CN1251981C

CN1251981C - 弱碱性高纯饮用水工业化生产方法及设备

Info

Publication number: CN1251981C
Application number: CN 200410010031
Authority: CN
Inventors: 唐战和; 韩玲; 唐亮
Original assignee: 唐战和
Priority date: 2004-01-14
Filing date: 2004-01-14
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2024-01-14
Also published as: CN1557748A

Abstract

一种弱碱性高纯饮用水工业化生产方法及设备，是将传统的做为初级提纯设备的电渗析器通过改造担负终极提纯设备，将钠离子交换器置于电渗析处理之前并通过阳离子交换器调整电渗析进水的pH值。通过生产方法和设备的改造，在有效减少金属离子在膜堆中的沉积结垢，保证电渗析器在极限电流附近工作，提高水的提纯纯度的同时，也为生产弱碱性高纯水提供物质基础；相应改造电渗析器结构，使工业化生产弱碱性高纯饮用水成为现实。

Description

弱碱性高纯饮用水工业化生产方法及设备

技术领域

本发明涉及一种高纯饮用水的生产方法，尤指弱碱性高纯饮用水工业化生产方法及设备。

背景技术

体质长期处于酸性状态，不利于身体健康，会诱发多种疾病。补充碱性食品和饮料是保持体内酸碱平衡的一种有效方法。当人们在重新审视眼前的饮料及食品的同时，对偏酸性纯净水是否有利身体健康也提出了质疑。人们希望能喝到弱碱性纯净水以进一步求得体内酸碱平衡。

实用新型“家用电渗析纯水机”(公开号：2381631，公开日：2000.06.07)中公开了一种家用电渗析技术，它通过一级一膜对多折叠膜堆结构有效缩小结构尺寸，并提出将所产生的淡水导流至带负电极的极水室可产生弱碱性纯净水的生产方法，为生产弱碱性高纯饮用水的可能性提供了一个技术启示。

依靠现有的电渗析高纯饮用水工业化生产技术，虽然不能生产弱碱性高纯饮用水，但在生产高纯饮用水方面提供了技术参考。

借鉴上述两种技术实现工业化生产弱碱性高纯饮用水尚需解决如下技术问题。

一、结构问题。家用电渗析纯水机仅提出了淡水导流至带负电极的极水室可产生弱碱性纯净水的技术启示，由于其结构限定它的出水量非常低，向工业化生产转化不是简单地将结构放大的问题，因为它还有诸多相关技术问题需要解决。将电渗析式高纯饮用水工业化生产技术改变成弱碱性高纯饮用水工业化生产技术同样涉及设备结构的改造问题，否则就不能进行弱碱性高纯饮用水的工业化生产。

二、结垢问题。无论是家用电渗析纯水机，还是电渗析式高纯饮用水工业化生中的电渗析设备都存在结垢问题，传统的办法是通过盐酸清洗以及采用频繁倒极的办法清除电渗析膜堆上的结垢，但结垢清除效果并不理想，不能彻底解决电渗析膜堆结垢问题，原水硬度越大，结垢问题越严重，对高纯饮用水的生产量和质量有直接影响，设备维修任务也相应加大。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种弱碱性高纯饮用水工业化生产方法及设备，借助淡水流经带负电极的极水室可产生弱碱性纯净水技术启示，通过对电渗析器结构的改造及生产方法的综合设计来实现弱碱性高纯饮用水的工业化生产，并解决膜堆结垢清除不彻底的问题。

为实现上述目的：本发明采用如下技术方案：弱碱性高纯饮用水工业化生产设备包括过滤器、阳离子交换器、钠离子交换器、电渗析器、电子控制装置、活性碳罐。其中电渗析器由进水侧组件、中隔组件、出水侧组件、膜堆组件及导水管构成，自进水侧至出水侧：进水侧组件依次由进水导流板、密封垫、电极板、密封垫、极水室隔板、阳离子膜叠合而成，进水侧组件中除进水导流板外，一侧均有一组同位相通的导流孔，进水导流板一侧有一组与进水管连通的导流盲孔，它与导流孔同位相通；中隔组件依次由阳离子膜、极水室隔板、密封垫、电极板、密封垫、极水室隔板、阳离子膜叠合而成，与进水侧组件导流孔所在侧的相反侧均有一组同位相通的导流孔；出水侧组件依次叠合顺序与进水侧组件对称，它的导流孔所在侧与近邻的中隔组件导流孔所在侧相反；在进水侧组件与中隔组件之间、在中隔组件与中隔组件之间、在中隔组件与出水侧组件之间均有膜堆组件；在进水侧组件与出水侧组件之间至少有一个中隔组件。每个极水室隔板均有二个与极水室相通的输水嘴；在出水导流板的一侧有与导流孔相通的淡水管和浓水管，淡水管通过导水管与电渗析器中的各个带负电极的极水室的输水嘴串联连通，浓水管通过导水管与电渗析器中的各个带正电极的极水室的输水嘴串联连通。

极水室隔板的厚度在20毫米-110毫米之间，极水室隔板和出水侧导流板用食品级聚丙烯板材为制做原料。

弱碱性高纯饮用水工业化生产方法，包括原水过滤、离子交换、电渗析处理、活性碳处理、臭氧杀菌生产工艺，在电渗析处理过程中，产生的淡水经带负电极的极水室排出，产生的浓水经带正电极的极水室排出。在电渗析处理前先将过滤后的原水进行离子交换，即将原水中的金属离子交换成钠离子，当原水硬度过大时，将原水中的部分金属离子交换成氢离子。

在电渗析前装置有钠离子交换器，通过它将原水中的金属离子交换成钠离子，在钠离子交换器前装置有阳离子交换器，当原水硬度过大时，通过它将原水中的金属离子交换成氢离子。

通过所述的电渗析结构设计，在多个中隔组件和多个膜堆设置中，淡水通过串联连通的各个带负电极的极水室构成导电盐桥、浓水通过串联连通的各个带正电极的极水室构成导电盐桥，同时加大了极水室隔板的厚度，即增大了极水室流通截面，有效地降低了膜堆的水流阻力，为工业化生产弱碱性高纯饮用水创造了必要条件。

在电渗析处理前先将过滤后的原水进行离子交换，即将原水中的金属离子交换成钠离子，其作用表现在以下几个方面：1、将金属离子交换成钠离子，避免大量的易沉淀结垢的钙、镁等高价金属离子进入电渗析器膜堆中，只有很少量因交换不彻底的金属离子进入电渗析器膜堆中，这样就可省略酸洗工艺，只须通过倒换电极即可彻底清除膜堆中的少量结垢。2、金属离子交换成钠离子后，为高纯饮用水中含有氢氧化钠提供物质基础。3、金属离子交换成钠离子后，由于膜堆内极少结垢，可实现电渗析在极限电流附近工作，以提高电渗析器的除盐率并获得高纯水。

当原水硬度过大时，在电渗析前装有阳离子交换器，它与钠离子交换器同时使用。阳离子交换器将原水中的金属离子置换成氢离子，使阳离子交换器流出的水呈酸性，并通过呈酸性的水来调节进入电渗析器水的pH值，使电渗析产生的淡水呈酸性，继而将呈酸性的淡水导入电渗析器的带负电极的极水室，通过淡水中的氢离子抵消部分因电流增大产生过量的氢氧根离子，实现高纯饮用水呈弱碱性，其pH值范围的控制在所需范围。

由于弱碱性高纯水的溶解力很强，而弱碱性高纯水是在极水室隔板内流通，出水侧导流板也会受到碱水的侵蚀，所以极水室隔板和出水侧导流板选用耐侵蚀的食品级聚丙烯板材制做。

本发明首先改造传统的电渗析结构，在增加极水室流通截面同时，在多个膜堆和多个中隔组件中建立导电盐桥，其结构简单，出水量大，出水呈弱碱性，为工业化生产弱碱性高纯饮用水提供关键提纯设备；

本发明改变传统的高纯水生产方法，把作为初级提纯单元的电渗析器改为末级提纯设备，并在电渗析处理前通过钠离子交换器和阳离子交换器将金属离子分别转换成钠离子及氢离子。避免金属离子大量在膜堆中沉积结垢，简化膜堆结垢的清除，从而实现电渗析在极限电流附近工作，提高纯水纯净度，为弱碱性高纯水提供碱性物质条件，当原水硬度过大时，阳离子交换器参与淡水pH值的调整；

本发明与传统高纯饮用水生产方法相比，还具有以下优点：

1、不须调整极水室流量和淡水及浓水的压差。

2、操作简单，设备维修率低。

附图说明

图1为本发明生产工艺示意图。

图2为本发明电渗析器结构示意图。

图3为本发明电渗析器进水侧组件示意图。

图4为本发明电渗析器膜堆组件示意图。

图5为本发明电渗析器中隔组件示意图。

附图标记：

1过滤器 2泵 3阳离子交换器 4钠离子交换器

5酸槽 6泵 7盐槽 8泵 9阀门

10阀门 11过滤器 12压力表 13电渗析器

14电子控制装置 15电磁阀 16电磁阀 17电磁阀

18电磁阀 19泵 20电导仪 21pH计 22活性碳罐

23浓水池 24原水 25输出管 26淡水出口

27浓水出口 29、30、32、33、35、36输水嘴

39、40、42、43、45、46输水嘴 28、31、34导水管

38、41、44导水管 37带正电极的极水室出口

47带负电极的极水室出口

48、49、50、51、52、53极水室隔板 54进水导流板

55进水管 56进水管 57密封垫 58电极板

59密封垫 60阳离子膜 61方孔 62极水室

63导流盲孔 64丝网 65、66、67、68导流槽

69隔板 70阳离子膜 71密封垫 72电极板

73密封垫 74阳离子膜 75导流孔 76导流孔

77出水导流板 78阴离子膜

具体实施方式

参照图1。当原水溶解性总固体TDS值(以下简称TDS值)，小于300mg/L时，原水24经过滤器进入钠离子交换器4，将水中的金属离子(如钙、镁等)置换成钠离子，将溶有钠离子的水通过阀门10经过滤器11进入电渗析器13中，设置的压力表小于0.2Mpa，产生的淡水通过导水管进入负极水室，淡水在负极水室电极表面产生：

所流出负极水室的淡水呈弱碱性高纯水，pH值在7.2-7.4之间。当TDS值大于300mg/L时时，原水在进入钠离子交换器的同时进入阳离子交换器3，阳离子交换器将原水中的金属离子置换成氢离子，使阳离子交换器流出的水呈酸性。这种酸性水可以用来调节电渗析器进水的pH值，使电渗析器产生的淡水pH值小于7，然后再将pH值＜7的淡水经导水管进入电渗析器中的极水室，通过安装在带负电极的极水室出口47上的pH计21和电导仪20的监视，调整阳离子交换器出水流量，调整电渗析器工作电流量，使电导值在15-30μs之间，使pH在7.2-7.4之间，此时固定阳离子交换器阀门9的开度和调定电压，以后的系统会稳定在设定的工作状况，能常年稳定获得弱碱性高纯水。对电渗析器无法去除的极性较弱的有机物，极性较弱的三氯甲烷和四氯化碳可经活性碳罐去除。

电子控制装置14与电磁阀15、16、17、18构成了自动控制系统。并通过电子控制装置实现自动倒换电极清除电渗析器内膜堆上的结垢。

电磁阀15、16、17、18的工作状态是这样的：电磁阀18、16断电，电磁阀16呈闭合，电磁阀18开启，浓水由此排出。电磁阀17、15通电，电磁阀17闭合，电磁阀15开启，此时电渗析器所产生的弱碱性高纯水通过泵19进入活性碳罐，进行活性碳处理，然后再进行臭氧杀菌即成为弱碱性高纯饮用水。倒换电极后，电磁阀17、15断电，电磁阀15闭合，电磁阀17开启，浓水改变倒换电极前路径，经电磁阀17排出，进入浓水沟23。而电磁阀16、18通过电，电磁阀18闭合，电磁阀16开启，弱碱性高纯水通过泵19进入活性碳罐，由输出管25流出。经杀菌后罐装，成品。

图中酸槽5和盐槽7分别为阳离子交换器3和钠离子交换器4内的树脂活化再生所用。

参照图2、图3、图4、图5。电渗析器由进水侧组件、中隔组件、出水侧组件，膜堆组件及导水管构成，自进水侧至出水侧：进水侧组件依次由进水导流板54、密封垫57、电极板58、密封垫59、极水室隔板53、阳离子膜60叠合而成，进水侧组件中除进水导流板外，一侧均有一组同位相通的导流孔75，进水导流板一侧有一组与进水管55、56连通的导流盲孔63，它与导流孔75同位相通。中隔组件依次由阳离子膜70、极水室隔板52、密封垫71、电极板72、密封垫73、极水室隔板51、阳离子膜74叠合而成，与进水侧组件导流孔所在侧的相反侧均有一组同位相通的导流孔76。出水侧组件依次叠合顺序与进水侧组件对称，它的导流孔所在侧与近邻的中隔组件导流孔所在侧相反。在进水侧组件与中隔组件之间、在中隔组件与中隔组件之间、在中隔组件与出水侧组件之间均有膜堆组件；在进水侧组件与出水侧组件之间至少有一个中隔组件；膜堆组件依次按隔板69、阴离子膜78、隔板、阳离子膜、隔板、阴离子膜的规律交错排布，末端与起始端的隔板、阴离子膜的排位相反，即阴离子膜、隔板。

每个极水室隔板均有二个与极水室相通的输水嘴29、30、39、40、42、43、，32、33、35、36、45、46，在出水导流板77的一侧有与导流孔相通的淡水管和浓水管，设定出水侧组件中的电极板呈正极、淡水管26出来的淡水通过导流管38、41、44，将各个带负电极的极水室串联连通，即通过导流管依次将输水嘴39、40、42、43、45、46连通，呈弱碱性高纯水从带负电极的极水室出口47流出，浓水管27出来的浓水通过导流管28、31、34将各个带正电极的极水室串联连通，即通过导流管依次将输水嘴29、30、32、33、35、36连通，浓水从带正电极的极水室出口37排出。

与极水室隔板相邻的密封垫59、71、73中部加工有与极水室形状、大小相同的方孔61。

膜堆组件中的隔板69中部有丝网64，隔板上、下均有导流孔63，上下两侧各有一组导流孔并间隔开有与丝网相通的导流槽65、66、67、68。

通过所述生产方法和设备，生产出的弱碱性高纯饮用水的pH值在7.2-7.6之间，生产出的水口感好，有益身体健康。其化验结果如下：

项目名称单位分析方法仪器设备

硫酸盐＜0.1 HJ/T84-2001 离子色普仪

氯化物＜0.02 HJ/T84-2001 离子色普仪

硝酸盐氮＜0.08 HJ/T84-2001 离子色普仪

亚硝酸盐＜0.003 GB7493-87 7230分光光度计

pH值 7.31 GB13580.4-92 pH计

钾 0.151 GB13580.4-92 原子吸收分光光度计

钠 2.80 GB13580.4-92 原子吸收分光光度计

钙 0.149 GB13580.4-92 原子吸收分光光度计

镁 0.086 GB13580.4-92 原子吸收分光光度计

铅＜0.006 石墨炉原子吸收法原子吸收分光光度计

镉＜0.0003 石墨炉原子吸收法原子吸收分光光度计

硒＜0.0006 石墨炉原子吸收法原子吸收分光光度计

Claims

1.一种弱碱性高纯饮用水工业化生产设备，包括过滤器(1、11)、阳离子交换器(3)、钠离子交换器(4)、电渗析器(13)、电子控制装置(14)、活性炭罐(22)，其特征在于：电渗析器由进水侧组件、中隔组件、出水侧组件、膜堆组件及导水管构成，自进水侧至出水侧：进水侧组件依次由进水导流板(54)、密封垫(57)、电极板(58)、密封垫(59)、极水室隔板(53)、阳离子膜(60)叠合而成，进水侧组件中除进水导流板外，一侧均有一组同位相通的导流孔(75)，进水导流板一侧有一组与进水管(55、56)连通的导流盲孔(63)，它与导流孔(75)同位相通；中隔组件依次由阳离子膜(70)、极水室隔板(52)、密封垫(71)、电极板(72)、密封垫(73)、极水室隔板(51)、阳离子膜(74)叠合而成，与进水侧组件导流孔所在侧的相反侧均有一组同位相通的导流孔(76)；出水侧组件依次叠合顺序与进水侧组件对称，它的导流孔所在侧与近邻的中隔组件导流孔所在侧相反；在进水侧组件与中隔组件之间、在中隔组件与中隔组件之间、在中隔组件与出水侧组件之间均有膜堆组件；在进水侧组件与出水侧组件之间至少有一个中隔组件；每个极水室隔板均有两个与极水室相通的输水嘴；在出水导流板(77)的一侧有与导流孔相通的的淡水管和浓水管，淡水管通过导水管与电渗析器中的各个带负电极的极水室的输水嘴串联连通，浓水管通过导水管与电渗析器中的各个带正电极的极水室的输水嘴串联连通。

2.如权利要求1所述的弱碱性高纯饮用水工业化生产设备，其特征在于：极水室隔板的厚度在20毫米～110毫米之间，极水室隔板用食品级聚丙烯板材为制做原料。

3.一种弱碱性高纯饮用水工业化生产方法，包括原水过滤、离子交换、电渗析处理、活性碳处理、臭氧杀菌生产工艺，在电渗析处理过程中，产生的淡水经带负电极的极水室流出，产生的浓水经带正电极的极水室排出，其特征在于：通过权利要求1所述的弱碱性高纯饮用水工业化生产设备进行原水过滤、离子交换、电渗析处理、活性碳处理，在电渗析处理前，先将过滤后的原水进行离子交换，即将原水中的金属离子交换成钠离子，当TDS值大于300mg/L时，原水在进入钠离子交换器的同时进入阳离子交换器，阳离子交换器将原水中的金属离子置换成氢离子。