CN114988536A - 一种制备矿化水的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备矿化水的装置和方法。该装置包括纯水模块、矿化液模块和电渗析器。本发明中，将纯水通入电渗析器的浓室，将含有矿物质离子的水通入电渗析器的淡室。在电渗析器中淡室内的矿物质离子定向迁移进入浓室，从而实现将矿物质离子迁移至纯水中，制得含有矿物质的矿化水从浓室流出，被稀释的含矿物质离子的水从淡室流出，极水从阳极室和阴极室流出。通过本发明的技术方法，在电渗析器中实现矿物质离子往纯水中定向迁移，将纯水转化为含矿物质离子的矿化水，且矿化水中的矿物质离子的含量可以通过调节电渗析器电源的电压实现灵活控制，是一种制备安全和健康水的净水工艺。
Description
技术领域
本发明涉及水处理领域，特别涉及一种通过电渗析技术制备矿化水的装置和方法方法。
背景技术
当前净水领域提出了安全加健康的技术要求，净水中含有一定的矿物质更有利于饮用者的健康。制备含矿物水的技术主要有超滤、反渗透、矿化滤芯和电渗析技术。其中，超滤技术对水中的离子和小分子物质无去除效果，制得的产水中不仅包含矿物质，同时也保留有一些有害离子。反渗透技术可以将水中绝大部分有害物质去除，制备的产水接近纯净水，无法保留矿物质。矿化滤芯中含有矿化材料，矿化材料可以往流经的水中释放微量矿物质，但矿物质释放浓度与水在滤芯中的停留时间密切相关，且难以实现控制。
发明内容
本发明提供了一种制备矿化水的装置，能够解决上述现有技术问题中的一种或几种。
根据本发明的一个方面，提供了一种制备矿化水的装置，包括，
纯水模块，能够提供纯水；
矿化液模块，能够提供含矿物质的浓水；和，
电渗析器，包括淡室、浓室、阳极室和阴极室，浓室的一端与纯水模块相连接，淡室的一端、阳极室的一端以及阴极室的一端均与矿化液模块相连接，或者淡室的一端、阳极室的一端以及阴极室的一端均与纯水模块的浓水相连接。
本发明的有益效果是，将纯水通入电渗析器的浓室，将含有矿物质离子的水通入电渗析器的淡室。在电渗析器中淡室内的矿物质离子定向迁移进入浓室，从而实现将矿物质离子迁移至纯水中，制得含有矿物质的矿化水从浓室流出，被稀释的含矿物质离子的水从淡室流出，极水从阳极室和阴极室流出。通过调节电源的电压，可以实现电渗析器中离子迁移速率的调节，从而灵活调节电渗析器浓室流出的矿化水中矿物质离子的含量。
通过本发明的技术方法，在电渗析器中实现矿物质离子往纯水中定向迁移，将纯水转化为含矿物质离子的矿化水，且矿化水中的矿物质离子的含量可以通过调节电渗析器电源的电压实现灵活控制，是一种制备安全和健康水的净水工艺。
在一些实施方式中，电渗析器还包括阳极板、阴极板、n张阳离子交换膜、n张阴离子交换膜，n大于或等于2，阳极板与电源正极相连，阴极板与电源负极相连，阳离子交换膜和阴离子交换膜位于阳极板和阴极板之间，n张阳离子交换膜和n张阴离子交换膜交替排列，最外侧的一张阴离子交换膜与阳极板相邻设置，最外侧的一张阳离子交换膜与阴极板极板相邻设置，阴离子交换膜与阳离子交换膜之间构成浓室或者淡室，浓室为n-1个，淡室为n个，阴离子交换膜与阳极板之间形成阳极室，阳离子交换膜与阴极板之间形成阴极室。
其有益效果是，阴离子交换膜只能透过阴离子，不能透过阳离子。阳离子交换膜只能透过阳离子，不能透过阴离子。电渗析器的电源通电后，淡室内的阳离子往阴极迁移从而透过阳离子交换膜进入浓室中，阴离子往阳极迁移从而透过阴离子交换膜进入到浓室中。浓室中的阳离子往阴极迁移时被阴离子交换膜阻挡，阴离子往阳极迁移时被阳离子交换膜阻挡，因此浓室中的离子被阻挡在浓室内，从而浓室中的纯水由于得到了阴阳离子而变成含有矿物质的矿化水。
在一些实施方式中，电渗析器还包括2n+1张隔板，阳离子交换膜和阴离子交换膜之间通过隔板隔开，最外侧的一张阴离子交换膜与阳极板之间通过隔板隔开，最外侧的一张阳离子交换膜与阴极板极板之间通过隔板隔开。
其有益效果是，隔板作为支撑结构将阴离子交换膜与阳离子交换膜，以及阴离子交换膜与阳极板，阳离子交换膜与阴极板之间相互隔开，同时隔板内设有通道，构成阳极室、阴极室、淡室和浓室的流动通道。
在一些实施方式中，电渗析器还包括阳极室入口和阴极室入口，阳极室入口和阴极室入口均与矿化液模块相连接，或者阳极室入口和阴极室入口均与纯水模块的浓水相连接。
其有益效果是，矿化液模块出来的浓水或者纯水模块的浓水通过阳极室入口进入阳极室，通过阴极室入口进入阴极室。
在一些实施方式中，电渗析器还包括阳极室出口和阴极室出口。
其有益效果是，阳极室的极水从阳极室出口排出，阴极室的极水从阴极室出口排出。
在一些实施方式中，阳极室出口和阴极室出口均与矿化液模块相连接，或者直接外排。
其有益效果是，阳极室和阴极室排出的极水是含有一定矿物质的水，可流回矿化液模块回收利用，继续作为浓水使用，节能减排。
在一些实施方式中，还包括淡室入口、浓室入口、淡室出口和浓室出口，纯水模块的出口与浓室入口相连接，矿化液模块或者纯水模块的浓水与淡室入口相连。
其有益效果是，纯水由浓室入口进入浓室被矿化，然后从浓室出口流出。浓水由淡室入口进入淡室，经过离子交换后被稀释，然后通过淡室出口流出。
根据本发明的另一方面，还提供了一种矿化水的制备方法，包括：
A、制备纯水，通过纯水模块制备纯水并将纯水通入电渗析器的浓室；
B、将含有矿物质的浓水通入通入电渗析器的淡室、阳极室和阴极室；
C、制备矿化水，电渗析器的电源通电后，淡室内的阳离子往阴极迁移从而透过阳离子交换膜进入浓室中，阴离子往阳极迁移从而透过阴离子交换膜进入到浓室中，在电渗析器的淡室内浓水中的矿物质离子定向迁移进入浓室，从而实现将矿物质离子迁移至纯水中，制得含有矿物质的矿化水从浓室出口流出，被稀释的含矿物质离子的水从淡室出口流出，极水从阳极室出口和阴极室出口流出；电渗析器电源的电压可以为1V-36V。
在一些实施方式中，纯水模块由反渗透膜滤芯和增压泵构成，增压泵为反渗透膜滤芯提供制水动力，自来水通入反渗透膜滤芯处理制得浓水和纯水，纯水的电导率为4us/cm，纯水产水流量为0.2L/min，浓水流量为0.4L/min，浓水分别通入电渗析器的淡室、阳极室和阴极室，浓水中的0.3L/min流量部分通入电渗析器的淡室入口，浓水中的0.05L/min流量部分通入阳极室入口，剩余0.05L/min流量部分通入阴极室入口，纯水全部通入浓室入口。
其有益效果是，此时浓水由纯水模块制得，然后可储存于矿化液模块中，即可将矿化液模块看成是纯水模块的一部分或后续部分。
在一些实施方式中，选用钙含量为8～30wt％，镁1～8wt％，钾0.5～2％，钠0～1％，锶0.01～0.1wt％，硅0.01～0.5wt％，硒0～0.1％，氯50～80wt％，硫酸根0～15wt％，碳酸氢根0～2wt％的混合物作为矿物质原料，配置电导率为3000us/cm的矿化浓液，得到浓水；纯水来自纯水模块，纯水流量为0.2L/min。浓水分别通入电渗析器的淡室、阳极室和阴极室，浓水以0.3L/min流量通入电渗析器的淡室入口，分别以0.05L/min流量通入阳极室入口和阴极室入口，纯水以0.2L/min流量通入浓室入口。
其有益效果是，纯水由纯水模块制得，浓水由通过配制储存在矿化液模块中。
附图说明
图1为纯水制备模块与电渗析矿化模块组合工艺流程图。
图2为矿化液配置模块与电渗析矿化模块组合工艺流程图。
图3电渗析矿化模块进行矿化的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
图1-3示意性地显示了根据本发明的一种制备矿化水702的装置和方法。如图所示，该装置包括纯水模块100、矿化液模块600和电渗析器200。纯水模块100用于提供纯水102。矿化液模块600用于提供含矿物质的浓水103。电渗析器200包括淡室501、浓室500、阳极室302和阴极室303，浓室500的一端与纯水模块100相连接，淡室501的一端、阳极室302的一端以及阴极室303的一端均与矿化液模块600相连接，或者淡室501的一端、阳极室302的一端以及阴极室303的一端均与纯水模块100的浓水103相连接。
本发明中，将纯水102通入电渗析器200的浓室500，将含有矿物质离子的水通入电渗析器200的淡室501。在电渗析器200中淡室501内的矿物质离子定向迁移进入浓室500，从而实现将矿物质离子迁移至纯水102中，制得含有矿物质的矿化水702从浓室500流出，被稀释的含矿物质离子的水701从淡室501流出，极水703从阳极室302和阴极室303流出。通过调节电源的电压，可以实现电渗析器200中离子迁移速率的调节，从而灵活调节电渗析器200浓室500流出的矿化水702中矿物质离子的含量。
通过本发明的技术方法，在电渗析器200中实现矿物质离子往纯水102中定向迁移，将纯水102转化为含矿物质离子的矿化水702，且矿化水702中的矿物质离子的含量可以通过调节电渗析器200电源的电压实现灵活控制，是一种制备安全和健康水的净水工艺。
如图3所示，电渗析器200上设有淡室入口202、浓室入口201、淡室出口204和浓室出口203，纯水模块100的出口与浓室入口201相连接，矿化液模块600或者纯水模块100的浓水103与淡室入口202相连。从而，纯水102由浓室入口进入浓室500被矿化，然后从浓室出口203流出。浓水103由淡室入口202进入淡室501，经过离子交换后被稀释，然后通过淡室出口204流出。
如图3所示，电渗析器200上还设有阳极室入口205和阴极室入口206，阳极室入口205和阴极室入口206均与矿化液模块600或者纯水模块100的浓水103相连接。矿化液模块出来的浓水103或者纯水模块100的浓水103通过阳极室入口205进入阳极室302，通过阴极室入口206进入阴极室303。
如图3所示，电渗析器200还包括阳极室出口207和阴极室出口208。阳极室302的极水703从阳极室出口207排出，阴极室303的极水703从阴极室出口208排出。
如图2和3所示，为了节约资源，阳极室出口207和阴极室出口208均与矿化液模块600相连接。从而，阳极室302和阴极室303排出的极水703是含有一定矿物质的水，可流回矿化液模块600回收利用，继续作为浓水103使用，节能减排。
电渗析器200还包括阳极板300、阴极板301、n张阳离子交换膜400、n张阴离子交换膜401，n大于或等于2，阳极板300与电源正极相连，阴极板301与电源负极相连，阳离子交换膜400和阴离子交换膜401位于阳极板300和阴极板301之间，n张阳离子交换膜400和n张阴离子交换膜401交替排列，最外侧的一张阴离子交换膜401与阳极板300相邻设置，最外侧的一张阳离子交换膜400与阴极板301极板相邻设置，阴离子交换膜401与阳离子交换膜400之间构成浓室500或者淡室501，浓室500为n-1个，淡室501为n个，阴离子交换膜401与阳极板300之间形成阳极室302，阳离子交换膜400与阴极板301之间形成阴极室303。
阴离子交换膜401只能透过阴离子，不能透过阳离子。阳离子交换膜400只能透过阳离子，不能透过阴离子。电渗析器200的电源通电后，淡室501内的阳离子往阴极迁移从而透过阳离子交换膜400进入浓室500中，阴离子往阳极迁移从而透过阴离子交换膜401进入到浓室500中。浓室500中的阳离子往阴极迁移时被阴离子交换膜401阻挡，阴离子往阳极迁移时被阳离子交换膜400阻挡，因此浓室500中的离子被阻挡在浓室500内，从而浓室500中的纯水102由于得到了阴阳离子而变成含有矿物质的矿化水702。
电渗析器200还包括2n+1张隔板，阳离子交换膜400和阴离子交换膜401之间通过隔板隔开，最外侧的一张阴离子交换膜401与阳极板300之间通过隔板隔开，最外侧的一张阳离子交换膜400与阴极板301之间通过隔板隔开。
隔板作为支撑结构将阴离子交换膜401与阳离子交换膜400，以及阴离子交换膜401与阳极板300，阳离子交换膜400与阴极板301之间相互隔开，同时隔板内设有通道，构成阳极室302、阴极室303、淡室501和浓室500的流动通道。
实施例一
一种矿化水的制备方法，采用图1所示装置来完成，具体包括以下步骤：
第1步，准备一个纯水模块100，纯水模块100由1支TW30-1812-75反渗透膜滤芯和1台300加仑的增压泵构成，增压泵为反渗透膜滤芯提供制水动力。如图3所示，一个尺寸为20cm*10cm*5cm(长*宽*高)的电渗析器200，电渗析器200包含10张阳离子交换膜400，10张阴离子交换膜401，21张隔板，1张阳极板300，1张阴极板301，共有10个淡室501，9个浓室500，1个阳极室302，1个阴极室303。
第2步，电导率为120us/cm的自来水，即原水101通入反渗透膜滤芯处理制得电导率为180us/cm的浓水103和电导率为4us/cm的纯水102，纯水102产水流量为0.2L/min，浓水103流量为0.4L/min。浓水103分别通入电渗析器的淡室501、阳极室302和阴极室303，浓水103中的0.3L/min流量部分通入电渗析器200的淡室入口202，浓水103中的0.05L/min流量部分通入阳极室入口205，剩余0.05L/min流量部分通入阴极室入口206，纯水102全部通入浓室入口201。
第3步，电渗析器200的电源通电后，淡室501内的阳离子往阴极迁移从而透过阳离子交换膜400进入浓室500中，阴离子往阳极迁移从而透过阴离子交换膜401进入到浓室500中。在电渗析器的淡室501内浓水103中的矿物质离子定向迁移进入浓室500，从而实现将矿物质离子迁移至纯水102中，制得含有矿物质的矿化水702从浓室出口203流出，被稀释的含矿物质离子的水701从淡室出口204流出，极水703从阳极室出口207和阴极室出口208流出。
通过调节电渗析器200电源的电压可以制备电导率不同的矿化水702。当电压为5V时，浓室出口203流出的矿化水702的电导率为22us/cm。当电压为2V时，矿化水702的电导率为10us/cm。
实施例二
一种矿化水的制备方法，采用图2所示装置来完成，具体包括以下步骤：
第1步，准备一个单独的矿化液模块600，包含有一个容积为500mL的矿化液储罐601。一个尺寸为20cm*10cm*5cm(长*宽*高)的电渗析器200，电渗析器200包含10张阳离子交换膜400，10张阴离子交换膜401，21张隔板，1张阳极板300，1张阴极板301，共有10个淡室501，9个浓室500，1个阳极室302，1个阴极室303。
第2步，选用钙25wt％、镁5wt％、钾1％、锶0.03wt％、硅0.2wt％、硒0.01％、氯64.76wt％、硫酸根2％和碳酸氢根2％的混合物作为矿物质原料，配置电导率为3000us/cm的矿化浓液，即得到浓水103。纯水102来自纯水制备模块100，纯水102流量为0.2L/min。浓水103分别通入电渗析器的淡室501、阳极室302和阴极室303，浓水103以0.3L/min流量通入电渗析器200的淡室入口202，分别以0.05L/min流量通入阳极室入口205和阴极室入口206，纯水102以0.2L/min流量通入浓室入口201。
第3步，电渗析器200的电源通电后，淡室501内的阳离子往阴极迁移从而透过阳离子交换膜400进入浓室500中，阴离子往阳极迁移从而透过阴离子交换膜401进入到浓室500中。在电渗析器的淡室501内浓水103中的矿物质离子定向迁移进入浓室500，从而实现将矿物质离子迁移至纯水102中，制得含有矿物质的矿化水702从浓室出口203流出，被稀释的含矿物质离子的水701从淡室出口204流出，极水703从阳极室出口207和阴极室出口208流出。
通过调节电渗析器200电源的电压可以制备电导率不同的矿化水702。当电压为4V时，浓室出口203流出的矿化水702的电导率为50us/cm。当电压为2V时，矿化水702的电导率为27us/cm。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种制备矿化水的装置，其特征在于，包括，
纯水模块(100)，能够提供纯水(102)；
矿化液模块(600)，能够提供含矿物质的浓水(103)；和，
电渗析器(200)，包括淡室(501)、浓室(500)、阳极室(302)和阴极室(303)，所述浓室(500)的一端与所述纯水模块(100)相连接，所述淡室(501)的一端、阳极室(302)的一端以及阴极室(303)的一端均与所述矿化液模块(600)相连接，或者所述淡室(501)的一端、阳极室(302)的一端以及阴极室(303)的一端均与纯水模块(100)的浓水(103)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种制备矿化水的装置，其特征在于，所述电渗析器(200)还包括阳极板(300)、阴极板(301)、n张阳离子交换膜(400)、n张阴离子交换膜(401)，n大于或等于2，所述阳离子交换膜(400)和阴离子交换膜(401)位于所述阳极板(300)和阴极板(301)之间，n张所述阳离子交换膜(400)和n张所述阴离子交换膜(401)交替排列，最外侧的一张阴离子交换膜(401)与所述阳极板(300)相邻设置，最外侧的一张阳离子交换膜(400)与所述阴极板(301)极板相邻设置，所述阴离子交换膜(401)与所述阳离子交换膜(400)之间构成浓室(500)或者淡室(501)，所述浓室(500)为n-1个，所述淡室(501)为n个，所述阴离子交换膜(401)与所述阳极板(300)之间形成阳极室(302)，所述阳离子交换膜(400)与所述阴极板(301)之间形成阴极室(303)。
3.根据权利要求2所述的一种制备矿化水的装置，其特征在于，所述电渗析器(200)还包括2n+1张隔板，所述阳离子交换膜(400)和所述阴离子交换膜(401)之间通过所述隔板隔开，最外侧的一张阴离子交换膜(401)与所述阳极板(300)之间通过所述隔板隔开，最外侧的一张阳离子交换膜(400)与所述阴极板(301)极板之间通过所述隔板隔开。
4.根据权利要求2所述的一种制备矿化水的装置，其特征在于，所述电渗析器(200)还包括阳极室入口(205)和阴极室入口(206)，所述阳极室入口(205)和阴极室入口(206)均与所述矿化液模块(600)相连接，或者所述阳极室入口(205)和阴极室入口(206)均与纯水模块的浓水(103)相连接。
5.根据权利要求2所述的一种制备矿化水的装置，其特征在于，所述电渗析器(200)还包括阳极室出口(207)和阴极室出口(208)。
6.根据权利要求5所述的一种制备矿化水的装置，其特征在于，所述阳极室出口(207)和阴极室出口(208)均与所述矿化液模块(600)相连接，或者所述阳极室出口(207)和阴极室出口(208)均直接连接外排水管。
7.根据权利要求1所述的一种制备矿化水的装置，其特征在于，所述电渗析器(200)还包括淡室入口(202)、浓室入口(201)、淡室出口(204)和浓室出口(203)，所述纯水模块(100)的出口与所述浓室入口(201)相连接，所述矿化液模块(600)的出口或者纯水模块的浓水(103)出口与所述淡室入口(202)相连。
8.如权利要求1-7任一项所述的矿化水的制备方法，其特征在于，包括：
A、制备纯水，通过纯水模块(100)制备纯水并将纯水通入电渗析器(200)的浓室(500)；
B、将含有矿物质的浓水(103)通入电渗析器的淡室(501)、阳极室(302)和阴极室(303)；
C、制备矿化水，电渗析器(200)的电源通电后，淡室(501)内的阳离子往阴极迁移从而透过阳离子交换膜(400)进入浓室(500)中，阴离子往阳极迁移从而透过阴离子交换膜(401)进入到浓室(500)中，在电渗析器的淡室(501)内浓水(103)中的矿物质离子定向迁移进入浓室(500)，从而实现将矿物质离子迁移至纯水(102)中，制得含有矿物质的矿化水(702)从浓室出口(203)流出，被稀释的含矿物质离子的水(701)从淡室出口(204)流出，极水(703)从阳极室出口(207)和阴极室出口(208)流出；电渗析器电源的电压可以为1V-36V。
9.根据权利要求8所述的一种制备矿化水的方法，其特征在于，所述纯水模块(100)由反渗透膜滤芯和增压泵构成，所述增压泵为反渗透膜滤芯提供制水动力，自来水通入反渗透膜滤芯处理制得浓水(103)和纯水(102)，纯水的电导率为1～80us/cm，纯水(102)产水流量为0.1～8L/min，浓水(103)流量为0.1～10L/min，浓水(103)分别通入电渗析器(200)的淡室(501)、阳极室(302)和阴极室(303)，浓水(103)中的70％～85％流量部分通入电渗析器(200)的淡室入口(202)，浓水(103)中的10％～15％流量部分通入阳极室入口(205)，剩余部分通入阴极室入口(206)，纯水(102)全部通入浓室入口(201)。
10.根据权利要求8所述的一种制备矿化水的方法，其特征在于，选用钙8～30wt％、镁1～8wt％，钾0.5～2％，钠0～1％，锶0.01～0.1wt％，硅0.01～0.5wt％，硒0～0.1％，氯50～80wt％，硫酸根0～15wt％，碳酸氢根0～2wt％的混合物作为矿物质原料，配置电导率为500～40000us/cm的矿化浓液，得到浓水(103)；纯水(102)来自纯水模块(100)，纯水(102)流量为0.1～8L/min；浓水分别通入电渗析器(200)的淡室(501)、阳极室(302)和阴极室(303)，浓水以0.1～10L/min流量通入电渗析器(200)的淡室入口(202)，分别以0.02～2L/min流量通入阳极室入口(205)和阴极室入口(206)，纯水(102)以0.1～8L/min流量通入浓室入口(201)。
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