CN114262035B - 一种连续电除盐系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种连续电除盐系统和方法，包括给水箱和至少两套连续电除盐装置，连续电除盐装置包括给水泵、保安过滤器以及电除盐膜块；其中，给水箱出口与每套连续电除盐装置的给水泵入口相连，给水泵出口与保安过滤器的进口相连，保安过滤器的出口与电除盐膜块相连。本发明通过设置多套连续电除盐装置，将电除盐膜块运行初期电导率不达标的排水收集至给水箱，处理后的极水回到给水箱，提高了系统总回收率，节约了预处理系统的制水成本。本发明能够提高系统的抗水锤冲击能力和加强抗氧化能力，并具有自适应浓水压力调节和膜块电流调节及其他保护功能等，从而提高设备的使用寿命，具有重要的经济效益。

Description

一种连续电除盐系统和方法

技术领域

本发明属于水处理领域，具体涉及一种连续电除盐系统和方法。

背景技术

连续电除盐是在离子交换膜之间填充阴阳树脂，通过外加直流电场的作用达到连续深度脱盐的一种离子分离技术。在离子分离过程中，离子交换树脂起到离子传递的过渡作用，离子分别透过选择性离子交换膜，进行分离，而离子交换树脂在水解离作用下进行再生，保证了离子交换树脂的连续工作，是一种融合了离子交换技术和电渗析技术的新型离子分离技术。这种技术很好的解决了浓差极化导致的脱盐率下降及化学再生所产水环境污染的问题。该技术具有产水率高、占地面积小、无酸碱废液产生、可以连续运行且运行费用较低等特点，在火电厂除盐水系统中广泛应用。

目前国内火电厂连续电除盐系统设计主要存在以下问题：1)系统设计均为母管制(母管制为多台给水泵同时给多套电除盐装置的供水的一种连接方式，与单元制相反)，多套电除盐模块共用给水泵且多为间断运行，产品水水量变化较大，频繁的启停给水泵，形成的水锤冲击电除盐膜块，导致隔板及膜片等破裂，设备损坏无法使用；2)系统运行过程中，极水室由于流量小，一般为0.5％～1％，导致氯气和氧气在阳极室的停留时间较长，往往会加速阳极室树脂和离子交换膜的腐蚀和氧化，缩短整个膜块的使用寿命；另外，极水室与淡水室进水和为同一进水，无法对极水室的进水进行调节；3)极水室电流产生的热量不能及时排出，造成极水室的温度偏高，也加快树脂和离子交换膜的老化，且缺乏相应的温度敏感元件保护控制，同样淡水室和浓水室也会存在此类问题；4)连续电除盐要求产品水压力比浓水压力高0.35bar左右，防止浓水渗入淡水室，目前电除盐工程均无此自动调节功能，往往需要依靠人工调整，存在调整不及时和误差较大问题；5)目前，火电厂的电除盐装置自投产后电流基本不调整，厂家提供调整的数值范围较大，不利于系统运行维持在最佳电流范围内。一般当系统出力、出水电导出现较大下降时才进行人工调整，一方面人工调整偏差较大，另一方面由于调整不及时容易出现膜块损坏等问题。

基于连续电除盐系统存在的上述问题，亟需开发一种新型的连续电除盐系统。

发明内容

本发明的目的在于提出一种连续电除盐系统和方法，解决目前电除盐系统存在的上述问题，能够提高连续电除盐系统提高抗水锤能力、抗氧化能力和自适应调节保护能力，具有离子交换树脂、交换膜等部件使用寿命长和自适应调节能力强等特点。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种连续电除盐系统，包括给水箱和至少两套连续电除盐装置，连续电除盐装置包括给水泵、保安过滤器以及电除盐膜块；其中，给水箱出口与每套连续电除盐装置的给水泵入口相连，给水泵出口与保安过滤器的进口相连，保安过滤器的出口与电除盐膜块相连。

进一步的，电除盐膜块包括阳极和阴极，阳极一侧设置有阳极室，阴极一侧设置有阴极室，阳极室和阴极室之间设置有若干淡水室和浓水室，并且淡水室和浓水室间隔设置。

进一步的，淡水室和浓水室之间设置有阳离子交换膜和阴离子交换膜。

进一步的，淡水室内设置有在线pH计和电流自适应调节控制单元。

进一步的，阳极室、阴极室和淡水室内设置有温度敏感元件。

进一步的，阳极室上设置有极水进水口和极水出水口，阴极室上设置有极水进水口和极水出水口，淡水室上设置有淡水进水口和产水出口，浓水室上设置有浓水进水口和浓水出口。

进一步的，极水出口的极水排放量为产水量的2％～3％。

进一步的，保安过滤器的出口分为三路，分别为第一路、第二路与第三路，第一路经极水进水管与极水进水口相连，极水出口经极水出水管连接有侧向流排气装置，侧向流排气装置与给水箱相连；第二路经淡水进水管与淡水进水口相连，产水出口与产水管入口相连，产水管出口分为两路，一路与给水箱相连，另一路与产水管路相连；第三路经浓水进水管与浓水进水口相连，浓水出口经浓水出水管连接有预处理单元；浓水进水管上设置有自适应调节阀。

一种基于上述系统的连续电除盐方法，给水箱中原水通过给水泵进入保安过滤器，保安过滤器出水分三路进入电除盐膜块，原水中阴阳离子在阳极和阴极的电流的作用下，分别通过阴离子交换膜和阳离子交换膜，分别向浓水室迁移，电除盐膜块产水输送至除盐水箱，浓水回收，极水经排气处理装置后再返回到给水箱。

进一步的，阳极和阴极的电流根据下式计算：

式中γ-流量比例系数；

κ-进水电导；

α-安全系数；

R₁-阳膜电阻；

R₂-阴膜电阻；

R₃-淡水室浓水室树脂电阻；

R₄-极水室树脂电阻；

F-法拉第常数；

ε-水解离系数；

β-安全系数。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：

本发明通过设置多套连续电除盐装置，将电除盐膜块运行初期电导率不达标的排水收集至给水箱，处理后的极水回到给水箱，提高了系统总回收率，节约了预处理系统的制水成本。本发明能够提高系统的抗水锤冲击能力和加强抗氧化能力，并能实时自适应调节和保护功能，从而提高设备的使用寿命，具有重要的经济效益。

进一步的，本发明对电除盐系统的进水方式进行优化，设计为单元制，可有效减少给水泵频繁启停过程中对电除盐膜块的水锤冲击，提高系统运行稳定性和膜块使用寿命。

进一步的，本发明对电除盐膜块进水口进行改进，通过设置单独的极水进出口，提高极水排放流量，缩短了阳极产生的氧气及氯气在阳极室的停留时间，缓解电除盐装置离子交换膜和树脂的氧化速率；

进一步的，本发明通过在浓水进水端设置自适应调节阀，可以实现浓水进水压力自适应调节，减少人工调节的偏差；

进一步的，本发明在连续电除盐模块的阴极和阳极分别设置温度敏感元件，并与控制系统进行连锁，能够实现电除盐膜块的自动断电保护，减少电除盐膜块的损坏，同样在中间淡水室和浓水室也设置有温度敏感元件。

进一步的，本发明设置有电流自适应调节控制单元，通过电除盐膜块的进水流量、电导和淡水pH计实时修正电除盐装置的电流，能够有效控制电流大小，促进水解离，提高树脂再生的速度。

附图说明

图1为本发明的一种连续电除盐系统的流程示意图。

图2为电除盐膜块的结构示意图。

图3为温度敏感原件位置示意图。

图中，1-给水箱，2-给水泵，3-保安过滤器，4-电除盐膜块，5-侧向流排气装置，6-淡水进水管，7-浓水进水管，8-自适应调节阀，9-极水进水管，10-产水管，11-浓水出水管，12-极水出水管，13-阳极，14-阳极室，15-阳离子交换膜，16-浓水室，17-阴离子交换膜，18-淡水室，19-阴极，20-阴极室，21-温度敏感原件。

具体实施方式

下面结合附图对本系统作进一步详细描述。

参见图1，本发明所述的一种连续电除盐系统，主要包括给水箱1和至少两套连续电除盐装置，连续电除盐装置包括给水泵2、保安过滤器3、电除盐膜块4、侧向流排气装置5、淡水进水管6、浓水进水管7、自适应调节阀8、极水进水管9、产水管10、浓水出水管11以及极水出水管12。给水箱1与每套连续电除盐装置均相连。

其中，给水箱1出口与每套连续电除盐装置的给水泵2通过与保安过滤器3的进口相连，保安过滤器3的出口与电除盐膜块4相连。

具体的，参见图2，所述电除盐膜块4内部包括阳极13、阳极室14、阳离子交换膜15、浓水室16、阴离子交换膜17、淡水室18、阴极19和阴极室20，阳极室14和阴极室20上均设置有极水进水口和极水出水口，淡水室18上设置有淡水进水口和产水出口，浓水室16上设置有浓水进水口和浓水出口。

优选的，极水出口的极水排放量设计为产水量的2％～3％。

保安过滤器3的出口分为三路，一路经极水进水管9与电除盐膜块4的极水进水口相连，电除盐膜块4的极水出口经极水出水管12与侧向流排气装置5相连，气体通过排气装置5顶部管道排至户外大气，极水通过排气处理装置5底部管道回收至给水箱1中，极水回收利用，增加系统的总回收率。保安过滤器3的出口第二路经淡水进水管6与电除盐膜块4淡水室的淡水进水口相连，电除盐膜块4淡水室的产水出口与产水管10入口相连，产水管10出口分为两路，一路与给水箱1相连，主要用于电除盐膜块运行初期装置内部存水的回收利用，另一路与产水管路相连。保安过滤器3的出口的第三路经浓水进水管7与电除盐膜块4的浓水进水口相连，电除盐膜块4浓水室的浓水出口经浓水出水管11回到预处理单元。

淡水室内设置有在线pH计和电流自适应调节控制单元。成套连续电除盐装置设置有电气整流柜，每个电除盐膜块都设置有电压和电流的输出调节装置。当系统投运时，控制系统根据淡水室的在线pH值和进水电导值及流量比例，通过公式1计算出来电流a1，与刚开始运行的电流a2自动比对，通过电压的自动积分调节，使a2-a1的绝对值接近0.05-0.1A。

浓水进水管7上设置有自适应调节阀8，用于调节进水压力，保证浓水压力低于产品水压力0.35～0.45bar。

参见图3，阳极室、阴极室和中间的淡水室分别设置有温度敏感元件21，并与控制系统连锁设计，并与控制系统进行连锁，温度高于设定值时自动断电，保护电除盐膜块4。

电除盐膜块浓水进水管道上设置自适应调节阀，使浓水压力比产品水压力低0.35-0.45bar。

淡水室和浓水室之间设置有阳离子交换膜15和阴离子交换膜17。

本发明的工作过程为：给水箱1中原水通过给水泵2进入保安过滤器3，通过保安过滤器3去除水中细小微粒及悬浮物，保安过滤器3出水分三路(淡水进水、浓水进、极水进)进入电除盐膜块4，其中，浓水进水管7上设置的自适应调节阀8，可以自动调节浓水进水压力，保证浓水进水压力低于进水压力0.35-0.45bar。电除盐膜块4进水中的需要去除的离子通过在电除盐膜块4的淡水室中，将它们与水电离产生的H⁺和OH^-发生置换，将其吸附在离子交换树脂上，然后通过电除盐膜块4的阳极室内的两侧阳极和阴极产生的直流电场作用下将这些离子输送至浓水室中。

系统启动运行初期，电除盐膜块4产水通过产水管10回收至给水箱1，当电除盐膜块4产水电导率达标后直接输送至除盐水箱，电除盐膜块4浓水通过浓水出水管11回收至预处理单元。在这个过程中，阳极产生原子态氧、O₂和Cl₂，阴极产生H₂，产生的气体通过极水从电除盐膜块4内部带出，通过极水出水管12连接至排气处理装置5，利用排气处理装置5将极水中的有害气体(O₂、Cl₂、H₂)排至户外大气，极水回收至给水箱1中。

系统运行过程中，对电除盐膜块4电流调节与控制，具体的，通过监测电除盐膜块4的进水电导以及电除盐膜块4的淡水室的pH值反馈至控制系统，可以对电除盐膜块4的电流进行实时修正与调整。

具体的，电除盐膜块4的阳极和阴极的电流可根据下式进行计算：

式中γ-流量比例系数；

κ-进水电导us/cm；

α-安全系数，1.0-2.0；

R₁-阳膜电阻；

R₂-阴膜电阻；

R₃-淡水室浓水室树脂电阻；

R₄-极水室树脂电阻；

F-法拉第常数；

ε-水解离系数，与电压有关；

β-安全系数,1.0-1.5；

优选的，进水流量为5m³/h，γ＝1(满负荷运行)，进水电导为15us/cm，α＝1.4；R₁＝75Ω；R₂＝73Ω；R₃＝0.3Ω；R₄＝0.06Ω；10^-pH＝10^-6.5；F＝26.8A·h/mol；ε＝10^5.2；β＝1.15；初步运行的电压为150V，计算出电流I＝0.47+1.54＝2.0A，根据计算值2.0A自动调整每个电除盐膜块4的电流。

同时，电除盐膜块4设置的温度敏感元件自动保护装置，系统运行过程中当温度敏感元件监测值超过设定的报警值时系统自动断电，保护电除盐膜块4。

给水泵2与电除盐膜块4为单元制设计(单元制为1台给水泵仅对1套电除盐装置供水的一种连接方式，与母管制相反)，每套电除盐装置的保安过滤器3前设置1台给水泵3，自动变频调节，启动和停机时间不小于60s，大大减少水锤的冲击力。

一种基于上述系统的连续电除盐方法为：给水箱1中原水通过给水泵2进入保安过滤器3，保安过滤器3出水分三路进入电除盐膜块4，需要去除阴阳离子的原水在电流的作用下，阴阳离子分别通过阴离子交换膜17和阳离子交换膜15，分别向浓水室16迁移，从而降低淡水室水中的阴阳离子总数产出除盐水。电除盐膜块4产水输送至除盐水箱等后续用水设备，浓水回到前预处理单元，回收利用。利用排气处理装置5将极水中的有害气体排至户外大气，再返回到给水箱1，重新利用。

本发明的系统运行稳定性好、离子交换树脂及离子交换膜使用寿命长、自适应调节能力强，可以代替现有进口的连续电除盐系统，降低系统造价和维护成本。

以上所述仅是本发明的实施步骤的举例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种连续电除盐系统，其特征在于，包括给水箱（1）和至少两套连续电除盐装置，连续电除盐装置包括给水泵（2）、保安过滤器（3）以及电除盐膜块（4）；其中，给水箱（1）出口与每套连续电除盐装置的给水泵（2）入口相连，给水泵（2）出口与保安过滤器（3）的进口相连，保安过滤器（3）的出口与电除盐膜块（4）相连；

阳极室（14）上设置有极水进水口和极水出水口，阴极室（20）上设置有极水进水口和极水出水口，淡水室（18）上设置有淡水进水口和产水出口，浓水室（16）上设置有浓水进水口和浓水出口；

保安过滤器（3）的出口分为三路，分别为第一路、第二路与第三路，第一路经极水进水管（9）与极水进水口相连，极水出口经极水出水管（12）连接有侧向流排气装置（5），侧向流排气装置（5）与给水箱（1）相连；第二路经淡水进水管（6）与淡水进水口相连，产水出口与产水管（10）入口相连，产水管（10）出口分为两路，一路与给水箱（1）相连，另一路与产水管路相连；第三路经浓水进水管（7）与浓水进水口相连，浓水出口经浓水出水管（11）连接有预处理单元；浓水进水管（7）上设置有自适应调节阀（8）；

电除盐膜块（4）包括阳极（13）和阴极（19），阳极（13）一侧设置有阳极室（14），阴极（19）一侧设置有阴极室（20），阳极室（14）和阴极室（20）之间设置有若干淡水室和浓水室，并且淡水室和浓水室间隔设置；

淡水室和浓水室之间设置有阳离子交换膜（15）和阴离子交换膜（17）；

淡水室内设置有在线pH计和电流自适应调节控制单元；

阳极室、阴极室和淡水室内设置有温度敏感元件；

极水出口的极水排放量为产水量的2%~3%。

2.一种基于权利要求1所述系统的连续电除盐方法，其特征在于，给水箱（1）中原水通过给水泵（2）进入保安过滤器（3），保安过滤器（3）出水分三路进入电除盐膜块（4），原水中阴阳离子在阳极和阴极的电流的作用下，分别通过阴离子交换膜（17）和阳离子交换膜（15），分别向浓水室（16）迁移，电除盐膜块（4）产水输送至除盐水箱，浓水回收，极水经侧向流排气装置（5）后再返回到给水箱。

3.一种根据权利要求2所述的连续电除盐方法，其特征在于，阳极和阴极的电流根据下式计算：

式中

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