專利名稱：磁電滲析處理水的方法及設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用電化學處理水的方法和設備，尤其是一種利用溶液中運動的帶電粒子受洛侖磁力的作用發(fā)生偏移，以及水的磁處理除垢作用，對現(xiàn)有電滲析膜分離技術進行改進的方法和設備。它可廣泛用于海水淡化、苦咸水淡化、海水濃縮制鹽、工業(yè)給水脫鹽等。
背景技術：
現(xiàn)有的以電化學方法進行水處理的電滲析法，它是利用離子交換膜的選擇透過性，在直流電場的作用下使水中的電解質(zhì)離子作定向遷移，實現(xiàn)水的淡化或濃縮制鹽。其具體過程是溶液中鹽類水解成的正、負離子通過直流電場的作用在陰離子交換膜、陽離子交換膜上作定向遷移。用該方法制成的電滲析器可從圖1和圖2中看到，它是以海水淡化為例子加以說明。它包含有一個其上帶有原水(海水)進口11(11a和11b)、電極沖洗水進口16(其中16b是陽極沖洗水進口、16a是陰極沖洗水進口)、電極沖洗液出口12(12b是陽極沖洗水出口，流出稀酸液氯水；12a是陰極沖洗水出口，流出稀堿液NaOH)、處理后的水的出口13(其中淡化水出口為13a、濃縮水的出口為13b)的殼體1；殼體內(nèi)安裝電極2(其中陽極為2a、陰極為2b)和在陰極和陽極之間安裝一組呈交替且間隔設置的陽離子交換膜3和陰離子交換膜4。原水從海水進口11進入電滲析器，并在兩電極上接通直流電，則來自海水溶液中的Na+離子、CL-離子在陽離子交換膜3、陰離子交換膜4上作選擇性遷移(←□表示Na+離子的遷移，○→代表CL-離子的遷移)，最終從淡化室的出口13a供出淡化水，從濃縮水出口13b流出濃縮海水。在上述過程進行了一段時間后，因離子交換膜和兩電極上出現(xiàn)結(jié)垢、電極極化，使海水淡化的速度逐漸放慢、出水質(zhì)量降低、電耗增大?，F(xiàn)有的電滲析方法及其設備的缺點是1)它是靠溶液中鹽類水解成正、負離子通過電場作用在陰、陽離子交換膜上作自行選擇的遷移而完成，正、負離子的遷移速度均取決電滲析器的結(jié)構(gòu)、材料及電流密度、被處理水的性質(zhì)等，一旦設備已制成、裝妥，上述各參數(shù)均成定局，故水處理速度和處理質(zhì)量也均無法再提高、電流效率無法再提高，耗電量就無法降低；2)如果在陰、陽離子交換膜和兩電極出現(xiàn)了結(jié)垢和電極極化后，降低了膜、電極的電滲析性能和使用壽命，故必需對其進行沖洗處理，嚴重時還須進行拆洗，從而降低了水處理的能力，并且該操作麻煩又費時；如果采用頻繁倒極的方法，雖可部分解決結(jié)垢和極化的問題，但每次倒極也必須停產(chǎn)、影響生產(chǎn)率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決上述現(xiàn)有技術中存在的問題，提供一種水處理效果好、速度快、處理能力大且方法簡便可靠的磁電滲析處理水的方法及設備，并使其設備還具有結(jié)構(gòu)簡單合理、使用方便可靠等特點。
本發(fā)明的磁電滲析處理水的方法，其特點是在電滲析處理水的空間內(nèi)，增加一個能使流動溶液中的陰、陽離子作定向偏移的靜磁場。
本發(fā)明的磁電滲析處理水的方法，其靜磁場強度不小于0.5T(特斯拉)。
一種用本發(fā)明方法制成的磁電滲析器，它含有其上帶有原水進口，電極沖洗水進口，電極沖洗水出口，淡化水出口和濃縮水出口的殼體，殼體內(nèi)裝有電極，在陽、陰兩電極之間裝有一組呈交替且間隔排列的陽離子交換膜和陰離子交換膜，其特征是它的殼體在與水流方向和電流方向都平行的兩殼壁上分別貼合一塊永磁板。
上述用本發(fā)明方法制成的磁電滲析器，它的殼體除了在與水流方向和電流方向都平行的兩殼壁是高導磁材料板外，其余各殼壁均為低導磁材料板。
上述用本發(fā)明方法制成的磁電滲析器，它的兩電極之間帶有能使陰、陽兩極進行互換的電源切換閘，同時在原水進口、淡化水出口、濃縮水出口、與原水供水管、淡化水導出管、濃縮液導出管上均裝有可變換流體在殼體上的進、出狀態(tài)的換向閥。
上述用本發(fā)明方法制成的磁電滲析器，它還可在原水供水管上裝有磁鐵塊。以提前對進水作磁化處理，清除進水內(nèi)的鐵磁性顆粒，有效地防止該顆粒進入本發(fā)明磁電滲析器、影響磁電滲析的水處理效果。
本發(fā)明的有益效果是1)本發(fā)明是對傳統(tǒng)的以電滲析處理水的方法進行改進，它通過靜磁場對水流中的離子所產(chǎn)生的電磁感應力(洛侖磁力)，增大了單純電場作用下的離子定向偏移力，從而提高設備的水處理能力，并節(jié)省電能；2)所加的磁場增加溶液中離子的游離度，降低離子的水合作用，又增大離子在陰、陽離子膜上的選擇通透性，從而降低液阻和膜阻，使水處理效率更加提高、電能消耗更大幅降低；3)水的磁處理有利于電滲析設備的除垢，從而減少拆洗停頓或頻繁倒極的頻率，也提高了設備的使用效率及使用壽命；4)用本發(fā)明方法的磁電滲析器，它的結(jié)構(gòu)簡單合理、制造方便，并且與現(xiàn)有的電滲析器相比較，只是在其殼體上外加兩塊永磁板，因此可方便、廣泛地對現(xiàn)有電滲析器進行更新改造。
下面將通過實例并對照附圖，對本發(fā)明作進一步的敘述。


圖1和圖2、圖3分別是現(xiàn)有電滲析器的結(jié)構(gòu)示意圖和立體透視圖、主視圖；圖4是用于本發(fā)明磁電滲析器上的兩塊永磁板；圖5本發(fā)明磁電滲析器的主視圖；圖6是本發(fā)明磁電滲析器所帶有的為實施頻繁倒極而設置的可變換水流方向和電極極性的管路、電路設置圖。
對各附圖的標號說明如下1-殼體；11-原水進口(其中11a通向淡化室，11b通向濃縮室)；12-電極沖洗水出口(其中12b是陽極沖洗出口，12a是陰極沖洗水出口)；13a-淡化水出口；13b-濃縮水出口；14-陽極室；15-陰極室；16-電極沖洗水進口(其中16b是陽極沖洗水進口，16a是陰極沖洗水進口)；17-高導磁材料板；18-淡化室；19-濃縮室；2-電極(其中2a-陽極、2b-陰極)；3-陽離子交換膜；4-陰離子交換膜；5-電源切換閘；6-永磁板；7-低導磁材料板；8-換向閥；9-禁止符；10-磁鐵塊；20-本發(fā)明磁電滲析器；21-原水供水管；23-淡化水導出管；24-濃縮水導出管；B-永磁板產(chǎn)生的磁力線方向標記。
具體實施例方式
實施例1.本實施例的方法是在電滲析處理水的空間內(nèi)，增加一個使流動溶液中的陰、陽離子作定向偏移的靜磁場。
所謂電滲析空間，可從圖1和圖2中的現(xiàn)有電滲析器的結(jié)構(gòu)示意圖和立體透視圖中看到，溶液中的正、負離子(圖中分別以←□表示正離子的遷移，○→代表負離子的遷移)，在直流電場作用下，正離子向陰極偏移并選擇性地透過陽離子交換膜，負離子向陽極偏移并選擇性地透過陰離子交換膜，其電場對離子的偏移力Fe為Fe＝qE(q為離子的電量，E為電場強度)。如在該電滲析處理水的空間內(nèi)增加一個由圖4所示的兩塊永磁板6(它們被外貼到圖3中的現(xiàn)有電滲析器前、后兩殼體的外壁面上，亦即永磁板6上的aidc、efhg分別貼合到殼體1的外側(cè)壁AIDC、EFHG上，永磁板產(chǎn)生的磁力線方向為B方向)，形成圖5中所示的本實施例的磁電滲析器的結(jié)構(gòu)，則在現(xiàn)有電滲析處理水的空間內(nèi)增加一個能使流動溶液中的陰、陽離子定向偏移的靜磁場，使離子還受到洛侖磁力Fm作用，該力的大小Fm＝qvB(q為離子的電量，v為水流速度，B為磁場強度)；由于Fm與Fe的方向一致，故離子所受的實際偏移力F＝Fe+Fm，該力的作用大于由電場單獨對離子作用的偏移力Fe，所以離子偏移的速度大大提高，并且還由于磁處理的作用降低了溶液中離子的水合作用、增大離子的游離度及離子在離子交換膜上的選擇通透性，從而降低了電滲析過程中的液阻和膜阻，使水處理的電流效率得以提高?？傊陔姖B析空間中增加一個能使流動溶液中的陰、陽離子作定向偏移的靜磁場之后，既能提高水處理的能力，又能減少耗電量，并且還能有效地防止膜和電極的結(jié)垢和電極極化。
用本實施例方法制造的磁電滲析器其殼體上的結(jié)構(gòu)可從圖5中看到，并且它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可參照圖1和圖2。它含有一個帶上下左右前后六個殼壁的殼體1，在殼體的上、下兩殼壁帶有原水進口11a和11b(除了在頻繁倒極時11a和11b必須分開外，其余情況的管11a和11b均為合并二為一)、電極沖洗水進口16(其中16b是陽極沖洗水進口，16a是陰極沖洗水進口)、電極沖水出口12(12b是陽極沖洗水出口，如流出稀酸液氯水；12a是陰極沖洗出口，如流出稀堿液NaOH)、淡化水出口13a和濃縮水出口13b；殼體內(nèi)有陽極室14和陰極室15，陽極室內(nèi)有陽極2a、陰極室內(nèi)有陰極2b，在陽極和陰極之間是一組交替間隔排列的陽離子交換膜3和陰離子交換膜4；殼體在與水流方向和電流方向都平行的兩殼壁的外側(cè)面上分別貼合一塊永磁板6。
原水從進口11a和11b進入本實施例的磁電滲析器，并在兩電極上接通直流電，電場對離子的偏移力Fe＝qE(q為離子的電量，E為電場強度)，同時離子還受到洛侖磁力Fm＝qvB(q為離子的電量，v為水流速度，B為磁場強度)的作用，因Fm與Fe的方向一致，故離子所受的實際偏移力F＝Fe+Fm；因此，流動溶液中的正、負離子在直流電場和靜磁場感應的共同作用下，正離子向陰極偏移并選擇性地透過陽離子交換膜3、負離子向陽極偏移并選擇性地透過陰離子交換膜4，最終從淡化室的出口13a供出淡化水，從濃縮水出口13b流出濃縮水。
實施例2.與實施例1的方法所不同的是靜磁場強度應不小于0.5T(特斯拉)。因為洛侖磁力Fm與磁場強度B成正比，磁場強度越大，效果就越好；如果能夠用20T以上的超導體強磁場則更為理想。另外，由于洛侖磁力Fm＝qvB是個向量，所以與本發(fā)明磁電滲析器的電滲析空間必須是無回路型，以使液流沿整個膜面流過，流速總的方向保持一致。從Fm＝qvB還可以知道，增大液流速度不僅有利于提高靜磁場對離子的設計偏移力，還有利于提高整個磁電滲析設備的水處理速度。
實施例3.可從圖5中看到，與實施例1、實施例2所不同的是它的殼體在與水流、電流方向都平行的兩殼壁是高磁導材料板17，其余的殼壁均為低磁導材料板。以克服因其余殼壁的磁場屏蔽作用，而降低了對外加磁場的作用。
實施例4.可從圖6中可以看到，它可以對實施例1、實施例2、實施例3的設備進行頻繁倒極以消除電極和陰、陽離子交換膜上的結(jié)垢、極化。它的結(jié)構(gòu)是在原水進口11a和11b、淡化水出口13a濃縮水出口13b上均裝有水流的換向閥8，并且在電路中裝有可使陰、陽兩極對換的電源切換閘5。
在對磁電滲析器進行倒極操作時，可通電源切換閘5使原來的陰極變?yōu)殛枠O、陽極變?yōu)殛帢O，同時還通過換向閥8使管11a、11b、13a、13b中的水流換向。9是禁止符，即換向閥在禁止符9處水管關閉，與換向閥相接的另外兩水管接通。
本實施例磁電滲析器通電時，如圖6a所示，11a、11b通過水流的換向閥8與原水供水管21接通。由11a進入的原水經(jīng)磁電滲析器20的淡化處理變成淡化水，然后經(jīng)13a、換向閥8，從淡化水導出管23引出；由11b進入的原水經(jīng)磁電滲析器濃縮處理后變成濃縮水，此后經(jīng)13b、換向閥8，從濃縮水導出管24流出。圖6b是表示倒極后的磁電滲析器的水流情況，這時通過電源切換閘5使原來的陰極變?yōu)殛枠O、陽極變?yōu)殛帢O，同時管13a、管13b通過水流的換向閥8與原水供水管21接通，原水由13b進入磁電滲析器在倒極變換后的淡化室并處理成淡化水，由11b流出磁電滲析器；由13a進入磁電滲析器的原水，在倒極變換后的濃縮室處理成濃縮水，并由11a流出磁電滲析器；最后11b中的水流通過換向閥由淡化水導出管23引出，11a中的水流通過換向閥由濃縮水導出管24流出。
實施例5.從圖6中看到，它可在實施例1、實施例2、實施例3、實施例4中磁電滲析器的原水供水管21上安裝磁鐵塊10，它可提前清除鐵磁性顆粒，以防其在設備中堆積。
權(quán)利要求
1.一種磁電滲析處理水的方法，其特征是在電滲析處理水的空間內(nèi)，增加一個使流動溶液中的陰、陽離子作定向偏移的靜磁場。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁電滲析處理水的方法，其特征是所說的靜磁場強度不小于0.5T(特斯拉)。
3.一種用本發(fā)明方法制成的磁電滲析器，它含有其上帶有原水進口(11)，電極沖洗水進口(16)，電極沖洗液出口(12)，淡化水出口(13A)和濃縮水出口(13b)的殼體(1)，殼體內(nèi)裝有電極(2)，并且在陽、陰兩電極之間裝有一組呈交替且間隔排列的陽離子交換膜(3)和陰離子交換膜(4)，其特征是它的殼體在與水流方向和電流方向都平行的兩殼壁上分別貼合一塊永磁板(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁電滲析器，其特征是所說的殼體(1)除了在與水流方向和電流方向都平行的兩殼壁是高導磁材料板(17)之外，其余各殼壁均為低導磁材料板(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的磁電滲析器，其特征是所說的兩電極之間帶有能使陰、陽兩電極進行互換的電源切換閘(5)，同時在原水進口(11a)、(11b)、淡化水出口(13a)、濃縮水出口(13b)與原水供水管(21)、淡化水導出管(23)、濃縮液導出管(24)上均裝有可變換流體在殼體上的進、出狀態(tài)的換向閥(8)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的磁電滲析器，其特征是所說的原水供水管(21)上裝有磁鐵塊(10)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁電滲析器，其特征是所說的原水供水管(21)上裝有磁鐵塊(10)。
全文摘要
磁電滲析處理水的方法和設備。一種用電化學處理水的方法和設備,它尤可用于海水淡化、苦咸水淡化、海水濃縮制鹽、工業(yè)給水脫鹽等。本發(fā)明方法是在現(xiàn)有的電滲析處理水的空間內(nèi)增加一個能使流動溶液中的陰、陽離子定向偏移的靜磁場。它的設備含有其上帶有原水進口,電極沖洗水進口,電極沖洗液出口,淡化水出口和濃縮水出口的殼體;殼體內(nèi)裝有電極,在陽、陰兩電極之間裝有一組呈交替且間隔排列的陽離子交換膜和陰離子交換膜,其特征是:它的殼體在與水流方向和電流方向都平行的兩殼壁上分別貼合一塊永磁板。以使溶液中帶電粒子同時受到洛侖磁力的作用而定向偏移并水的磁處理除垢,從而解決現(xiàn)有電滲析器水處理量小、耗電量大、易結(jié)垢等問題。
文檔編號C02F1/469GK1359857SQ0210190
公開日2002年7月24日 申請日期2002年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月10日
發(fā)明者陳樹慶, 張東紅 申請人:陳樹慶, 張東紅