膜之間設置柱狀電極組件；柱狀電極組件包括兩片分別連接交流電源不同輸出端且相互絕緣的電極板，兩片電極板的帶有柱狀突起的突起面相對扣合；平板框架上設置有連通兩滲透膜之間產水腔的產水出口，各平板膜元件的產水出口連接產水輸出管。本實用新型還涉及一種使用柱狀介電電泳電極平板膜池的膜濃縮系統。本實用新型低成本無污染的優點，本實用新型膜濃縮系統具有分級處理，能夠輸出不同品級、不同用途的產水的優點。
【專利說明】
一種使用柱狀介電電泳電極的平板膜池及膜濃縮系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種污水處理設備，特別涉及一種使用柱狀介電電泳電極的平板膜池及膜濃縮系統。
【背景技術】
[0002]滲透膜分離技術在近30年中由于其操作方便、工藝設備緊湊、分離效率高、能耗低等優點而迅速發展成為工業中固液分離的重要工藝方法。然而，在滲透膜過濾工藝中，膜污染這個不可避免的問題始終存在，且已成為這項工藝于實際應用中的一個致命缺點。膜污染是由于膜表面和膜孔中由于微粒、膠體粒子、溶質分子沉積而導致的膜孔堵塞或變小，造成過膜阻力的增大，從而使膜透過量下降，減少膜的使用壽命等后果。例如，在固液分離中經常使用的超/微濾膜，其膜透過量由于膜污染會在近一個小時的工作之后減少約50%;而由于固體小顆粒的吸附和堵塞，這種污染甚至不可逆。
[0003]工業上經常用來清洗膜污染的方法主要分為物理清洗和化學清洗，化學清洗是通過使用藥劑以將不溶污染物溶解并沖洗出膜組件。然而，化學清洗不僅由于藥劑的使用而增加過濾工藝的操作成本，而且由于酸性或堿性藥劑的使用而對膜造成損害且造成污染。物理清洗主要包括低壓高流速清洗、等壓沖洗、反沖洗、負壓清洗、機械刮除等方法，工業中普遍使用的是高速反沖洗和氣水反沖洗工藝。然而，上述兩種工藝都必須在清洗過程中停止膜過濾工藝，且需要高壓和高于產水量兩到三倍的水用于沖洗，耗能高，用水量大。
[0004]超聲波被認為可以實現防止膜污染的一個方法。然而，由于高強度超聲波對滲透膜所造成的侵蝕和破壞，以及龐大的超聲波生成系統阻礙了其在工業上的應用。基于電泳原理的電子滲透膜于上世紀七十年代由Manegold等提出，并由Henry等通過實驗證實其可行性。然而，這種方法不適于用于多離子復雜性的工業條件，而且其高能耗也阻礙了它在工業上的廣泛使用。除此之外，裸電極在電泳的使用也提高了短路的可能及電擊的危險，以及電極上發生的電化學反應不僅會導致PH值變化，甚至于會生成有毒或污染環境的化學副產品O

【發明內容】

[0005]本實用新型的目的是在于克服現有技術的不足，提出一種使用柱狀介電電泳電極的平板膜池，及使用該平板膜池的膜濃縮系統。通過在孔板電極組上施加交流電，從而在介電電泳電極以及滲透膜的附近產生不勻稱電場，從而將附著的污染物移離滲透膜表面，以延長滲透膜使用壽命和提高滲透膜的工作效率及產水量。
[0006]本實用新型解決其技術問題是通過以下技術方案實現的:
[0007]—種使用柱狀介電電泳電極的平板膜池，其特征在于:它包括池體和多個平板膜元件，其中各所述平板膜元件間隔設置在池體中；所述池體連接原水輸入管和濃水輸出管；所述平板膜元件包括柱狀電極組件、滲透膜和平板框架，平板框架的前、后兩面安裝滲透膜，所述滲透膜之間設置柱狀電極組件;所述柱狀電極組件包括第一電極板及第二電極板，在第一電極板、第二電極板上均分布設置有柱狀突起和孔位，第一電極板的柱狀突起及孔位與第二電極板的孔位及柱狀突起位置互補;第一電極板與第二電極板的帶有柱狀突起的突起面相對扣合后，其中一電極板的柱狀突起嵌入至另一電極板的孔位之內；第一電極板和第二電極板分別連接高頻交流電源的不同輸出端，在第一電極板和第二電極板的非突起面上形成向外發射非均電場的作用面;所述平板框架上設置有連通兩滲透膜之間產水腔的產水出口，各平板膜元件的產水出口連接一產水輸出管。
[0008]所述的第一電極板和第二電極板的表面具有絕緣層。
[0009]所述的第一電極板、第二電極板的突起面相對扣合后，其中一電極板所制的柱狀突起的頂端與另一電極板的非突起面齊平。
[0010]所述的第一電極板、第二電極板采用金屬薄板或薄片沖壓成型，其上成型的柱狀突起和孔位形成相互交錯的陣列分布。
[0011]所述的相互交錯的陣列分布方式為:第一電極板的第η行的第奇數位置和第n+1行的第偶數位置為柱狀突起，第η行的第偶數位置和第n+1行的第奇數位置為孔位;第二電極板的柱狀突起和孔位則與第一電極板的孔位和柱狀突起位置對應。
[0012]所述的相互交錯的陣列分布方式為:第一電極板的第η行均為柱狀突起或孔位，第n+1行均為孔位或柱狀突起;第二電極板的柱狀突起和孔位則與第一電極板的孔位和柱狀突起位置對應。
[0013]所述的第一電極板、第二電極板的板厚相同；所述柱狀突起的橫截面直徑<
2.5mm;所述柱狀突起與孔位為間隙配合，配合間隙不大于單邊0.2mm。
[0014]—種使用平板膜池的膜濃縮系統它還包括預處理裝置、反滲透系統和超臨界系統，預處理裝置的出口連接平板膜池的原水輸入管，平板膜池的產水輸出管的部分或全部連接反滲透系統的入口；平板膜池的濃水輸出管和反滲透系統的濃水輸出管連接超臨界系統的物料入口。
[0015]所述反滲透系統中反滲透膜之間為產水腔，所述產水腔中設置柱狀電極組件。
[0016]所述超臨界系統中包括反應釜，所述反應釜上部的超臨界蒸汽輸出端依次連接換熱系統、壓力能回收系統和氣液分尚系統。
[0017]所述氣液分離系統的液體輸出管輸出純水、所述反滲透系統的產水輸出管輸出直飲水、所述平板膜池的產水輸出管輸出生活用水。
[0018]本實用新型的優點和有益效果為:
[0019]1、本實用新型的平板膜池，包括池體和多個平板膜元件，其中各平板膜元件間隔設置在池體中，平板膜元件包括柱狀電極組件、滲透膜和平板框架，通過在孔板電極組上施加交流電，從而在介電電泳電極以及滲透膜的附近產生不勻稱電場，利用固體微粒與其所懸浮的連續相介電極化能力不同的原理，介電電泳力將固體微粒推離電極或者將固體微粒吸附在電極上，減少甚至消除滲透膜工藝中發生的膜污染和堵膜現象，提高滲透膜使用壽命，提高滲透膜膜透過量，達到強化滲透膜工藝。與工業中經常使用的反沖洗技術相比，無須添加額外物質例如化學藥劑或大量的水，低成本無污染;在使用時無需停機即可實現對膜的去污解堵。
[0020]2、本實用新型的平板膜池，平板膜元件使用柱狀電極組件，柱狀電極組件的不同電極板的柱狀突起和孔位相互配合，共同構成一個發射非均電場的工作單元體，在高頻交變電流作用下，工作單元體處的表面大曲率使得工作單元體所在區域的面電荷密度增高，其所在區域的不均場強隨之增強;柱狀突起作為發射端點與貫通電極板的孔位共同構成的工作單元體為開放式對外結構，發射的非均電場均穿過電極板到達表面之外，而不是將電場封閉在兩電極板之間，不能有效發揮非均電場的介電電泳效應，造成浪費。同時，相對于傳統介電電泳電極的面發射而言，柱狀突起能形成尖端發射點，在作用面之外形成的電場中的介電電泳力更強。
[0021]3、本實用新型的平板膜池，平板膜元件使用柱狀電極組件，柱狀電極組件的外部包裹滲透膜，在不同頻率和不同電壓的交流電下產生不同的非均電場的介電電泳效應，根據所要處理的液體特性選擇對應頻率、電壓的交流電源產生的對應介電力使液體中的微粒，在非均勻電場中的介電電泳作用下使得那些可通滲透膜慮孔的微小顆粒極化團聚成連，增大其體積，并向電場強度減弱的方向運動，使得這些需處理的物質與過濾模表面保持一定的凈距離，從而增強滲透膜的過濾能力，并實現減弱甚至防止滲透膜的濃差極化效應，降低膜表面結垢堵塞，延長滲透膜的使用壽命。同時，介電電泳所具有的電滲效應使水分子產生定向透過膜的移動現象，增加水分子通過效率，從而提高對所處理物質的處理速率。
[0022]4、本實用新型的平板膜池，平板膜元件使用柱狀電極組件，通過在孔板式介電電泳電極組上施加交流電，從而在介電電泳電極以及滲透膜的附近產生非均勻電場，利用固體微粒與其所懸浮的連續相介電極化能力不同的原理，介電電泳力將固體微粒推離電極或者將固體微粒吸附在電極上，減少甚至消除滲透膜工藝中發生的膜污染和堵膜現象，提高滲透膜使用壽命，提高滲透膜膜透過量，達到強化滲透膜工藝。與工業中經常使用的反沖洗技術相比，無須添加額外物質例如化學藥劑或大量的水，低成本無污染;在使用時無需停機即可實現對膜的去污解堵。
[0023]5、本實用新型的使用平板膜池的膜濃縮系統，優點在于可實現對產水的分級處理，在同一系統中能夠輸出不同品級、不同用途的產水:平板膜池過濾出的產水可進行生產生活級別的應用；平板膜池輸出的一部分產水進入反滲透系統中進行再次過濾，輸出的產水可達到直飲的標準;超臨界系統輸出的超臨界蒸汽通過熱能回收、壓力能回收和氣液分離之后，液化的水是純水，可以滿足各種應用要求。
【附圖說明】
[0024]圖1是本實用新型的平板膜池結構示意圖；
[0025]圖2是本實用新型的平板滲透膜元件的內部結構示意圖；
[0026]圖3是本實用新型的平板滲透膜元件的外部結構示意圖；
[0027]圖4是本實用新型的膜濃縮系統結構示意圖；
[0028]圖5是本實用新型的柱狀電極組件的兩塊電極板的組合前相對位置示意圖；
[0029]圖6是本實用新型的柱狀電極組件的兩塊電極板的組合前相對位置立體結構示意圖；
[0030]圖7是本實用新型的柱狀電極組件的單塊電極板的結構剖面圖；
[0031 ]圖8是本實用新型的柱狀電極組件的單塊電極板的立體結構示意圖；
[0032]圖9是本實用新型的柱狀電極組件的兩塊電極板的組合后剖視圖；
[0033]圖10是本實用新型的柱狀電極組件的兩塊電極板的組合后相對位置立體結構示意圖；
[0034]圖11是本實用新型的柱狀電極組件在通電前的粒子分布狀態示意圖；
[0035]圖12是本實用新型的柱狀電極組件在通電后的粒子分布狀態示意圖；
[0036]圖13是本實用新型的柱狀電極組件在通電后產生的不均電場的電場強度等值線。
[0037]附圖標記說明
[0038]1-池體、2-平板膜元件、3-柱狀電極組件、4-滲透膜、5-平板框架、6-電源轉接頭、7-導流布、8-產水腔、9-產水出口、10-超臨界系統、11-格柵、12-沉砂池、13-產水箱、14-保安過濾器、15-高壓輸送栗、16-反滲透膜堆、17-產水輸出管、18-濃水輸出管、19-原水輸入管、20-第一電極板、21-第二電極板、22-柱狀突起、23-孔位、24-作用面。
【具體實施方式】
[0039]下面通過具體實施例對本實用新型作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本實用新型的保護范圍。
[0040]如圖1所示，本實用新型的使用柱狀介電電泳電極的平板膜池，包括池體I和平板膜元件2，其中池體I為能容納污水和多個平板膜元件2的槽，可埋設在地表下以節省空間，池體I上分別連接原水輸入管19和濃水輸出管18。各平板膜元件2并聯在一交流電源上，形成平板膜堆，之后將平板膜堆設置在池體I中，通過產水輸出管17向外輸出產水，濃水留在池體I中，再通過濃水輸出管18輸出。
[0041]如圖2、3所示，平板膜元件2包括柱狀電極組件3、滲透膜4、平板框架5，平板框架5的前、后兩面采用壓塑方式安裝滲透膜4，兩滲透膜4之間為產水腔8，柱狀電極組件3設置在產水腔8內。兩電極板外側與兩滲透膜之間分別設置導流布7;平板框架5的側邊上設置有連通產水腔8的產水出口 9。所有平板膜元件2的產水出口 9共同連接產水輸出管19。平板框架5優選ABS材料，平板框架5與滲透膜4的安裝結構為可更換滲透膜的夾層平板結構，當滲透膜4破損時可更換，結構元件重復利用。兩電極板通過平板框架5上設置的電源轉接頭6連接交流電源的不同輸出端形成電極組，在周圍產生非勻稱電場。
[0042]如圖4所示，本實用新型的膜濃縮系統包括上述的平板膜池、預處理裝置、反滲透系統和超臨界系統10，預處理裝置、平板膜池、反滲透系統依次連接;平板膜池的濃水輸出管連接超臨界系統10的物料入口，平板膜池的產水輸出管19連接反滲透系統的入口；反滲透系統的產水輸出管向外輸出清水，反滲透系統的濃水輸出管連接超臨界系統10的物料入口。其中預處理裝置包括依次連接的格柵11和沉砂池12，污水進入格柵的入口，沉砂池12的出口連接平板膜池的入口 ；反滲透系統包括依次連接的產水箱13、保安過濾器14、高壓輸送栗15和反滲透膜堆16。
[0043]污水經過預處理后進入平板膜池，平板膜池使用內置柱狀電極組件3的平板膜元件2。平板膜元件2的產水輸出管連接反滲透系統中的產水水箱13入水口，通過保安過濾器14和高壓栗15打入反滲透膜堆16進行二次濃縮，進一步提高產水質量，把平板膜元件2的產水由一級A標準提高到中水回用標準。由反滲透膜堆16和平板膜池產生的濃水進入超臨界系統10中焚燒，產生超臨界蒸汽和濃鹽水，超臨界蒸汽可進行能量化回用，濃鹽水直接回收，不產生二次污染。
[0044]反滲透膜堆16也可采用介電電泳技術，在兩反滲透膜之間的產水腔內設置與平板膜元件2相同的柱狀電極組件，相比傳統的反滲透膜，具有更高的抗污染性，可免清洗，減少膜運行和維護費用。
[0045]本實用新型的另一特征在于對產水的分級處理，在同一系統中能夠輸出不同品級、不同用途的產水:平板膜池過濾出的產水可進行生產生活級別的應用;平板膜池輸出的一部分產水進入反滲透系統中進行再次過濾，輸出的產水可達到直飲的標準;超臨界系統10輸出的超臨界蒸汽通過熱能回收、壓力能回收和氣液分離之后，液化的水是純水，可以滿足各種應用要求。
[0046]如圖5、圖6所示，本實用新型的柱狀電極組件I包括第一電極板20、第二電極板21，第一電極板20和第二電極板21均為片狀結構，其上均設置柱狀突起22和孔位23，位于一電極板上的柱狀突起22的形狀尺寸與位于另一電極板上的孔位23的形狀尺寸相配合，柱狀突起22的高度與電極板的厚度一致。第一電極板20和第二電極板21外表面具有絕緣層，第一電極板20的柱狀突起22和第二電極板21的孔位23的位置互補，反之亦然。
[0047]如圖9、圖10所示，安裝時，第一電極板20、第二電極板21的突起面相對扣合，使第一電極板20的柱狀突起22插入第二電極板21的孔位23之內，第二電極板21的柱狀突起22插入第一電極板20的孔位23之內，兩板的柱狀突起22與孔位23配合為同心配合。第一電極板20的柱狀突起22頂端與第二電極2的非突起面外表面平齊，第二電極板21的柱狀突起22頂端與第一電極I的非突起面外表面平齊。
[0048]第一電極板20和第二電極板21分別連接高頻交流電源的不同輸出端，通電時，在柱狀突起22的周圍形成一個發射非均電場的工作單元體。則介電電泳電極結構具有兩個分布工作單元體的作用面24。根據所需處理的液體內顆粒自身特性，可變更柱狀突起22和孔位23所組成的工作單元的橫截面直徑，和工作單元之間的間距距離，在介電電泳電極結構的兩個作用面24上分布不均電場，實現對目標顆粒的在整個凈化、分離、濃縮工作面上的高效工作處理。
[0049]第一電極板、第二電極板的板厚相同；柱狀突起的橫截面直徑<2.5mm;柱狀突起與孔位為間隙配合，配合間隙不大于單邊0.2_。
[0050]如圖7、圖8所示，以第一電極板20為例，第一電極板20通過一金屬薄板或薄片沖壓成型，其上的柱狀突起22和孔位23呈相互交錯的分布陣列。其分布方式包括:
[0051]I)第η行的第奇數位置和第n+1行的第偶數位置為柱狀突起22，第η行的第偶數位置和第n+1行的第奇數位置為孔位23。使柱狀突起22相鄰的4個位置上均為與之相異的孔位23，反之孔位23相鄰的4個位置上均為與之相異的柱狀突起22。當通電時，在介電電泳電極結構的面上形成無方向性的均勻分布的非均電場，即整體均勻分布，但在柱狀突起22的周圍為非均電場。
[0052]2)第η行均為柱狀突起22/孔位23，第n+1行均為孔位23/柱狀突起22。當通電時，在介電電泳電極結構的面上形成沿柱狀突起22與孔位23配合形成的工作單元體分布的非均電場。
[0053]其第一電極板與第二電極板為連續的波紋板，并相互扣合。
[0054]如圖11-圖13所示，介電電泳電極結構，第一電極板20、第二電極板21分別連接高頻交流電源的不同輸出端，交流電相位相差180°。當接通交流電源時，由分別位于第一電極板20和第二電極板21的柱狀突起22和孔位23共同構成的工作單元體向外發射非均電場，當交流電源輸入的頻率不同時，在作用面24上產生正介電電泳效應或負介電電泳效應。如圖11所示，第一電極板20和第二電極板21分別連接高頻交流電源的不同輸出端，通電時，在柱狀突起22與孔位23形成的發射非均電場的工作單元體頂部外平面的周圍形成一個外放的強電場。
[0055]內部設置柱狀電極組件3的平板膜元件2的工作過程是:
[0056]本實用新型所涉及的平板滲透膜元件2浸泡于需要處理的廢水中，由于相對于水而更低的介電極化能力，固體顆粒在廢水中通常表現為陰性介電電泳性質；即在不勻稱電場中，固體顆粒被向弱電場方向移動。如圖2、圖3所示，廢水經過滲透膜4的表面，在滲透膜4內的柱狀電極組件3提供介電電泳力所需的不勻稱電場。當廢水中固體顆粒靠近滲透膜4時，在介電電泳力的作用下，固體顆粒向遠離滲透膜4的方向移動，如此減少甚至消除膜污染和堵膜得發生;凈水通過滲透膜4進入兩滲透膜4之間的產水腔8，再通過與產水腔8連通的產水出口 9排出。
[0057]盡管為說明目的公開了本實用新型的實施例和附圖，但是本領域的技術人員可以理解:在不脫離本實用新型及所附權利要求的精神和范圍內，各種替換、變化和修改都是可能的，因此，本實用新型的范圍不局限于實施例和附圖所公開的內容。
【主權項】
1.一種使用柱狀介電電泳電極的平板膜池，其特征在于:它包括池體和多個平板膜元件，其中各所述平板膜元件間隔設置在池體中；所述池體連接原水輸入管和濃水輸出管;所述平板膜元件包括柱狀電極組件、滲透膜和平板框架，平板框架的前、后兩面安裝滲透膜，所述滲透膜之間設置柱狀電極組件;所述柱狀電極組件包括第一電極板及第二電極板，在第一電極板、第二電極板上均分布設置有柱狀突起和孔位，第一電極板的柱狀突起及孔位與第二電極板的孔位及柱狀突起位置互補;第一電極板與第二電極板的帶有柱狀突起的突起面相對扣合后，其中一電極板的柱狀突起嵌入至另一電極板的孔位之內；第一電極板和第二電極板分別連接高頻交流電源的不同輸出端，在第一電極板和第二電極板的非突起面上形成向外發射非均電場的作用面;所述平板框架上設置有連通兩滲透膜之間產水腔的產水出口，各平板膜元件的產水出口連接一產水輸出管。2.根據權利要求1所述的一種使用柱狀介電電泳電極的平板膜池，其特征在于:所述的第一電極板和第二電極板的表面具有絕緣層。3.根據權利要求1所述的一種使用柱狀介電電泳電極的平板膜池，其特征在于:所述的第一電極板、第二電極板的突起面相對扣合后，其中一電極板所制的柱狀突起的頂端與另一電極板的非突起面齊平。4.根據權利要求1所述的一種使用柱狀介電電泳電極的平板膜池，其特征在于:所述的第一電極板、第二電極板采用金屬薄板或薄片沖壓成型，其上成型的柱狀突起和孔位形成相互交錯的陣列分布。5.根據權利要求4所述的一種使用柱狀介電電泳電極的平板膜池，其特征在于:所述的相互交錯的陣列分布方式為:第一電極板的第η行的第奇數位置和第n+1行的第偶數位置為柱狀突起，第η行的第偶數位置和第n+1行的第奇數位置為孔位;第二電極板的柱狀突起和孔位則與第一電極板的孔位和柱狀突起位置對應。6.根據權利要求4所述的一種使用柱狀介電電泳電極的平板膜池，其特征在于:所述的相互交錯的陣列分布方式為:第一電極板的第η行均為柱狀突起或孔位，第n+1行均為孔位或柱狀突起;第二電極板的柱狀突起和孔位則與第一電極板的孔位和柱狀突起位置對應。7.根據權利要求1所述的一種使用柱狀介電電泳電極的平板膜池，其特征在于:所述的第一電極板、第二電極板的板厚相同；所述柱狀突起的橫截面直徑<2.5mm;所述柱狀突起與孔位為間隙配合，配合間隙不大于單邊0.2_。8.—種使用如權利要求1?7任意一項所述的平板膜池的膜濃縮系統，其特征在于:它還包括預處理裝置、反滲透系統和超臨界系統，預處理裝置的出口連接平板膜池的原水輸入管，平板膜池的產水輸出管的部分或全部連接反滲透系統的入口；平板膜池的濃水輸出管和反滲透系統的濃水輸出管連接超臨界系統的物料入口。9.如權利要求8所述的一種膜濃縮系統，其特征在于:所述反滲透系統中反滲透膜之間為產水腔，所述產水腔中設置柱狀電極組件。10.如權利要求8所述的一種膜濃縮系統，其特征在于:所述超臨界系統中包括反應釜，所述反應釜上部的超臨界蒸汽輸出端依次連接換熱系統、壓力能回收系統和氣液分離系統。11.如權利要求10所述的一種膜濃縮系統，其特征在于:所述氣液分離系統的液體輸出管輸出純水、所述反滲透系統的產水輸出管輸出直飲水、所述平板膜池的產水輸出管輸出 生活用水。
【文檔編號】C02F9/06GK205627651SQ201620229027
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月23日
【發明人】王冰, 王力偉, 鄭貴堃
【申請人】內蒙古天環境技術有限公司, 內蒙古天一環境技術有限公司