CN100436338C - 纯水制备方法及设备 - Google Patents

Abstract

一种纯水制备方法及设备，将阴、阳离子交换树脂分别填充在电渗析淡水间中，有面、带分离填充两种，将填有树脂的淡水间称纯水间，纯水间与废水框依序排列构成产水单元，带分离填充的纯水间中，水不断交替通过阴、阳离子交换树脂，阳离子交换树脂上的阳离子向阴极方向迁移、阴离子交换树脂上阴离子向阳极方向迁移，通过阴、阳离子交换膜分别进入废水框，原水中阴、阳离子不断被吸附至阴、阳离子交换树脂离子迁移后的离子空穴上，即能产生纯水；面分离填充的纯水间中，阳框出水要接到下一阴框进水，上一阴框出水要接到下一阳框进水，经过阳框时去除阳离子，经过阴框时去除阴离子，即能产生纯水。投资省、运行费用低，亦可用于海水脱盐及苦咸水淡化。

Description

纯水制备方法及设备

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体地说它是一种用于制备纯水(或淡化水)的方法及其设备。

背景技术

现有纯水制备有采用离子交换方法，此法需用酸碱再生、运行费用高、污染环境；而有将反渗透技术应用于纯水制备，反渗透对原水的处理要求严格，总投资大，水利用率低。电渗析是一种成熟的电去离子技术，其淡水间在整个流程中离子浓度逐渐变小，离子迁移能力也愈来愈低，导致该技术去除率低，水的利用率低，上述是电渗析没有用作纯水生产的主要原因。现有EDI技术，它是在纯水间填充阴、阳混合树脂，是一种生产高纯水设备，它的进水必须是普通纯水。混合填充树脂有利于高的去除率，它防止了H+及OH-的逆交换，从而达到高纯水目的。但是，填充混合树脂的电阻率大，因为阳离子遇到阴离子交换树脂或者阴离子遇到阳离子交换树脂，无异于绝缘体。电阻大、电流小，离子迁移总量就小，普通纯水制备比高纯水制备离子迁移总量要大两个数量级，故其不适用于普通纯水的制备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种投资省、运行费用低的纯水制备方法及设备。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种纯水制备方法，包括以下步骤：

①在电渗析淡水间中采用分离式填充离子交换树脂，填充的树脂上离子浓度远大于自然水体中所含离子浓度，且其浓度是均匀的，在以离子迁移形成电流中，电阻与离子浓度成反比，故填充树脂后在电压与其它条件相同情况，填充树脂的电流远大于未填充者，而电流大说明迁移离子数量大，故提高了其离子去除率；

②所谓分离式填充离子交换树脂，是将阴离子交换树脂和阳离子交换树脂分别填充在电渗析淡水间中，有面分离填充和带分离填充两种，将填有树脂的淡水间叫做纯水间，进入纯水间的原水在电场作用下，阳离子交换树脂上的阳离子向阴极方向迁移、阴离子交换树脂上阴离子向阳极方向迁移，通过阴离子交换膜和阳离子交换膜分别进入废水框，原水中阴、阳离子不断被吸附至阴离子交换树脂和阳离子交换树脂离子迁移后的离子空穴上，又不断迁移至废水框，采用分离式填充，阳离子全部在阳离子交换树脂间迁移，阴离子完全在阴离子交换树脂间迁移，与混合式填充树脂相比，极大地减少了电阻；

③带分离填充是将阴阳离子交换树脂交替分带填充，树脂带垂直于纯水间的水流方向；面分离填充是在纯水间加隔离物，在隔离物与阳离子交换膜之间填充阳离子交换树脂，在隔离物与阴离子交换膜之间填充阴离子交换树脂，填充阳离子交换树脂者叫阳框，填充阴离子交换树脂者叫阴框；

④带分离填充的纯水间中，水不断交替通过阴、阳离子交换树脂，阴、阳离子在同名树脂带交替被吸收，即能产生纯水；面分离填充的纯水间中，阳框出水要接到下一阴框进水，上一阴框出水要接到下一阳框进水，经过阳框时去除阳离子，经过阴框时去除阴离子，即能产生纯水。

一种实现上述纯水制备方法的设备，其特征在于其两外侧从外向里依次为压紧板、绝缘板、极板及左右极框，在左、右极框中间夹着数十个乃至上百个产水单元，通过紧固件叠压组装在一起；所述产水单元是由废水框、纯水间依序排列，阴离子交换膜与阳离子交换膜分别夹在废水框与纯水间之间，废水框阳极方向一侧为阳离子交换膜，阴极方向一侧为阴离子交换膜，纯水间阳极方向一侧为阴离子交换膜，阴极方向一侧为阳离子交换膜；纯水间包括纯水框、阴离子交换树脂、阳离子交换树脂及滤网，阴、阳离子交换树脂分离填充在纯水间的框室中，在纯水框上开有纯进孔、废进孔和纯出孔、废出孔，只有纯进孔和纯出孔与其框室相通，纯水框室进出孔处装有防树脂流失的滤网；废水框也对应开有纯水框上的孔，只有废进孔、废出孔与其框室相通；阴离子交换膜、阳离子交换膜也对应开有纯水框上的孔；左极框上开有与其框室相通的极进孔及极出孔；右极框上开有与其框室相通的极进孔及极出孔，还对应开有纯水框上的孔；将左右极框、废水框、纯水框、阴离子交换膜、阳离子交换膜上开的各对应孔对准叠压组装在一起，同名孔形成对应通道，在左、右极框的各孔接上对应的管道；所述左右极框、纯水框、废水框均由绝缘材料制成，各框包括框边与框室。

上述纯水间由纯水框、阴离子交换树脂、阳离子交换树脂及滤网组成，在纯水框上开有纯进孔、废进孔、纯出孔和废出孔四孔，只有纯进孔与纯出孔与其框室相通，阴、阳离子交换树脂交替填充在纯水间框室的互相平行带中，树脂带与水流方向垂直，阴、阳离子交换树脂交界处设有防止树脂混合的滤网，废水框也对应开有纯水框上的四孔，只有废进孔、废出孔与其框室相通；阴离子交换膜、阳离子交换膜也对应开有纯水框上的四孔；左极框上开有与其框室相通的极进孔及极出孔；右极框上开有与其框室相通的极进孔及极出孔，还对应开有纯水框上的四孔；将左右极框、废水框、纯水框、阴离子交换膜、阳离子交换膜上开的各对应孔对准叠压组装在一起，同名孔形成对应通道，在左、右极框的各孔接上对应的极进管、纯进管、废进管、极出管、纯出管和废出管，构成一种带分离填充树脂的纯水制备设备。

上述纯水间的纯水框分为阳框和阴框，它们与隔离物、滤网及阴阳离子交换树脂组成纯水间，阳框与阴框中间夹着隔离物，阳框内填充阳离子交换树脂在阴极方向一侧，阴框内填充阴离子交换树脂在阳极方向一侧；在阴框、阳框及废水框上开有阳进孔、阴进孔、废进孔、阳出孔、阴出孔及废出孔六孔，其中阴框、阳框上的阳进孔、阴进孔等同于纯进孔，阴框、阳框上的阳出孔、阴出孔等同于纯出孔，在阳框上只有阳进孔、阳出孔与其框室相通，阴框上只有阴进孔、阴出孔与其框室相通，废水框只有废进孔、废出孔与其框室相通；隔离物、阴离子交换膜及阳离子交换膜在对应位置上亦开有上述六孔；右极框对应位置开有上述六孔外，还开有与其框室相通的极进孔与极出孔；左极框开有与其框室相通的极进孔与极出孔；将左右极框、阳框、阴框、废水框、隔离物、阴离子交换膜、阳离子交换膜上开的各对应孔对准叠压组装在一起，同名孔叠压在一起形成对应通道，在左、右极框的各孔接上对应的极进管、阳进管、阴进管、废进管、极出管、阳出管、阴出管和废出管，构成一种面分离填充树脂的纯水制备设备。

本发明提供的上述纯水制备方法及设备，利用在电渗析淡水间分离填充树脂的方式，填充的树脂上离子浓度远大于自然水体中所含离子的浓度，且其纯水间在整个流程中离子浓度是均匀的，离子迁移主要在同名树脂间迁移，增大了以离子迁移形成的电流，提高了其去除离子的能力和水的利用率。该纯水制备方法及设备与现有技术相比，投资省、运行费用低。

附图说明

图1为带分离填充树脂方式的方法与设备全貌示意图

图2为带分离填充树脂方式的纯水间结构示意图

图3为图2的侧剖图

图4为带分离填充树脂方式的纯水框结构示意图

图5为带分离填充树脂方式的废水框结构示意图

图6为带分离填充树脂方式的右极框结构示意图

图7为两种方式共用的左极框结构示意图

图8为面分离填充方式的方法与设备全貌示意图

图9为面分离填充方式的纯水间结构示意图

图10为图9的侧剖图

图11为面分离填充方式的阴框结构示意图

图12为面分离填充方式的阳框结构示意图

图13为面分离填充方式的废水框结构示意图

图14为面分离填充方式的右极框结构示意图

图中：1-阴离子交换膜；2-阳离子交换膜；3-纯水间；4-废水框；5-压紧板；6-绝缘板；7-极板；8-右极框；9-左极框；10-极进管；11-废出管；12-纯出管；13-极出管；14-废进管；15-纯进管；16-紧固件；17-阳出管；18-阴出管；19-阳进管；20-阴进管；21-阴离子交换树脂；22-阳离子交换树脂；23-滤网；24-纯水框；25-框边；26-框室；27-纯进孔；28-废进孔；29-纯出孔；30-废出孔；31-极进孔；32-极出孔；33-阳框；34-阴框；35-隔离物；36-阴进孔；37-阳进孔；38-阴出孔；39-阳出孔。

具体实施方式

实施例一：图1至图7所示为带分离填充树脂方式的纯水制备设备

如图1所示，本发明实施例一中，设备两外侧依次为压紧板5、绝缘板6、极板7、左右极框9和8，两侧极板7左接阴极，右接阳极。左右极框9、8中间夹着数十个乃至上百个产水单元，通过紧固件16叠压在一起。左极框9上接有极进管10和极出管13，右极框8各孔上接有对应的极进管10、废出管11、纯出管12、极出管13、废进管14及纯进管15。所谓产水单元，是由纯水间3及废水框4依序排列，废水框4阴极方向(左侧)为阴离子交换膜1，阳极方向(右侧)为阳离子交换膜2，纯水间3阴极方向(左侧)为阳离子交换膜2，阳极方向为阴离子交换膜1。

各种框、阴离子交换膜1、阳离子交换膜2的平面尺寸在同一设备中相同，各框均由绝缘材料制成，包括边框和框室。

如图2、图3所示，纯水间3由纯水框24、阴离子交换树脂21、阳离子交换树脂22及滤网23组成。将其框室26按垂直水流方向分成十几个平行带，将阴离子交换树脂21、阳离子交换树脂22交替填在各带上，在阴离子交换树脂21与阳离子交换树脂22的分界面上设有防止树脂混合的滤网23。树脂带的断面可以是矩形、三角形、以梯形为更好。阴离子交换树脂21的梯形大底边在阴离子交换膜1这一面，阳离子交换树脂22的梯形大底边在阳离子交换膜2这一面，其框室26进出水端装有防树脂流失的滤网23。

如图4所示，纯水框24的边框25上开有纯进孔27、废进孔28、纯出孔29及废出孔30四孔，只有纯进孔27、纯出孔29与其框室26相通。

如图5所示，废水框4的边框25的对应位置上开有纯水框24上的四孔，但只有废进孔28及废出孔30与其框室26相通。

如图6所示，右极框8的边框25的对应位置上开有纯水框24上四孔外，还开有与其框室26相通的极进孔31与极出孔32。

如图7所示，左极框9的边框25上开有与其框室26相通的极进孔31与极出孔32。

按图1所示位置关系将左右极框9和8、阴阳离子交换膜1和2、纯水框24、废水框4各孔对准叠压组装在一起，各孔形成对应的通道，然后将压紧板5，绝缘板6、极板7加在外侧，通过紧固件16组装在一起成为一台设备，各孔叠压形成的通道分别接同名管道。

工作时，原水由纯进管15、经纯进孔27叠压形成的通道进入其框室26，自上而下交替流经阴阳离子交换树脂21、22，在电场作用下，阳离子交换树脂22上的阳离子向阴极方向迁移，阴离子交换树脂21上阴离子不断向阳极迁移，穿过阴阳离子交换膜1、2进入废水框4随废水排除。原水中的阴阳离子不断补充到离子迁移后树脂上的离子空穴上，经纯出孔29叠压形成的通道、由纯出管12产出之水，即为纯水。

浓度为0.5％的盐水由废进管14、经废进孔28叠压形成的通道进入其框室26自上而下，再经废出孔30叠压形成的通道从废出管11流出。

极水由各自的极进管10、极进孔31进入左右极框9、8的框室26，从各自的极出孔32、极出管13排出，极水在框室26中为自下而上流动。

实施例二：图8至图14所示为面分离填充树脂方式的纯水制备设备

如图8所示，本发明实施例二中，设备两外侧同样依次为压紧板5、绝缘板6、极板7、左右极框9和8，两侧极板7左接阴极，右接阳极。左右极框9、8中间夹着数十个乃至上百个产水单元，通过紧固件16叠压在一起。左极框9上接有极进管10和极出管13。右极框8各孔上所接管道与实施例一有所不同，它接有对应的极进管10、废出管11、阳出管17、阴出管18、极出管13、废进管14、阳进管19和阴进管20。所谓产水单元，同样是由纯水间3及废水框4依序排列，废水框4阴极方向(左侧)为阴离子交换膜1，阳极方向(右侧)为阳离子交换膜2，纯水间3阴极方向(左侧)为阳离子交换膜2，阳极方向为阴离子交换膜1。

各种框、阴离子交换膜1、阳离子交换膜2的平面尺寸在同一设备中相同，各框均由绝缘材料制成，包括边框和框室。

如图9、图10所示，纯水间3由阳框33、阴框34、隔离物35、滤网23、阴离子交换树脂21及阳离子交换树脂22组成，阳框33与阴框34中间夹着隔离物35，隔离物35可以是滤网、阴离子交换膜或阳离子交换膜，阳框33在左(阴极方向)、阴框34在右(阳极方向)，阳框33填充阳离子交换树脂22，阴框34填充阴离子交换树脂21。阴阳框34、33的框室26开孔两端装有防止树脂流失的滤网23。

如图11至图13所示，在阴框34、阳框33、废水框4的边框25对应位置上均开有废进孔28、阴进孔36、阳进孔37、废出孔30、阴出孔38及阳出孔39六孔，在阴框34上只有阴进孔36、阴出孔38与其框室26相通，阳框33上只有阳进孔37、阳出孔39与其框室26相通，在废水框4上只有废进孔28、废出孔30与其框室26相通。

上述纯水间3中的隔离物35、阴离子交换膜1、阳离子交换膜2上对应位置也开有上述六孔。

如图14所示，右极框8的边框25对应位置上开有上述六孔外，尚开有与其框室26相通的极进孔31、极出孔32。

如图7所示，左极框9的边框25上只开有与其框室26相通的极进孔31、极出孔32。

按图8所示位置关系，将上述左右极框9和8、阳框33、阴框34、废水框4、阴离子交换膜1、阳离子交换膜2及隔离物35上各孔对准叠压形成六通道，然后将压紧板5、绝缘板6、极板7加在两外侧通过紧固件16组装成设备，叠压形成的各通道分别接同名管道。

工作时，废水与极水的流程与带分离填充设备相同。

原水由阳进管19、阴进管20，经阳进孔37、阴进孔36叠压形成的通道分别进入阳框33和阴框34的框室26。进入阳框33的框室26中的原水在电场作用下被除去阳离子，进入阴框34的框室26中的原水被除去阴离子，然后经阳出孔39、阴出孔38叠压形成的通道分别从阳出管17、阴出管18流出。离子去除过程及原理与带分离填充设备相同。

将上一设备阳出管17接到下一设备阴进管20，上一设备阴出管18接引下一设备阳进管19上。第二设备阳出管17、阴出管18出水均为纯水。

需要说明的是：本发明亦可用于海水脱盐及苦咸水淡化，用于海水脱盐时，纯进管或阴阳进管、废进管进的都是海水；苦咸水淡化时，纯进管或阴阳进管、废进管进的都是苦咸水。纯水间应称之淡化间，出水为淡化水。凡将上述纯水制备方法及设备用于海水脱盐及苦咸水淡化，均在本发明保护范围之内。

Claims (9)

1、一种纯水制备方法，其特征在于该方法是：

①在电渗析淡水间中采用分离式填充离子交换树脂，填充的树脂上离子浓度远大于自然水体中所含离子浓度，且其浓度是均匀的，在以离子迁移形成电流中，电阻与离子浓度成反比，故填充树脂后在电压与其它条件相同情况，填充树脂的电流远大于未填充者，而电流大说明迁移离子数量大；

②所谓分离式填充离子交换树脂，是将阴离子交换树脂和阳离子交换树脂分别填充在电渗析淡水间中，有面分离填充和带分离填充两种，将填有树脂的淡水间叫做纯水间，进入纯水间的原水在电场作用下，阳离子交换树脂上的阳离子向阴极方向迁移、阴离子交换树脂上阴离子向阳极方向迁移，通过阴离子交换膜和阳离子交换膜分别进入废水框，原水中阴、阳离子不断被吸附至阴离子交换树脂和阳离子交换树脂离子迁移后的离子空穴上，又不断迁移至废水框，采用分离式填充，阳离子全部在阳离子交换树脂间迁移，阴离子完全在阴离子交换树脂间迁移；

③带分离填充是将阴阳离子交换树脂交替分带填充，树脂带垂直于纯水间的水流方向；面分离填充是在纯水间加隔离物，在隔离物与阳离子交换膜之间填充阳离子交换树脂，在隔离物与阴离子交换膜之间填充阴离子交换树脂，隔离物为滤网、阴离子交换膜或阳离子交换膜，填充阳离子交换树脂者叫阳框，填充阴离子交换树脂者叫阴框；

④带分离填充的纯水间中，水不断交替通过阴、阳离子交换树脂，阴、阳离子在同名树脂带交替被吸收，即能产生纯水；面分离填充的纯水间中，阳框出水要接到下一阴框进水，上一阴框出水要接到下一阳框进水，经过阳框时去除阳离子，经过阴框时去除阴离子，即能产生纯水。

2、一种实现上述纯水制备方法的设备，其特征在于其两外侧从外向里依次为压紧板、绝缘板、极板及左右极框，在左、右极框中间夹着数十个乃至上百个产水单元，通过紧固件叠压组装在一起；所述产水单元是由废水框、纯水间依序排列，阴离子交换膜与阳离子交换膜分别夹在废水框与纯水间之间，废水框阳极方向一侧为阳离子交换膜，阴极方向一侧为阴离子交换膜，纯水间阳极方向一侧为阴离子交换膜，阴极方向一侧为阳离子交换膜；纯水间包括纯水框、阴离子交换树脂、阳离子交换树脂及滤网，阴、阳离子交换树脂分离填充在纯水间的框室中，在纯水框上开有纯进孔、废进孔和纯出孔、废出孔，只有纯进孔和纯出孔与其框室相通，纯水框室进出孔处装有防树脂流失的滤网；废水框也对应开有纯水框上的孔，只有废进孔、废出孔与其框室相通；阴离子交换膜、阳离子交换膜也对应开有纯水框上的孔；左极框上开有与其框室相通的极进孔及极出孔；右极框上开有与其框室相通的极进孔及极出孔，还对应开有纯水框上的孔；将左右极框、废水框、纯水框、阴离子交换膜、阳离子交换膜上开的各对应孔对准叠压组装在一起，同名孔形成对应通道，在左、右极框的各孔接上对应的管道；所述左右极框、纯水框、废水框均由绝缘材料制成，各框包括框边与框室。

3、根据权利要求2所述的纯水制备设备，其特征在于上述纯水间由纯水框、阴离子交换树脂、阳离子交换树脂及滤网组成，在纯水框上开有纯进孔、废进孔、纯出孔和废出孔四孔，只有纯进孔与纯出孔与其框室相通，阴、阳离子交换树脂交替填充在纯水间框室的互相平行带中，树脂带与水流方向垂直，阴、阳离子交换树脂交界处设有防止树脂混合的滤网，废水框也对应开有纯水框上的四孔，只有废进孔、废出孔与其框室相通；阴离子交换膜、阳离子交换膜也对应开有纯水框上的四孔；左极框上开有与其框室相通的极进孔及极出孔；右极框上开有与其框室相通的极进孔及极出孔，还对应开有纯水框上的四孔；将左右极框、废水框、纯水框、阴离子交换膜、阳离子交换膜上开的各对应孔对准叠压组装在一起，同名孔形成对应通道，在左、右极框的各孔接上对应的极进管、纯进管、废进管、极出管、纯出管和废出管，构成一种带分离填充树脂的制备纯水的设备。

4、根据权利要求3所述的纯水制备设备，其特征在于上述纯水间中交替填充的互相平行的阴阳离子交换树脂带，其树脂带的断面为矩形、三角形或梯形。

5、根据权利要求4所述的纯水制备设备，其特征在于上述阴阳离子交换树脂带选用梯形断面，其中阴离子交换树脂带的梯形大底边在阴离子交换膜一面，阳离子交换树脂带的梯形大底边在阳离子交换膜一面。

6、根据权利要求2所述的纯水制备设备，其特征在于上述纯水框分为阳框和阴框，它们与隔离物、滤网及阴阳离子交换树脂组成纯水间，阳框与阴框中间夹着隔离物，阳框内填充阳离子交换树脂在阴极方向一侧，阴框内填充阴离子交换树脂在阳极方向一侧；在阴框、阳框及废水框上开有阳进孔、阴进孔、废进孔、阳出孔、阴出孔及废出孔六孔，其中阴框、阳框上的阳进孔、阴进孔等同于纯进孔，阴框、阳框上的阳出孔、阴出孔等同于纯出孔，在阳框上只有阳进孔、阳出孔与其框室相通，阴框上只有阴进孔、阴出孔与其框室相通，废水框只有废进孔、废出孔与其框室相通；隔离物、阴离子交换膜及阳离子交换膜在对应位置上亦开有上述六孔；右极框对应位置开有上述六孔外，还开有与其框室相通的极进孔与极出孔；左极框开有与其框室相通的极进孔与极出孔；将左右极框、阳框、阴框、废水框、隔离物、阴离子交换膜、阳离子交换膜上开的各对应孔对准叠压组装在一起，同名孔叠压在一起形成对应通道，在左、右极框的各孔接上对应的极进管、阳进管、阴进管、废进管、极出管、阳出管、阴出管和废出管，构成一种面分离填充树脂的制备纯水的设备。

7、根据权利要求6所述的纯水制备设备，其特征在于上述隔离物为阴离子交换膜、阳离子交换膜或滤网。

8、一种如权利要求3所述纯水制备设备的用途，其特征在于它还适用于海水脱盐及苦咸水淡化，用于海水脱盐时，纯进管、废进管进的都是海水；苦咸水淡化时，纯进管、废进管进的都是苦咸水；纯水间应称之淡化间，出水为淡化水。

9、一种如权利要求6所述纯水制备设备的用途，其特征在于它还适用于海水脱盐及苦咸水淡化，用于海水脱盐时，阴阳进管、废进管进的都是海水；苦咸水淡化时，阴阳进管、废进管进的都是苦咸水；纯水间应称之淡化间，出水为淡化水。

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