CN110436586A - 一种高纯水的生产装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高纯水的生产装置和方法，包括第一膜堆和第二膜堆，第一膜堆与第二膜堆通过管道串联，第一膜堆和第二膜堆均设有阳极板和阴极板，第一膜堆设有第一阳极室、第一隔室和第一阴极室，第二膜堆设有第二阳极室、第二隔室和第二阴极室，第一阳极室与第一阴极室管道连接，第一阴极室与第二阳极室管道连接，第二阳极室与第二阴极室管道连接；第一隔室与第二隔室管道连接，该方法能够将常规EDI过程中所必需的浓、淡、极室三股水流改为一股，在不需要流量计进行精确调节的情况下，可以稳定高效的生产高纯水，大大减少了EDI应用于小型纯水机过程中所需的仪表及调节装置，操作简便，且能够长期稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及高纯水的制备领域，具体涉及一种高纯水的生产装置和方法。
背景技术
小型纯水机在电子元件生产、医药用水、精密部件清洗、生物化学实验等过程中广为使用。以上这些过程对高纯水的产水量一般要求不高，但是需要纯水机出水水质稳定，能连续产水(或随用随取)，且要求纯水机设备小、能耗低、监测仪器少、操作管理便捷。
目前生产纯水的方法中，蒸馏法需要冷却水的量较大，能耗高，效率低，已经被逐渐淘汰。离子交换法制备高纯水，树脂需要用酸碱再生，操作不便捷，且会产生大量酸碱洗脱废水而污染环境；EDI技术依靠离子交换膜和树脂表面自发的水解离特性，即在直流电场作用下能够实现连续去离子和树脂连续再生的一种优势型深度脱盐技术，具有连续、高效、出水水质稳定、环境友好等优势，是现有生产高纯水的主流技术之一。
虽然EDI技术现在已经成功应用于工业高纯水制备领域，但是将其微型化用于实验室等小型纯水机时也有不便之处：需要较为精准的控制浓、淡、极室这三股EDI水流的流量，以及膜堆的工作电压或电流，因此需要较多的流量计、阀门、电源以及调节装置，这对小型化、便携式的应用带来一定不便，需要进行针对性的简化设计。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种高效稳定、节能环保、操作简便的一种高纯水的生产装置和方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高纯水的生产装置，包括第一膜堆和第二膜堆，所述第一膜堆与所述第二膜堆通过管道串联，所述第一膜堆和第二膜堆均设有阳极板和阴极板，所述第一膜堆设有第一阳极室、第一隔室和第一阴极室，所述第二膜堆设有第二阳极室、第二隔室和第二阴极室，所述第一阳极室与所述第一阴极室管道连接，所述第一阴极室与所述第二阳极室管道连接，所述第二阳极室与所述第二阴极室管道连接；所述第一隔室与所述第二隔室管道连接。
进一步的，所述第一阳极室与第二阳极室内均填充有阴离子交换树脂，所述第一阴极室与所述第二阴极室内均填充有阳离子交换树脂。
进一步的，所述第一隔室内填充分层床离子交换树脂，每个重复填充单元中阳离子交换树脂层在下层，阴离子交换树脂层在上层。
进一步的，所述第二隔室填充混床离子交换树脂，所述第二隔室内阴阳离子交换树脂的体积比均为1:1。
进一步的，还包括进水管道、出水管道和直流电源，所述进水管道一端固定连接有水罐，一端与所述第一膜堆固定连接，所述进水管道从靠近水罐的一端依次设有进水泵、在线电导率仪和流量计，所述出水管道与所述第二膜堆固定连接，所述出水管道设有在线电阻率仪，所述直流电源的正极与所述阳极板电连接，所述直流电源的负极与所述阴极板固定连接。
进一步的，所述第一阳极室与所述第一隔室之间设有阴离子交换膜，所述第二阳极室与所述第二隔室之间设有阴离子交换膜。
进一步的，所述第一阴极室与所述第一隔室之间设有阳离子交换膜，所述第二阴极室与所述第二隔室之间设有阳离子交换膜。
去离子生产高纯水的方法，包括如下步骤：
步骤一：通过进水管道向所述第一膜堆内通入原水，所述原水自动分成两股进入第一阳极室和第一隔室；
步骤二：为第一膜堆和第二膜堆施加恒定电流，电流为0-1A，所述第一隔室内水中的阴离子在外加电场的作用下进入第一阳极室中，水面不断上升，所述第一阳极室的水流通过管道流入第一阴极室，所述第一隔室的水从第一隔室上端通过管道通入第二隔室；
步骤三：所述第一隔室内水中的阳离子在外加电场的作用下进入第一阴极室中，所述第一阴极室的水流通过管道流入第二阳极室，所述第二隔室的水中的阴离子在外加电场的作用下进入第二阳极室中，水面不断上升，所述第二阳极室的水流通过管道流入第二阴极室，所述第二隔室的水从第二隔室上端的出水管道流出，或返回水罐进入循环；
步骤四：经过多次循环，不断进行离子交换，经过第一隔室和第二隔室生产出的高纯水从出水管道流出，产水的电阻率为16.3-16.7MΩ·cm，经过第一阳极室、第一阴极室、第二阳极室和第二阴极室离子交换的浓水从第二阴极室排出。
进一步的，所述第一隔室、第二隔室、第一阳极室和第二阳极室的进水均为下进上出，所述第一阴极室和第二阴极室的水流则为上进下出，极室的水流方向均是由阳极室流入阴极室。
进一步的，所述原水为一级RO水，原水电导率＜20μS/cm。
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：
1.本发明提供的一种高纯水的生产装置和方法使用两级串联三隔室EDI技术，能够将常规EDI过程中所必需的浓室、淡室、极室三股水流改为一股，在不需要流量计进行精确调节的情况下，可以稳定高效的生产高纯水，大大减少了EDI应用于小型纯水机过程中所需的仪表及调节装置，操作简便，且原水经过层床离子交换树脂再经过混床离子交换树脂，层床能有效去除进水中的弱电解质，混床则进一步提高产水水质，整个系统的产水电阻率高于16MΩ·cm，且能够长期稳定运行。
2.本发明提供的一种高纯水的生产装置和方法包含两个EDI膜堆，单个膜堆电压电流等参数对产水水质的影响相对常规EDI模型大大减小，故该系统单个膜堆操作参数在一定范围内变化时，仍可保证较好的出水水质，且整个系统中极水室内的水流流程长于淡化室，进水阻力大于淡化室，故而在不使用流量计调节的条件下，极水的进水流量始终低于淡化水，保证了较高的水收率。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明的膜堆及内部水流示意图；
图3为实施例1产水电阻率随时间变化趋势图。
图中：第一膜堆-1、第二膜堆-2、阳极板-3、阴极板-4、第一阳极室-5、第一隔室-6、第一阴极室-7、第二阳极室-8、第二隔室-9、第二阴极室-10、阴离子交换树脂-11、阳离子交换树脂-12、进水管道-13、出水管道-14、直流电源-15、进水泵-16、在线电导率仪-17、流量计-18、在线电阻率仪-19、阴离子交换膜-20、阳离子交换膜-21。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例和附图对本发明进行进一步的描述。
实施例1：
如图1-3所示，生产高纯水的方法，包括如下步骤：
步骤一：通过进水管道13向第一膜堆1内通入原水，原水采用一级RO淡水，其电导率在8-10μS/cm，堆总进水量为20L/h，原水自动分成两股进入第一阳极室5和第一隔室6，(此时EDI系统产水量12L/h，极水流量8L/h)，阴离子交换膜20和阳离子交换膜21均采用有效面积为168cm2的异相离子交换膜，阴离子交换树脂11和阳离子交换树脂12凹槽的规格均为100mm×300mm×3mm，第一膜堆1和第二膜堆2的阴极板4均为钛涂钌电极板，阳极板3均为不锈钢电极板；
步骤二：第一隔室6内水中的阴离子通过进入阴离子交换膜20第一阳极室5中，水面不断上升，第一阳极室5的水流通过管道流入第一阴极室7，第一隔室6的水从第一隔室6上端通过管道通入第二隔室9；
步骤三：第一隔室6内水中的阳离子进入第一阴极室7中，第一阴极室7的水流通过管道流入第二阳极室8，第二隔室9的水中的阴离子进入第二阳极室8中，水面不断上升，第二阳极室8的水流通过管道流入第二阴极室10，第二隔室9的水从第二隔室9上端的出水管道14返回水罐进入循环；
步骤四：在此进水流量条件下冲洗1h后，经过第一隔室6和第二隔室9生产出的高纯水从出水管道14流出，经过第一阳极室5、第一阴极室7、第二阳极室8和第二阴极室10离子交换的浓水从第二阴极室10排出，第二隔室9出水电阻率为0.10MΩ·cm，极室出水电导率为10μS/cm。
实施例2：
如图1-3所示，生产高纯水的方法，包括如下步骤：
步骤一-步骤四同实施例1；
在此进水流量条件下冲洗1h后，开始施加电流，第一级膜堆和第二级膜堆的电流均设为0.2A，在此条件下循环3h后，产水电阻率则可达到10MΩ·cm以上。
实施例3：
如图1-3所示，生产高纯水的方法，包括如下步骤：
步骤一-步骤四同实施例2；
第一级膜堆和第二级膜堆的电流均设为0.2A，施加电流后9h，产水电阻率则高于15MΩ·cm。
实施例4：
如图1-3所示，生产高纯水的方法，包括如下步骤：
步骤一-步骤四同实施例3；
第一级膜堆和第二级膜堆的电流均设为0.2A，施加电流后23h，产水电阻率即可达到16MΩ·cm以上。
实施例5：
如图1-3所示，生产高纯水的方法，包括如下步骤：
步骤一-步骤四同实施例3；
第一级膜堆和第二级膜堆的电流均设为0.2A，施加电流后500h的连续运行，系统产水的电阻率始终稳定在16.5MΩ·cm，上下波动不超过0.2MΩ·cm。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。
Claims (10)
1.一种高纯水的生产装置，其特征在于：包括第一膜堆(1)和第二膜堆(2)，所述第一膜堆(1)与所述第二膜堆(2)通过管道串联，所述第一膜堆(1)和第二膜堆(2)均设有阳极板(3)和阴极板(4)，所述第一膜堆(1)设有第一阳极室(5)、第一隔室(6)和第一阴极室(7)，所述第二膜堆(2)设有第二阳极室(8)、第二隔室(9)和第二阴极室(10)，所述第一阳极室(5)与所述第一阴极室(7)管道连接，所述第一阴极室(7)与所述第二阳极室(8)管道连接，所述第二阳极室(8)与所述第二阴极室(10)管道连接；所述第一隔室(6)与所述第二隔室(9)管道连接。
2.根据权利要求1所述的一种高纯水的生产装置，其特征在于：所述第一阳极室(5)与第二阳极室(8)内均填充有阴离子交换树脂(11)，所述第一阴极室(7)与所述第二阴极室(10)内均填充有阳离子交换树脂(12)。
3.根据权利要求1所述的一种高纯水的生产装置，其特征在于：所述第一隔室(6)内填充分层床离子交换树脂，每个重复填充单元中阳离子交换树脂(12)层在下层，阴离子交换树脂(11)层在上层。
4.根据权利要求1所述的一种高纯水的生产装置，其特征在于：所述第二隔室(9)填充混床离子交换树脂，所述第二隔室(9)内阴阳离子交换树脂(12)的体积比均为1:1。
5.根据权利要求1所述的一种高纯水的生产装置，其特征在于：还包括进水管道(13)、出水管道(14)和直流电源(15)，所述进水管道(13)一端固定连接有水罐，一端与所述第一膜堆(1)固定连接，所述进水管道(13)从靠近水罐的一端依次设有进水泵(16)、在线电导率仪(17)和流量计(18)，所述出水管道(14)与所述第二膜堆(2)固定连接，所述出水管道(14)设有在线电阻率仪(19)，所述直流电源(15)的正极与所述阳极板(3)电连接，所述直流电源(15)的负极与所述阴极板(4)固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种高纯水的生产装置，其特征在于：所述第一阳极室(5)与所述第一隔室(6)之间设有阴离子交换膜(20)，所述第二阳极室(8)与所述第二隔室(9)之间设有阴离子交换膜(20)。
7.根据权利要求1所述的一种高纯水的生产装置，其特征在于：所述第一阴极室(7)与所述第一隔室(6)之间设有阳离子交换膜(21)，所述第二阴极室(10)与所述第二隔室(9)之间设有阳离子交换膜(21)。
8.采用权利要求1-7任一所述的装置生产高纯水的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：通过进水管道(13)向所述第一膜堆(1)内通入原水，所述原水自动分成两股进入第一阳极室(5)和第一隔室(6)；
步骤二：为第一膜堆(1)和第二膜堆(2)施加恒定电流，电流为0-1A，所述第一隔室(6)内水中的阴离子在外加电场的作用下进入第一阳极室(5)中，水面不断上升，所述第一阳极室(5)的水流通过管道流入第一阴极室(7)，所述第一隔室(6)的水从第一隔室(6)上端通过管道通入第二隔室(9)；
步骤三：所述第一隔室(6)内水中的阳离子在外加电场的作用下进入第一阴极室(7)中，所述第一阴极室(7)的水流通过管道流入第二阳极室(8)，所述第二隔室(9)的水中的阴离子在外加电场的作用下进入第二阳极室(8)中，水面不断上升，所述第二阳极室(8)的水流通过管道流入第二阴极室(10)，所述第二隔室(9)的水从第二隔室(9)上端的出水管道(14)流出，或返回水罐进入循环；
步骤四：经过多次循环，不断进行离子交换，经过第一隔室(6)和第二隔室(9)生产出的高纯水从出水管道(14)流出，产水的电阻率为16.3-16.7MΩ·cm，经过第一阳极室(5)、第一阴极室(7)、第二阳极室(8)和第二阴极室(10)离子交换的浓水从第二阴极室(10)排出。
9.根据权利要求7所述的生产高纯水的方法，其特征在于：所述第一隔室(6)、第二隔室(9)、第一阳极室(5)和第二阳极室(8)的进水均为下进上出，所述第一阴极室(7)和第二阴极室(10)的水流则为上进下出，极室的水流方向均是由阳极室流入阴极室。
10.根据权利要求7所述的生产高纯水的方法，其特征在于：所述原水为一级RO水，原水电导率＜20μS/cm。
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- 2019-08-09 CN CN201910734528.4A patent/CN110436586A/zh active Pending
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