一種使用柱狀介電電泳電極的平板滲透膜元件的制作方法
【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滲透膜元件，其平板框架的前、后兩面安裝滲透膜，平板框架內(nèi)安裝柱狀電極組件，柱狀電極組件的第一電極板、第二電極板上均分布設(shè)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；兩電極板相對扣合后，其中一電極板的柱狀突起嵌入至另一電極板的孔位之內(nèi)；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(fā)射非均電場的作用面，平板框架上設(shè)置有產(chǎn)水出口。本實用新型通在柱狀電極組件以及滲透膜的附近產(chǎn)生非均勻電場，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工作效率及產(chǎn)水量。
【專利說明】
一種使用柱狀介電電泳電極的平板滲透膜元件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種在固-液、固-氣、液-液混合物中對特定對象的顆粒進行分離和沉降的設(shè)備，特別涉及一種使用柱狀介電電泳電極的平板滲透膜元件。
【背景技術(shù)】
[0002]滲透膜分離技術(shù)在近30年中由于其操作方便、工藝設(shè)備緊湊、分離效率高、能耗低等優(yōu)點而迅速發(fā)展成為工業(yè)中多相(主要于固液，固氣和液液等)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(yīng)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(zhì)分子或細菌、病毒等的沉積或孳生而導(dǎo)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(jīng)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。納濾和反滲透膜等用于液液分離中，由于濃差極化所產(chǎn)生的凝膠層會在膜表面形成一個不可透層，從而極大增大了膜阻力和透過壓的要求，這種膜污染可以通過膜清洗而除去，稱為可逆污染。
[0003]工業(yè)上經(jīng)常用來清洗膜污染的方法主要分為物理清洗和化學(xué)清洗，化學(xué)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(xué)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(yè)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(chǎn)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(xiàn)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(tǒng)阻礙了其在工業(yè)上的應(yīng)用?；陔娪驹淼碾娮訚B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(fù)雜性的工業(yè)條件，而且其高能耗也阻礙了它在工業(yè)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(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)不僅會導(dǎo)致PH值變化，甚至于會生成有毒或污染環(huán)境的化學(xué)副產(chǎn)品O

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的是在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種使用柱狀介電電泳電極的介電電泳平板滲透膜元件，通過在柱狀介電電泳電極上施加交流電，從而在介電電泳電極以及滲透膜的附近產(chǎn)生非均勻電場，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(chǎn)水量。
[0006]本實用新型解決其技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]—種使用柱狀介電電泳電極的平板滲透膜元件，其特征在于: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(shè)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(shè)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(nèi)；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(fā)射非均電場的作用面;所述平板框架上設(shè)置有連通兩滲透膜之間產(chǎn)水腔的產(chǎn)水出口。
[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(shù)位置和第n+1行的第偶數(shù)位置為柱狀突起，第η行的第偶數(shù)位置和第n+1行的第奇數(shù)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(yīng)。
[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(yīng)。
[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]所述的第一電極板及第二電極板為波紋板。
[0015]所述的第一電極板、第二電極板的外側(cè)與滲透膜之間分別設(shè)置導(dǎo)流布。
[0016]本實用新型的優(yōu)點和有益效果為:
[0017]1.本實用新型的平板滲透膜元件，使用柱狀電極組件，柱狀電極組件的的不同電極板的柱狀突起和孔位相互配合，共同構(gòu)成一個發(fā)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(qū)域的面電荷密度增高，其所在區(qū)域的不均場強隨之增強;柱狀突起作為發(fā)射端點與貫通電極板的孔位共同構(gòu)成的工作單元體為開放式對外結(jié)構(gòu)，發(fā)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(fā)揮非均電場的介電電泳效應(yīng)，造成浪費。同時，相對于傳統(tǒng)介電電泳電極的面發(fā)射而言，柱狀突起能形成尖端發(fā)射點，在作用面之外形成的電場中的介電電泳力更強。
[0018]2.本實用新型的平板滲透膜元件，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(chǎn)生不同的非均電場的介電電泳效應(yīng)，根據(jù)所要處理的液體特性選擇對應(yīng)頻率、電壓的交流電源產(chǎn)生的對應(yīng)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(zhì)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(xiàn)減弱甚至防止?jié)B透膜的濃差極化效應(yīng)，降低膜表面結(jié)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(yīng)使水分子產(chǎn)生定向透過膜的移動現(xiàn)象，增加水分子通過效率，從而提高對所處理物質(zhì)的處理速率。
[0019]3、本實用新型的平板滲透膜元件，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(chǎn)生非均勻電場，利用固體微粒與其所懸浮的連續(xù)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(fā)生的膜污染和堵膜現(xiàn)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(yè)中經(jīng)常使用的反沖洗技術(shù)相比，無須添加額外物質(zhì)例如化學(xué)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(xiàn)對膜的去污解堵。
【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型的平板滲透膜元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ]圖2是本實用新型的平板滲透膜元件的外部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3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；
[0023]圖4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(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5是本實用新型的柱狀電極組件的單塊電極板的結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0025]圖6是本實用新型的柱狀電極組件的單塊電極板的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖7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；
[0027]圖8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(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖9是本實用新型的柱狀電極組件在通電前的粒子分布狀態(tài)示意圖；
[0029]圖10是本實用新型的柱狀電極組件在通電后的粒子分布狀態(tài)示意圖；
[0030]圖11是本實用新型的柱狀電極組件在通電后產(chǎn)生的不均電場的電場強度等值線。
[0031]附圖標記說明
[0032]1-柱狀電極組件、2-滲透膜、3-平板框架、4-導(dǎo)流布、5-產(chǎn)水出口、6_產(chǎn)水腔、7_電源轉(zhuǎn)接頭、8-第一電極板、9-第二電極板、10-柱狀突起、11-孔位、12-作用面。
【具體實施方式】
[0033]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。
[0034]如圖1、2所示，一種使用柱狀介電電泳電極的平板滲透膜元件，包括柱狀電極組件
1、滲透膜2、平板框架3和導(dǎo)流布4，平板框架3的垂直于水流方向的前、后兩面采用壓塑方式安裝滲透膜2，平板框架3內(nèi)安裝柱狀電極組件I。
[0035]柱狀電極組件I包括兩片相互絕緣的電極板。兩電極板通過平板框架3上設(shè)置的電源轉(zhuǎn)接頭7連接交流電源的不同輸出端形成電極組，在周圍產(chǎn)生非勻稱電場;兩電極板外側(cè)與兩滲透膜之間分別設(shè)置導(dǎo)流布4;平板框架上設(shè)置有連通兩滲透膜之間產(chǎn)水腔6的產(chǎn)水出P5o
[0036]本實施例的平板框架3優(yōu)選ABS材料，平板框架3與滲透膜2的安裝結(jié)構(gòu)為可更換滲透膜的夾層平板結(jié)構(gòu)，當滲透膜2破損時可更換，結(jié)構(gòu)元件重復(fù)利用。兩電極板可均絕緣，也可一個絕緣另一個為裸電極;當有一個電極板為裸電極時，該電極板應(yīng)為耐腐蝕材料，或經(jīng)過耐腐蝕處理。當交流電源的兩輸出端之間的相位相差優(yōu)選180°時，在介電電泳電極以及滲透膜的附近產(chǎn)生非均勻電場;且由于交流電源輸入的頻率不同，在非均勻電場中產(chǎn)生正介電電泳效應(yīng)或負介電電泳效應(yīng)。
[0037 ]如圖3、圖4所示，本實用新型的柱狀電極組件I包括第一電極板8、第二電極板9，第一電極板8和第二電極板9均為片狀結(jié)構(gòu)，其上均設(shè)置柱狀突起10和孔位11，位于一電極板上的柱狀突起10的形狀尺寸與位于另一電極板上的孔位11的形狀尺寸相配合，柱狀突起10的高度與電極板的厚度一致。第一電極板8和第二電極板9外表面具有絕緣層，第一電極板8的柱狀突起10和第二電極板9的孔位11的位置互補，反之亦然。
[0038]如圖7、圖8所示，安裝時，第一電極板8、第二電極板9的突起面相對扣合，使第一電極板8的柱狀突起10插入第二電極板9的孔位11之內(nèi)，第二電極板9的柱狀突起10插入第一電極板8的孔位11之內(nèi)，兩板的柱狀突起10與孔位11配合為同心配合。第一電極板8的柱狀突起10頂端與第二電極2的非突起面外表面平齊，第二電極板9的柱狀突起10頂端與第一電極I的非突起面外表面平齊。
[0039]第一電極板8和第二電極板9分別連接高頻交流電源的不同輸出端，通電時，在柱狀突起10的周圍形成一個發(fā)射非均電場的工作單元體。則介電電泳電極結(jié)構(gòu)具有兩個分布工作單元體的作用面12。根據(jù)所需處理的液體內(nèi)顆粒自身特性，可變更柱狀突起10和孔位11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(jié)構(gòu)的兩個作用面12上分布不均電場，實現(xiàn)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。
[0040]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_。
[0041]如圖5、圖6所示，以第一電極板8為例，第一電極板8通過一金屬薄板或薄片沖壓成型，其上的柱狀突起10和孔位11呈相互交錯的分布陣列。其分布方式包括:
[0042]I)第η行的第奇數(shù)位置和第n+1行的第偶數(shù)位置為柱狀突起10，第η行的第偶數(shù)位置和第n+1行的第奇數(shù)位置為孔位11。使柱狀突起10相鄰的4個位置上均為與之相異的孔位11，反之孔位11相鄰的4個位置上均為與之相異的柱狀突起10。當通電時，在介電電泳電極結(jié)構(gòu)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10的周圍為非均電場。
[0043]2)第η行均為柱狀突起10/孔位11，第n+1行均為孔位11/柱狀突起10。當通電時，在介電電泳電極結(jié)構(gòu)的面上形成沿柱狀突起10與孔位11配合形成的工作單元體分布的非均電場。
[0044]其第一電極板與第二電極板可以為連續(xù)的波紋板，并相互扣合。
[0045]如圖9-圖11所示，介電電泳電極結(jié)構(gòu)，第一電極板8、第二電極板9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8和第二電極板9的柱狀突起10和孔位11共同構(gòu)成的工作單元體向外發(fā)射非均電場，當交流電源輸入的頻率不同時，在作用面12上產(chǎn)生正介電電泳效應(yīng)或負介電電泳效應(yīng)。如圖11所示，第一電極板8和第二電極板9分別連接高頻交流電源的不同輸出端，通電時，在柱狀突起10與孔位11形成的發(fā)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。
[0046]本實用新型的工作過程是:
[0047]本實用新型所涉及的平板滲透膜元件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(xiàn)為陰性介電電泳性質(zhì)；即在非均勻電場中，固體顆粒被向弱電場方向移動。如圖1所示，廢水經(jīng)過滲透膜2的表面，在滲透膜2內(nèi)的介電電泳電極組件I提供介電電泳力所需的非均勻電場。當廢水中固體顆?？拷鼭B透膜時2，在介電電泳力的作用下，固體顆粒向遠離滲透膜2的方向移動，如此減少甚至消除膜污染和堵膜得發(fā)生;凈水通過滲透膜2進入兩滲透膜2之間的產(chǎn)水腔6，再通過與產(chǎn)水腔6連通的產(chǎn)水出口 5排出。
[0048]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(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解:在不脫離本實用新型及所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，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(nèi)容。
【主權(quán)項】
1.一種使用柱狀介電電泳電極的平板滲透膜元件，其特征在于: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(shè)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(shè)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(nèi)；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(fā)射非均電場的作用面；所述平板框架上設(shè)置有連通兩滲透膜之間產(chǎn)水腔的產(chǎn)水出口。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使用柱狀介電電泳電極的平板滲透膜元件，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(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種使用柱狀介電電泳電極的平板滲透膜元件，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(jù)權(quán)利要求1所述的一種使用柱狀介電電泳電極的平板滲透膜元件，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(jù)權(quán)利要求4所述的一種使用柱狀介電電泳電極的平板滲透膜元件，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(shù)位置和第n+1行的第偶數(shù)位置為柱狀突起，第η行的第偶數(shù)位置和第n+1行的第奇數(shù)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(yīng)。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種使用柱狀介電電泳電極的平板滲透膜元件，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(yīng)。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4或5或6所述的一種使用柱狀介電電泳電極的平板滲透膜元件，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0.2mm。8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4或5或6所述的一種使用柱狀介電電泳電極的平板滲透膜元件，其特征在于:所述的第一電極板及第二電極板為波紋板。9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4或5或6所述的一種使用柱狀介電電泳電極的平板滲透膜元件，其特征在于:所述的第一電極板、第二電極板的外側(cè)與滲透膜之間分別設(shè)置導(dǎo)流布。
【文檔編號】B01D61/42GK205627653SQ201620229029
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月23日
【發(fā)明人】王冰, 盛曉穎, 胡海霞
【申請人】內(nèi)蒙古天環(huán)境技術(shù)有限公司, 內(nèi)蒙古天一環(huán)境技術(shù)有限公司