專(zhuān)利名稱(chēng)：電去離子軟水方法及所用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將電滲析和離子交換相互有機(jī)地結(jié)合在一起的脫鹽-軟化凈水方法及所用裝置，可用它代替鈉離子交換軟水方法及其裝置。
電滲析是在直流電場(chǎng)的作用下，利用離子交換膜對(duì)溶液中離子的選擇透過(guò)性，將水中的電解質(zhì)溶質(zhì)分離出來(lái)的一種膜分離脫鹽方法。用電滲析脫鹽一般能除去原水含鹽量的60～95％，而在電滲析器出水殘余鹽分中，鈣鎂離子鹽分仍占有一定的比例，結(jié)果使經(jīng)電滲析處理的水的硬度依然超過(guò)低壓鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GB 1576-96所規(guī)定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，所以，經(jīng)單獨(dú)電滲析處理后的水，不能滿(mǎn)足要求，必須采用離子交換方法作進(jìn)一步的軟化處理，才能將處理后的水作為低壓鍋爐的補(bǔ)給水使用。這樣，水的軟化處理要采用電滲析和離子交換的組合處理或單獨(dú)的離子交換處理。
水的離子交換軟化處理一般采用鈉型陽(yáng)離子交換法，其交換反應(yīng)為式中R-陽(yáng)離子交換劑母體骨架。
鈉型陽(yáng)離子交換劑失效后，要用氯化鈉食鹽溶液進(jìn)行再生，使其恢復(fù)交換能力，再生時(shí)發(fā)生上述反應(yīng)的逆反應(yīng)。
為進(jìn)行失效陽(yáng)離子交換劑的再生，必須增設(shè)復(fù)雜的再生系統(tǒng)。再生操作繁瑣，且大量排放廢水，增大水體含鹽濃度，污染環(huán)境。
我國(guó)現(xiàn)有50萬(wàn)臺(tái)工業(yè)和供熱鍋爐，還有紡織洗染等行業(yè)，它們的用水大都采用鈉離子交換軟化法，所以每年消耗于再生的鹽量相當(dāng)大。
本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和缺陷，提供一種電去離子軟水方法及所用裝置。它只消耗電能而不消耗食鹽，無(wú)再生廢水排放，不增加水體含鹽濃度，而且還具有操作簡(jiǎn)單，使用方便，運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明所述的電去軟水方法是按以下步驟實(shí)現(xiàn)的1.在前1～2級(jí)處理中進(jìn)行一般電滲析初步脫鹽，使處理水的含鹽量接近或達(dá)到發(fā)生電滲析極化現(xiàn)象的程度，以充分利用一般電滲析的作用。電滲析處理價(jià)廉，效率高。
2.在后1～2級(jí)處理中進(jìn)行電去離子深度軟化處理。此時(shí)，處理水中所含的電解質(zhì)離子太少，已不能滿(mǎn)足單純電滲析導(dǎo)電的要求，借離子交換劑對(duì)離子的吸附作用，截留住離子并在離子交換劑上按吸附能力的大小形成離子交換層譜。對(duì)鈣鎂離子的吸附能力大于對(duì)鈉離子的吸附能力，因此離子交換劑上層為鈣鎂離子所飽和。同時(shí)，在直流電場(chǎng)的作用下，發(fā)生離子的電滲析遷移。在平衡狀態(tài)下，進(jìn)入后1～2級(jí)處理的鈣鎂離子量應(yīng)等于遷移出的鈣鎂離子量。最后，處理水中鈣鎂離子完全被除去，使水得到深度軟化。
我國(guó)天然原水的含鹽量一般在500mg/L以下，根據(jù)原水含鹽量的高低和軟水裝置容量的大小及其它因素，可選取上述兩個(gè)步驟或只選用后一步驟來(lái)進(jìn)行電去離子軟化處理。
在正常狀況下，電去離子軟水器處在平衡狀態(tài)下工作，即進(jìn)入軟水器處理水所含的鈣鎂離子量等于電滲析遷移出軟水器(從濃水中流出)的鈣鎂離子量，也就是，進(jìn)入離子交換劑的鈣鎂離子量等于遷移出離子交換劑的鈣鎂離子量，離子交換劑吸附的離子處在動(dòng)平衡吸附狀態(tài)。在一定的容量范圍內(nèi)，進(jìn)入離子交換劑的鈣鎂量增加或減少時(shí)，離子交換劑上的鈣鎂吸附層將相應(yīng)地自動(dòng)增厚或減薄，離子交換劑層一直處于有效狀態(tài)，不必再生。
在欲處理水中所含鈣鎂離子過(guò)多，超過(guò)軟水器離子交換劑層的容量時(shí)，或在特殊情況下離子交換劑有必要再生時(shí)，可利用水電離產(chǎn)生H+離子來(lái)實(shí)現(xiàn)失效離子交換劑的自行再生。在電滲析過(guò)程出現(xiàn)濃差極化時(shí)，會(huì)發(fā)生水的電離。發(fā)生濃差極化的位置隨機(jī)地分布在水溶液和離子交換劑顆粒或膜之間的界面上。水電離產(chǎn)生的H+離子將失效的離子交換劑全部轉(zhuǎn)為H型，使其重新具有吸附鈣鎂離子的能力。采用暫時(shí)停止向淡水室送水或提高膜間電壓，就可以很方便地實(shí)現(xiàn)失效離子交換劑的自行再生。這種不定期進(jìn)行的偶爾采用的離子交換換劑的再生，只消耗少量電能，不用食鹽，操作方便，再生時(shí)間很短，不會(huì)造成水體鹽分污染。
根據(jù)上述電去離子軟水方法，本發(fā)明所稱(chēng)的電去離子軟水裝置是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的它主要包括膜堆、電極裝置和夾緊裝置三部分。膜堆是該軟水裝置的核心部分，它是由濃、淡水隔板和陰、陽(yáng)離子交換膜交替排列組成，從而形成了相應(yīng)交替排列的濃、淡水室，在淡水室中裝有離子交換填充物。該軟水裝置的特征是離子交換填充物為單一的強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換劑(強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂均粒珠球或強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換纖維及其制成品)。
附

圖1為電去離子軟水裝置外觀圖附圖2為三個(gè)膜對(duì)淡水室填充了陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的示意圖。
附圖3為電去離子軟水裝置工作狀態(tài)下的離子交換層譜。
下面結(jié)合附圖詳細(xì)闡明了原理、裝置結(jié)構(gòu)及實(shí)例。
附圖1是一個(gè)陰、陽(yáng)膜交替排列組成的電去離子軟水裝置，它類(lèi)似于一般的電滲析器，其特征是各淡水室內(nèi)都填充有單一的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。該裝置主要由膜堆5，電極裝置6和夾緊裝置7三部分構(gòu)成。膜堆的基本單元稱(chēng)為膜對(duì)，它由陰膜1、淡水隔板3、陽(yáng)膜2、濃水隔板4各一張組成，構(gòu)成一個(gè)濃水室和一個(gè)淡水室，在淡水室內(nèi)填裝有陽(yáng)離子交換樹(shù)脂8(附圖2)。膜堆是由若干個(gè)膜對(duì)組合而成。附圖2就是三個(gè)膜對(duì)的電去離子軟水裝置。
在一般的電滲析器用來(lái)脫去水中電解質(zhì)離子時(shí)，陽(yáng)離子在外加電場(chǎng)作用下透過(guò)陽(yáng)膜移向陰極，而陰離子則透過(guò)陰膜移向陽(yáng)極，從而使淡水室處理水中電解質(zhì)濃度降低，同時(shí)使?jié)馑遗潘须娊赓|(zhì)濃度提高，實(shí)現(xiàn)了水的電滲析脫鹽。當(dāng)電滲析過(guò)程進(jìn)行到處理水中電解質(zhì)離子太少而發(fā)生極化過(guò)程時(shí)，由于水的電離作用急劇增強(qiáng)，使電滲析的效率降低，結(jié)果一般的電滲析無(wú)法將殘留的少量電解質(zhì)離子除去。
在電去離子軟水裝置中，填充在淡水室內(nèi)的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，截留住少量鈣鎂離子，并以后靠電滲析將它們遷移至濃水室，實(shí)現(xiàn)了電去離子深度軟化處理。附圖3為電去離子軟水裝置工作狀態(tài)下的離子交換層譜。按照陽(yáng)離子交換樹(shù)脂對(duì)陽(yáng)離子吸附次序的前后，在陽(yáng)離子交換樹(shù)脂層上被吸附的各種離子相應(yīng)地按吸附次序排列，上層為Fe3+，中層為Ca2+，下層為Na+。根據(jù)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂層的工作狀態(tài)，可分為失效層、工作層和保護(hù)層。失效層是指已被吸附離子飽和而不再具有交換能力的樹(shù)脂層；工作層是指具有交換能力、正在工作的樹(shù)脂層；保護(hù)層是指尚未參與工作、避免要除去離子發(fā)生穿透的樹(shù)脂層。當(dāng)保護(hù)層消失(即工作層移至最下層)時(shí)，就有可能發(fā)生要除去的離子穿透過(guò)樹(shù)脂層。為避免發(fā)生這種現(xiàn)象，必須進(jìn)行樹(shù)脂再生。利用水電離產(chǎn)生的H+離子，就可將樹(shù)脂層全部轉(zhuǎn)為H型，實(shí)現(xiàn)了樹(shù)脂的自行再生。這種H型樹(shù)脂層在轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)時(shí)，由于水中含有大量Na+離子，又很快全部轉(zhuǎn)為Na型，并出現(xiàn)附圖3所示的離子交換層譜。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果采用電去離子軟水方法及所用裝置所消耗的僅是電能，不用食鹽，正常狀況下使用時(shí)，軟水裝置不必再生，可連續(xù)運(yùn)行；在特殊情況下有必要再生時(shí)，停止往淡水室送水或提高膜間電壓就可方便地自行再生。因此，本方法操作簡(jiǎn)單，使用方便，運(yùn)行費(fèi)用低，且不提高水體含鹽量，經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益都非常顯著。
權(quán)利要求
1.一種電去離子軟水方法，其特征是(1)在一般電滲析器的淡水室內(nèi)，填充有單一的強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換劑，它截留吸附住水中所含的電解質(zhì)陽(yáng)離子，并按離子吸附能力大小將它們分離開(kāi)，在離子交換劑本身層內(nèi)形成離子交換層譜。(2)在正常情況下，水中鈣鎂離子受直流電場(chǎng)作用遷移出淡水室的數(shù)量應(yīng)等于進(jìn)入淡水室中所含鈣鎂離子的數(shù)量，達(dá)成電滲析遷移量與進(jìn)入量之間的平衡狀態(tài)，此時(shí)，該軟水裝置可連續(xù)運(yùn)行，不需再生。(3)在特殊情況下有必要再生時(shí)，采用停止往淡水室送水或提高膜間電壓的辦法，使水的電離增強(qiáng)。這會(huì)產(chǎn)生大量H+離子，它將已吸附各種陽(yáng)離子的陽(yáng)離子交換劑轉(zhuǎn)為H型，實(shí)現(xiàn)了交換劑的自行再生。(4)剛再生好的電去離子軟水裝置投運(yùn)時(shí)，交換劑從原來(lái)的H型轉(zhuǎn)為Fe、Ca和Na型。一旦建立起這樣的離子交換層譜，該軟水裝置就轉(zhuǎn)入正常工況。
2.按照權(quán)利要求1所述方法的電去離子軟水裝置主要包括膜堆、電極裝置和夾緊裝置三部分。膜堆是該軟水裝置的核心部分，它是由濃、淡水隔板和陰、陽(yáng)離子交換膜交替排列組成，從而形成了相應(yīng)交替排列的濃、淡水室，在淡水室中裝有離子交換填充物。
3.按照權(quán)利要求2的所述的電去離子軟水裝置，其特征是淡水室內(nèi)的離子交換填充物為單一的強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂均粒珠球或強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換纖維及其制成品。
全文摘要
一種電去離子軟水方法及所有裝置,涉及一種將電滲析和離子交換相互有機(jī)地結(jié)合在一起的脫鹽—軟化凈水方法及所用裝置。其特點(diǎn)是這種方法及裝置僅消耗電能,不用食鹽,正常情況下使用時(shí),軟水裝置可連續(xù)運(yùn)行,不必再生,在特殊情況下有必要再生時(shí),可利用水電離產(chǎn)生的H
文檔編號(hào)C02F1/469GK1172077SQ97116340
公開(kāi)日1998年2月4日 申請(qǐng)日期1997年8月14日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月14日
發(fā)明者王方 申請(qǐng)人:王方