本发明专利技术涉及以直流电作为去离子驱动力的水纯化装置，具体公开一种浓水充填逆流式电除盐装置。该装置的特征是装置中淡水室和浓水室均充填离子导体同时采用淡水与浓水流向相反。本发明专利技术的浓水充填逆流电除盐装置和方法中，由于淡水与浓水在电除盐装置内流向相反，使得大部分进入浓水的钙、镁离子和硅酸根、硅酸氢根等离子不再经过淡水出水端的极化区；同时，由于浓水充填了离子导体，浓水给水的含盐量很低，因而减低或消除了淡水出水端浓淡水之间的盐度差，大大降低了过剩电流，因而降低了膜表面极化区的大小和程度，因而避免了结垢倾向。本发明专利技术的浓水充填逆流电除盐装置和方法使得电除盐装置的应用范围更加广泛并大大地减低了电除盐装置的运行耗电量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种以直流电作为离子驱动力的溶液去离子装置，特别是一种以直流电作为去离子驱动力的水纯化装置。
技术介绍
传统的流体脱盐主要方法是离子交换法。其中一级除盐主要通过阳离子交换床和阴离子交换床实现，而二级除盐一般通过混合离子交换床来实现。离子交换法存在的最大问题是离子交换树脂必须使用酸和碱再生，因此造成化学品的大量使用和环境污染；也造成了间断运行和运行参数波动。传统的一级除盐可以用反渗透法代替，而电除盐装置主要代替传统的混合离子交换床，生产二级脱盐纯化液或二级脱盐水或称超纯水。与混合离子交换床不同，电除盐装置不需要化学再生，因此不会因为化学再生而停机，不需要消耗酸和碱，脱盐液的纯度稳定、运行费用低、无污染物或污水排放。电除盐装置的重要用途之一是水的脱盐。已知技术电除盐装置的基本结构如图3所示，除盐单元由阴离子交换膜20、阳离子交换膜30和充填之间的混合离子交换树脂10组成。阴离子交换膜20只充许阴离子透过，不充许阳离子透过；而阳离子交换膜30只充许阳离子透过，不充许阴离子透过。电除盐装置中将一定数量的除盐单元罗列在一起，使阴离子交换膜20和阳离子交换膜30交替排列,并使用隔离物40将每个除盐单元隔开，相邻的阴离子交换膜20和阳离子交换膜30之间的隔离物40占据的空间形成浓水室3。除盐单元中阴离子交换膜20和阳离子交换膜30之间包括混合离子交换树脂10的空间为淡水室2。在一系列淡水室2和浓水室3相间罗列的阳离子交换膜一端设置负电极50，另一端设置正电极60。在给定的直流电推动下，淡水室2中的阳离子被负电极50 (-)吸引，通过阳离子交换膜30进入到邻近的浓水室3中；而邻近的阴离子交换膜20不充许其通过，这些离子即被阻隔在浓水室3中。阴离子则向相反的方向运动，同样的被阻隔在浓水室3中。负电极50与相近的阳离子交换膜30之间包的空间称为负极室1，正电极60与相近的阴离子交换膜20之间的空间称为正极室4。淡水室2中充填的混合离子交换树脂10从给水中不断地吸附给水中的离子，而这些被吸附的离子又在正电极60和负电极50的电场作用下通过混合离子交换树脂10和阴离子交换膜20及阳离子交换膜30被转移到浓水室3中，然后被排放。淡水室混合离子交换树脂10大大增加了淡水室2内离子的运动速度，因而减小了淡水室2内的电阻。电除盐装置的运行电流包括两部分，有效电流和过剩电流。有效电流指将给水中离子迁移到浓水室3中相对应的电流值，而过剩电流指水电离产生的氢离子和氢氧根离子迁移引起的电流值。将给水中全部离子迁移进入浓水的有效电流称为极限电流，极限电流值可以根据法拉利常数、水的流量和水中离子摩尔浓度总和计算。由于氢离子和氢氧根离子或多或少地参与离子迁移过程，因而当电除盐装置在极限电流或极限电流以下运行时，给水中的盐不会被全部清除，除盐水的纯度不能保证。另外在此条件下，水中的弱电介质(例如二氧化碳和二氧化硅)也较难被清除。因此，电除盐装置一般要求在有较大量的过剩电流的运行条件下工作。较大过剩电流的存在导致了氢离子和氢氧根离子的大量迁移，而氢离子和氢氧根离子的大量迁移导致了阳离子交换膜30的表面pH较低，阴离子交换膜20的表面pH较高。膜表面PH较低和较高的现象被称为电除盐装置中的极化现象，膜表面pH较低和较高的区域被称为电除盐装置的极化区。在淡水室2的入水端，给水中有较多的强电解质，导电离子主要是这些离子，极化现象不严重。在淡水室2的出水端，淡水中的强电解质已被清除殆尽，导电离子主要是氢离子、氢氧根离子和弱电解质，极化现象严重。这种极化区域和程度随过剩电流的增加而增加。美国专利US2815320和美国US4465573揭示的板框式电除盐装置，其中给水、浓水和极3水均采用了下进上出的形式。中国专利ZL 02203533. 8揭示的电除盐装置也采用了同样的布水形式。美国专利Re35741及相关专利揭示了一种上进下出的布水形式。这两种形式中给水相对于浓水和极水均呈现顺流方式。如上所述，在接近淡水室出水端，阴阳离子交换膜浓水侧表面出现极化现象。在顺流电除盐装置中，大部分钙、镁离子在浓水入水端(同样是淡水入水端)附近进入浓水，此后在电场作用下不断撞向阴离子交换膜。当这些离子流经浓水出水端(也是淡水出水端)将不可避免地与阴离子膜极化区接触，并在此形成硬度沉淀。进入浓水的硅化合物也同样会在极化的阳膜表面形成结垢。这种结垢现象随着过剩电流的增加而趋于恶化。在以上描述的电除盐装置淡水的出水端，淡水室中淡水的盐浓度一般小于0. 002mg/L (电阻率》17.5MQ.cm)，而与之一膜之隔的浓水室浓水盐浓度约为100-300mg/L。这一浓度差造成的浓水盐分向淡水扩散的强大化学势。为了避免这一化学势引发的反向离子扩散，电除盐装置必须用较高的电动势来克服浓差化学势。较高的电动势当然伴随较高的过剩电流。另外也可以理解为大量的氢离子和氢氧根离子的正向迁移阻挡了浓水中离子向淡水中的反向扩散。较高的过剩电流己经成为已知电除盐技术的特征。电除盐装置淡水纯度越高，这一化学势也越高，需要的电动势和过剩电流也越高，阴阳离子交换膜表面极化也越严重，浓水结垢的威胁也越严重。美国专利4632745揭示了将淡水流向与浓水相反的逆流电除盐技术方法，美国专利6148788对这一方法进行了进一步阐明。但是迄今为止，这一技术方案并没有得到商业方面的应用。美国专利6148788逆流电除盐装置揭示了通过向浓水添加盐以保证逆流电除盐装置浓水的导电性，但是浓水盐度过高使得浓水中离子反向扩散进入纯水的化学势过高，因此过剩电流过高，膜极化区域的大小和程度均增加，因此没有根本解决电除盐浓水结垢问题。浓水的导电性可以通过浓水室充填离子导体得以提高。这一点已经在美国专利2815320中得到了揭示和阐述，美国专利4465573也描述了电除盐装置浓水室中充填离子交换树脂的技术方案，美国专利Re35741揭示了电除盐装置浓水中充填均粒离子交换树脂的技术方案，这些技术方案揭示的均为浓水充填顺流电除盐装置。在顺流电除盐装置中浓水充填离子交换树脂虽然可以明显地提高浓水的导电性能，但在这些离子交换树脂颗粒与离子交换膜接触的膜表面，浓水流速降低，在极化的膜表面结垢的倾向更加严重。已知技术中没有从根本上避免浓水结垢问题的电除盐技术。
技术实现思路
本专利技术要解决现有的电除盐装置浓水结垢的技术问题提供一种避免浓水结垢问题的电除盐装置和方法。本专利技术的，装置包括一正电极、 一负电极、至少一阴离子交换膜、至少一阳离子交换膜和充填在阴离子交换膜和阳离子交换膜之间的混合离子交换树脂，阴离子交换膜和阳离子交换膜交替位于正电极和负电极之间， 一阴离子交换膜邻近正电极并与正电极隔开一定距离形成正电极室，这一阴离子交换膜与与之相邻的阳离子交换膜形成一淡水室，该阳离子交换膜与下一个阴离子交换膜之间形成浓水室， 一邻近负电极的阳离子交换膜与负电极隔开一定距离形成负电极室；其特征是装置中淡水室和浓水室均充填离子导体同时采用淡水与浓水流向相反的逆流使用方法。本专利技术的中，由于淡水与浓水在电除盐装置内流向相反，使得大部分进入浓水的钙、镁离子和硅酸根、硅酸氢根等离子不再经过淡水出水端的极化区，从而大大减低了阴离子交换膜和阳离子交换膜在淡水出水端本文档来自技高网...
【技术保护点】
本专利技术的浓水充填逆流电除盐装置和方法，装置包括一正电极、一负电极、至少一阴离子交换膜、至少一阳离子交换膜和充填在阴离子交换膜和阳离子交换膜之间的混合离子交换树脂，阴离子交换膜和阳离子交换膜交替位于正电极和负电极之间，一阴离子交换膜邻近正电极并与正电极隔开一定距离形成正电极室，这一阴离子交换膜与与之相邻的阳离子交换膜形成一淡水室，该阳离子交换膜与下一个阴离子交换膜之间形成浓水室，一邻近负电极的阳离子交换膜与负电极隔开一定距离形成负电极室；其特征是装置中淡水室和浓水室均充填离子导体同时采用淡水与浓水流向相反的逆流运行方法。
【技术特征摘要】
1、本发明的浓水充填逆流电除盐装置和方法，装置包括一正电极、一负电极、至少一阴离子交换膜、至少一阳离子交换膜和充填在阴离子交换膜和阳离子交换膜之间的混合离子交换树脂，阴离子交换膜和阳离子交换膜交替位于正电极和负电极之间，一阴离子交换膜邻近正电极并与正电极隔开一定距离形成正电极室，这一阴离子交换膜与与之相邻的阳离子交换膜形成一淡水室，该阳离子交换膜与下一个阴离子交换膜之间形成浓水室，一邻近负电极的阳离子交换膜与负电极隔开一定距离形成负电极室；其特征是装置中淡水室和浓水室...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟广祯，
申请(专利权)人：孟广祯，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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