具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步说明。

本说明书提及的“去离子”即从待处理液体中除去离子，包括各种价态的阴离子和阳离子。在大部分情况下，“去离子”与“脱盐”具有同样的含义。在某些情况下，去离子也被称之为脱除矿物质。

实施例1。

一种复合滤芯，设置有螺旋卷式电去离子单元及至少一个与电去离子单元叠加装配的过滤单元。

电去离子单元由一对电极、至少一层双极膜和流道组成，多层双极膜径向卷绕形成螺旋卷式的膜结构，膜结构的中心形成中腔。通常一个电极位于膜结构的中腔，另一个电极设置于膜结构的外圈。

电去离子单元可以实现盐离子的吸附，去除水中的重金属，亚硝酸根，氟离子等。为实现颗粒物和细菌病毒以及有机物的进一步去除，在电辅助脱盐单元上叠加一个或多个过滤单元，如微滤、超滤、反渗透、纳滤、活性炭等。由于大部分过滤单元均是圆柱型设计，螺旋卷式电辅助滤芯设计更容易配合其他过滤技术形成多功能的复合滤芯。

该复合滤芯，电去离子单元与过滤单元的水路串联，电去离子单元的出水口与过滤单元的入水口连通或者过滤单元的出水口与电去离子单元的入水口连通。

“串联”是基于流道液流产出液的流向而决定的。例如，若两个处理单元串联，则从前一个处理单元流道的产出液进入后一个处理单元的流道。

通过串联的方式，使得液流分别经过电去离子单元和过滤单元进行处理，提高净水效果。

需要说明的是，膜片形成流道，只有流道的入口、出口液体能够通过，其它部位为密封区，密封区呈密封状，可以通过密封胶条或者热熔胶等手段密封。此为本领域公知常识，本实施例中不做赘述说明。

基于螺旋卷式电去离子单元和过滤单元的外形结构，可将过滤单元装配于电去离子单元的内腔，或者也可以将过滤单元套设于过滤单元的外围。

电去离子单元设置有由一张以上的双极膜径向卷绕而成的膜结构以及由双极膜卷绕所形成的螺旋状的流道，每张双极膜由贴合在一起的阳离子交换膜和阴离子交换膜构成。

膜结构的中腔位置具有功能通道，功能通道与电去离子单元的流道的进水口或者出水口中的至少一个连通。功能通道至少设置有一个功能区域，至少存在一个功能区域与电去离子单元的流道连通。功能通道也可以至少存在两个功能区域，一个功能区域用与电去离子单元的流道连通；另一个功能区域与过滤单元连通。

功能通道可以为一根中心管，中心管根据是否要与流道连通设置需要的开口。功能通道也可以仅仅是双极膜螺旋卷绕过程中所形成的一个中腔，还可以通过塑料或者金属或者其它材质制成的支撑结构等，也可以是双极膜卷绕时所采用的双极膜的一段作为功能通道。

功能通道可以作为原水的进入通道或者纯水的排出通道，或者同时作为原水的进入口和纯水的排出口，或者仅仅是一个支撑或者非支撑的空间或结构件等。根据功能通道的功能，中心管可以设置通孔或者不设置通孔，或者分为多个子段，在需要实现液体流通的子段设置通孔。

如图1所示，本实施例的一种复合滤芯，至少一层双极膜绕中心管500径向缠绕，中心管500设有通孔510，电去离子单元的进水口在外侧，以中心管的通孔 510为出水口。过滤单元装配于中心管内。原水从电去离子单元的外侧进入螺旋流道，经过脱盐处理后到达中心管出的通孔，由通孔进入过滤单元再进行过滤后以纯水排出。该复合滤芯，结构简单，复合滤芯集合了电去离子单元和过滤单元的两重过滤效果，结构简单，承压性好，体积小巧，安装简便。基于此滤芯的净水设备结构简单，只需一根滤芯即可实现多重过滤，不需要反渗透脱盐技术的增压泵，解决整体净水设备设计复杂，体积大，有噪音的问题。相应的，水路逆向也是可以的。

需要说明的是，也可以不用中心管，直接将过滤单元装配于电去离子单元的中腔，原水从中腔进入过滤单元后进入电去离子的流道，从电去离子侧边处的出水口排出。水路逆向也是可以的，即原水从电去离子侧边处的出水口进入双极膜卷绕所形成的螺旋流道，经脱盐处理后从流道的末端进入中腔中的过滤单元，从过滤单元的入水口排出。

需要说明的是，构成膜结构的双极膜展开后，平行于膜结构中轴线的的一边定义为双极膜的侧边，垂直于中轴线的一边定义为端边；电去离子单元的进水口可以设置于侧边或者端边，出水口也可以设置于端边或者侧边。

需要说明的是，过滤单元的数量不局限于本实施例的一个，也可以为多个，如两个，三个或者其它数量。过滤单元的装配位置可以装配电去离子单元的中腔，也可以套设于电去离子单元外围，或者当过滤单元有多个时，部分过滤单元装配于电去离子单元的中腔，部分过滤单元套设于电去离子单元外围。

实施例2。

一种复合滤芯，如图2所示，具有电去离子单元10和两个滤芯，一个是超滤滤芯UF，一个是PP棉滤芯。超滤滤芯套设于电去离子单元10外围，PP棉滤芯依次套设于超滤滤芯外围。

该复合滤芯，电去离子单元的进水口在中腔处，出水口在其侧边；出水口与超滤滤芯连通，超滤滤芯的出水口与PP棉滤芯连通。电去离子单元的中腔设置有中心管500。原水通过中心管500进入电去离子单元的流道，再从电去离子单元的侧边排入至超滤滤芯，经超滤滤芯处理后进入PP棉滤芯处理，最后再从PP 面滤芯的出水口排出。该复合滤芯，可以对原水进行电去离子、超滤和PP棉过滤，能够提高水处理的效果和脱盐效率。该复合滤芯，结构简单，承压性好，体积小巧，安装简便。基于此滤芯的净水设备结构简单，只需一根滤芯即可实现多重过滤，不需要反渗透脱盐技术的增压泵，解决整体净水设备设计复杂，体积大，有噪音的问题。相应的，水路逆向也是可以的。

需要说明的是，复合滤芯也可以不用设置中心管，将液体直接通过中腔进入流道或者通过流道由中腔排出。

需要说明的是，液体进入电去离子单元的方式不仅仅就是从中腔位置或者通过中心管进入，也可通过双极膜的端面进入。

实施例3。

一种复合滤芯，如图3所示，过滤单元与电去离子单元10层叠设置。本实施例中，过滤单元为RO过滤单元。过滤单元与电去离子单元均套设于中心管500，中心管设置通孔，原水通过过滤单元过滤后从中心管的通孔进入中心管，并由中心管的通孔进入电去离子单元，经电去离子单元处理后从电去离子单元的出水口排出。

本实施例中的中心管，含有两段子管，一段子管与RO过滤单元连通，另一段子管与过滤单元连通。需要说明的是，中心管所含有的子管数量可以根据具体需要灵活设置和选择。

本实施例中，RO过滤单元的出水口设置于中线管，电去离子单元的进水口设置为中心管的通孔。这种方式，结构简单，体积小巧。

将RO过滤单元设置为电去离子单一的前级水处理单元，可以解决反渗透滤芯在不工作时浓水测的盐因为浓差造成的渗透压缓慢渗透至产水侧导致的初始水盐浓度升高的问题。串联入电去离子单元吸附后，上述初始水中的盐会被电极吸附，使得反渗透净水器的初始水纯度也可以达标。

本实施例的复合滤芯集多重过滤于一个圆筒式滤芯壳内，可以直接安装在水龙头上，无需增压泵和水路板，即可实现去除水中各类杂质如余氯，有机物，重金属，细菌，颗粒物，病毒等的功能。卷式设计和圆筒式滤芯壳可以承受更大的压力，防止漏水，外壳可以采用普通塑料件，重量轻，成本低。该复合滤芯体积小、无噪音、安装简单。

实施例4。

结合附图对复合滤芯中的电去离子单元进行说明。一种电去离子单元，含有由一对电极100、200构成的电极对、中心管500及绕中心管卷绕的双极膜300，如图4所示。电极100设置于中心管500内，双极膜300径向卷绕在中心管500形成螺旋状膜结构，另一个电极200套设于膜结构的外侧。膜结构的双极膜卷绕形成螺旋流道。

本实施例中，沿着图4的“B-B”剖面来看，双极膜300绕中心管500纵向缠绕，形成螺旋流道。图5示意了B-B剖面图，其中扇形区域部分用色块标示了双极膜中的阳离子交换膜310和阴离子交换膜320，水流通道从中心管500的通孔进入双极膜旋转所形成的流道中，双极膜的侧边排出。

卷式电去离子单元的脱盐过程如图6所示。当脱盐进行一段时间后，需要进行倒极再生，以释放出吸附在双极膜上的水中离子，如图7所示。

需要说明的是，在两个电极之间，双极膜卷绕的层数可以根据需要灵活设置，不局限于本实施例的情形。

本实施例中的双极膜为单层双极膜，实际中，也可以选择多层双极膜叠层后，整体径向卷绕电极100形成螺旋状膜结构。双极膜的叠层数量可以为2张或者3张或者其它数量。

该卷式电去离子单元，重复利用了双极膜的膜面积，电解离子交换的方式大大提高了离子交换的速度和效率。

该电去离子单元，采用双极膜的结构，离子交换效率高。将双极膜卷绕于中心管，形成螺旋状的流道，延长了流道长度，提高了水流在滤芯内部的停留时间，从而能够提升脱盐效率。能够在不增加膜面积和滤芯体积的情况下，实现对高浓度盐水的脱盐效率。

电去离子单元，还可以设置有多张双极膜，多张双极膜叠设径向卷绕。可设置中心管与多张双极膜的起始卷绕位置连通，多张双极膜的末端位置为出水口。如图8所示，是有四张双极膜卷绕的结构。此结构设置，水流可以同时进入多个螺旋流道，经每个螺旋流道排出，能够缩短水处理的时间。

电去离子单元，还可在电极与双极膜之间、双极膜与双极膜之间设置有导流网，导流网材料包括聚丙烯，尼龙，聚酯等网状材料，厚度在0.05-2mm之间。通过导流网，形成流道，确保电去离子单元准确有效工作。

实施例5。

一种复合滤芯，其它特征与实施例1至4相同，不同之处在于，电去离子单元的一对电极组中至少包括一个多孔电极。

一对电极组可以由两个多孔电极构成，也可以是由一个多孔电极和一个普通电极构成。普通电极如金属电极、具有钌钇涂层的钛电极、钌钇电极、碳电极、石墨电极等。

其中，多孔电极可由多孔材料构成，或者由多孔材料和集电体层叠构成，或者由集电体、多孔材料和离子交换膜依次层叠形成。离子交换膜为阴离子交换膜或阳离子交换膜，当含有离子交换膜的时，多孔电极中的离子交换膜靠近双极膜。多孔电极中的阳离子交换膜或者阴离子交换膜可以根据实际需要灵活选择。

多孔材料可以是具有大比表面的任意导电材料，比如，比表面大于100m²/g 的导电材料。在一些实施例中，多孔材料为疏水的导电材料。多孔材料具有孔径在0.5至50纳米之间的多孔结构。多孔材料可为活性炭、炭黑、碳纳米管、石墨、碳纤维、碳布、碳气凝胶、金属粉末(如镍)、金属氧化物(如氧化钌) 和导电聚合物中的一种或多种制备而成的导电体。在某一实施例中，所述多孔材料是由活性炭制成的厚度在100至5000微米范围内的片状或板状结构，优选厚度在200至2,500微米范围内，另外，所述活性炭片状结构的孔径介于0.5至 20纳米之间，优选介于1至10纳米之间。

采用多孔电极能够减轻卷式滤芯的结垢风险。由于离子交换膜中含有或者吸附有离子带电单位，因此，当多孔电极处离子的量不足以完成解吸附过程时，通过在离子交换膜中的离子被释放出来以帮助完成解吸附过程，使电极上的过量电荷得到缓冲。这样，结垢风险会大大降低。

集电体用于与导线或电源相连接，也称作“集流体”。集电体由选自金属、金属合金、石墨、石墨烯、碳纳米管和导电塑料中的一种或多种材料形成。集电体可以是板、网、箔或片等任何合适的形式。在一些实施例中，集电体可以是金属或金属合金制成，合适的金属包括钛、铂、铱或铑等，优选地包括钛，而合适的金属合金可以是不锈钢等。在另一些实施例中，集电体可以由导电碳材料制成，例如石墨、石墨烯、碳纳米管等。在另一些实施例中，集电体是由导电塑料材料，例如聚烯烃(如，聚乙烯)制成的，且其中可混合导电的炭黑或金属颗粒等。在一些实施例中，集电体为片状或板状结构，厚度可以在50微米至5毫米的范围内。在一些实施例中，集电体和多孔电极具有大致相同的形状和/或尺寸。

需要说明的是，当多孔材料的多孔性和导电性足够时，多孔材料本身可以起到集电体的作用时，也可不设置集电体。

本实施例的卷式电去离子单元，可由多个电极组构成，当包括多个电极组时，电极组之间可以通过串联或者并联或者同时具有串联和并联的混联方式进行流道连接。需要说明的是，本说明书提及的“串联”和“并联”是指考虑到流道液流产出液的流向而决定的。例如，若两个电极组串联，则从前一个电极组流道的产出液进入后一个电极组的流道。又例如，若两个电极组并联，则是指这两个电极组的流道接收同一股进液。串联的电极组用于进一步除去液体中的离子，而并联的电极组组用于增大装置的处理量。

本实施例的卷式电去离子单元，含有由一对多孔电极100、200构成的电极对、中心管及绕中心管卷绕的双极膜300。本实施例中，多孔电极100由集电体 130和多孔材料110层叠形成，如图9所示。多孔电极200由集电体和多孔材料依次层叠形成。多孔电极可由集电体、多孔材料层叠在一起夹紧即可，不需要使用粘结剂；或者也可以通过热贴合固定或者通过粘结剂粘结。

本实施例的卷式电去离子单元，使用时，多孔材料直接接触到流道，多孔电极间的双极膜按照相同的方式设置。本实施例的方式下，能实现脱盐和再生。在脱盐状况下，多孔材料会吸附原水中的阴离子和阳离子，没有选择性，吸附效率约50％。在再生状况下，多孔材料中的阴离子和阳离子会脱附到流道中去实现再生。

该卷式电去离子单元采用多孔电极及双极膜的结构，能够避免现有技术中极水水解产生气体及结垢的问题，且能够提高脱盐率，具有制水率高、水资源浪费少的特点。

此外，实验发现，采用多孔电极较普通电极，采用多孔电极的电去离子装置整体脱盐效率可以提高8％以上。这是因为多孔电极可以吸附原水的离子，这种吸附效率比双极膜片的离子交换效率要高。

实施例6。

一种卷式电去离子单元，其它特征与实施例7相同，不同之处在于，本实施例中：如图10所示，多孔电极100由集电体130、多孔材料110、阴离子交换膜120依次层叠形成，多孔电极100为阴膜电极；多孔电极200也由集电体、多孔材料、阳离子交换膜依次层叠形成，多孔电极200为阳膜电极。多孔电极可由集电体、多孔材料、离子交换膜层叠在一起夹紧即可，不需要使用粘结剂；或者也可以通过热贴合固定或者通过粘结剂粘结。

实验发现，采用多孔电极较普通电极，采用多孔电极的电去离子装置整体脱盐效率可以提高10％以上，脱盐效率比实施例1中的结构的效率提高的幅度更高。这是因为多孔电极可以吸附原水的离子，这种吸附效率比双极膜片的离子交换效率要高。可见，本实施例采用多孔电极的电去离子装置的整体性能优良。

本实施例的滤芯，能够延长流道的长度，增加液体在流道内脱盐的流程，大幅提升脱盐效率。能够在不增加膜面积和滤芯体积的情况下，实现对高浓度盐水的脱盐效率。

实施例7。

一种水处理设备，具有如实施例1至9中的任意一种所述的复合滤芯，该水处理设备可用于工业或者家用水处理。本文提及的工业用水处理设备的用途的示例包括但不限于工业污水处理、市政污水处理、海水淡化、盐水处理、河湖水处理、乳酪乳清脱矿物质等。工业用水处理设备包括，除了本发明实施例的复合滤芯以外，其还可包括例如絮凝和/或混凝单元、高级氧化单元、吸附单元、电解单元、膜分离单元(包括微滤、超滤、纳滤和反渗透中的一种或多种) 中的一种或多种。

该水处理设备，其复合滤芯集多重过滤于一个圆筒式滤芯壳内，可去除水中各类杂质如余氯，有机物，重金属，细菌，颗粒物，病毒等的功能。卷式设计和圆筒式滤芯壳可以承受更大的压力，防止漏水，外壳可以采用普通塑料件，重量轻，成本低。整体水处理设备体积小、无噪音、安装简单。

本实施例的水处理设备，由于滤芯延长了流道的长度，故增加了液体在流道内脱盐的流程，大幅提升脱盐效率，能够在不增加膜面积和滤芯体积的情况下，实现对高浓度盐水的脱盐效率。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。