CN1172077A - 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有装置,涉及一种将电渗析和离子交换相互有机地结合在一起的脱盐—软化净水方法及所用装置。其特点是这种方法及装置仅消耗电能,不用食盐,正常情况下使用时,软水装置可连续运行,不必再生,在特殊情况下有必要再生时,可利用水电离产生的H⁺离子很方便地自行再生。本发明与现有技术相比,操作简单,使用方便,运行费用低,便于实现自动化,且不提高水体含盐量,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

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脱盐-软化净水方法及所用装置，可用它代替钠离子交换软水方法及其装置。

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脱盐方法。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 1576-96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-阳离子交换剂母体骨架。

钠型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。

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脱盐，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，借离子交换剂对离子的吸附作用，截留住离子并在离子交换剂上按吸附能力的大小形成离子交换层谱。对钙镁离子的吸附能力大于对钠离子的吸附能力，因此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。

在正常状况下，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，进入离子交换剂的钙镁离子量等于迁移出离子交换剂的钙镁离子量，离子交换剂吸附的离子处在动平衡吸附状态。在一定的容量范围内，进入离子交换剂的钙镁量增加或减少时，离子交换剂上的钙镁吸附层将相应地自动增厚或减薄，离子交换剂层一直处于有效状态，不必再生。

在欲处理水中所含钙镁离子过多，超过软水器离子交换剂层的容量时，或在特殊情况下离子交换剂有必要再生时，可利用水电离产生H⁺离子来实现失效离子交换剂的自行再生。在电渗析过程出现浓差极化时，会发生水的电离。发生浓差极化的位置随机地分布在水溶液和离子交换剂颗粒或膜之间的界面上。水电离产生的H⁺离子将失效的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。采用暂时停止向淡水室送水或提高膜间电压，就可以很方便地实现失效离子交换剂的自行再生。这种不定期进行的偶尔采用的离子交换换剂的再生，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是通过以下技术方案实现的：它主要包括膜堆、电极装置和夹紧装置三部分。膜堆是该软水装置的核心部分，它是由浓、淡水隔板和阴、阳离子交换膜交替排列组成，从而形成了相应交替排列的浓、淡水室，在淡水室中装有离子交换填充物。该软水装置的特征是：离子交换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离子交换层谱。

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阳离子交换树脂。该装置主要由膜堆5，电极装置6和夹紧装置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，在淡水室内填装有阳离子交换树脂8(附图2)。膜堆是由若干个膜对组合而成。附图2就是三个膜对的电去离子软水装置。

在一般的电渗析器用来脱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、避免要除去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，就有可能发生要除去的离子穿透过树脂层。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，软水装置不必再生，可连续运行；在特殊情况下有必要再生时，停止往淡水室送水或提高膜间电压就可方便地自行再生。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，并按离子吸附能力大小将它们分离开，在离子交换剂本身层内形成离子交换层谱。

(2)在正常情况下，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，该软水装置可连续运行，不需再生。

(3)在特殊情况下有必要再生时，采用停止往淡水室送水或提高膜间电压的办法，使水的电离增强。这会产生大量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，交换剂从原来的H型转为Fe、Ca和Na型。一旦建立起这样的离子交换层谱，该软水装置就转入正常工况。

2.按照权利要求1所述方法的电去离子软水装置主要包括膜堆、电极装置和夹紧装置三部分。膜堆是该软水装置的核心部分，它是由浓、淡水隔板和阴、阳离子交换膜交替排列组成，从而形成了相应交替排列的浓、淡水室，在淡水室中装有离子交换填充物。

3.按照权利要求2的所述的电去离子软水装置，其特征是淡水室内的离子交换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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