一种逆流电渗析反应器的制作方法

1.本实用新型属于水处理技术领域，具体涉及一种改进的逆流式高效电渗析反应器。


背景技术：

2.电渗析技术是一种以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性实现物料的浓缩或脱盐的水处理技术，具有设备简单、操作便捷、低能耗、预处理要求低、环境污染小等优点。电渗析技术自20世纪初被研发以来取得了长足的进步，已被广泛用于海水淡化、废水浓缩、淡水纯化、酸碱回收等用途。传统电渗析、选择性电渗析、电去离子电渗析、频繁倒极电渗析、无极水电渗析、无隔板电渗析、双极膜电渗析等不同形式、不同功能的电渗析技术不断被开发并应用于轻工、造纸、医药、化工、电力等领域。
3.现有循环型电渗析反应器运行过程中，电场力驱动的离子渗析作用和浓度差驱动的同名离子迁移作用同时存在且方向相反。电渗析过程初期，正向电渗析作用速率远大于反向同名离子迁移作用速率，离子由淡水侧往浓水侧富集的速率较高；电渗析过程中期，随着淡水侧和浓水侧离子浓度差的增大，同名离子迁移作用速率逐渐增加，随着电流密度的持续降低，电渗析作用速率逐渐减小，离子由淡水侧往浓水侧富集的速率不断降低；电渗析过程末期，同名离子迁移作用速率与电渗析作用速率无限接近，离子迁移达到动态平衡，浓水侧离子浓度不再增大。提高反离子迁移速率(淡水侧至浓水侧)，从而增大电渗析反应器的运行效率，已成为电渗析技术亟需攻克的瓶颈难题。
4.针对上述电渗析离子迁移效率问题，目前主流技术采用设置连续多级电渗析反应器的方法来降低浓差产生的同名离子迁移速率。现有电渗析反应器膜堆运行过程中浓水和淡水均保持同向流动，膜堆浓水通道中的料液浓度逐渐增大，膜堆淡水通道中的料液浓度逐渐减小。通道末端淡水侧和浓水侧的盐浓差很大，导致同名离子迁移作用显著增强。与此同时，淡水通道内盐浓度的降低也导致了淡水料液电阻增大，在额定电压下极板电流密度下降，电渗析作用减弱。在同名离子迁移作用和电渗析作用的叠加影响下，通道末端区域的反离子迁移效率大幅下降，使得电渗析整体效果受影响。这种方法的设备要求高、投资大、系统操作复杂、运行控制困难，尤其不适用于小型电渗析系统。不仅如此，单个电渗析反应器效率受固有运行模式影响，其反离子迁移效率始终无法得到保证。现有电渗析反应器因浓差极化导致的离子迁移效率低下。因此有必要开发一种具有普适性的新型电渗析反应器。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种逆流电渗析反应器。
6.这种逆流电渗析反应器，包括：逆流电渗析膜堆、淡水箱、淡水泵、浓水箱、浓水泵、极水箱、极水泵、配套设备和表计管路阀门；其中逆流电渗析膜堆内交替设有阴离子交换膜和阳离子交换膜，相邻阴离子交换膜和阳离子交换膜之间设有浓水通道或淡水通道，浓水
通道和淡水通道交替设置；逆流电渗析膜堆的两侧沿水流平行方向设有极水通道；逆流电渗析膜堆两端设有阳极和阴极；反接逆流电渗析膜堆浓水通道进出水管路：浓水箱连接浓水泵一端，浓水泵另一端连接逆流电渗析膜堆内的浓水通道出水母管,浓水通道出水母管作为进水管；逆流电渗析膜堆内的浓水通道进水母管连接至浓水箱,浓水通道进水母管作为出水管；浓水箱、浓水泵、逆流电渗析膜堆内的浓水通道形成浓水循环；浓水和淡水逆流有利于减小浓差提升离子迁移效率，极水流向不影响电渗析效果；逆流电渗析反应器运行过程中浓水和淡水在膜堆内的流向相反；淡水箱连接淡水泵一端，淡水泵另一端连接逆流电渗析膜堆内的淡水通道进水母管，淡水通道出水母管接回淡水箱；淡水箱、淡水泵、逆流电渗析膜堆内的淡水通道形成淡水循环；极水箱连接极水泵一端，极水泵另一端连接逆流电渗析膜堆内的极水通道进水母管，极水通道出水母管接回极水箱；极水箱、极水泵、逆流电渗析膜堆内的极水通道形成极水循环；浓水循环、淡水循环和极水循环内的离子在电驱动下通过膜堆中的离子交换膜发生离子迁移。
7.作为优选，浓水循环、淡水循环和极水循环内分别设置流量计和压力计。
8.作为优选，配套设备为换热器、过滤器、排氢风机、酸吸收器等电渗析系统配套设备中的至少一种。
9.作为优选，所有表计管路阀门均为电动阀，可在就地或远端开启或关闭。
10.本实用新型的有益效果是：
11.本实用新型反接逆流电渗析膜堆浓水通道进出水管路；浓水箱、浓水泵、逆流电渗析膜堆内的浓水通道形成浓水循环；浓水和淡水逆流有利于减小浓差提升离子迁移效率，极水流向不影响电渗析效果；逆流电渗析反应器运行过程中浓水和淡水在膜堆内的流向相反；
12.本实用新型采用的设备安全、可靠、易维护，可作为新反应器直接生产，也可在常规电渗析系统基础上进行升级改造。本实用新型适用于不同类型的电渗析反应器，用于不同目的的水处理，具有普适性和通用性。
附图说明
13.图1为逆流电渗析反应器膜堆及运行工艺示意图；
14.图2为逆流电渗析反应器工艺流程图。
15.附图标记说明：阴离子交换膜1、阳离子交换膜2、阳极3、阴极4、逆流电渗析膜堆5、淡水箱6、淡水泵7、浓水箱8、浓水泵9、极水箱10、极水泵11。
具体实施方式
16.下面结合实施例对本实用新型做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
17.实施例一
18.本技术实施例一提供了一种如图1和图2所示逆流电渗析反应器，包括：逆流电渗析膜堆5、淡水箱6、淡水泵7、浓水箱8、浓水泵9、极水箱10、极水泵11、配套设备和表计管路
阀门；其中逆流电渗析膜堆5内交替设有阴离子交换膜1和阳离子交换膜2，相邻阴离子交换膜1和阳离子交换膜2之间设有浓水通道或淡水通道，浓水通道和淡水通道交替设置；逆流电渗析膜堆5的两侧沿水流平行方向设有极水通道；逆流电渗析膜堆5两端设有阳极3和阴极4；
19.反接逆流电渗析膜堆5浓水通道进出水管路：浓水箱8连接浓水泵9一端，浓水泵9另一端连接逆流电渗析膜堆5内的浓水通道出水母管；逆流电渗析膜堆5内的浓水通道进水母管连接至浓水箱8；浓水箱8、浓水泵9、逆流电渗析膜堆5内的浓水通道形成浓水循环；浓水和淡水逆流有利于减小浓差提升离子迁移效率，极水流向不影响电渗析效果；逆流电渗析反应器运行过程中浓水和淡水在膜堆内的流向相反；
20.淡水箱6连接淡水泵7一端，淡水泵7另一端连接逆流电渗析膜堆5内的淡水通道进水母管，淡水通道出水母管接回淡水箱6；淡水箱6、淡水泵7、逆流电渗析膜堆5内的淡水通道形成淡水循环；
21.极水箱10连接极水泵11一端，极水泵11另一端连接逆流电渗析膜堆5内的极水通道进水母管，极水通道出水母管接回极水箱10；极水箱10、极水泵11、逆流电渗析膜堆5内的极水通道形成极水循环；浓水循环、淡水循环和极水循环内的离子在电驱动下通过膜堆中的离子交换膜发生离子迁移。
22.本实施例中的逆流电渗析反应器在常规电渗析反应器基础上，改变了膜堆浓水通道的进水管路和出水管路，形成了浓水和淡水的交互逆流。仅反接膜堆浓水通道进出水管路，即浓水泵后的管路原先连结膜堆浓水进水母管，现接到膜堆浓水出水母管。原先膜堆浓水进水母管改接至浓水箱。
23.实施例二
24.在实施例一的基础上，本技术实施例二提供了逆流电渗析反应器在某燃煤电厂中的应用：
25.某燃煤电厂采用选择性电渗析系统浓缩处理湿法脱硫工艺副产物脱硫废水。原电渗析系统为单级电渗析系统，以连续补排水模式运行，其中浓水补水和淡水补水均为脱硫废水。电渗析膜堆中，浓水流动方向和淡水流动方向相同，浓水和淡水循环流量均为4m3/h，压力均为0.060mpa。稳定运行时，浓水产量为0.1t/h，淡水产量为0.4t/h，膜堆平均功率为1.43kw，膜堆电流效率为0.69。浓水水质和淡水水质根据来水水质波动而变化，浓水出水平均氯离子浓度为26533mg/l，淡水出水平均氯离子浓度为5562mg/l，基本能够实现预期的脱硫废水浓缩效果。
26.后对原有电渗析系统进行了改造，调整了膜堆内浓水的流动方向，使之与膜堆内淡水流动方向互逆，维持系统其他运行方式不变，持续监测设备运行工况和出水水质。逆流电渗析反应器连续运行期间，膜堆平均功率为1.51kw，膜堆电流效率为0.75，离子迁移速率和离子迁移量均有增加。浓水出水平均氯离子浓度为28867mg/l，淡水出水平均氯离子浓度为4958mg/l，整体出水水质较改造前更优。
27.该电厂改造后的新型逆流电渗析反应器正常运行6个月以来，电流效率稳定，脱硫废水浓缩效果较之前有显著提升。以上结果表明，通过降低同名离子迁移作用降低离子反向渗析速率的设计策略，以及通过减小了膜堆整体电阻提高反应器反离子迁移速率的设计策略，具有重要的应用价值。逆流电渗析反应器在水处理领域具有广泛的适用性。
28.本实用新型改变电渗析反应器，使得浓水侧与淡水侧压力接近，且浓水流向与淡水流向互逆。此时浓水通道末端处浓水侧盐浓度较高，淡水侧淡水盐浓度也较高；淡水通道末端淡水侧盐浓度较低，浓水侧浓水盐浓度也较低。这种运行模式下的电渗析反应器，可以减小运行过程中膜堆浓水侧和淡水侧的盐浓差，膜堆内各位置盐浓差都较小，同名离子迁移作用大幅减弱，电渗析作用也有一定程度的增强，电渗析系统水处理效率得到提升。
29.本实用新型通过浓水和淡水的逆流运行，减小了膜堆的整体电阻，在逆流反应器额定电压下能够有效提升极板间电流密度，提高反应器的反离子迁移速率。