申請日2013.10.14
公開(公告)日2015.12.02
IPC分類號C02F1/469
摘要
本發(fā)明公開了一種高效率低能耗型廢水回收利用裝置及其應(yīng)用，其特征在于：包括原水儲箱，流量計組，濃縮型電滲析器組，陽極水氣液分離器和陰極水氣液分離器;流量計組分別通過管路與第一級濃縮型電滲析器的淡水室、濃水室、陽極水室和陰極水室相連通;末級濃縮型電滲析器的陽極水室通過管路經(jīng)陽極水氣液分離器與原水儲箱相連通，陰極水室通過管路經(jīng)陰極水氣液分離器與原水儲箱相連通，濃水室通過管路經(jīng)濃水外輸泵經(jīng)產(chǎn)品濃水流量計輸出，淡水室通過管路直接輸出。本發(fā)明通過合理控制得到高度濃縮的、含有回收價值的有用資源的濃水及回收淡水資源，最終實現(xiàn)工業(yè)廢水“零排放”。本發(fā)明具有性能可靠，節(jié)省能耗等優(yōu)點。
權(quán)利要求書
1.一種高效率低能耗型廢水回收利用裝置，其特征在于：包括原水儲箱 (101)，通過管路經(jīng)原水泵(105)與所述原水儲箱(101)相連通的流量計組， 通過管路與所述流量計組相連通的濃縮型電滲析器組，陽極水氣液分離器(114) 和陰極水氣液分離器(115)，其中，所述濃縮型電滲析器組包括至少兩級濃縮 型電滲析器;
所述濃縮型電滲析器包括依次固定連接的膜堆鎖緊端板(1)、密封墊(2)、 一體化電極室(3)和極膜及膜堆(4);
所述一體化電極室(3)包括用于容納電極的電極艙(6)和護膜孔板(8); 所述膜堆鎖緊端板(1)的上、下兩端分別設(shè)有電極水出口(5)和電極水進口 (7)，所述密封墊(2)的上、下兩端分別設(shè)有與所述電極水出口(5)和所述 電極水進口(7)相匹配的流通孔Ⅰ和流通孔Ⅱ;
所述流量計組包括原水流量計(109)、濃水流量計(110)、陽極水流量計 (103)和陰極水流量計(104)，上述流量計分別通過管路與第一級濃縮型電滲 析器的淡水室、濃水室、陽極水室和陰極水室相連通;
末級濃縮型電滲析器的陽極水室通過管路經(jīng)所述陽極水氣液分離器(114) 與所述原水儲箱(101)相連通;末級濃縮型電滲析器的陰極水室通過管路經(jīng)所 述陰極水氣液分離器(115)與所述原水儲箱(101)相連通;
所述末級濃縮型電滲析器的濃水室通過管路經(jīng)濃水外輸泵(113)經(jīng)產(chǎn)品濃 水流量計(112)輸出;所述末級濃縮型電滲析器的淡水室通過管路直接輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率低能耗型廢水回收利用裝置，其特征在于： 所述電極艙(6)和所述護膜孔板(8)的厚度比為1:3-4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率低能耗型廢水回收利用裝置，其特征在于： 所述護膜孔板(8)的開孔率大于等于60%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效率低能耗型廢水回收利用裝置，其特征在于： 所述極膜與膜堆(4)在使用前，需將極膜和所需的陰、陽膜均在與濃縮液所能 達到的最高濃度相同的鹽類的水溶液中浸泡48h以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的高效率低能耗型廢水回收利用裝置， 其特征在于：所述流量計組還包括濃水補充水流量計(102)，所述濃水補充水 流量計(102)通過管路與末級濃縮型電滲析器的濃水室的輸出管路相連通，并 經(jīng)濃水循環(huán)泵(111)與所述濃水流量計(110)相連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高效率低能耗型廢水回收利用裝置，其特征在于： 所述第一級濃縮型電滲析器的淡水室、濃水室進口處設(shè)有用于倒極工作的控制 開關(guān)閥門組Ⅰ;所述末級濃縮型電滲析器的淡水室、濃水室出口處設(shè)有用于倒 極工作的控制開關(guān)閥門組Ⅱ。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高效率低能耗型廢水回收利用裝置，其特征在于： 當所述濃縮型電滲析器的級數(shù)小于等于二級時，所述濃縮型電滲析器采用恒流 電源供電;當所述濃縮型電滲析器的級數(shù)大于二級時，第一、二級濃縮型電滲 析器采用恒流電源供電，第三級以上的濃縮型電滲析器采用恒壓電源供電。
8.一種權(quán)利要求1所述的高效率低能耗型廢水回收利用裝置的應(yīng)用，其特 征在于：包括廢水回收利用裝置(Ⅰ)、冷凍/蒸發(fā)結(jié)晶器(Ⅱ)、離心分離機(Ⅲ)、 干燥器(Ⅳ);廢水經(jīng)廢水回收利用裝置(Ⅰ)處理后分為兩部分，一部分為回 收的淡水資源，回到生產(chǎn)工藝中;另一部分依次經(jīng)冷凍/蒸發(fā)結(jié)晶器(Ⅱ)、離心 分離機(Ⅲ)、干燥器(Ⅳ)得到回收的有用化學(xué)資源的固體結(jié)晶，其中離心分 離機(Ⅲ)分離出的結(jié)晶母液回到廢水回收利用裝置(Ⅰ)中循環(huán)濃縮處理。
說明書
一種高效率低能耗型廢水回收利用裝置及其應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及工業(yè)廢水回收領(lǐng)域，具體地說是一種高效率低能耗型廢水回收利 用裝置及其應(yīng)用。
背景技術(shù)
廢水資源化是回收水資源和廢水中其它有用的化學(xué)資源，實現(xiàn)廢水零排放， 保護生態(tài)環(huán)境的重要技術(shù)。工業(yè)廢水零排放的關(guān)鍵裝備是電滲析濃縮器。
1、廢水回收利用的目的有兩個：一是回收廢水中的水資源，廢水中水資源 占90%以上，脫除其中的鹽類，達到生產(chǎn)工藝用水的要求，回用于生產(chǎn)中。即 避免了廢水污染環(huán)境水體，又避免消耗自然界已被過度開發(fā)，已經(jīng)非常短缺的 淡水資源;二是回收廢水中其它的資源，廢水中的各種金屬鹽類，既是污染源， 又是可以回收的資源，而且往往就是生產(chǎn)工藝的原料或者產(chǎn)品，若能將之回收， 則生產(chǎn)成本必然下降，同時還減少了排污費，使企業(yè)從中得到雙重的經(jīng)濟效益。
2、廢水回收利用常用的手段有兩種：一是蒸發(fā)法。所謂的蒸發(fā)，就是將廢 水中的液態(tài)水，汽化為水蒸氣，冷凝后得到淡水。典型的應(yīng)用例子就是多級閃 蒸型海水淡化裝置。蒸發(fā)法常用的有(多級)真空蒸發(fā)和熱泵蒸發(fā)兩種工藝， 其目的都是為了節(jié)約蒸汽的消耗，降低廢水處理成本。我們知道，蒸發(fā)1m3的 水所消耗的能量(汽化/潛熱)是將其從0℃加熱到100℃所需要能量(升溫/顯 熱)的5倍，所以蒸發(fā)是一個高能耗的工藝過程。工業(yè)上在有余熱的場合使用 比較合算。蒸發(fā)濃縮得到的濃水，一般可以直接或經(jīng)過冷卻(凍)得到固體的 鹽類結(jié)晶，再經(jīng)過離心機將其與母液分離、洗滌、干燥即可得到成品;當然， 如果生產(chǎn)工藝允許，也可以將濃水直接回用于生產(chǎn)中;二是電滲析法。電滲析 法的工業(yè)應(yīng)用歷史已經(jīng)有40多年了，它只消耗電能，電能利用率也達到90%以 上，裝置的使用壽命也可以達到5年以上，是一種非常實用的技術(shù)裝備。電滲 析法用于廢水處理，可以方便地既得到淡水又可以將廢水濃縮到幾十倍甚至上 百倍，經(jīng)過(冷凍或蒸發(fā))結(jié)晶、分離、洗滌、干燥就可以得到有用化學(xué)資源 的固體結(jié)晶。電滲析法在滿足同樣的廢水資源化的任務(wù)時，能量的消耗僅為蒸 發(fā)法的1/5-1/10，而且只消耗電能，不需要工業(yè)鍋爐及其配套的附屬設(shè)備，所 以處理系統(tǒng)組成簡單，使用壽命長，廢水處理成本低。為了使電滲析法更好地 用于廢水資源化，特將本法的核心—濃縮型電滲析器的機械密封和結(jié)構(gòu)、工藝 流程、電力供應(yīng)三個主要方面，做了重新設(shè)計。工業(yè)實用結(jié)果表明，這次全部 重新設(shè)計的電滲析法廢水資源化工程中，達到了設(shè)計要求。
由上可見，濃縮型的電滲析器是廢水資源化的重要的濃縮器。它的能耗僅 為蒸發(fā)濃縮的1/5-1/10。并且還可以方便地與蒸發(fā)相結(jié)合，應(yīng)用于一些特殊的廢 水的資源化。這里的廢水資源化是指：一是要將水資源回收，回收的方法中極 為重要的一點就是用濃縮型電滲析器去除其中的各種鹽類，使之達到工業(yè)工藝 用水的標準，再次回到工業(yè)生產(chǎn)工藝中去;二是要將工業(yè)廢水中有用的金屬鹽 或其它有用資源回收，回收的方法中極為重要的一點就是用濃縮型電滲析器濃 縮其中的金屬鹽類，之后可以通過冷凍結(jié)晶，或再經(jīng)蒸發(fā)得到固態(tài)的金屬化合 物。與常見的淡化型電滲析器不同，濃縮型電滲析器必須是具有極高的水收率， 否則就達不到濃縮倍數(shù)或稱為濃縮倍率的要求，增加之后的蒸發(fā)量，也就增加 了能源的消耗。
總的來說，使用濃縮型電滲析器濃縮廢水，得到含鹽量相當于自來水水平 的工藝回收用水，同時，還得到高度濃縮的、含有回收價值的有用化學(xué)資源的 濃水，再經(jīng)過冷凍結(jié)晶或稍加蒸發(fā)，就可以得到結(jié)晶固體。因為這時母液的體 積，已經(jīng)是原來廢水質(zhì)量的百分之幾，所以，即使使用蒸發(fā)的辦法，使其全部 汽化所消耗的能量，也是可以接受的。以上所述就是人們常說的廢水“零排放”。 要達到零排放的目的，濃縮型電滲析器是不可或缺的。再有，直流電源是濃縮 型電滲析器生產(chǎn)能力的至關(guān)重要的保障，恒流電源對于濃縮型電滲析器具有重 要意義。
應(yīng)用濃縮型電滲析器進行廢水資源回收與應(yīng)用淡化型電滲析器一樣，也有 三個主要部分組成，即：
第一是膜堆本體——包含鎖緊端板、電極室、膜堆，對于它們的基本要求 是可以有效防止極水、濃水、淡水之間的互相滲漏。尤其是電極室，需要重新 設(shè)計與淡化電滲析器不同的電極室，才能滿足要求。另外要選用能耐污染的膜。 膜在裁剪前的處理比淡化型電滲析器更為重要;
第二是濃縮時的水路控制系統(tǒng)及工藝流程——能不能達到設(shè)計的濃縮倍數(shù) 這是至關(guān)重要的，重新設(shè)計的水路控制系統(tǒng)及工藝流程，才能滿足濃縮倍數(shù)的 設(shè)計要求;
第三是濃縮型電滲析器的供電電源——濃縮型電滲析器的工作電流都很 大，作為電滲析器過程的能源供給，濃縮型電滲析器對于供電電源的要求遠高 于淡化型。恒流源式的電源是必須的，它是生產(chǎn)能力的保障。
這三部分都必須同時滿足濃縮型電滲析器的要求，才能完成工業(yè)廢水濃縮 的任務(wù)。
30年前電滲析發(fā)展到“自動頻繁倒極電滲析(英文字頭EDR)”的高級階 段后，由于能在連續(xù)工作期間自動定時進行自身清洗，保證了電滲析器能長期、 連續(xù)、穩(wěn)定地工作。所以現(xiàn)代的電滲析器大部分采用EDR型，本發(fā)明中的濃縮 型電滲析器當然也不例外。
現(xiàn)有技術(shù)中濃縮型電滲析器如圖1所示，由膜堆鎖緊端板1’、膠板墊片Ⅰ2’、 電極框3’、密封墊Ⅱ4’、護膜孔板5’和極膜及膜堆6’依次固定連接而成，在電 極框3’內(nèi)設(shè)有電極8’，另外圖中7’為電極水出口、9’為電極水進口，10’為護膜 孔板開孔部分�，F(xiàn)有技術(shù)中的電滲析器存在如下缺陷：
1、現(xiàn)有技術(shù)中的電極框3’的厚度一般為20mm～25mm，若要滿足國內(nèi)外公 認的極水流速≥10cm/s的要求，極水用量較大，400×1600的膜堆每個極室至少 需要2.5m3/h。由于電極框3’兩側(cè)的膠板墊片Ⅰ2’和密封墊Ⅱ4’中間部分行業(yè)習(xí) 慣都是挖空的，墊片厚度3mm，所以實際上電極室的厚度是26mm，極水需要 3.3m3/h，才能滿足極水流速≥10cm/s的要求。這成為苦咸水淡化中水利用率難 以提高的主因之一，所以通常都使用很少的極水量，極水的流速也就很小。流 速較小的極水很難沖出電極室3’結(jié)垢碎屑，尤其是圖1的電極水進口9’和電極 水出口7’都在側(cè)面，電極水在極水室中的分布很不均勻，偏流嚴重，將會導(dǎo)致 倒極操作時脫落的垢屑在電極室3’中積累，進一步使極水流動不暢，惡性循環(huán) 的結(jié)果，導(dǎo)致電極室結(jié)垢的加重，只好停機清垢，這在工程上并不少見。另外 由于極水流速小，壓降小，也容易使護膜孔板開孔部分10’被壓向電極框內(nèi)變形， 導(dǎo)致電滲析本體漏水。同時還會導(dǎo)致濃、淡水室的水向極室壓力滲透，使電滲 析的水收率下降。所謂的無極水電滲析器，實際上就是利用濃、淡水室向電極 室的滲透來得到極水的，并不是真的沒有極水。如果真的斷掉極水，電極就會 過熱，進一步就會導(dǎo)致電極室損壞;
2、電極框3’與護膜孔板5’分立為兩個部件，為此增設(shè)了一個密封墊Ⅱ4’， 增加了電滲析漏水的隱患，也增加了膜堆裝配的麻煩;
3、護膜孔板5’設(shè)計的普遍較薄，一般采用厚度為6～8mm的PVC板，在多 段電滲析串聯(lián)時，由于水壓降較大，護膜孔板被壓變形是常有的事，導(dǎo)致電滲 析漏水，只好拆開膜堆更換孔板。由于孔板較薄，強度和剛性均不足，開孔率 只能做到40%，從而導(dǎo)致極室電阻增大。
廢水資源回收的高水收率是節(jié)約水資源的根本手段。由于環(huán)境保護的要求， 希望廢水盡量得到回用，以致達到零排放。尤其是許多廢水中含有有用的化學(xué) 資源，若任由其排放將對環(huán)境造成嚴重污染的同時，也浪費了有回收價值的資 源。所以現(xiàn)代的工業(yè)廢水處理都很重視廢水的濃縮，以便于回收其中的有用化 學(xué)資源。反滲透RO技術(shù)就是常用的，但是由于技術(shù)和裝備條件的限制RO的水 收率只有75%，也就是說濃水的濃縮倍數(shù)只有4倍，要想回收廢水中的有用化 學(xué)資源，還需加設(shè)耗能很大的蒸發(fā)工藝設(shè)備。
常規(guī)的電滲析的水路控制系統(tǒng)及工藝流程，如圖3所示(倒極時倒換水路 的管路沒表達)，圖中：101’為原水箱，102’為濃水流量計，103’為原水流量計， 104’為極水流量計，105’為原水泵，106’為第三級電滲析器，107’為第二級電滲 析器，108’為第一級電滲析器，A為淡水輸出管路，B為濃水輸出管路。以苦咸 水淡化項目為例，采用如圖3所示的裝置系統(tǒng)，產(chǎn)水能力10m3/h。各個管路流 量如下;原水流量為14m3/h，淡水流量為10m3/h，濃水流量為3.5m3/h，濃水使 用原水，用后排放;極水流量為0.5m3/h，使用原水，用后返回原水箱，水收率 =10/(10+3.5)×100%=74%。
綜上分析，急需提供一種節(jié)能高效的濃縮型電滲析器及應(yīng)用該電滲析器進 行工業(yè)廢水回收的系統(tǒng)以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)上述提出的技術(shù)問題，而提供一種高效率低能耗型廢水回收利用裝置 及其應(yīng)用。
本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：
一種高效率低能耗型廢水回收利用裝置，其特征在于：包括原水儲箱，通 過管路經(jīng)原水泵與所述原水儲箱相連通的流量計組，通過管路與所述流量計組 相連通的濃縮型電滲析器組，陽極水氣液分離器和陰極水氣液分離器，其中， 所述濃縮型電滲析器組包括至少兩級濃縮型電滲析器;
所述流量計組包括原水流量計、濃水流量計、陽極水流量計和陰極水流量 計，上述流量計分別通過管路與第一級濃縮型電滲析器的淡水室、濃水室、陽 極水室和陰極水室相連通;
末級濃縮型電滲析器的陽極水室通過管路經(jīng)所述陽極水氣液分離器與所述 原水儲箱相連通;末級濃縮型電滲析器的陰極水室通過管路經(jīng)所述陰極水氣液 分離器與所述原水儲箱相連通;
所述末級濃縮型電滲析器的濃水室通過管路經(jīng)濃水外輸泵經(jīng)產(chǎn)品濃水流量 計輸出;所述末級濃縮型電滲析器的淡水室通過管路直接輸出。
作為優(yōu)選，所述濃縮型電滲析器包括依次固定連接的膜堆鎖緊端板、密封 墊、一體化電極室和極膜及膜堆;
所述一體化電極室包括用于容納電極的電極艙和護膜孔板;所述膜堆鎖緊 端板的上、下兩端分別設(shè)有電極水出口和電極水進口，所述密封墊的上、下兩 端分別設(shè)有與所述電極水出口和所述電極水進口相匹配的流通孔Ⅰ和流通孔 Ⅱ。
作為優(yōu)選，所述電極艙和所述護膜孔板的厚度比為1:3-4。
作為優(yōu)選，所述護膜孔板的開孔率大于等于60%。
作為優(yōu)選，所述極膜與膜堆在使用前，需將極膜和所需的陰、陽膜均在與 濃縮液所能達到的最高濃度相同的鹽類的水溶液中浸泡48h以上。
作為優(yōu)選，所述流量計組還包括濃水補充水流量計，所述濃水補充水流量 計通過管路與末級濃縮型電滲析器的濃水室的輸出管路相連通，并經(jīng)濃水循環(huán) 泵與所述濃水流量計相連通。
作為優(yōu)選，所述第一級濃縮型電滲析器的淡水室、濃水室進口處設(shè)有用于 倒極工作的控制開關(guān)閥門組Ⅰ;所述末級濃縮型電滲析器的淡水室、濃水室出 口處設(shè)有用于倒極工作的控制開關(guān)閥門組Ⅱ。
作為優(yōu)選，當所述濃縮型電滲析器的級數(shù)小于等于二級時，所述濃縮型電 滲析器采用恒流電源供電;當所述濃縮型電滲析器的級數(shù)大于二級時，第一、 二級濃縮型電滲析器采用恒流電源供電，第三級以上的濃縮型電滲析器采用恒 壓電源供電。另外，當原水的水質(zhì)不能滿足極水的要求時，應(yīng)設(shè)立單獨的極水 循環(huán)系統(tǒng)，以防止電極收到損害。
本發(fā)明還公開了上述高效率低能耗型廢水回收利用裝置的應(yīng)用，其特征在 于：包括廢水回收利用裝置、冷凍/蒸發(fā)結(jié)晶器、離心分離機、干燥器;廢水經(jīng) 廢水回收利用裝置處理后分為兩部分，一部分為回收的淡水資源，回到生產(chǎn)工 藝中;另一部分依次經(jīng)冷凍/蒸發(fā)結(jié)晶器、離心分離機、干燥器得到回收的有用 化學(xué)資源的固體結(jié)晶，其中離心分離機分離出的結(jié)晶母液回到廢水回收利用裝 置中循環(huán)濃縮處理。采用此廢水回收利用裝置可得到淡水及有回收價值的有用 的化學(xué)資源的結(jié)晶固體，達到廢水的零排放。進一步地，本發(fā)明中提出的濃縮 型電滲析器同樣適用于淡化型電滲析器，可以大幅度提高水利用率、提高節(jié)能 效果。
較現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的高效率低能耗型廢水回收利用裝置采用現(xiàn) 代工藝的濃縮型電滲析系統(tǒng)經(jīng)過重新設(shè)計，水收率得到很大的提高，已經(jīng)從原 有的65-85%，即濃縮倍數(shù)3-7倍提高到20倍，即水收率已經(jīng)達到95%以上，這 已經(jīng)接近只有一個電滲析器系統(tǒng)時濃縮倍數(shù)的最大值。
其中，本發(fā)明提供的濃縮型電滲析器具有如下優(yōu)點：
�、僖惑w化電極室是在一定厚度的PVC板上，使用銑床，銑出一定深度的電 極艙后，在剩余厚度的PVC板上鉆孔，形成護膜孔板，保證電極艙和護膜孔板 的厚度比為1:3-4，如PVC板厚為15mm，那么電極艙的厚度為3mm，護膜孔板 厚度為12mm。電極艙可以使用各種絲式電極和網(wǎng)式電極。本發(fā)明提供的一體化 電極室當極水流速達到10cm/s流速時，極水的用量僅為圖1的1/10。
在400×1600的膜堆上使用，極水的用量的計算值為每個極室0.4～0.5m3/h。 實際上，這時電極本身的占空率已經(jīng)不能忽略，比如網(wǎng)式電極已經(jīng)接近于1mm 厚的平板，此時，每個極室極水的實際用量0.3m3/h即可。節(jié)水效果顯著。即使 在處理重度苦咸水時，用后的極水不回收，對于水收率的影響也僅為3%左右。
需要強調(diào)的是，本發(fā)明中的密封墊的中間部分并不挖空(如圖1中，密封 墊Ⅰ和密封墊Ⅱ的中間部分均為挖空狀態(tài))，以免影響極水的流速。
由于極水用量小了，陰極水與陽極水可以分別供給，減少了兩電極之間的 漏電，提高了電流效率。濃縮型電滲析器由于處理的廢水的含鹽量都較多，作 為極水使用時，必須將陰、陽極水分供，否則就會導(dǎo)致漏電加大。
還由于極水流速較大，極室的壓力與濃、淡水室的壓力接近，消除了向極 水室壓滲的可能，這對于提高水收率也是至關(guān)重要的。
�、跇O水進入電極室時如果偏流比較嚴重，會形成死角區(qū)，導(dǎo)致堿性垢屑的 堆積，極室結(jié)垢后以至于電滲析器停機，嚴重時只好拆開清理。而本發(fā)明的電 極室采用從鎖緊端板供給極水，可以方便的布置兩個進、出水口，避免了極水 偏流;
�、蹫榱嗽黾涌變�(nèi)水的流動性以減少極室的電壓降，護膜孔板的開孔率增加 到大于等于60%，極區(qū)的電壓降得以降低，由于一體化的電極室的剛性和強度 都較好，才使得開孔率得以提高;護膜孔板較厚又有電極框的支撐和加強，變 形的可能幾乎沒有，電滲析器運行的隱患得以消除。
�、芄�(jié)省了電極室的材料費，也減少了膜堆在裝配中的麻煩。
在組裝本發(fā)明的濃縮型電滲析器前，需對裁剪前膜進行預(yù)處理，即需要與 處理的濃縮液相同的鹽類的水溶液浸泡48h以上，才能裁剪后用于膜堆組裝。 膜堆在組裝的過程中，一定要注意極膜、陰陽膜和隔板表面的清潔，隔板兩端 的各8個濃、淡水流道孔中間的間隔的位置上是否有雜物，比如，隔板網(wǎng)所用 的絲網(wǎng)的絲頭，因為這里是最容易導(dǎo)致濃、淡水互滲的地方。當然，其它位置 的雜物也需仔細清除。
本發(fā)明提供的廢水回收利用裝置較現(xiàn)有技術(shù)具有以下區(qū)別：
首先，本裝置中的極水采用了原水，電極室采用一體化形式。假定每個電 極室用水量為0.4m3/h時，極水流速可達到13cm/s，極室壓力與濃水室和淡水室 的壓力是平衡的。防止了濃、淡水室向極水室的滲透，以確保除鹽率和水收率 達到設(shè)計要求;為了防止?jié)馑液偷业幕ハ酀B透，設(shè)置了濃水循環(huán)泵，使 電滲析器體內(nèi)的濃水流量與原水流量相等，也就保證了濃水室和淡水室的壓力 是互相平衡的。因為濃水向淡水室滲透將使得除鹽率不能達標;而淡水向濃水 室的滲透將稀釋濃水，使其達不到要求的濃水濃度。由于濃縮型電滲析器的工 作電流較大，陽極的產(chǎn)氣Cl2和O2，以及陰極的產(chǎn)氣H2的生成量都比較多，必 須將氣體分離后分別排至室外，分離后的水返回原水箱。總之，要確保只有通 過濃水補水流量計向循環(huán)濃水補水這一條路通暢，其它所有的滲漏途徑一概不 能有，而做到這一點的核心是各個水室的壓力要相等。以某廢水回收項目為例， 采用如圖4所示的裝置，應(yīng)用其水路控制及工藝流程，產(chǎn)水能力10m3/h。各個 管路流量如下;原(廢)水流量為11.5m3/h，淡水流量為10m3/h，濃水補充水 流量為0.5m3/h，極水流量為(0.5×2=1)m3/h，使用原水，用后返回原水箱， 濃水循環(huán)水流量為9.5m3/h，水收率=10/(10+0.5)×100%=95.2%。即：濃水倍 數(shù)=0.5/0.5=21(倍)。為了得到更濃的濃水，比如20%-50%質(zhì)量濃度的濃水，則 增加一個濃縮型電滲析器即可。當原水由于水質(zhì)的問題，并不適合作為極水使 用�？梢圆捎靡韵罗k法：(1)用原水添加鹽酸的方法來防垢。這時極水單獨循 環(huán)定期將用過的含鹽量增高的極水排往原水中;(2)用自來水或濃縮型電滲析 器自身所產(chǎn)的淡水，與相應(yīng)的鹽類配制極水，并且單獨循環(huán)。也要定期將用過 的含鹽量增高的極水排往原水中。
其次，經(jīng)多年研究和實踐，濃縮型電滲析器本質(zhì)上是一種濃差蓄電池性負 載，接入直流電源可以充電(圖6中的第一幅圖所示，A向工作，第四幅圖為B 向工作);脫離電源可以通過諸如點燈來放電(圖6中的第二幅圖所示)。實際 使用中，在倒極開始時，直流供電已經(jīng)停止，這時電壓表上顯示出的電壓，就 是濃差蓄電池的電動勢。
濃縮型電滲析器在工作中每片膜的兩面積累濃度差，即濃室的濃度高于淡 室，形成膜濃差電(位)動勢，相當于蓄電池充電。脫離電源后，在濃差電動 勢的驅(qū)動下，濃室的離子透過膜向淡室擴散，即形成了第二類導(dǎo)體(即電解質(zhì)， 膜是固態(tài)電解質(zhì))中的電流。脫離電源后在濃縮型電滲析器兩端的電極上就能 測量到直流電壓，接上一個小燈泡，可以持續(xù)點亮，這就是濃差蓄電池的放電 過程。濃縮型電滲析器由若干個濃室、淡室組成，也就是說有若干個單體濃差 電(位)動勢疊加。這就是我們所說的濃差蓄電池。
由圖6可見，濃縮型電滲析器對于電源來說是一個帶有一個大電阻R的蓄 電池性負載，與所有的蓄電池一樣，都希望R越小越好，從而可以提高對于電 能的利用率。濃縮型電滲析器所串聯(lián)的R，包含的內(nèi)容很多：1.電滲析本體的 物理結(jié)構(gòu)參數(shù)：膜對數(shù)—膜對數(shù)越多，膜和隔板網(wǎng)所形成的電阻越大;隔板的 形式及其厚度—有回路和無回路的隔板、0.5—2mm厚的隔板，其電阻值各不相 同;電極室的結(jié)構(gòu)—3mm薄電極室的電阻值比20mm厚電極室要小;電極室孔 板的開孔率—開孔率高者其電阻值也小。2.濃水、淡水、極水的濃度：各水的 濃度越高其電阻值也就越小。3.濃水、淡水、極水的溫度：各水的溫度越高其 電阻值也就越小。有余熱的場合盡量利用起來。4.濃水、淡水、極水的流動速 度：水的流速高，對于層流的破壞越厲害，濃、淡水室的濃差越小，離子耗竭 層越薄，電阻值越小。但是一般流速3～10cm/s已經(jīng)足夠，再高則白白增加水泵 的動力消耗。當濃、淡水的濃度都較高時，比如10g/L以上，則流速小至0.5mm/s 也不會引起濃差極化，電阻值并不增加。極水由于只有一室，阻力很小，為了 與濃、淡水室壓力平衡，希望流速高一些，比如10～20cm/s，對于電極反應(yīng)、電 極冷卻、沖出垢屑都有利。但其對于動能消耗的影響不大。5.濃、淡水出口處 的濃差值：在淡化型電滲析器中，濃差值不大時，可以不考慮。濃縮型電滲析 器由于水收率特別高，所以濃水出口質(zhì)量濃度可能達到淡水出口質(zhì)量濃度的數(shù) 百倍，此時濃差蓄電池的電動勢也需要另外的外加電壓來平衡，這也相當于一 種附加電阻。濃水出口質(zhì)量濃度可能達到淡水出口質(zhì)量濃度的差值越大，附加 的電阻也越大。
蓄電池在充電時必須使用恒流源充電。圖7是鋰離子(蓄)電池的充放電 曲線。放電時的終止電壓為3.2v，充電時的終止電壓為4.2v，充電時是恒流進 行的。充電的電壓也比3.7v要高，與所有的蓄電池一樣，鋰離子電池也是有內(nèi) 阻的。至于充電電壓高出多少，則要看當時的條件，比如當時的溫度是多少， 溫度高則電解質(zhì)的電阻小，充電器輸出的電壓就要小一些。其實就是內(nèi)阻也是 有變化的。當然，電壓作為充電過程的推動力，必須留出充分的余地。單節(jié)的 鋰離子電池的充電器都有5v的電壓輸出。
濃縮型電滲析器工作時也是一個蓄電池充電的過程，圖8所示，可見其與 離子(蓄)電池的充放電曲線基本一致。濃縮型電滲析器工作時，實際上就是 在累計“濃度差”，使淡水越來越淡，濃水越來越濃，一旦撤掉直流電源，濃縮 型電滲析器內(nèi)累計的濃度差，濃縮型電滲析器兩端的電極上就可以得到電壓， 接上小燈泡，濃縮型電滲析器就在濃差擴散的自然力推動下，濃縮型電滲析器 內(nèi)部離子由濃室向淡室移動，經(jīng)過濃縮型電滲析器兩端的電極室的電極的電化 學(xué)反應(yīng)，將二類導(dǎo)體水溶液的離子導(dǎo)電，轉(zhuǎn)換為一類導(dǎo)體金屬的電子導(dǎo)電，小 燈泡就會亮起來。
為了保證濃縮型電滲析器的工作能力，必須有一定的電壓U工作來推動濃縮 過程的進行，電壓會隨著來水的濃度和溫度波動而波動，但是，由于采用了恒 流源工作電流并不會改變，也就是說濃縮型電滲析器在單位時間內(nèi)被轉(zhuǎn)移的鹽 量是恒定的。這樣濃縮型電滲析器產(chǎn)水的質(zhì)量濃度就是恒定的。如果，原水的 質(zhì)量濃度降低，而工作電流恒定不變，就會導(dǎo)致濃縮型電滲析器處于極化狀態(tài)， 使得U工作升高至U極化，結(jié)垢量就會大量增加，這就是為什么多級的濃縮型電滲 析器的前一、兩級采用恒流源而后幾級采用恒壓源的原因—增強對于原水濃度 變化的適應(yīng)能力。
再有，倒極操作的電滲析被稱為自動頻繁倒極的電滲析，巧妙地利用倒換 電極極性的同時倒換濃縮型電滲析器內(nèi)濃、淡水室的物理位置，將原來陰極室 和原濃水室剛剛生成的結(jié)晶的晶核，重新溶解后再經(jīng)除鹽。電極室的陰、陽換 位也可消除原來陰極室的堿性垢。本發(fā)明采用控制開關(guān)閥組實現(xiàn)倒極操作。倒 極時也相應(yīng)的引起電流電壓變化，如果倒極時不等濃、淡水室置換完畢，就先 倒換電極極性，稱為“直接倒極”(如圖6第三幅圖所示)，這時淡化型電滲析 器就會出現(xiàn)3-5倍于工作電流的浪涌沖擊電流I短路，并持續(xù)數(shù)分鐘，給電源、控 制電路、電滲析器本體造成很大傷害，這種情況實際上相當于電源與濃縮型電 滲析器相互短路，只是由于大阻值電阻R的限制I短路才不至于處于發(fā)散狀態(tài)。 即使采取分段倒換水路，分級半壓上電，各級各段均半壓上電后，再持續(xù)半壓 供電一段時間后，再全壓供電，可以將浪涌電流限制于1.2倍的工作電流，但是 倒極期間產(chǎn)出的水都是不合格的，對于電滲析器的生產(chǎn)能力造成較大的影響。 另外，倒極產(chǎn)生的浪涌沖擊電流已經(jīng)大幅度地超過了極限電流，會增加電滲析 器的結(jié)垢量。正是對于電滲析器的負載特性的深入研究的結(jié)果，才有了濃縮型 電滲析器的設(shè)計成功，這是一個理論指導(dǎo)實踐的過程，比如恒流電源的開發(fā)和 應(yīng)用。
由上述分析可知，濃縮型電滲析器由于工作電流比淡化型電滲析器大得多， 上述倒極過程的影響將很嚴重，因此必須使用恒流型電源。恒流源倒極的過程 比較簡單，每段電滲析器的濃、淡水室置換完成后，立即全電流供電，由于采 用恒流源，所以沒有浪涌沖擊電流發(fā)生，用最快的速度完成了倒極過程。保證 了產(chǎn)水水質(zhì)，保護了電源和控制電路、電滲析器膜堆的安全。
當濃縮系統(tǒng)中包含多級電滲析器時，則可以在第一、二級采用恒流源，而 后面幾級采用恒壓源，使之對于原水水質(zhì)和水溫的波動，具有一定的適應(yīng)性， 減少產(chǎn)水水質(zhì)的波動。由于后幾級的電流都比較小，采用濃、淡水室置換后， 全壓上電，不會引起過大的浪涌沖擊電流，而不大的浪涌電流由于電源設(shè)計中 已經(jīng)留有充分的余量，所以無論對于電源、控制電路還是膜堆都能承受得起， 不至于引起早期損壞。
采用恒流運行是濃縮型電滲析器的一大進步，具體表現(xiàn)在：濃水的質(zhì)量濃 度有了切實的保證，由于除鹽過程嚴格遵循法拉第電解定律，所以電滲析器工 作中轉(zhuǎn)移的鹽量與恒定的工作電流直接相關(guān)，從而濃水的質(zhì)量濃度也就有了切 實的保證;可以嚴格控制產(chǎn)水的pH值，產(chǎn)水pH偏酸是由于超極限電流工作導(dǎo) 致極化的結(jié)果，此時，濃水往往是堿性的，使得濃水室結(jié)堿垢的幾率大為增加。 為了提高產(chǎn)水效率，工作電流已經(jīng)接近極限電流的90%，各種條件的正常波動 是不可避免的，用恒壓源時，工作電流很容易超過極限電流，引起電滲析器結(jié) 垢加重。使用恒流源按照電子計算機工藝計算程序得出的極限電流值來調(diào)定工 作電流，然后，再向略偏小的方向微調(diào)后，一般的波動根本不會影響恒流值。 濃、淡水室的結(jié)垢問題也就變得是可控的了;由于恒流工作從根本上杜絕了浪 涌電流，所以電源的預(yù)留容量可以減少，電源制造成本得以減低。杜絕電滲析 器本體、電極和電源的電沖擊，降低了制造成本和日常的損耗;可以提高電滲 析的產(chǎn)水量，實驗證明，即使直接倒極，恒壓源的浪涌電流為工作電流的 300%-500%，而恒流源的恒流值僅變化1-3%，也就是說此時的電流是極限電流 90%增加到91%-93%，根本沒有浪涌電流的產(chǎn)生的可能。置換各個水室后，不 必半壓上電去減少浪涌電流，而是可以直接全電流供電，這樣就減少了倒極暫 態(tài)過程的無效時間，提高產(chǎn)水量。
綜上，正是有了適合于廢水濃縮的具有一體化電極室的濃縮型電滲析器、 制水工藝流程及其控制系統(tǒng)和恒流電源和脈沖電源這三者的有機組合，才有了 能同時回收淡水資源和其它有用化學(xué)資源、性能可靠、節(jié)省能耗、實現(xiàn)廢水零 排放、能夠長期、穩(wěn)定運行的本發(fā)明的高效率低能耗型廢水回收利用裝置。基 于上述理由本發(fā)明可在廢水資源回收等領(lǐng)域廣泛推廣。另外，本發(fā)明也可以應(yīng) 用于淡化型電滲析器，同樣可使其工作效率和節(jié)能效果大幅度提高。
