本發(fā)明涉及水處理設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種大通量卷式EDI組件、其裝配方法和脫鹽方法。

背景技術(shù)：

目前，EDI電除鹽裝置主要包括板式EDI和卷式EDI。傳統(tǒng)卷式EDI主要是通過(guò)頂蓋和底蓋實(shí)現(xiàn)密封，單支膜組件標(biāo)準(zhǔn)流量在2m³/h左右，同樣出水要求下安裝使用占地較大，空間利用率低，噸水成本較高，同時(shí)在裝膜芯時(shí)需要采用壓力機(jī)進(jìn)行裝配，生產(chǎn)操作要求較高。

相比較于傳統(tǒng)板框式EDI，卷式EDI具有同心圓式電場(chǎng)分布，電流效率更高，電耗更低；卷式EDI的濃、淡水流態(tài)設(shè)計(jì)不同于傳統(tǒng)板框式EDI的同向流動(dòng)設(shè)計(jì)，可以更好地消除引起結(jié)垢的因素。同時(shí)，卷式EDI的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造就了由外至內(nèi)的濃、淡水流道單元，可以視水質(zhì)情況在同一EDI組件內(nèi)配置不同的樹脂，不但能提高脫鹽效率，還可有效降低了去除離子所需的能耗。

但是卷式EDI是由若干對(duì)陰陽(yáng)離子交換膜卷制成筒形膜堆，然后分別在濃、淡水流道內(nèi)填充離子交換樹脂，最終加上下端蓋封裝完成，在卷式EDI組件試水及正式運(yùn)行過(guò)程中，由于離子交換膜和離子交換樹脂的遇水溶脹的特點(diǎn)，要求卷式EDI組件裝配過(guò)程中，對(duì)膜堆的同心度要求較高，以保證整只組件在圓周方向均勻膨脹，確保組件的密封性。但實(shí)際情況是，由于整個(gè)筒形膜堆中，圓周軸向與縱向各點(diǎn)的離子交換膜和離子交換樹脂的遇水溶脹性存在差異，這種差異與離子交換膜和離子交換樹脂本身材質(zhì)有關(guān)，也與卷式EDI裝配過(guò)程的精度有關(guān)。這種差異的直接結(jié)果就是導(dǎo)致卷式EDI組件漏水，以及組件內(nèi)部濃、淡水串流，嚴(yán)重影響組件脫鹽效果，直至整只組件報(bào)廢。因此，現(xiàn)有技術(shù)急需要一種單只組件處理量（通量）大而且能長(zhǎng)期可靠運(yùn)行的卷式EDI組件產(chǎn)品。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的，是為了解決背景技術(shù)中的問(wèn)題，提供一種大通量卷式EDI組件、其裝配方法和脫鹽方法。

本發(fā)明的上述技術(shù)目的是通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的：

一種大通量卷式EDI組件，包括：外殼和膜芯，所述外殼包括，外殼體、密封套和蓋板，所述一個(gè)密封套和所述一個(gè)蓋板構(gòu)成一組密封結(jié)構(gòu)，所述外殼體的兩端分別設(shè)置有一組密封結(jié)構(gòu)，所述密封套設(shè)置在所述蓋板與所述外殼體端部之間；

所述膜芯包括，芯體和端蓋，所述芯體設(shè)置在所述外殼體內(nèi)部，所述端蓋套設(shè)在所述密封套與所述外殼體連接處的內(nèi)部；

所述密封套與外殼體端部設(shè)置有第一密封圈，所述密封套與蓋板之間設(shè)置有第二密封圈，所述密封套與所述端蓋之間設(shè)置有第三密封圈。

目前EDI膜組件密封方式，主要為在膜芯的兩端通過(guò)封蓋直接密封，在裝配過(guò)程中，需要用到壓力機(jī)且對(duì)所有部件的同心度要求很高，在膜芯使用壓力機(jī)套入外殼的過(guò)程中，密封圈與外殼的摩擦力很大，在這個(gè)套入的過(guò)程中，密封圈會(huì)受到很大程度的損傷，不利于組件長(zhǎng)久的密封效果。此外，在實(shí)際實(shí)用過(guò)程中，由于膜芯內(nèi)部的交換樹脂在使用過(guò)程中需要不斷再生，而這個(gè)再生的過(guò)程通常是不均勻的，所以在實(shí)際中使用，膜組件內(nèi)部各點(diǎn)的膨脹應(yīng)力分布不均勻，從而導(dǎo)致膜芯產(chǎn)生非軸向的彎曲力，而傳統(tǒng)封蓋的密封方式只能達(dá)到軸向施加密封力的效果，故傳統(tǒng)膜組件單支的直徑通常在40cm以下，一但超出這個(gè)數(shù)值，傳統(tǒng)封蓋密封的膜組件在長(zhǎng)期使用后，容易出現(xiàn)泄漏，影響除鹽效果。

本技術(shù)方案通過(guò)上述結(jié)構(gòu)，在裝配過(guò)程中，不需要使用壓力機(jī)，并且裝配時(shí)密封圈不會(huì)與外殼體長(zhǎng)距離摩擦，保證了密封圈的可靠性。此外，在膜組件長(zhǎng)期使用的過(guò)程中，由于外殼體、密封套和蓋板是一個(gè)三層密封的結(jié)構(gòu)，當(dāng)交換樹脂產(chǎn)生不規(guī)則的變形時(shí)，外殼體與密封套之間的間距可以發(fā)生非軸向的變化，即外殼體與密封套之間各點(diǎn)的距離不均勻變化使得外殼體與密封套的軸向不再重合，同理，密封套與端蓋之間也可以這樣變化，并且在第一密封圈、第二密封圈和第三密封圈的共同作用下，避免了泄漏的發(fā)生。故本方案的膜組件，降低了對(duì)軸向密封的要求，降低了生產(chǎn)的難度與成本。

作為優(yōu)選，所述芯體中心處設(shè)置有陰極柱，所述陰極柱上設(shè)置有多組卷式纏繞的膜單元，所述膜單元包括陽(yáng)膜和陰膜，所述陽(yáng)膜和陰膜之間為濃水室，所述濃水室的兩端分別設(shè)置有極水室，所述膜單元之間為淡水室，所述淡水室內(nèi)填充有交換樹脂，所述淡水室的兩端設(shè)置有柵板；

所述陰極柱內(nèi)設(shè)置有中心管道，所述中心管道的端部穿出所述蓋板外，形成第一出口，所述外殼體上設(shè)置有第一進(jìn)口，所述外殼體兩端的蓋板上分別設(shè)置有第二進(jìn)口和第二出口，所述外殼體上設(shè)置有與所述極水室相連通的極水出口。

采用前述的密封結(jié)構(gòu)，使得膜芯的直徑得以提高，膜芯內(nèi)的膜單元數(shù)量也相應(yīng)增加，因而在膜單元的濃水室的兩端分別設(shè)置有極水室，能有效的將電極側(cè)的極水收集后排出，從而避免膜芯積垢。

作為優(yōu)選，所述膜單元遠(yuǎn)離陰極柱的一端設(shè)置有陽(yáng)極片、所述膜單元靠近陰極柱的一端設(shè)置有陰極片。采用陽(yáng)極片和陰極片結(jié)構(gòu)，使得通電后每個(gè)膜單元擁有一個(gè)獨(dú)立的加壓電場(chǎng)，提高了凈水效果。

作為優(yōu)選，所述芯體的外側(cè)套設(shè)有陽(yáng)極筒，設(shè)置陽(yáng)極筒，可以有效保證陽(yáng)極通電的穩(wěn)定。

作為優(yōu)選，所述第一出口與所述蓋板之間設(shè)置有第四密封圈，用以保證第一出口處的密封性。

作為優(yōu)選，所述密封套上設(shè)置有用以定位所述端蓋的凸臺(tái)，所述外殼體的兩端設(shè)置有用以與所述密封套和蓋板的連接凸臺(tái)。

作為優(yōu)選，所述芯體內(nèi)至少包括七組均布的膜單元。

作為優(yōu)選，所述第二進(jìn)口、第二出口與濃水室相連通，液體流向?yàn)?，濃水自第二進(jìn)口進(jìn)入后，流經(jīng)濃水室后從第二出口排出；所述中心管道、第一出口、第一進(jìn)口與淡水室相連通，液體流向?yàn)?，待凈化水從第一進(jìn)口進(jìn)入后，依次流經(jīng)淡水室與中心管道后，從第一出口排出。這樣的流道設(shè)計(jì)，使得濃水與待凈化水，在膜芯內(nèi)的流向呈90度交叉，降低了膜單元內(nèi)部結(jié)垢的可能性，提高了凈化效率。

電流密度與電流大小與通過(guò)面積有關(guān)，上述結(jié)構(gòu)的卷式EDI組件膜芯外側(cè)陽(yáng)極的面積大于膜芯中心陰極的面積，故膜芯外側(cè)的電流密度小于膜芯中心的電流密度，使得整個(gè)電場(chǎng)的電勢(shì)能在膜芯徑向上自內(nèi)向外逐漸減弱，形成了逐漸過(guò)度的各個(gè)區(qū)域。由于待凈化的淡水中含有多種不同的鹽分，電解出的電解質(zhì)往往包括了Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、Cl^-、SO₄^2-等活性較強(qiáng)的離子以及HCO₃^-、HSiO₃^-等活性較弱的離子。故通過(guò)上述方式布置流道和電場(chǎng)，能將各種離子分區(qū)域分離，有效防止組件積垢的同時(shí)，提高了電能的利用率。

一種大通量卷式EDI組件的裝配方法，包括以下步驟：

A裝配膜芯，將陽(yáng)膜和陰膜貼合形成膜單元，將多組膜單元卷繞到陰極柱上，卷繞時(shí)在膜單元之間襯入柵板，卷繞完成后，將陽(yáng)極筒裝配芯體外側(cè)；

B裝配外殼，①將膜芯套入外殼體內(nèi)，然后在膜芯兩端套入端蓋，所述端蓋部分套入所述外殼體的內(nèi)部；②在端蓋外套上第三密封圈，將密封套套在端蓋外，密封套的上下兩端裝有第一密封圈和第二密封圈；③將下端蓋板扣于所述端蓋上，在淡水室內(nèi)注入交換樹脂；④將上端蓋板扣于所述端蓋上，通過(guò)螺栓將蓋板、密封套和連接凸臺(tái)連接緊密。

上述裝配方法，過(guò)程簡(jiǎn)單，對(duì)密封圈的損傷小，且不必使用壓力機(jī)或其他裝備設(shè)備，保證了設(shè)備使用壽命的前提下，降低了安裝成本。

作為優(yōu)選，所述步驟B中，膜芯兩端套入端蓋時(shí)，在第一出口與所述蓋板裝入第四密封圈。

一種采用上述大通量卷式EDI組件脫鹽方法，在膜芯中心處連接電場(chǎng)陰極，在膜芯外側(cè)連接電場(chǎng)陽(yáng)極，使得膜芯中部與膜芯外圍之間形成電場(chǎng)，淡水從第一進(jìn)口進(jìn)入膜芯，依次流經(jīng)淡水室與中心管道后，從第一出口排出，濃水從第二進(jìn)口進(jìn)入膜芯，流進(jìn)濃水室后，從第二出口排出，整個(gè)過(guò)程中淡水在膜芯中沿著與膜芯軸向垂直的方向流動(dòng)，而濃水則在膜芯軸向方向流動(dòng)，濃水和淡水交叉錯(cuò)流；淡水中的陰陽(yáng)離子在電場(chǎng)作用下向兩側(cè)移動(dòng)，陰離子通過(guò)陽(yáng)膜，陽(yáng)離子通過(guò)陰膜，分別進(jìn)入兩側(cè)的濃水室，完成對(duì)淡水的脫鹽效果。

上述方法中，濃水水流走軸向，淡水水流走徑向。這樣流向，濃淡水是完全錯(cuò)流狀態(tài)，降低了膜單元內(nèi)部結(jié)垢的可能性，提高了凈化效率；淡水自組件外側(cè)進(jìn)入，由外側(cè)至內(nèi)側(cè)，從低電流密度區(qū)流向強(qiáng)電流密度區(qū)，正好與強(qiáng)弱離子脫鹽次序相符合，電負(fù)性強(qiáng)，易以脫除的離子在低電流密度區(qū)即可脫除，而電負(fù)性弱，不易以脫除的離子正好流經(jīng)強(qiáng)電流密度區(qū)，提高了脫除效率和電流效率。

作為優(yōu)選，濃淡水流向與上述方法相反，即淡水走軸向，從第二進(jìn)口進(jìn)入膜芯，流進(jìn)淡水室后，從第二出口排出；濃水走徑向，濃水從第一進(jìn)口進(jìn)，依次流經(jīng)濃水室與中心管道后，從第一出口排出。這樣流向，濃淡水也是完全錯(cuò)流狀態(tài)，降低了膜單元內(nèi)部結(jié)垢的可能性，提高了凈化效率；因流體在螺旋流道中可產(chǎn)生Dean流，將降低擴(kuò)散層的厚度，強(qiáng)化傳質(zhì)過(guò)程；另外，極板距離近將產(chǎn)生很強(qiáng)的電場(chǎng),也可提高離子遷移速率，這樣一方面提高了電除鹽效率，另一方面可以降低膜單元內(nèi)部結(jié)垢的可能性。

綜上所述，本發(fā)明的有益效果：

①本發(fā)明所述的一種大通量卷式EDI組件，通過(guò)卷式纏繞的膜芯，內(nèi)外設(shè)置的陰陽(yáng)級(jí)，使得電場(chǎng)在待凈水流向的強(qiáng)度有一個(gè)變化，從而完成了對(duì)不同粒子的逐級(jí)分離，充分利用電能，同時(shí)緩解了濃水室結(jié)垢傾向。

②本發(fā)明所述的一種大通量卷式EDI組件，外殼采用分體式法蘭結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于裝配，并且克服了傳統(tǒng)膜組件容易產(chǎn)的泄漏問(wèn)題，使得單只膜組件的直徑加大，從而節(jié)省系統(tǒng)管路和占地空間，降低了噸水成本。

③本發(fā)明所述的一種大通量卷式EDI組件及其裝配方法，所制成的膜組件，單只膜芯的通量可以達(dá)到4m³/h以上，降低了噸水成本，節(jié)省系統(tǒng)管路和占地空間，成本比2只2m³/h組件降低30%左右。

④本發(fā)明所述的一種大通量卷式EDI組件脫鹽方法，所述膜單元的濃水、淡水完全錯(cuò)流設(shè)計(jì)，使得組件運(yùn)行時(shí)，膜堆內(nèi)易于形成結(jié)垢的Ca2+、Mg2+離子從淡水進(jìn)水端開始遷移通過(guò)陽(yáng)離子交換膜，在向陰極遷移的同時(shí)，隨著水流向濃水出水端移動(dòng)，阻止了Ca2+、Mg2+離子向濃水室陰膜側(cè)的富集，從而降低濃水室陰膜側(cè)的結(jié)垢的可能性。

⑤本發(fā)明所述的一種大通量卷式EDI組件脫鹽方法，所述膜單元具有螺旋流道結(jié)構(gòu)和極板間距離近的特點(diǎn)，流體在螺旋流道中可產(chǎn)生Dean流，將降低擴(kuò)散層的厚度，強(qiáng)化傳質(zhì)過(guò)程；另外，極板距離近將產(chǎn)生很強(qiáng)的電場(chǎng),也可提高離子遷移速率，這樣一方面提高了電除鹽效率，另一方面可以降低膜單元內(nèi)部結(jié)垢的可能性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中膜芯的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明中A部的放大圖；

圖4是本發(fā)明中B部的放大圖；

圖5是本發(fā)明中膜芯卷繞的示意圖。

具體實(shí)施方式

以下具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的解釋，其并不是對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀完本說(shuō)明書后可以根據(jù)需要對(duì)本實(shí)施例做出沒(méi)有創(chuàng)造性貢獻(xiàn)的修改，但只要在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)都受到專利法的保護(hù)。

下面結(jié)合附圖以實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1：

根據(jù)圖1、圖3、圖4所示，一種大通量卷式EDI組件，包括：外殼1和膜芯2，外殼1包括，外殼體11、密封套12和蓋板13，一個(gè)密封套12和一個(gè)蓋板13構(gòu)成一組密封結(jié)構(gòu)，外殼體11的兩端分別設(shè)置有一組密封結(jié)構(gòu)，密封套12設(shè)置在蓋板13與外殼體11端部之間；

膜芯2包括，芯體21和端蓋22，芯體21設(shè)置在外殼體11內(nèi)部，端蓋22套設(shè)在密封套12與外殼體11連接處的內(nèi)部，芯體21內(nèi)包括七組均布的膜單元3。

密封套12與外殼體11端部設(shè)置有第一密封圈14，密封套12與蓋板13之間設(shè)置有第二密封圈15，密封套12與端蓋22之間設(shè)置有第三密封圈16，第一出口42與蓋板13之間設(shè)置有第四密封圈17。

密封套12上設(shè)置有用以定位端蓋22的凸臺(tái)121，外殼體11的兩端設(shè)置有用以與密封套12和蓋板13的連接凸臺(tái)111。

根據(jù)圖2、圖5所示，芯體21中心處設(shè)置有陰極柱211，陰極柱211上設(shè)置有多組卷式纏繞的膜單元3，膜單元3包括陽(yáng)膜31和陰膜32，陽(yáng)膜31和陰膜32之間為濃水室4，濃水室4的兩端分別設(shè)置有極水室7，膜單元3之間為淡水室5，淡水室5內(nèi)填充有交換樹脂51，淡水室5的兩端設(shè)置有柵板52；陰極柱211內(nèi)設(shè)置有中心管道41，中心管道41的端部穿出蓋板13外，形成第一出口42，外殼體11上設(shè)置有第一進(jìn)口43，外殼體11兩端的蓋板13上分別設(shè)置有第二進(jìn)口61和第二出口62，外殼體11上設(shè)置有與極水室7相連通的極水出口71，膜單元3遠(yuǎn)離陰極柱211的一端設(shè)置有陽(yáng)極片33、膜單元3靠近陰極柱211的一端設(shè)置有陰極片34。

大通量卷式EDI組件中，第二進(jìn)口61、第二出口62與濃水室4相連通，液體流向?yàn)?，濃水自第二進(jìn)口61進(jìn)入后，流經(jīng)濃水室4后從第二出口62排出；中心管道41、第一出口42、第一進(jìn)口43與淡水室5相連通，液體流向?yàn)?，待凈化水從第一進(jìn)口43進(jìn)入后，依次流經(jīng)淡水室5與中心管道41后，從第一出口42排出。

實(shí)施例2：

與上述實(shí)施例1不同之處在于，根據(jù)圖2所示，芯體21的外側(cè)套設(shè)有陽(yáng)極筒212，可以有效保證陽(yáng)極通電的穩(wěn)定。

實(shí)施例3：

上述實(shí)施例1的大通量卷式EDI組件的裝配方法，包括以下步驟：

A裝配膜芯2，將陽(yáng)膜31和陰膜32貼合形成膜單元3，將多組膜單元3卷繞到陰極柱211上，卷繞時(shí)在膜單元3之間襯入柵板52，卷繞完成后，將陽(yáng)極筒212裝配芯體21外側(cè)；

B裝配外殼，①將膜芯2套入外殼體11內(nèi)，然后在膜芯2兩端套入端蓋22，端蓋22部分套入外殼體11的內(nèi)部，膜芯2兩端套入端蓋22時(shí)，在第一出口42與蓋板13裝入第四密封圈17；②在端蓋22外套上第三密封圈16，將密封套12套在端蓋22外，密封套12的上下兩端裝有第一密封圈14和第二密封圈15；③將下端蓋板13扣于端蓋22上，在淡水室5內(nèi)注入交換樹脂51；④將上端蓋板13扣于端蓋22上，通過(guò)螺栓將蓋板13、密封套12和連接凸臺(tái)111連接緊密。

實(shí)施例4：

上述實(shí)施例1或2中大通量卷式EDI組件脫鹽方法為，在膜芯2陰極柱211或陰極片34處連接電場(chǎng)陰極，在膜芯2陽(yáng)極筒212或陽(yáng)極片33處連接電場(chǎng)陽(yáng)極，使得膜芯2中部與膜芯2外圍之間形成電場(chǎng)，淡水從第一進(jìn)口43進(jìn)入膜芯2，依次流經(jīng)淡水室5與中心管道41后，從第一出口42排出，濃水從第二進(jìn)口61進(jìn)入膜芯2，流進(jìn)濃水室4后，從第二出口62排出，整個(gè)過(guò)程中淡水在膜芯2中沿著與膜芯2軸向垂直的方向流動(dòng)，而濃水則在膜芯2軸向方向流動(dòng)，濃水和淡水交叉錯(cuò)流；淡水中的陰陽(yáng)離子在電場(chǎng)作用下向兩側(cè)移動(dòng)，陰離子通過(guò)陽(yáng)膜31，陽(yáng)離子通過(guò)陰膜32，分別進(jìn)入兩側(cè)的濃水室4，完成對(duì)淡水的脫鹽效果。濃水水流走軸向，淡水水流走徑向。這樣的流向，濃淡水是完全錯(cuò)流狀態(tài)，降低了膜單元內(nèi)部結(jié)垢的可能性，提高了凈化效率；淡水自組件外側(cè)進(jìn)入，由外側(cè)至內(nèi)側(cè)，從低電流密度區(qū)流向強(qiáng)電流密度區(qū)，正好與強(qiáng)弱離子脫鹽次序相符合，電負(fù)性強(qiáng)，易以脫除的離子在低電流密度區(qū)即可脫除，而電負(fù)性弱，不易以脫除的離子正好流經(jīng)強(qiáng)電流密度區(qū)，提高了脫除效率和電流效率。

同時(shí)淡水室5內(nèi)含有交換樹脂51，在電場(chǎng)的作用下，淡水一部分水分子分解成氫離子和氫氧根離子。這些氫離子和氫氧根離子持續(xù)地再生填充于淡水室5的交換樹脂51。帶正電荷的陽(yáng)離子和帶負(fù)電荷的陰離子分別被吸附到相應(yīng)的樹脂上，并且受電場(chǎng)陽(yáng)極和陰極的作用，通過(guò)相應(yīng)的樹脂遷移，穿過(guò)陽(yáng)膜31、陰膜32進(jìn)入濃水室4而被出去。陽(yáng)膜31僅允許陰離子通過(guò)，而陽(yáng)離子和液體無(wú)法通過(guò)；陰膜32僅允許陰離子通過(guò)，而陰離子和液體無(wú)法通過(guò)。

表1

表1為本實(shí)施例膜組件單只膜芯的水處理參數(shù)，表2為傳統(tǒng)2m³/h膜組件單只膜芯的水處理參數(shù)。

表2

通過(guò)表格對(duì)比數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，本方案單只模芯的產(chǎn)水水量大幅度提升，并且在產(chǎn)水電阻率、組件壓降方面依舊保持與傳統(tǒng)膜組件相近的水品，從而提高了水處理效率。

實(shí)施例5：

與實(shí)施例4不同之處在于，濃淡水流向與實(shí)施例4中方法相反，即淡水走軸向，從第二進(jìn)口61進(jìn)入膜芯2，流進(jìn)淡水室5后，從第二出口62排出；濃水走徑向，濃水從第一進(jìn)口43進(jìn)，依次流經(jīng)濃水室5與中心管道41后，從第一出口42排出。這樣的流向，濃淡水也是完全錯(cuò)流狀態(tài)，降低了膜單元內(nèi)部結(jié)垢的可能性，提高了凈化效率；因流體在螺旋流道中可產(chǎn)生Dean流，將降低擴(kuò)散層的厚度，強(qiáng)化傳質(zhì)過(guò)程；另外，極板距離近將產(chǎn)生很強(qiáng)的電場(chǎng),也可提高離子遷移速率，這樣一方面提高了電除鹽效率，另一方面可以降低膜單元內(nèi)部結(jié)垢的可能性。