CN1117704C - 电去离子软水方法及所用装置 - Google Patents

Abstract

一种电去离子软水方法及所用的装置，涉及一种将电渗析和离子交换相互有机地结合在一起的软水方法及所用装置，其特征是淡水室中仅仅填充单一的强酸性阳离子交换剂，它截留吸附住水中所含的电解质阳离子，并按离子吸附能力的大小将它们分离开，在阳离子交换剂本身层内形成的阳离子交换层谱，利用水电离产生的H⁺离子自行再生失效阳离子交换剂，使水软化和部分除盐，它有别于使水彻底除盐用的电去离子除盐方法及所用的装置。软水装置可连续不间断地运行，只消耗电能，不消耗食盐及其他药剂与能源。本发明与现有技术相比，操作简单，使用方便，不消耗化学药剂，运行费用低，无人值守，自动化程度高，不提高水体含盐量，经济和环保效益都非常显著。

Description

电去离子软水方法及所用装置

技术领域

本发明涉及一种将电渗析和离子交换相互有机地结合在一起的软水方法及所用装置，可用它代替钠离子交换软水方法及其装置。

背景技术

电渗析是在直流电场的作用下，利用离子交换膜对溶液中离子的选择透过性，将水中的电解质溶质分离出来的一种膜分离除盐方法。用电渗析脱盐一般能除去原水含盐量的60％～95％，而在电渗析器出水残余盐分中，钙镁离子盐分仍占有一定的比例，结果使经电渗析处理的水的硬度依然超过低压锅炉水质标准GB 1576-1996所规定的水质标准，所以，经单独电渗析处理后的水，不能满足要求，必须采用离子交换方法作进一步的软化处理，才能将处理后的水作为低压锅炉的补给水使用。这样，水的软化处理要采用电渗析和离子交换的组合处理或单独的离子交换处理。

水的离子交换软化处理一般采用钠型阳离子交换法，其交换反应为

式中：R—强酸性阳离子交换剂母体骨架。

钠型强酸性阳离子交换剂失效后，要用氯化钠食盐溶液进行再生，使其恢复交换能力，再生时发生上述反应的逆反应。

为进行失效强酸性阳离子交换剂的再生，必须增设复杂的再生系统。再生操作繁琐，且大量排放废水，增大水体含盐浓度，污染环境。

我国现有50万台工业和供热锅炉，还有纺织洗染等行业，它们的用水大都采用钠离子交换软化法，所以每年消耗于再生的盐量相当大。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的不足和缺陷，提供一种电去离子软水方法及所用装置。它只消耗电能而不消耗食盐，无再生废水排放，不增加水体含盐浓度，而且还具有操作简单，使用方便，运行费用低等优点。

本发明所述的电去软水方法是按以下步骤实现的：

1.在前1～2级处理中进行一般电渗析初步除盐，使处理水的含盐量接近或达到发生电渗析极化现象的程度，以充分利用一般电渗析的作用。电渗析处理价廉，效率高。

2.在后1～2级处理中进行电去离子深度软化处理。此时，处理水中所含的电解质离子太少，已不能满足单纯电渗析导电的要求，借阳离子交换剂对阳离子的吸附作用，截留住阳离子并在阳离子交换剂上按吸附能力的大小形成阳离子交换层谱。阳离子交换剂对钙镁离子的吸附能力大于对钠离子的吸附能力，因此阳离子交换剂上层为钙镁离子所饱和。同时，在直流电场的作用下，发生离子的电渗析迁移。在平衡状态下，进入后1-2级处理的钙镁离子量应等于迁移出的钙镁离子量。最后，处理水中钙镁离子完全被除去，使水得到深度软化。

我国天然原水的含盐量一般在500mg/L以下，根据原水含盐量的高低和软水装置容量的大小及其它因素，可选取上述两个步骤或只选用后一步骤来进行电去离子软化处理。

进行电去离子软化处理时，电去离子软水器处在平衡状态下工作，即进入软水器处理水所含的钙镁离子量等于电渗析迁移出软水器(从浓水中流出)的钙镁离子量，也就是，进入阳离子交换剂的钙镁离子量等于迁移出阳离子交换剂的钙镁离子量，阳离子交换剂吸附的阳离子处在动平衡吸附状态。在一定的容量范围内，进入阳离子交换剂的钙镁量增加或减少时，阳离子交换剂上的钙镁吸附层将相应地自动增厚或减薄，阳离子交换剂层一直处于有效状态。

在欲处理水中所含的钙镁离子过多，超过软水器阳离子交换剂层的容量时，或有必要再生阳离子交换剂时，可利用水电离产生的H+离子来实现失效阳离子交换剂的自行再生。在电渗析过程出现浓差极化时，发生水的电离发生浓差极化的位置随机地分布在水溶液和阳离子交换剂颗粒或膜之间的界面上。水电离所产生的H+离子将失效的阳离子交换剂全部转为H型，使其重新具有吸附钙镁离子的能力。采用暂时减少或停止往淡水室送水，或提高膜间电压就可方便地自行再生。这种不定期进行的偶尔采用的阳离子交换剂的再生，只消耗少量电能，不用食盐，操作方便，再生时间很短，不会造成水体盐分污染。

根据上述电去离子软水方法，本发明所称的电去离子软水装置的特征是主要包括膜堆、电极装置和紧固装置三部分：膜堆是该软水装置的核心部分，位于整个装置的中间，呈板框型，它是由相应交替排列的浓、淡水室组成，在淡水室的阴、阳离子交换膜中装有强酸性阳离子交换剂填充物；电极装置位于膜堆的两端部外侧，由电极和极室组成，用来提供直流电场；紧固装置位于膜堆的两端部，由螺栓和压板组成，螺钉穿过整个装置，拧紧螺母，压板就压紧膜片和固定各室位置。

该软水装置的另一特征是：阳离子交换剂填充物为单一的强酸性阳离子交换剂(强酸性阳离子交换树脂均粒珠球或强酸性阳离子交换纤维及其制成品)。

附图说明

附图1为电去离子软水装置外观图。

附图2为三个膜对淡水室填充了强酸性阳离子交换树脂的示意图。

附图3为电去离子软水装置工作状态下的阳离子交换层谱。

具体实施方式

下面结合附图详细阐明了原理、装置结构及实例。

附图1是一个阴、阳膜交替排列组成的电去离子软水装置，它类似于一般的电渗析器，其特征是各淡水室内都填充有单一的强酸性阳离子交换树脂。该装置主要由膜堆5、电极装置6和紧固装置7三部分构成。膜堆的基本单元称为膜对，它由阴膜1、淡水隔板3、阳膜2、浓水隔板4各一张组成，构成一个浓水室和一个淡水室，在淡水室内填装有强酸性阳离子交换树脂8(附图2)。膜堆是由若于个膜对组合而成。

附图2是三个膜对的电去离子软水装置。

在一般的电渗析器用来除去水中电解质离子时，阳离子在外加电场作用下透过阳膜移向阴极，而阴离子则透过阴膜移向阳极，从而使淡水室处理水中电解质浓度降低，同时使浓水室排水中电解质浓度提高，实现了水的电渗析脱盐。当电渗析过程进行到处理水中电解质离子太少而发生极化过程时，由于水的电离作用急剧增强，使电渗析的效率降低，结果一般的电渗析无法将残留的少量电解质离子除去。

在电去离子软水装置中，填充在淡水室内的强酸性阳离子交换树脂，截留住少量钙镁离子，并以后靠电渗析将它们迁移至浓水室，实现了电去离子深度软化处理。附图3为电去离子软水装置工作状态下的阳离子交换层谱。按照阳离子交换树脂对阳离子吸附次序的前后，在阳离子交换树脂层上被吸附的各种离子相应地按吸附次序排列，上层为Fe³⁺，中层为Ca²⁺，下层为Na⁺。根据阳离子交换树脂层的工作状态，可分为失效层、工作层和保护层。失效层是指已被吸附离子饱和而不再具有交换能力的树脂层；工作层是指具有交换能力、正在工作的树脂层；保护层是指尚未参与工作、避免硬度离子发生穿透的树脂层。当保护层消失(即工作层移至最下层)时，就有可能发生硬度离子穿透过树脂层。为避免发生这种现象，必须进行树脂再生。利用水电离产生的H⁺离子，就可将树脂层全部转为H型，实现了树脂的自行再生。这种H型树脂层在转入工作状态时，由于水中含有大量Na⁺离子，又很快全部转为Na型，并出现附图3所示的阳离子交换层谱。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：采用电去离子软水方法及所用装置所消耗的仅是电能，不用食盐，正常状况下使用时，软水装置可连续运行；在有必要再生失效阳离子交换剂时，停止往淡水室送水或提高膜间电压就可以方便地自行再生。因此，本方法操作简单，使用方便，运行费用低，且不提高水体含盐量，经济和环保效益都非常显著。

Claims (3)

1.一种电去离子软水方法，其特征是：

(1)在一般电渗析器的淡水室内，填充有单一的强酸性阳离子交换剂，它截留吸附住水中所含的电解质阳离子，并按离子吸附能力的大小将它们分离开，在阳离子交换剂本身层内形成的阳离子交换层谱；

(2)水中钙镁离子受直流电场作用迁移出淡水室的数量应等于进入淡水室中所含钙镁离子的数量，达成电渗析迁移量与进入量之间的平衡状态，此时，该软水设备可连续运行；

(3)采用停止往淡水室送水和提高膜间电压的方法，使水的电离增强，这会产生大量的H⁺离子，它将已吸附各种阳离子的阳离子交换剂转为H型，实现了交换剂的自行再生；

(4)刚再生好的电去离子软水装置投运时，交换剂从原来H型转为Fe、Ca和Na型。

2.按权利要求1所述方法的电去离子软水装置，其特征是主要包括膜堆、电极装置和紧固装置三部分：膜堆是该软水装置的核心部分，位于整个装置的中间，呈板框型，它是由相应交替排列的浓、淡水室组成，在淡水室的阴、阳离子交换膜中装有强酸性阳离子交换剂填充物；电极装置位于膜堆的两端部外侧，由电极和极室组成；紧固装置位于膜堆的两端部，由螺栓和压板组成，螺钉穿过整个装置，拧紧螺母，压板就压紧膜片和固定各室位置。

3.按照权利2的所述的电去离子软水装置，其特征是淡水室内的强酸性阳离子交换剂填充物为单一的强酸性阳离子交换树脂均粒珠球或强酸性阳离子交换纤维及其制成品。

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