專(zhuān)利名稱：一種含有三隔室基本工作單元的電去離子方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含有三隔室基本工作單元的電去離子方法與裝置，屬于水除鹽和
凈化技術(shù)。
背景技術(shù)：
電去離子(EDI)，是在電滲析(ED)器的淡水室中填充離子交換樹(shù)脂，從而將電滲析和離子交換有機(jī)結(jié)合起來(lái)的一種復(fù)合膜分離技術(shù)。在一定的工藝條件下，淡化室中的陰、陽(yáng)離子交換膜，以及所填充的離子交換樹(shù)脂與水接觸的界面層中會(huì)發(fā)生水解離反應(yīng)，即水分子被解離為H+和OH—離子，除部分參與負(fù)載電流外，其余則可對(duì)填充的陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂進(jìn)行就地再生。因此，EDI技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)深度除鹽和樹(shù)脂的連續(xù)"電再生"，也被稱為連續(xù)去離子(CDI)技術(shù)。無(wú)需使用酸堿化學(xué)藥劑再生樹(shù)脂、無(wú)廢酸廢堿排放和連續(xù)運(yùn)行，是EDI的突出技術(shù)優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，EDI在工業(yè)純水制備領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。
EDI技術(shù)是在ED基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，二者有著類(lèi)似的裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)。EDI與ED裝置的核心部件是膜堆，膜堆則又由一定數(shù)目的基本工作單元，即膜對(duì)組成。每個(gè)膜對(duì)包括各1張陽(yáng)離子交換膜和陰離子交換膜，以及各1個(gè)淡化室和濃縮室。在整個(gè)膜堆中，淡化室和濃縮室交替排列。 ED過(guò)程由于在離子交換膜間不填充離子交換樹(shù)脂，不產(chǎn)生水解離效應(yīng)，因此其運(yùn)行工況與EDI有很大區(qū)別，這主要體現(xiàn)在進(jìn)水水質(zhì)的差異，以及是否采用頻繁倒換電極的運(yùn)行模式上。對(duì)于ED過(guò)程，其所處理原水的含鹽量范圍較大，從數(shù)十mg *L—1至數(shù)千mg 'L一1。在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過(guò)程中，受濃差極化現(xiàn)象的發(fā)展，以及原水中不可避免含有一定濃度的可導(dǎo)致結(jié)垢的金屬陽(yáng)離子，容易最終形成金屬氫氧化物等結(jié)垢沉淀。為此，實(shí)際的ED過(guò)程均采用了頻繁倒換電極的運(yùn)行模式以消除結(jié)垢，即ED膜堆的正負(fù)電極每經(jīng)過(guò)一定運(yùn)行周期就相互倒換，原先的正極在倒極后成為負(fù)極，反之亦然。電極倒換同樣使原先的淡化室成為濃縮室，而倒極前的濃縮室則成為淡化室。這使得因弱堿性條件下逐漸產(chǎn)生結(jié)垢的濃水流變?yōu)槿跛嵝缘牡?，繼而使已形成的少量結(jié)垢在電極倒換后又逐漸被消除。因此，對(duì)于ED過(guò)程，根據(jù)具體的原水和工藝條件，確定合適的電極倒換周期，即可有效防止過(guò)程中的結(jié)垢。 對(duì)于EDI過(guò)程，因其主要用于深度除鹽制備超純水，因此進(jìn)水含鹽量很低，總鹽量一般不超過(guò)5-10mg L—、如反滲透(R0)水。由于離子交換膜兩側(cè)的濃、淡水濃度差很高，最高可超過(guò)1000倍，因此EDI —般不采取周期性倒換電極的運(yùn)行方式，否則電極倒換之后水質(zhì)重新達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間太長(zhǎng)，不符合實(shí)際要求。為保證長(zhǎng)期安全運(yùn)行，就必須對(duì)EDI的進(jìn)水條件進(jìn)行嚴(yán)格限制，其中最為重要的則是硬度必須低于lmg L—、旨在控制原水條件以避免結(jié)垢生成。對(duì)于EDI，一旦膜堆內(nèi)部有微量結(jié)垢生成，過(guò)程就將持續(xù)惡化。從另一角度而言，EDI對(duì)進(jìn)水條件的苛刻要求，也成為了 EDI獲得更廣泛應(yīng)用的首要制約因素。
現(xiàn)有EDI技術(shù)一般采取給水預(yù)軟化、預(yù)酸化、添加阻垢劑等措施來(lái)解決濃縮室結(jié)垢問(wèn)題，即在EDI上游采用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂或納濾(NF)膜過(guò)濾等軟化技術(shù)，除去原水中易Mg2+離子，或者調(diào)解淡化水、濃縮水流的pH值為弱酸性，使得結(jié)垢不能形成，或者在濃水流中添加阻垢劑，使得結(jié)垢晶體不能生長(zhǎng)而防止結(jié)垢。給水預(yù)軟化并不能絕對(duì)保證進(jìn)水硬度達(dá)到要求，而且增加了一道水處理工序，使投資和運(yùn)行成本增加。特別地，當(dāng)采用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂為預(yù)軟化時(shí)，樹(shù)脂床層容易滋生細(xì)菌，從而給EDI進(jìn)水水質(zhì)帶來(lái)新的問(wèn)題。預(yù)酸化和使用阻垢劑需要向系統(tǒng)中加入化學(xué)品，而且對(duì)EDI的除鹽過(guò)程具有不利影響，導(dǎo)致產(chǎn)水水質(zhì)下降。 中國(guó)專(zhuān)利CA101070200A則公開(kāi)了一種"分級(jí)去離子方法"，可以使EDI即使在很高的進(jìn)水硬度條件下運(yùn)行也不會(huì)結(jié)垢。該方法將EDI分為串聯(lián)的兩級(jí)來(lái)運(yùn)行，第一級(jí)和第二級(jí)可以含在同一個(gè)或者不同的EDI膜堆中。第一級(jí)EDI在3-5V的較低膜對(duì)電壓下運(yùn)行，既可除去導(dǎo)致結(jié)垢的Ca2+、 Mg2+、 Fe3+、 Al3+等金屬離子，又可控制第一級(jí)EDI不發(fā)生水解離反應(yīng)，無(wú)水解離產(chǎn)物OH—離子生成，因而不會(huì)結(jié)垢；第二級(jí)EDI則在10-16V的高膜對(duì)電壓下運(yùn)行，確保除去硅等弱解離性雜質(zhì)，從而獲得高純度產(chǎn)品水。由于第二級(jí)EDI的進(jìn)水流中已經(jīng)不含有可導(dǎo)致結(jié)垢的金屬離子，因此即使水解離程度很劇烈，也同樣不會(huì)結(jié)垢。該方法的不足在于需要使用至少2組獨(dú)立的電極，且第一級(jí)和第二級(jí)在機(jī)械和電路上均是獨(dú)立、分開(kāi)的。由于EDI必須使用昂貴的鈦鍍釕板式電極，增加的一級(jí)中的膜堆也需要使用相應(yīng)的離子交換膜、樹(shù)脂和淡化室、濃縮室隔板，因此該"分級(jí)去離子方法"顯著增大了 EDI的裝置規(guī)模，提高了設(shè)備成本。 此外，現(xiàn)有EDI技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域只是集中在純水制備方面。對(duì)于一些含特殊無(wú)機(jī)離子的廢水處理，例如重金屬?gòu)U水處理，則必須對(duì)現(xiàn)有EDI技術(shù)進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)。此類(lèi)水處理的核心問(wèn)題在于進(jìn)水中多含有較高濃度的Cu2+、Ni2+、Pb2+等各種重金屬離子，與Ga2+、Mg2+等硬度離子一樣，容易形成金屬氫氧化物結(jié)垢，處理難度顯著加大。因此，為提高EDI的自身的防止結(jié)垢性能，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，則必須開(kāi)發(fā)更為簡(jiǎn)便，經(jīng)濟(jì)高效的EDI新技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有EDI技術(shù)的不足，提供一種在不增加電極對(duì)數(shù)目條件下，即可有效防止?jié)饪s室內(nèi)部結(jié)垢的EDI方法與裝置。本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)一種"三隔室基本工作單元"，使EDI的每個(gè)基本工作單元包括1個(gè)淡化室和2個(gè)連續(xù)的濃縮室，并在此2個(gè)連續(xù)的濃縮室間用離子交換膜分隔，從而增大了分別進(jìn)入這兩個(gè)濃縮室的金屬陽(yáng)離子和OH—離子的橫向遷移距離，顯著延長(zhǎng)了金屬陽(yáng)離子和OH—離子的橫向遷移時(shí)間，從而使其在尚未結(jié)合時(shí)即已被排出EDI膜堆。進(jìn)一步地，在上述2個(gè)連續(xù)的濃縮室間采取適宜的策略填充離子交換樹(shù)脂，能夠減小濃縮室電阻，降低過(guò)程能耗，并更有利于防止金屬氫氧化物結(jié)垢的生成。 本發(fā)明是通過(guò)如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 在EDI膜堆的最外兩側(cè)分別為正、負(fù)電極室，以及相應(yīng)的極室保護(hù)室，電極室與極水保護(hù)室之間用陽(yáng)離子交換膜隔開(kāi)。兩個(gè)電極保護(hù)室之間即為膜堆。膜堆由若干個(gè)基本工作單元重復(fù)排列組成。每個(gè)基本工作單元包括1個(gè)淡化室和2個(gè)連續(xù)、相鄰的濃縮室，在這2個(gè)相鄰的濃縮室之間用1張陽(yáng)離子交換膜或陰離子交換膜分隔開(kāi)；在淡化室中填充均勻混床離子交換樹(shù)脂，使淡水出水被深度純化，而相鄰的2個(gè)濃縮室中則填充不同比例的混床樹(shù)脂，其中靠近正電極一側(cè)的濃縮室中填充陰離子交換樹(shù)脂所占體積比超過(guò)50%的混
4床樹(shù)脂，靠近負(fù)電極一側(cè)的濃縮室中則填充陽(yáng)離子交換樹(shù)脂所占體積比超過(guò)50%的混床樹(shù) 脂。 在直流電場(chǎng)作用下，淡水進(jìn)水通過(guò)淡化室時(shí)，陰、陽(yáng)離子在所填充混床樹(shù)脂的強(qiáng)化 傳遞作用下，分別透過(guò)淡化室兩側(cè)的陽(yáng)離子交換膜和陰離子交換膜，遷移進(jìn)入該基本工作 單元的第1濃縮室，以及與該基本工作單元相鄰的另一基本工作單元中的第2濃縮室。淡 化室中的離子交換膜和樹(shù)脂表面的水解離使得部分混床樹(shù)脂被實(shí)時(shí)"電再生"，由此得到淡 化純水。濃縮水進(jìn)水平行地同時(shí)進(jìn)入各個(gè)基本工作單元中的2個(gè)濃縮室。由于第l濃縮室 中填充的混床樹(shù)脂中陰樹(shù)脂所占體積比超過(guò)50%，因此淡化水流中的陽(yáng)離子在透過(guò)淡化室 與第l濃縮室之間的陽(yáng)離子交換膜，進(jìn)入第l濃縮室之后，其朝向負(fù)極方向的繼續(xù)遷移受到 陰樹(shù)脂的阻礙，遷移速度顯著減??；對(duì)于第2濃縮室，其與相鄰的下一個(gè)基本工作單元的淡 化室之間是陰離子交換膜。來(lái)自該淡化室的陰離子，包括水解離產(chǎn)物OH—離子，在透過(guò)陰離 子交換膜后，會(huì)繼續(xù)朝向正極方向遷移，趨向于進(jìn)入第l濃縮室。由于第2濃縮室中填充的 混床樹(shù)脂中陽(yáng)樹(shù)脂所占體積比超過(guò)了 50%，因此較多的陽(yáng)樹(shù)脂也會(huì)減小其橫向遷移速度。
對(duì)于本發(fā)明，在每個(gè)膜堆基本工作單元中，兩個(gè)相鄰的第1和第2濃縮室之間可以 用1張陽(yáng)離子交換膜，也可以用1張陰離子交換膜將其分隔。使用陽(yáng)膜分隔兩個(gè)濃縮室時(shí)， 該陽(yáng)膜可在一定程度上阻礙第2濃縮室中的0H—離子繼續(xù)遷移進(jìn)入第1濃縮室；使用陰膜 分隔時(shí)，則該陰膜可較好地阻止第1濃縮室中的金屬陽(yáng)離子繼續(xù)遷移進(jìn)入第2濃縮室，從而 提高防止金屬氫氧化物結(jié)垢生成的效果。 為合理控制基本工作單元和整個(gè)膜堆的電阻，本發(fā)明中所用濃縮室的厚度也控制 在一定范圍內(nèi)，即2-4mm。較小的隔室厚度既可便于樹(shù)脂填充，也避免了隔室厚度較大而使 膜堆電阻增大，從而使過(guò)程電能消耗增高。 根據(jù)上述含有三隔室基本工作單元的電去離子方法，實(shí)現(xiàn)該方法的電去離子 (EDI)裝置是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。 EDI裝置包括夾緊裝置、夾緊支撐裝置、電極裝置和膜堆四部分。夾緊裝置由兩塊 金屬夾緊板、拉緊螺栓與螺母組成；在夾緊板的內(nèi)側(cè)分別是正、負(fù)電極室與電極板組成的正 負(fù)電極裝置，其中正電極板采用鈦鍍釕材質(zhì)，負(fù)電極板采用不銹鋼材質(zhì)；在正、負(fù)極室之間 是由一定數(shù)目的矩形中空支撐邊框板構(gòu)成的夾緊支撐裝置；在正、負(fù)電極室的內(nèi)側(cè)分別是 相應(yīng)的極室保護(hù)室，在正、負(fù)極室保護(hù)室之間為膜堆。極室保護(hù)室和膜堆處于中空支撐邊框 板的中空腔體內(nèi)。膜堆由若干個(gè)基本工作單元重復(fù)排列組成，每個(gè)基本工作單元包括3張 離子交換膜和3個(gè)隔室，從正極側(cè)到負(fù)極側(cè)依次為1張陰離子交換膜、淡化室、1張陽(yáng)離子交 換膜、第l濃縮室、1張陽(yáng)離子交換膜或陰離子交換膜、第2濃縮室；在淡化室中填充有均勻 混床離子交換樹(shù)脂，在第1濃縮室中填充陰離子交換樹(shù)脂所占體積比為55_90%的混床樹(shù) 脂，在第2濃縮室中填充陽(yáng)離子交換樹(shù)脂所占體積比為55-90%的混床樹(shù)脂。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述含有三隔室基本工作單元的電去離子方法與裝置， 具有以下優(yōu)點(diǎn) (1)采用了 "淡化室-第1濃縮室-第2濃縮室"的三隔室基本工作單元構(gòu)造，能 夠有效地防止?jié)饪s室中金屬氫氧化物結(jié)垢的生成，使其較現(xiàn)有EDI技術(shù)能適應(yīng)更高的進(jìn)水 硬度和進(jìn)水重金屬離子濃度條件，過(guò)程能夠長(zhǎng)期、穩(wěn)定地運(yùn)行； (2)在第1和第2濃縮室中采取不同的策略填充離子交換樹(shù)脂，既可減小濃縮室電
5阻，降低過(guò)程能耗，又可進(jìn)一步防止C^+、Mg"、Cu"、Ni"等可導(dǎo)致結(jié)垢的金屬陽(yáng)離子與OH—離 子的結(jié)合，提供過(guò)程的運(yùn)行可靠性； (3)不需對(duì)EDI進(jìn)水進(jìn)行額外的給水預(yù)軟化或預(yù)酸化，也不需要對(duì)EDI的濃縮水系 統(tǒng)投加阻垢劑，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行更簡(jiǎn)便，費(fèi)用更節(jié)省。


圖1為現(xiàn)有EDI技術(shù)的常規(guī)膜堆內(nèi)部構(gòu)造及離子遷移原理示意圖，其中基本工作 單元，即膜對(duì)數(shù)為2 ; 圖2為本發(fā)明所提供的含有三隔室基本工作單元的EDI膜堆內(nèi)部構(gòu)造及離子遷移 原理示意圖，膜堆內(nèi)部水流程為一級(jí)兩段式，每段各含有1個(gè)三隔室基本工作單元；
圖3為圖2所示含有三隔室基本工作單元EDI裝置的剖面示意圖；
圖4為圖2所示含有三隔室基本工作單元EDI裝置的剖面分解示意圖，其中中空 支撐邊框板只示出2張； 圖5為實(shí)施例1所采用的EDI裝置內(nèi)部構(gòu)造示意圖，膜堆內(nèi)部水流程為一級(jí)兩段 式，每段各含有2個(gè)膜對(duì)，濃縮室中不填充離子交換樹(shù)脂； 圖6為實(shí)施例2所采用的含有三隔室基本工作單元的EDI裝置內(nèi)部構(gòu)造示意圖， 膜堆內(nèi)部水流程為一級(jí)兩段式，每段各含有2個(gè)基本工作單元；
圖7為是實(shí)施例1和實(shí)施例2所采用的工藝流程示意圖； 以上圖中1-正電極；2_負(fù)電極；3_正極室；4_負(fù)極室；5_陽(yáng)離子交換膜；6_陰 離子交換膜；7_陽(yáng)離子交換樹(shù)脂；8_陰離子交換樹(shù)脂；9-淡化室；10-濃縮室；11-膜對(duì)； 12-濃縮水進(jìn)水；13-淡化水進(jìn)水；14-電極水進(jìn)水；15-正極極水出水；16-負(fù)極極水出 水；17-淡化產(chǎn)品水；18-濃縮水出水；19-正極保護(hù)室；20-負(fù)極保護(hù)室；21-第l濃縮室；
22-第2濃縮室；23-三隔室基本工作單元；24-螺桿；25-螺栓；26-左夾緊板；27-右?jiàn)A緊 板；28-正電極隔板；29-負(fù)電極隔板；30-中空支撐邊框板；31-濃縮室隔板；32-淡化室隔 板；33-正極保護(hù)室隔板；34-負(fù)極保護(hù)室隔板；35-淡水原水罐；36-增壓泵；37-流量計(jì)； 38-濃縮水循環(huán)罐；39-電極水罐；40-EDI裝置；41-在線酸度計(jì)；42-在線電導(dǎo)率儀；43-在 線電阻率儀；44-濃縮產(chǎn)品水罐；45-淡化產(chǎn)品水罐。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。 圖1為現(xiàn)有EDI技術(shù)的常規(guī)膜堆內(nèi)部構(gòu)造示意，其內(nèi)部水流程為一級(jí)一段，不含極
室保護(hù)室。陰、陽(yáng)離子交換膜，以及淡化室和濃縮室交替排列。顯然，在水解離的工況條件 下，若進(jìn)水中含有不合格的硬度或重金屬離子，則在濃縮室中這些離子就容易與來(lái)自淡化
室的Off離子結(jié)合，生成金屬氫氧化物結(jié)垢。 圖2為本發(fā)明所提供的含有三隔室基本工作單元的EDI膜堆內(nèi)部構(gòu)造示意。如圖 所示，在膜堆兩側(cè)正負(fù)電極室后分別設(shè)置1張陽(yáng)離子交換膜、1張陰離子交換膜及相應(yīng)水流 隔板，構(gòu)成膜堆的極水保護(hù)室。正極保護(hù)室19的設(shè)置可以較好地防止正極反應(yīng)的有害氣體 對(duì)第1張陰離子交換膜的氧化破壞作用；負(fù)極保護(hù)室20的設(shè)置能夠避免陽(yáng)離子在陰極上的 還原，并阻止負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)生的Off向靠近負(fù)極的最后1個(gè)濃縮室遷移。
正極進(jìn)水14分為2路平行水流進(jìn)入正極室3及正極保護(hù)室19，出水經(jīng)膜堆外管路 進(jìn)入負(fù)極室4及負(fù)極保護(hù)室20，極水出水19由負(fù)極上部導(dǎo)出EDI裝置。電極水由正極流向 負(fù)極，可使呈酸性的正極出水進(jìn)入負(fù)極室后中和負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)生的OH—離子，以消除負(fù)極室的 結(jié)垢。 根據(jù)圖2，每個(gè)膜堆基本工作單元23包括有淡化室9、第1濃縮室21和第2濃縮室 22。淡化室9中的陰離子，如SO/—、C1—、0H—離子，在直流電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下，透過(guò)陰離子交換膜 6向其左側(cè)相鄰的濃縮室中遷移；淡化室9中的陽(yáng)離子，如Na+、 Ga2+離子，則透過(guò)陽(yáng)離子交 換膜進(jìn)入其右側(cè)的第1濃縮室21。由于該濃縮室填充的混床樹(shù)脂中，陰樹(shù)脂所占體積比大 于50%，就使得金屬陽(yáng)離子的繼續(xù)遷移受到較多陰樹(shù)脂的阻礙，來(lái)不及進(jìn)入第2濃縮室即 已被排出EDI膜堆。與此類(lèi)似，由淡化室9遷移進(jìn)入第2濃縮室的陰離子，包括0H—離子，其 繼續(xù)遷移也受到第2濃縮室中體積比超過(guò)50%的陽(yáng)樹(shù)脂的較大阻礙，來(lái)不及進(jìn)入第1濃縮 室即已被排出。另外，與圖l所示常規(guī)膜對(duì)結(jié)構(gòu)所不同的還是，本發(fā)明所提供的三隔室基本 工作單元EDI膜堆構(gòu)造中，第l和第2濃縮室均填充樹(shù)脂，其厚度較圖1中現(xiàn)有EDI的濃縮 室的厚度均有所增大，使得在同樣流速下，導(dǎo)致金屬氫氧化物結(jié)垢的金屬陽(yáng)離子，如Ga2+、 附2+，和0H—陰離子的橫向遷移路徑顯著增長(zhǎng)。上述因素均使得其尚未結(jié)合并在局部形成結(jié) 垢即已被排出EDI之外。這使得EDI膜堆自身防止結(jié)垢生成的性能顯著增強(qiáng)。
根據(jù)圖7所提供的流程，整個(gè)EDI系統(tǒng)采用濃縮水部分循環(huán)工藝運(yùn)行。淡水原水 由淡水原水罐35經(jīng)增壓泵36后分為兩路， 一路進(jìn)入EDI裝置40為EDI的實(shí)時(shí)淡水進(jìn)水， 另一路則作為濃縮水補(bǔ)充水。在濃縮水循環(huán)罐38中預(yù)先配置一定的濃縮水原液，其大部分 在濃縮水管路中循環(huán)流動(dòng)。EDI裝置的濃縮水出水有少量分流，進(jìn)入濃縮產(chǎn)品水罐44。由 淡水分流的濃縮水補(bǔ)充水量，與從EDI膜堆濃縮水出水分流的濃縮產(chǎn)品水量相等，從而維 持濃縮水循環(huán)罐38中的水量恒定。膜堆的淡化水出水進(jìn)入淡化產(chǎn)品水罐45收集。極水出 水返回至電極水罐39，在排除氣體后循環(huán)使用。各股水流的流量由轉(zhuǎn)子流量計(jì)37控制，在 EDI裝置淡化水和濃縮水出水管路上安裝有在線酸度計(jì)41、在線電導(dǎo)率儀42和在線電阻率 儀43，對(duì)出水水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
實(shí)施例1 該實(shí)施例中，EDI裝置內(nèi)部構(gòu)造如圖5所示，其基本工作單元為現(xiàn)有技術(shù)中所用的 膜對(duì)式結(jié)構(gòu)。每個(gè)膜對(duì)包括各1張陰、陽(yáng)離子交換膜和各1個(gè)淡化室、濃縮室，淡化室和濃 縮室交替排列。該EDI裝置內(nèi)部水流程為一級(jí)兩段，每段含有2個(gè)淡化室。淡化室隔板規(guī) 格為100X300X3mm，濃縮室隔板規(guī)格為100X300X0. 9mm，有效膜面積為160cm2。所用的 離子交換膜為浙江千秋環(huán)保水處理有限公司生產(chǎn)的EDI專(zhuān)用低滲透異相離子交換膜，所用 離子交換樹(shù)脂為南開(kāi)大學(xué)化工廠生產(chǎn)的大孔強(qiáng)酸、強(qiáng)堿性樹(shù)脂D072和D296，全部離子交換 膜和樹(shù)脂在實(shí)驗(yàn)前均用NiS04溶液充分飽和，轉(zhuǎn)型。正極和負(fù)極均為鈦鍍釕材質(zhì)。淡化室 中陰陽(yáng)樹(shù)脂體積比為4 : 6，樹(shù)脂粒徑范圍為0.7-0.9mm。 淡水原水罐35和濃縮水循環(huán)罐38中為預(yù)先配制的50mg *L—1的附504溶液，實(shí)驗(yàn)前 用H2S04將淡水以及濃水循環(huán)罐中原水的pH調(diào)節(jié)為3. 0，電極水為質(zhì)量濃度0. 3%的NaS04 溶液。淡化水總流量為20L h—、其中分出的濃縮水補(bǔ)充水流量為0. 24L h—、進(jìn)入EDI裝 置的淡化水量為9. 76L *h—1 ;進(jìn)入EDI的濃縮水和電極水的流量均為lOLh—1 ;由濃縮水出水 分流的濃縮產(chǎn)品水的流量與來(lái)自淡化原水的濃縮水補(bǔ)充水量相等，為0. 24L h—、濃縮室循環(huán)罐38中的水量為0. 5L。 控制EDI膜堆工作電壓為27. 5V，恒壓運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行5h后，膜堆電流即出現(xiàn)下 降趨勢(shì)，表明膜堆電阻在逐漸增大。隨著實(shí)驗(yàn)持續(xù)進(jìn)行，濃縮水的壓力也逐漸升高，淡化產(chǎn) 品水的電導(dǎo)率逐漸上升，表明產(chǎn)品水質(zhì)逐漸下降。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到10h時(shí)，淡化產(chǎn)品水中Ni"離 子的濃度由5h時(shí)的1. 5mg L—1上升到4. 8mg L—、濃縮水循環(huán)罐中Ni2+離子的濃度達(dá)到 1296mg*L—、此時(shí)停止實(shí)驗(yàn)，拆開(kāi)膜堆發(fā)現(xiàn)，在第二段濃縮室的出口端的陰離子交換膜表面 有大量的綠色沉淀物存在。對(duì)該沉淀物進(jìn)行元素分析可知，其中金屬元素為Ni ，表明該綠色 沉淀物為Ni(OH)"該實(shí)施例表明在實(shí)驗(yàn)條件下，采用含有圖5所示內(nèi)部構(gòu)造的EDI裝置處 理含Ni2+重金屬離子原水，在濃縮室的陰離子交換膜表面形成了金屬氫氧化物結(jié)垢，并進(jìn) 一步導(dǎo)致膜堆電阻增大，過(guò)程持續(xù)惡化。
實(shí)施例2 該實(shí)施例中，EDI裝置的內(nèi)部構(gòu)造如圖6所示，其內(nèi)部水流程同樣為一級(jí)兩段式， 每段含有2個(gè)前述三隔室基本工作單元，其余實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)條件和操作方法均與實(shí)施例1 的相同。在每個(gè)基本工作單元中，第1濃縮室中陰陽(yáng)樹(shù)脂體積比為3 : 1，第2濃縮室中陰 陽(yáng)樹(shù)脂體積比則為1 : 3。 同樣在恒定工作電壓為27.5V的條件下連續(xù)運(yùn)行10h。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)經(jīng)水質(zhì)分析表 明，淡化產(chǎn)品水中Ni2+離子的濃度低于0. 5mg L—、濃縮水循環(huán)罐38中的Ni2+離子濃度達(dá) 到2112mg *L—、質(zhì)量衡算表明，部分實(shí)驗(yàn)前吸附于離子交換膜和淡化室內(nèi)樹(shù)脂上的附2+離 子也被遷移進(jìn)入了濃縮水流中。淡化水中附2+離子的截留率超過(guò)99%，濃縮水的濃縮倍數(shù) 則高于40。 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后拆開(kāi)EDI膜堆檢查結(jié)垢情況，發(fā)現(xiàn)所有隔室中均未形成沉淀物。該實(shí) 施例表明本發(fā)明所提供的含有三隔室基本工作單元的電去離子方法與裝置，能夠顯著提高 EDI自身的金屬氫氧化物結(jié)垢防治性能，使得EDI能夠用于含較高硬度原水的除鹽，以及用 于含重金屬離子的廢水處理，從而拓展EDI水處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。
權(quán)利要求
一種含有三隔室基本工作單元的電去離子方法，通過(guò)在膜堆的每個(gè)基本工作單元中設(shè)置兩個(gè)連續(xù)的濃縮室來(lái)避免形成金屬氫氧化物結(jié)垢，若干個(gè)基本工作單元重復(fù)排列構(gòu)成膜堆，其特征在于每個(gè)基本工作單元包括依次排列的1個(gè)淡化室以及2個(gè)連續(xù)的濃縮室，并在這2個(gè)連續(xù)的濃縮室之間用1張陰離子交換膜或陽(yáng)離子交換膜將其分隔。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含有三隔室基本工作單元的電去離子方法，其特征還在 于在每個(gè)基本工作單元的2個(gè)濃縮室中均填充離子交換樹(shù)脂，其中靠近正極側(cè)的第1濃縮 室所填充混床樹(shù)脂中，陰樹(shù)脂所占體積比為55-90%，靠近負(fù)極側(cè)的第2濃縮室所填混床樹(shù) 脂中，陽(yáng)樹(shù)脂所占體積比為55-90%。
3. —種含有三隔室基本工作單元的電去離子裝置，包括膜堆、電極裝置、夾緊支撐裝置 和夾緊裝置四部分，其中膜堆由若干個(gè)重復(fù)排列的基本工作單元構(gòu)成，其特征在于每個(gè)基 本工作單元包括依次排列的1張淡化室隔板以及2張相鄰的濃縮室隔板，并在這2個(gè)濃縮 室隔板之間用1張陰離子交換膜或陽(yáng)離子交換膜將其分隔。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種含有三隔室基本工作單元的電去離子裝置，其特征還在 于在每個(gè)基本工作單元的2個(gè)濃縮室隔板中均填充離子交換樹(shù)脂，其中靠近正極側(cè)的第1 濃縮室隔板所填充混床樹(shù)脂中，陰樹(shù)脂所占體積比為55-90%，靠近負(fù)極側(cè)的第2濃縮室隔 板所填混床樹(shù)脂中，陽(yáng)樹(shù)脂所占體積比為55-90 % 。
全文摘要
一種含有三隔室基本工作單元的電去離子方法與裝置，屬于水除鹽純化技術(shù)，可使電去離子裝置用于含較高硬度原水的除鹽，以及用于含重金屬離子廢水的處理而不產(chǎn)生金屬氫氧化物結(jié)垢。膜堆的每個(gè)基本工作單元包括依次排列的淡化室、第1濃縮室和第2濃縮室，在兩個(gè)濃縮室之間用離子交換膜將其分隔，并在第1和第2濃縮室中填充不同體積比的混床離子交換樹(shù)脂。若干個(gè)基本工作單元重復(fù)排列構(gòu)成膜堆。濃縮水進(jìn)水平行地進(jìn)入每個(gè)基本工作單元的兩個(gè)濃縮室中。兩個(gè)厚度增大的濃縮室，以及其中填充的樹(shù)脂的阻礙作用，都使得來(lái)自這兩個(gè)濃縮室兩側(cè)的淡化室中的金屬陽(yáng)離子和水解離產(chǎn)物OH-離子，不能在電去離子膜堆內(nèi)部結(jié)合，或者在尚未結(jié)合時(shí)即已被排出膜堆。本發(fā)明所提供的電去離子方法與裝置能夠顯著提高電去離子過(guò)程自身的金屬氫氧化物結(jié)垢防治性能，有利于提高過(guò)程運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，拓展電去離子水處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C02F1/469GK101723491SQ20091022819
公開(kāi)日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月12日
發(fā)明者盧會(huì)霞, 王少明, 王建友, 王玉珍, 董恒 申請(qǐng)人:南開(kāi)大學(xué)