申请日2014.07.04
公开(公告)日2014.10.01
IPC分类号C02F1/469
摘要
本发明公开了一种利用太阳能以及磁场强化的电渗析水处理装置，高梯度磁处理器与电源装置电连接，所述高梯度磁处理器内部填充有高磁化率的填料，填料分布于高梯度磁处理器内交替排列的阴离子交换膜和阳离子交换膜之间，所述电源装置包括太阳能电池方阵、控制器、蓄电池组、逆变器、变压器以及调频电源，太阳能电池方阵的输出端与控制器的输入端电连接，控制器的输出端与逆变器的输入端电连接，逆变器的输出端与变压器的输入端连接，变压器的输出端与调频电源的输入端电连接，所述蓄电池组与控制器电连接。本发明利用太阳能为动力、结合高梯度磁场强化的电渗析装置，能够提高分离效果、节省电能、减轻有机物和微生物造成的膜污染、阻垢效果好。
权利要求书
1.利用太阳能以及磁场强化的电渗析水处理装置，包括高梯度磁处理器以 及电源装置，高梯度磁处理器与电源装置电连接，其特征在于：所述高梯度磁 处理器内部填充有高磁化率的填料，填料分布于高梯度磁处理器内交替排列的 阴离子交换膜和阳离子交换膜之间，所述电源装置包括太阳能电池方阵、控制 器、蓄电池组、逆变器、变压器以及调频电源，太阳能电池方阵的输出端与控 制器的输入端电连接，控制器的输出端与逆变器的输入端电连接，逆变器的输 出端与变压器的输入端连接，变压器的输出端与调频电源的输入端电连接，所 述蓄电池组与控制器电连接。
2.根据权利要求1所述的利用太阳能以及磁场强化的电渗析水处理装置， 其特征在于：所述填料为不锈钢钢毛，或者为海绵状金属，或者为纤维状铁磁 性非晶质合金。
3.根据权利要求1所述的利用太阳能以及磁场强化的电渗析水处理装置， 其特征在于：填料的填充率占高梯度磁处理器内部空间的6-10%，磁化流速为4 -5mm/s，高梯度磁处理器的磁场强度为53-79mT，调频电源的频率为5Hz，调 频电源的电压为320-470V，调频电源的输出电流为2.7-4.2A。
4.根据权利要求1所述的利用太阳能以及磁场强化的电渗析水处理装置， 其特征在于：所述电源装置还包括一个防反充二极管，该防反充二极管连接于 太阳能电池方阵与控制器之间。
5.根据权利要求1所述的利用太阳能以及磁场强化的电渗析水处理装置， 其特征在于：所述太阳能电池方阵由若干个太阳能电池组成，太阳能电池包括 透明壳体、至少两个硅太阳电池、互连条、粘结剂、下底板以及两个电极连接 柱，相邻两个硅太阳电池之间通过互连条连接后，由粘结剂固定于透明壳体内， 下底板固定在玻璃壳体的开口处，所述电极连接柱固定在下底板上，位于个端 部的硅太阳电池分别与电极连接柱连接。
6.根据权利要求5所述的利用太阳能以及磁场强化的电渗析水处理装置， 其特征在于：所述透明壳体采用钢化玻璃，或者聚丙烯酸类树脂，或者氟化乙 烯丙烯，或者透明聚酯，聚碳酸脂材料制成。
7.根据权利要求1所述的利用太阳能以及磁场强化的电渗析水处理装置， 其特征在于：所述太阳能电池方阵由若干个太阳能电池组成，太阳能电池包括 透明盖板、盒式下底板、至少两个硅太阳电池、互连条、粘结剂、电极引线， 透明盖板固定在盒式下底板的口部，相邻两个硅太阳电池之间通过互连条连接 后，由粘结剂固定于盒式下底板内，所述电极引线的一端与硅太阳电池连接， 电极引线的另一端从盒式下底板上设置的孔引出。
8.根据权利要求7所述的利用太阳能以及磁场强化的电渗析水处理装置， 其特征在于：盒式下底板采用钢化玻璃，或者铝合金，或者有机玻璃，或者TPT 材料制成。
9.根据权利要求1至8任意一项所述的利用太阳能以及磁场强化的电渗析 水处理装置，其特征在于：所述高梯度磁处理器底部安装有曝气装置。
10.根据权利要求9所述的利用太阳能以及磁场强化的电渗析水处理装置， 其特征在于：所述曝气装置为微孔曝气管、穿孔管曝气器。
说明书
利用太阳能以及磁场强化的电渗析水处理装置
技术领域
本发明涉及一种用于从水溶液中脱除盐的电渗析装置，具体涉及一种利用 太阳能以及磁场强化的电渗析水处理装置。
背景技术
电渗析(eletrodialysis，简称ED)技术是膜分离技术的一种，它将阴、阳 离子交换膜交替排列于正负电极之间，并用特制的隔板将其隔开，组成除盐(淡 化)和浓缩两个系统，在直流电场作用下，以电位差为动力，利用离子交换膜 的选择透过性，把电解质从溶液中分离出来，从而实现溶液的浓缩、淡化、精 制和提纯。电渗析主要应用于苦咸水和海水淡化、工业废水脱盐等。
早在上世纪80年代初，电渗析法就被运用于西沙群岛海水淡化工程，以解 决海岛的饮水问题。但是，由于当时淡化级数多、耗电量大，导致制水成本过 高，电渗析法逐渐被低能耗的反渗透法海水淡化技术取代。近年来，电渗析膜 组器研制取得重大进展，每吨海水淡化的耗电量低于8度，耗电量较之前的技 术降低了近50%。在海水淡化的同时，还可以进行海水浓缩制盐，对海水与电 能进行有效利用，进一步达到节能降耗的要求。此外，电渗析法海水淡化还具 有设备简单、维护方便、膜寿命长、耐腐蚀等优点，在一定程度上能减少废料 的产生。然而，电渗析在实际使用过程中仍存在较多问题。电渗析对进水水质 要求很严格，包括浊度、悬浮物、有机物等，以防止堵塞水路、造成膜污染， 导致设备工作效率下降，产水率降低;运行过程中阴极和膜上容易结垢，从而 影响出水水质，并缩短设备使用寿命;尽管耗电量已大幅下降，但其能耗仍较 高。
中国专利CN1359857A和CN1526654A提出了一种磁电渗析处理水的方法和 装备，其主要原理是在电渗析处理水的空间内增加一个与水流方向和电流方向 平行、能使水中阴阳离子定向偏移的静磁场，静磁场通过反应器壳壁上贴合的 永磁铁产生，能够一定程度上降低电耗、阻止结垢。中国专利CN103073096A也 提出了一种磁电渗析处理水的方法和装置，其主要原理是电渗析处理水的空间 内增加一个与直流电场和水流方向垂直的可控磁场，通过控制电场和磁场强度， 延长带电离子在电渗析器中的停留时间，提高分离效率。上述三项发明专利虽 然利用磁场强化了电渗析的处理效率，在一定程度上降低了能耗并阻止结垢， 但节能效果有限，且无法有效阻止有机物和微生物造成的膜污染。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出一种利用太阳能以及磁场强化的电渗析水 处理装置，本发明能够提高分离效果、节省电能、减轻有机物和微生物造成的 膜污染、阻垢效果好。
利用太阳能以及磁场强化的电渗析水处理装置，包括高梯度磁处理器以及 电源装置，高梯度磁处理器与电源装置电连接，其特征在于：所述高梯度磁处 理器内部填充有高磁化率的填料，填料分布于高梯度磁处理器内交替排列的阴 离子交换膜和阳离子交换膜之间，所述电源装置包括太阳能电池方阵、控制器、 蓄电池组、逆变器、变压器以及调频电源，太阳能电池方阵的输出端与控制器 的输入端电连接，控制器的输出端与逆变器的输入端电连接，逆变器的输出端 与变压器的输入端连接，变压器的输出端与调频电源的输入端电连接，所述蓄 电池组与控制器电连接。
优选地，所述填料为不锈钢钢毛，或者为海绵状金属，或者为纤维状铁磁 性非晶质合金。
优选地，填料的填充率占高梯度磁处理器内部空间的6-10%，磁化流速为4 -5mm/s，高梯度磁处理器的磁场强度为53-79mT，调频电源的频率为5Hz，调 频电源的电压为320-470V，调频电源的输出电流为2.7-4.2A。
优选地，所述电源装置还包括一个防反充二极管，该防反充二极管连接于 太阳能电池方阵与控制器之间。
优选地，所述太阳能电池方阵由若干个太阳能电池组成，太阳能电池包括 透明壳体、至少两个硅太阳电池、互连条、粘结剂、下底板以及两个电极连接 柱，相邻两个硅太阳电池之间通过互连条连接后，由粘结剂固定于透明壳体内， 下底板固定在玻璃壳体的开口处，所述电极连接柱固定在下底板上，位于个端 部的硅太阳电池分别与电极连接柱连接。
更优选地，所述透明壳体采用钢化玻璃，或者聚丙烯酸类树脂，或者氟化 乙烯丙烯，或者透明聚酯，聚碳酸脂材料制成。
优选地，所述太阳能电池方阵由若干个太阳能电池组成，太阳能电池包括透 明盖板、盒式下底板、至少两个硅太阳电池、互连条、粘结剂、电极引线，透 明盖板固定在盒式下底板的口部，相邻两个硅太阳电池之间通过互连条连接后， 由粘结剂固定于盒式下底板内，所述电极引线的一端与硅太阳电池连接，电极 引线的另一端从盒式下底板上设置的孔引出。
更优选地，盒式下底板采用钢化玻璃，或者铝合金，或者有机玻璃，或者TPT 材料制成。
优选地，所述高梯度磁处理器底部安装有曝气装置。
更优选地，所述曝气装置为微孔曝气管、穿孔管曝气器。
本发明的原理为：(1)高梯度磁处理器内部填充了磁化率很高的填料，在电 磁铁形成的高强磁场作用下，磁力线集中从填料中通过，在填料表面附近的磁 力线密度衰减，从而形成高梯度磁场。高梯度磁场引起水中盐类分子或离子的 磁性力偶的磁滞效应，因而改变了盐类在水中的溶解性，同时使盐类分子相互 间的亲和性(结晶性)消失，防止大晶体的结晶，避免在离子交换膜面沉积结 垢;高梯度磁场导致微生物生存环境的突发改变，造成微生物周围环境及体内 离子、电子传递速度变化，微生物的酶钝化或失活，部分微生物被杀灭;(2) 在高梯度磁场作用下，氧气与水反应产生具有强氧化性的H2O2，能够氧化部分 有机物并杀灭部分微生物;(3)太阳能经过太阳能直流发电系统转变为电能， 为高梯度磁处理器供电，节省能源。(4)高梯度磁处理器底部装有曝气装置， 在反应器运行过程中进行曝气，在高梯度磁场作用下，生成更多地具有强氧化 性的H2O2，提高杀灭微生物的效率。
本发明的技术效果为：在水处理过程中，由于杀灭微生物的效率获得了提 高，因此，防止了堵塞水路、避免了高梯度磁处理器的膜污染以及结垢，设备 工作效率和产水率获得提高，延长了设备使用寿命。由于采用了太阳能发电并 向高梯度磁处理器供电，因此，用电成本得到了降低。本发明特别适用于在海 水和苦咸水淡化、工业废水脱盐等水处理领域。