CN108290117A - 去离子过滤装置和包含去离子过滤装置的水处理装置 - Google Patents

Abstract

依据本发明一个实施方式的去离子过滤装置包括：第一电极；第二电极；至少一个双极离子交换片，该双极离子交换片包括阳离子交换膜和阴离子交换膜，并且位于第一电极和第二电极之间；用于在第一电极和第二电极之间施加去离子电压或再生电压的电压源；用于对通过电压源施加的电压处理的溶液的pH值进行检测的pH传感器；以及用于根据溶液的pH值来控制电压源的控制单元。

Description

去离子过滤装置和包含去离子过滤装置的水处理装置

技术领域

本公开涉及去离子过滤装置和包括该去离子过滤装置的水处理装置。

背景技术

近来，已经积极研究了使用电吸引力去除原水中所含离子物质的去离子过滤器。

例如，已经提出了使用具有阳离子交换膜和阴离子交换膜的双极离子交换膜进行去离子操作的去离子过滤器。

但是，由于构成双极离子交换膜的双极交换膜的离子交换容量的差异，难以保持适当的水的pH值。

具体而言，当使用双极离子交换膜进行去离子操作时，由于离子交换容量的不平衡可能导致净化水的pH值降低，这可能不适用于饮用水的水质标准。

此外，在进行双极离子交换膜的再循环操作的情况下，由于离子交换容量的不平衡，用于再循环操作的水的pH值可能增加并且可能变为碱性，并且随后从双极离子交换膜脱离的离子可以容易地相互结合，产生结垢。

以下专利文献1公开了一种电化学离子交换。

韩国专利第10-0518045号

发明内容

技术问题

本公开的一方面在于提供一种去离子过滤装置以及包括该去离子过滤装置的水处理装置，以解决上述现有技术的问题。去离子过滤装置被配置为测量由去离子过滤装置处理的水的pH值，并且根据所测量的水的pH值来调节施加到电极的电压的类型和大小，使得通过去离子操作净化的水的pH值不偏离根据饮用水的水质标准的pH值范围。此外，当执行再循环操作时，去离子过滤装置被配置成将由再生电压产生的水的pH值调节为等于或低于参考值，以防止发生垢。

技术方案

根据本公开的一个方面，去离子过滤装置包括第一电极；第二电极；至少一个双极离子交换片，该双极离子交换片包括阳离子交换膜和阴离子交换膜的，并且设置在第一电极和第二电极之间；配置为在第一电极和第二电极之间施加去离子电压或再生电压的电压源；配置为对通过电压源施加的电压处理的溶液的pH值进行检测的pH传感器；以及配置为根据溶液的pH值来控制电压源的控制器。

一方面，阳离子交换膜可以包括阳离子吸附片和阳离子交换涂层，阴离子交换膜可以包括阴离子吸附片和阴离子交换涂层，并且阳离子交换涂层和阴离子交换涂层可以被粘合以面对彼此。

一方面，双极离子交换片可以进一步包括在阳离子交换涂层和阴离子交换涂层之间形成的水分解催化剂层。

一方面，阳离子吸附片和阴离子吸附片是多孔片。

一方面，多孔片是挤出膜。

在一个方面，控制器被配置成根据溶液的pH值来调节施加到第一电极和第二电极的电压的类型和大小。

在一个方面中，控制器被配置为当去离子电压被施加到第一电极和第二电极时，调节去离子电压的大小，使得溶液的pH值被包括在预定的第一范围内。

在这种情况下，控制器被配置为当溶液的pH值低于第一范围的最小值时，将施加到第一电极和第二电极的去离子电压改变为再生电压。

在一个方面中，控制器被配置为当再生电压被施加到第一电极和第二电极时，调节再生电压的大小，使得溶液的pH值等于或低于预定的第一参考值。

在这种情况下，控制器被配置为当溶液的pH值超过第一参考值时停止施加再生电压，并且排出溶液。

一方面，第一范围是5.8至小于8.5。

一方面，第一参考值是9。

根据本公开的一个方面，提供了一种包括上述去离子过滤装置的水处理装置。

有益效果

根据本公开的一个方面，本公开解决了上述现有技术的问题，并且提供了显著的效果，其可以通过以下方式实现：测量由去离子过滤装置处理的水的pH值，根据所测量的水的pH值来调节施加到电极的电压的类型和大小，使得通过去离子操作净化的水的pH值不偏离根据饮用水的水质标准的pH值范围，并且将由再生电压产生的水的pH值调节为等于或低于参考值以防止发生垢。

附图说明

图1是示出根据本公开中的示例性实施方式的去离子过滤装置的框图；

图2是示意性地表示图1所示的双极离子交换片的截面结构的一个例子的图；

图3是示意性地表示图1所示的双极离子交换片的截面结构的另一个例子的图；

图4是用于说明将去离子电压施加到第一电极和第二电极的情况的概念图；

图5是用于说明将再生电压施加到第一电极和第二电极的情况的概念图；

图6是用于说明图1的去离子过滤装置的概念图；

图7是示出根据本公开中的示例性实施方式的去离子过滤装置的透视图；和

图8是图7所示的去离子过滤装置的截面图。

发明最佳实施方式

以下将参考附图对本公开的示例性实施方式进行描述。

本公开的实施方式可以被修改为具有各种其他形式，并且本公开的范围不限于下面描述的实施方式。此外，提供本公开的实施方式是为了更全面地向本领域技术人员解释本公开。

在本公开中参照的附图中，具有基本上相同的构造和功能的元件将由相同的附图标记表示，并且附图中的元件的形状、尺寸等可以为了清楚而被放大。

图1是示出根据一个示例性实施方式的去离子过滤装置的框图。

参考图1，根据一个示例性实施方式的去离子过滤装置可以包括第一电极110，第二电极120，双极离子交换片130，电压源140，pH传感器150和控制器160。

可以通过电压源140将去离子电压或再生电压施加到第一电极110和第二电极120。第一电极110和第二电极120可以设置在壳体10内部，该壳体10具有供水流入的入口11和供水流出的出口12。

双极离子交换片130可以设置在第一电极110和第二电极120之间。双极离子交换片130可以包括朝向第一电极110设置的阴离子交换膜132和朝向第二电极120设置的阳离子交换膜134。设置在第一电极110和第二电极之间的双极离子交换片130可以设置为多个。在一个示例性实施方式中，多个双极离子交换片130可以螺旋状地布置，如图7所示。

在双极离子交换片130中，当水流入壳体10的入口11并且去离子电压被施加到第一电极110和第二电极120时，包含在水中的阳离子和阴离子组分可以被由去离子电压引起的吸引力分离，并且可以分别被转移到阴离子交换膜132和阳离子交换膜134上。另一方面，当再生电压被施加到第一电极110和第二电极120时，通过去离子操作吸附到阴离子交换膜132和阳离子交换膜134上的阳离子和阴离子组分可以在由再生电压引起的排斥力的作用下分别从阴离子交换膜132和阳离子交换膜134脱离。

下面将参照图2和图3更详细地描述这种双极离子交换片130。

图2是示意性地表示图1所示的双极离子交换片的截面结构的一个例子的图，图3是示意性地表示图1所示的双极离子交换片的截面结构的另一个例子的图。

依据一个示例性实施方式，如图2所示，阳离子交换膜134可以包括阳离子吸附片134a和阳离子交换涂层134b，阴离子交换膜132可以包括阴离子吸附片132a和阴离子交换涂层132b，并且阳离子交换涂层134b和阴离子交换涂层132b可以被粘合以面对彼此，从而形成双极离子交换片130。

例如，阳离子交换膜134和阴离子交换膜132可以通过在离子吸附片134a和132a上分别施涂和干燥离子交换涂层溶液以形成离子交换涂层134b和132b来制备，而双极离子交换片130可通过将阳离子交换膜134和阴离子交换膜132结合以使阳离子交换涂层134b和阴离子交换涂层132b相互面对而制成。因此，阳离子交换膜134与阴离子交换膜132之间的吸附容量的差异可以明显减小。

在这种情况下，离子吸附片134a和132a可以通过离子交换过程吸附离子，并且可以体现为多孔片。当多孔片被用作离子吸附片134a和132a时，可以降低膜电阻，并且可以进一步提高离子的吸附能力，此外，可以提高水分解效率。

此外，多孔片可以是挤出膜。由于可以以相对简单的工艺制造挤出膜，因此可以显著降低离子吸附片134a和132a的制造成本。因此，可以通过在由挤出膜制成的离子吸附片134a和132a的表面上施加离子交换涂层溶液以形成离子交换涂层134b和132b来实现具有相当低厚度的离子交换涂层134b和132b。

同时，离子交换涂层溶液是溶解在有机溶剂中的具有离子交换基团的离子交换聚合物。可以将离子交换涂层溶液施涂到离子吸附片134a和132a的一个表面上，然后干燥以形成包括具有离子交换基团的离子交换聚合物的离子交换涂层134b和132b。

在这种情况下，离子交换涂层134b和132b可用于提供具有两种极性的离子交换膜134和132之间的结合力。离子交换涂层134b和132b可以在结合具有两种极性的离子交换膜134和132时被加热和加压，然后相互结合。如果需要，离子交换涂层可以在任何一个离子交换涂层的不完全干燥状态下彼此结合，由此可以提高结合效率。

根据本公开的另一个示例性实施方式，如图3所示，还可以包括设置在阳离子交换涂层134b和阴离子交换涂层132b之间的水分解催化剂层136。

在这种情况下，可以设置水分解催化剂层136以促进水分解效率，并且该水分解催化剂层可以通过将一种浆料施涂到任何一个离子交换涂层上然后干燥来制得，所述浆料包含分散在溶剂中的金属氢氧化物纳米粉末(例如氢氧化铁(Fe(OH)₃，Fe(OH)₂)或氢氧化铬(Cr(OH)₂)。

电压源140可以在控制器160的控制下向第一电极110和第二电极120施加去离子电压或再生电压。电压源140可以在控制器160的控制下通过控制施加到第一电极110和第二电极120的电压来调节水的pH值。

pH传感器150可以设置在壳体10内以检测水的pH值。在这种情况下，pH传感器150可以设置在出口12附近，已经通过双极离子交换片130的水被排出到出口12中，由此对通过电压源140施加的电压处理的水的pH值进行检测。pH传感器150可以检测水的pH值，并将检测到的pH值输出到控制器160。

控制器160可以控制电压源140施加的电压的类型和大小。控制器160可以控制电压源140向第一电极110和第二电极120施加去离子电压以从进入的水中去除离子。在这种情况下，被去除的离子可以被吸附到双极离子交换片130上。在这种情况下，电压源140可以被控制为向第一电极110和第二电极120施加再生电压以冲洗吸附的离子。

另外，当施加去离子电压时，控制器160可以调节去离子电压的大小以调节水的总溶解固体(TDS)值。在这种情况下，由于去离子电压高，水的离子去除率可能增加，从而TDS值降低。

在一个示例性实施方式中，控制器160可以包括至少一个处理单元和存储器。处理单元可以包括中央处理单元(CPU)，图形处理单元(GPU)，微处理器，专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列(FPGA)等，并且可以具有多个核心。存储器可以是易失性存储器，非易失性存储器或其组合。

控制器160可以根据由pH传感器150检测到的水的pH值来调节施加到第一电极110和第二电极120的电压的类型和大小。

下面将参照图4到图6更详细地描述这种控制器160。

图4是用于解释将去离子电压施加到第一电极和第二电极的情况的概念图，图5是用于解释再生电压被施加到第一电极和第二电极的情况的概念图，图6是用于说明图1的去离子过滤装置的概念图。

参考图4，当将去离子电压施加到第一电极110和第二电极120时，第一电极110变成正电极，第二电极120变成负电极。

在这种情况下，当将去离子电压施加到第一电极110和第二电极120时，吸附在阳离子交换膜134上的H⁺和吸附在阴离子交换膜132上的OH^-可以分别与水中的阳离子(Na⁺)和阴离子(Cl^-)交换。在这种情况下，当阳离子交换膜134和阴离子交换膜132的吸附容量彼此不同时，阳离子交换膜134和阴离子交换膜132之间的离子交换容量可能不平衡。当H⁺的量相对较高时，由于吸附容量的差异，通过去离子过滤装置的水的pH值可能变成酸性。

同时，由于根据饮用水的水质标准的净化水的pH值在5.8至8.5的范围内，因此可能需要控制电压源140，使得通过去离子过滤装置的水的pH值不偏离规定的范围。

参考图5，当将再生电压施加到第一电极110和第二电极120时，第一电极110变成负电极，第二电极120变成正电极。

在这种情况下，当再生电压被施加到第一电极110和第二电极120上时，吸附到阴离子交换膜132和阳离子交换膜134上的阳离子(Na⁺)和阴离子(Cl^-)可以分别在再生电压引起的电排斥力作用下从所述膜上移除，并且可以溶解在进入壳体10的水中。

即使在施加再生电压的情况下，当阳离子交换膜134和阴离子交换膜132之间的吸附容量存在差异时，阳离子交换膜134和阴离子交换膜132之间的离子交换容量的不平衡可能会发生。

在这种情况下，当产生的OH^-多于H⁺时，通过去离子过滤装置的水的pH值变为碱性。当pH值变得相对较高并且变为碱性时，从双极离子交换片130脱落的离子可以结合，因此可能导致在去离子过滤装置或内部装置(如排泄阀)中产生垢的问题。

根据上述示例性实施方式，通过形成如图2或图3所示的双极离子交换片130，具有两种极性的离子交换膜134和132的吸附容量的差异可以显著减小。即使在这种情况下，离子交换容量的不平衡仍可能发生。

为了解决上述问题，根据本公开的示例性实施方式的去离子过滤装置可以包括用于对通过电压源140施加的电压进行处理的水的pH值进行检测的pH传感器150，以及根据由pH传感器150感测到的水的pH值来调节施加到第一电极110和第二电极120的电压的类型和大小的控制器160。因此，当施加去离子电压时，通过去离子电压产生的净化水的pH值可以被调节到不偏离根据饮用水的水质标准的pH值范围，并且当施加再生电压时，可以将由再生电压引起的水的pH值调节为等于或者低于参考值，由此可以被调整为使得不发生垢。

具体而言，当施加去离子电压时，基于从pH传感器150输出的水的pH值，控制器160可以调节去离子电压的大小，使得由去离子电压产生的水的pH值落入预定的第一范围，例如5.8至8.5。

在这种情况下，当从pH传感器150输出的水的pH值低于第一范围的最小值，例如小于5.8时，施加到第一电极110和第二电极120的电压的类型可以通过控制器160从去离子电压改变为再生电压，以防止向用户供应酸性水。

当施加再生电压时，基于从pH传感器150输出的水的pH值，控制器160可以将供给以再循环双极离子交换片130的水的pH值调节为等于或低于预定的第一参考值，例如9或更小。

在这种情况下，当为了再循环双极离子交换片130而供应的水的pH值超过预定的第一参考值时，控制器160可以停止施加再生电压并向外排出水以防止发生结垢。

根据本公开的实施方式，可以提供包括上述图1的去离子过滤装置的水处理器(未示出)。

发明实施方式

图7是示出去离子过滤装置的透视图，图8是图7的去离子过滤装置的截面图。

参照图7和图8，去离子过滤装置可以包括多个双极离子交换片130，并且多个双极离子交换片130可以围绕设置在壳体10的中心处的圆柱形式的第二电极120螺旋布置。

在这种情况下，第一电极110可以形成为螺旋形地围绕以螺旋形式布置的多个双极离子交换片130的外圆周表面。

根据这样的布置，在多个双极离子交换片130中，阴离子交换膜132可以朝向第一电极110设置，而阳离子交换膜134可以朝向第二电极120设置。

当水进入设置在壳体10的侧表面上的入口11时，净化水或再循环水可以通过双极离子交换片130而经出口12排出。

在这种情况下，尽管在图7和8中未示出，pH传感器150可以设置在出口12的内部或邻近出口12，以测量通过双极离子交换片130纯化的水或再循环水的pH值。

应该理解的是，前面的一般性描述和下面的详细描述都是示例性的和解释性的，不应被解释为在更广的方面限制本发明。本领域技术人员将会理解，在不背离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变。

Claims (13)

1.一种去离子过滤装置，其包括：

第一电极，

第二电极，

至少一个双极离子交换片，其配置成包括阳离子交换膜和阴离子交换膜，并且设置在第一电极和第二电极之间，

电压源，其配置为在第一电极和第二电极之间施加去离子电压或再生电压，

pH传感器，其配置为检测通过电压源施加的电压处理的溶液的pH值，和

控制器，其配置为根据溶液的pH值控制电压源。

2.如权利要求1所述的去离子过滤装置，其特征在于，阳离子交换膜被配置为包括阳离子吸附片和阳离子交换涂层，其中阴离子交换膜被配置为包括阴离子吸附片和阴离子交换涂层，其中阳离子交换涂层和阴离子交换涂层被粘合以面对彼此。

3.如权利要求2所述的去离子过滤装置，其特征在于，双极离子交换片被配置为还包括在阳离子交换涂层和阴离子交换涂层之间形成的水分解催化剂层。

4.如权利要求2所述的去离子过滤装置，其特征在于，阳离子吸附片和阴离子吸附片是多孔片。

5.如权利要求4所述的微流体装置，其特征在于，所述多孔片是挤出膜。

6.如权利要求1-3中任一项所述的去离子过滤装置，其特征在于，所述控制器被配置成根据溶液的pH值来调节施加到第一电极和第二电极的电压的类型和大小。

7.如权利要求6所述的去离子过滤装置，其特征在于，所述控制器被配置为当去离子电压被施加到第一电极和第二电极时，调节去离子电压的大小，使得溶液的pH值包括在预定的第一范围内。

8.如权利要求7所述的去离子过滤装置，其特征在于，所述控制器被配置为当溶液的pH值低于第一范围的最小值时，将施加到第一电极和第二电极的去离子电压改变为再生电压。

9.如权利要求6所述的去离子过滤装置，其特征在于，所述控制器被配置为当再生电压被施加到第一电极和第二电极时，调节再生电压的大小，使得溶液的pH值等于或低于预定的第一参考值。

10.如权利要求9所述的去离子过滤装置，其特征在于，所述控制器被配置为当溶液的pH值超过第一参考值时停止施加再生电压，并且排出溶液。

11.如权利要求7所述的去离子过滤装置，其特征在于，所述第一范围是5.8至小于8.5。

12.如权利要求9所述的去离子过滤装置，其特征在于，所述第一参考值为9。

13.包括如权利要求1-5中任一项所述的去离子过滤装置的水处理装置。