專利名稱：含有保護水流的電去離子方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種脫鹽和廢水處理的方法與裝置，尤其是一種含有保護水流的電去離子 方法與裝置。
背景技術(shù)：
電去離子(簡稱EDI)，是在電滲析器的離子交換膜之間，主要是淡化室內(nèi)填充離子交 換樹脂、將電滲析與離子交換有機結(jié)合起來的一種水處理技術(shù)。EDI裝置的核心部分是膜 堆， 一般由交替排列的陰、陽離子交換膜，以及在膜間填充離子交換樹脂，從而構(gòu)成交替 排列的淡化室和濃縮室組成。EDI運行過程中所具有的淡化室水解離效應(yīng)，可使水分子解 離為H+和OH'離子，從而對填充的部分樹脂進行就地直接再生，因此可同時實現(xiàn)連續(xù)除鹽 及樹脂的連續(xù)再生，徹底免除了使用化學(xué)酸堿頻繁再生離子交換樹脂。EDI —般與反滲透 (簡稱RO)等膜分離過程聯(lián)用構(gòu)成集成膜過程，將RO置于EDI的上游，預(yù)先除去有機物 雜質(zhì)和約98%的無機離子，EDI則作為下游的深度除鹽手段而獲得高電阻率純水。因其高 效、節(jié)能、環(huán)境友好等顯著優(yōu)點，近年來已在超純水制備領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。
然而，現(xiàn)有的EDI技術(shù)對進水條件要求極為苛刻，其中核心的問題在于，當(dāng)進水硬度 偏高時，膜堆內(nèi)部極易生成金屬氫氧化物結(jié)垢沉淀，從而導(dǎo)致難以逆轉(zhuǎn)的破壞性影響。這 種結(jié)垢一般是由于進水中Ca2+、 Mg^硬度離子與淡化室中水解離反應(yīng)產(chǎn)物之一的OH—離子 結(jié)合所致。為防止結(jié)垢生成，EDI要求進水硬度不能超過lmg丄—1，很多商品EDI甚至要求 進水硬度不能超過0.5mg.L'1。如此嚴(yán)格的進水條件對EDI上游的RO工藝同樣提出了嚴(yán)格 要求，多數(shù)情況下都需要采用兩級RO作為EDI的預(yù)處理。就同樣的產(chǎn)水量而言，采用兩 級RO的水處理系統(tǒng)投資是一級RO的2-3倍，排放的RO濃水量也是一級RO的2倍以上， 這使得投資成本和運行成本顯著提高，也在一定程度上限制了 EDI水處理技術(shù)的更廣泛應(yīng) 用。因此，通過開發(fā)新的EDI技術(shù)，放寬其對進水條件的限制，使得更多的情況下僅使用 一級RO作為預(yù)處理即可滿足要求，其意義十分重大。
現(xiàn)有的EDI技術(shù)，其結(jié)垢防治主要采用兩種辦法， 一是向EDI的進水中投加阻垢劑， 另一則是調(diào)整水流的pH值，即采用加酸的辦法來防止結(jié)垢，或在結(jié)垢形成后再對EDI的 隔室用酸進行化學(xué)清洗。這兩種辦法額外增加了 EDI的除鹽負(fù)擔(dān)，不利于獲得高品質(zhì)的純 水；額外的化學(xué)藥劑進入膜堆，也會降低EDI的電流效率和運行效率，增加過程能耗，且易形成二次污染。
除純水制備以外，EDI以及一些改進的EDI技術(shù)也開始被嘗試用于含重金屬離子的廢 水處理。與純水制備相比，所處理的原水不僅進水濃度大幅增加，而且類似于012+、 Ni2+、 Pl^+等的重金屬離子更容易與OH'離子生成結(jié)垢沉淀。因此，重金屬氫氧化物結(jié)垢防治問題 成為這一研究應(yīng)用方向需解決的核心問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述問題和現(xiàn)有EDI水處理技術(shù)的不足，提供一種能有效解決 EDI膜堆中金屬氫氧化物結(jié)垢沉淀的新型EDI水處理方法與裝置。本發(fā)明通過在常規(guī)的EDI 膜堆中設(shè)置保護室，在其中引入保護水流，并采取特殊填充策略和水流運行工藝，使得可 能導(dǎo)致結(jié)垢的Ga2+、 Mg^硬度離子和重金屬離子無法與OH'離子在膜堆內(nèi)部結(jié)合，從而避 免結(jié)垢形成。這種新的EDI水處理工藝不僅可以使得在進水硬度達(dá)到10mg丄'1時仍可穩(wěn)定 制取電阻率17MQ，cm的超純水，也可針對含N產(chǎn)、012+等重金屬離子達(dá)上百mg丄"的工業(yè) 廢水進行高效分離處理，過程運行更為穩(wěn)定，EDI膜堆壽命顯著延長。
本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案實現(xiàn)的
在EDI膜堆的兩側(cè)分別設(shè)置正、負(fù)電極室及相應(yīng)的極水保護室，電極室與極水保護室 之間用陽離子交換膜隔開。在極水保護室之間為按一定數(shù)目重復(fù)排列的膜堆基本工作單元。 與傳統(tǒng)的電滲析(ED)和EDI技術(shù)中，每個基本工作單元均包括一個淡化室和一個濃縮室 所不同的是，本發(fā)明中EDI膜堆的每個基本工作單元由正極方向到負(fù)極方向共包括三個隔 室，即"淡化室-濃縮室-保護室"，依次排列。若干個這種三隔室基本工作單元重復(fù)排列， 即構(gòu)成膜堆。三隔室基本工作單元中，濃縮室與保護室之間用陰離子交換膜隔開，淡化室 和濃縮室中均均勻填充混床樹脂，保護室中則分層填充樹脂。沿保護室的入水口到出水口 的大部分樹脂床層中，填充的為陰離子交換樹脂；而在保護室中靠近出水口的少量樹脂床 層中，填充的則是混床離子交換樹脂。在直流電場的驅(qū)動下，淡化室水流中的陽離子透過 陽離子交換膜，遷移進入相鄰的濃縮室；陰離子則透過陰離子交換膜遷移進入相鄰的保護 室。在每一個基本工作單元中，淡化水和保護水的水流方向相同，處于這兩股水流之間的 濃縮水流的流動方向則與之相反，保護水流中不含有任何可與OH—離子結(jié)合，生成金屬氫 氧化物結(jié)垢的陽離子。更進一步地，保護水與濃縮水均采取部分循環(huán)工藝運行。保護水的 出水有少量分流進入濃縮水循環(huán)系統(tǒng)，而淡化產(chǎn)水則有與之相等的水流分流進入保護水循 環(huán)系統(tǒng)進行補充；對于濃縮水循環(huán)系統(tǒng)，則有同等的水流量分流出，作為濃縮產(chǎn)品水。根據(jù)上述水流運行工藝，在運行過程中并不需要額外的第三方水流作為保護水。保護 水流是由極少量淡化出水分流而得，并在整個系統(tǒng)中循環(huán)運行。除極水系統(tǒng)外，整個EDI
運行系統(tǒng)僅有一股進水水流和兩股產(chǎn)水水流，即淡化原水、淡化產(chǎn)品水和濃縮產(chǎn)品水，后 兩者的流量之和即等于淡化原水的流量。這三股水流的流量可根據(jù)需要任意調(diào)節(jié)，因此操 作彈性大，機動性強。
上述含有保護水流的電去離子方法與裝置，具有以下特征
1、 膜堆的每個基本工作單元中，從正極側(cè)到負(fù)極側(cè)，依次有淡化室、濃縮室和保護 室三個隔室，淡化室與濃縮室之間用陽離子交換膜分隔，濃縮室與保護室之間用 陰離子交換膜分隔；
2、 在淡化室、濃縮室及保護室中按照不同的填充策略均填充有離子交換樹脂，其中 淡化室和濃縮室中均填充均勻混床樹脂，濃縮室所填充樹脂中，陰離子交換樹脂 所占體積比為55-95%;保護室中樹脂床層分為上下兩部分，其中靠近進水口的 樹脂床層占到總樹脂床層體積的50-85%,且所填充樹脂均為陰離子交換樹脂， 而靠近出水口的樹脂床層占到總樹脂床層體積的15-50%，且所填充樹脂為陰陽 混床樹脂；
3、 在每一個三隔室基本工作單元中，淡化水與保護水的水流方向相同，并與濃縮水 的水流方向相反；
4、 濃縮水和保護水采取部分循環(huán)工藝運行。由淡化產(chǎn)品水分出少量水流作為保護水 補充水，保護水出水分出少量水流作為濃縮水補充水，濃縮水循環(huán)罐再分出少量 水流則為濃縮產(chǎn)品水，且三股水流分流的流量相等，從而濃縮水循環(huán)罐、保護水 循環(huán)罐中的水量在運行過程中維持恒定。
本發(fā)明中，濃縮室中填充陰樹脂體積比55-95%的混床樹脂。 一方面，與不填充樹脂的 薄型隔室相比，在濃縮室中填充樹脂需要使用厚度增加的隔室。這使得金屬陽離子在平行 于電場方向上的遷移路徑顯著增長；另一方面，濃縮室中過量的陰離子交換樹脂可在一定 程度上阻止金屬陽離子朝向負(fù)極方向的遷移，可使之更快地隨濃水流排出膜堆。此兩方面 因素均顯著降低了金屬陽離子與陰離子，包括OH'離子結(jié)合的幾率，有利于阻止?jié)饪s室中 形成結(jié)坭。此外，雖然濃縮室厚度較薄型隔室有所增大，但所填充的樹脂導(dǎo)電性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高 于濃水流的導(dǎo)電性能，這使得在一定條件下，填充樹脂的濃縮室的電阻并不會高于未填充 樹脂的薄型濃縮室的電阻，甚至?xí)兴档?，從而不會?dǎo)致過程電能消耗的增大。
本發(fā)明中，保護室中樹脂床層分為上下兩部分，其中靠近進水口的樹脂床層占到總樹
5脂床層體積的50-85%，且所填充樹脂均為陰離子交換樹脂。這可以促進與保護室相鄰的下 一個基本工作單元中的淡化室內(nèi)的鹽陰離子，在進入保護室后進一步遷移進入濃縮室，從 而實現(xiàn)陽、陰離子的完整濃縮；而靠近出水口的樹脂床層占到總樹脂床層體積的15-50%， 且所填充樹脂為陰、陽混床樹脂。這部分樹脂床層中的陽樹脂可針對性地抑制與該保護室 相鄰的下一個基本工作單元中的淡化室內(nèi)，靠近出水口的陰離子交換膜表面發(fā)生劇烈水解 離反應(yīng)的產(chǎn)物OH'離子，在進入保護室后，繼續(xù)朝向正極方向遷移而進入濃縮室。這是因 為，對于EDI過程而言，水解離總是在靠近淡化室出水口的離子交換膜和樹脂顆粒表面才 劇烈發(fā)生；而在靠近淡化室的進水口處，由于水流中陰陽離子含量尚不是很低，水解離程 度就相對較弱。
進一步地，根據(jù)本發(fā)明，EDI膜堆中濃水流方向與保護水和淡水流的方向相反。這使 得在每一個濃縮室中，由淡化室遷移進入的金屬陽離子將以最快速度被濃水流帶出膜堆， 濃縮室中不會產(chǎn)生金屬陽離子的累積現(xiàn)象；另外，淡化室中靠近出水口部位陰離子交換膜 表面水解離產(chǎn)物之一，OH'離子，將朝向正極方向遷移。在該方向上，淡化室與濃縮室之間 有保護室將其分隔開。進入保護室的OH—離子又將被同向水流的保護水流迅速帶出膜堆而 不難以進入前方的濃縮室。因此，在每個基本工作單元中，金屬陽離子的最高濃度和OH' 離子的最高濃度不僅分別處于不同的隔室中(濃縮室和保護室)，而且其水流方向相反。此 外，淡化室中陽離子交換膜表面發(fā)生水解離時，其產(chǎn)物之一，H+離子，將直接進入與之相 鄰的濃縮室，并隨著濃縮水流在濃縮室中逐漸累積，與金屬陽離子一起被帶出膜堆。這使 得金屬陽離子濃度最高的部位，同樣也是H+離子濃度最高的部位。由于穩(wěn)態(tài)下，EDI淡化 室中陰、陽離子交換膜表面的水解離程度或者相當(dāng)，或者陰膜表面的水解離程度稍弱，因 此即使有少量OH'離子在進入保護室后，繼續(xù)向前遷移進入濃縮室，其數(shù)量也遠(yuǎn)不足以中 和濃縮室中不斷累積的H+離子。這就保證了濃水流pH將穩(wěn)定地維持為弱酸性，從而杜絕 了結(jié)垢形成。對于保護室而言，由于進入保護室的水流不含任何可能結(jié)垢的金屬離子，因 此同樣不會產(chǎn)生結(jié)垢。
顯然，根據(jù)上述運行工藝，隨著EDI系統(tǒng)的運行，保護水循環(huán)罐中的pH值將逐漸升 高，而濃縮水循環(huán)罐中的pH將持續(xù)降低。由于整個系統(tǒng)運行并未加入任何其他化學(xué)品，因 此在運行一定時間后可將兩個循環(huán)水罐中的溶液適當(dāng)中和，混入淡水原水中。此后再注入 新鮮保護水，則可恢復(fù)系統(tǒng)運行而不影響濃縮水的回收利用。由于保護水和濃縮水的循環(huán) 液量可人為機動控制，水量可大可小，因此其對淡水原水水質(zhì)波動的影響也可控制在預(yù)定 范圍內(nèi)。
根據(jù)上述含有保護水流的電去離子方法，實現(xiàn)該方法的電去離子裝置是通過以下技術(shù)
6方案實現(xiàn)的。電去離子裝置包括膜堆、電極裝置、夾緊支撐裝置和夾緊裝置四部分。夾緊 裝置由兩塊夾緊板、拉緊螺栓與螺母組成；在兩張夾緊板的內(nèi)側(cè)分別是正、負(fù)電極室與電 極板組成的正負(fù)電極裝置；根據(jù)處理原水的具體水質(zhì)，還可在正、負(fù)電極室的內(nèi)側(cè)再分別 設(shè)置極室保護室；在正、負(fù)極室之間是由一定數(shù)目的矩形中空支撐邊框板構(gòu)成的夾緊支撐 裝置；在中空支撐邊框板的中空腔體內(nèi)是膜堆。膜堆的基本單元依次由陰離子交換膜、淡 化室隔板、陽離子交換膜、濃縮室隔板、陰離子交換膜、保護室隔板各一張組成。并在淡 化室中填充混床樹脂，濃縮室中填充陰樹脂體積比55-95%的混床樹脂，保護室中分層填充 樹脂。膜堆可按需要組裝成一級一段或一級多段的構(gòu)型。
本發(fā)明所述含有保護水流的電去離子方法與裝置，其優(yōu)點在于
(1) 基于"淡化室-濃縮室-保護室"三隔室基本工作單元的的EDI膜堆構(gòu)造，以及各 隔室中不同的樹脂填充策略、濃縮水與淡化水、保護水之間為逆流的水流運行方 式，杜絕了膜堆中可能的金屬氫氧化物結(jié)垢沉淀，從而顯著放寬了EDI的進水條 件，拓寬了這一水處理技術(shù)的應(yīng)用范圍；
(2) 對于淡化水、濃縮水和保護水三股水流而言，整個EDI系統(tǒng)只需要淡水原水一股 進水，同時只有淡化產(chǎn)品水和濃縮產(chǎn)品水兩股出水，系統(tǒng)運行更簡便；
(3) EDI膜堆運行過程中不需要使用阻垢劑，亦不需要進行化學(xué)清洗，運行費用節(jié)省， 無二次污染產(chǎn)生；
(4) 將本發(fā)明提供的EDI方法與裝置用于純水制備，可以將上游的兩級RO系統(tǒng)減少 為一級RO系統(tǒng)，從而使整個水處理系統(tǒng)投資和RO濃水排放量均減少40%以上；
(5) 將本發(fā)明提供的EDI方法與裝置用于重金屬廢水處理，可以在高效、穩(wěn)定、清潔 的條件下實現(xiàn)廢水的同步純化與濃縮，利于同時回收純水資源和有價金屬。


圖1為本發(fā)明所提供的含有保護水流的電去離子方法內(nèi)部構(gòu)造示意圖，圖中所示膜堆 基本工作單元的數(shù)目為2;
圖2為圖1所述電去離子內(nèi)部構(gòu)造中，基本工作單元的離子遷移原理示意圖(以NiS04 溶液為例)； —
圖3為本發(fā)明所提供的含有保護水流的電去離子裝置剖面示意圖，
圖4為圖3所述含有保護水流的電去離子裝置的剖面分解示意圖，其中中空支撐邊框 板只示出1張；
圖5為本發(fā)明所提供的一種實施例裝置的具體流程圖；以上圖中
l-陽離子交換膜；2-陰離子交換膜；3-基本工作單元；4-陽離子交換樹脂；5-陰離子交 換樹脂；6-正極室；7-負(fù)極室；8-正極保護室；9-負(fù)極保護室；10-淡化室；ll-濃縮室；12-
保護室；13-淡水進水；14-濃水進水；15-保護水進水；16-正極進水；17-正極出水；18-負(fù) 極進水；19-負(fù)極出水；20-淡化產(chǎn)水；21-淡化產(chǎn)水分流；22-濃水循環(huán)水；23-濃縮產(chǎn)品水； 24-保護水循環(huán)水；25-保護水分流；26-正極側(cè)夾緊板；27-負(fù)極側(cè)夾緊板；28-正電極板；29-負(fù)電極板；30-中空支撐邊框板；31-拉緊螺栓；32-螺母；33-淡水原水箱；34-截止閥；35-淡水泵；36-濃水循環(huán)泵；37-極水泵；38-保護水泵；39-壓力表；40-轉(zhuǎn)子流量計；41-濃縮 水循環(huán)罐；42-保護水循環(huán)罐；43-極水循環(huán)罐；44-濃縮產(chǎn)品水罐；45-淡水產(chǎn)水收集罐；46-電去離子裝置
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述。
根據(jù)圖1所示，在膜堆兩側(cè)正負(fù)電極室后分別設(shè)置一張陽離子交換膜及相應(yīng)水流隔板， 構(gòu)成膜堆的極水保護室。正極保護室8的設(shè)置可以較好地防止正極反應(yīng)的有害氣體第一張 陰離子交換膜的氧化破壞作用；負(fù)極保護室9的設(shè)置能夠避免陽離子在陰極上的還原，并 阻止負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)生的OH'向保護室遷移。
正極進水16經(jīng)正極側(cè)下部進入正極室6及正極保護室8，正極出水17在上部導(dǎo)出后 經(jīng)膜堆外管路作為負(fù)極進水18進入負(fù)極室7及負(fù)極保護室9，負(fù)極出水19由負(fù)極上部導(dǎo)出 進入極水循環(huán)罐，在排除電極反應(yīng)產(chǎn)生的氣體后循環(huán)使用。電極水在電極室及極水保護室 中的流向均為由下而上，這有利于電極反應(yīng)產(chǎn)生的氣體及時排出EDI膜堆。此外，水流由 正極流向負(fù)極，可使呈酸性的正極出水進入負(fù)極室后中和負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)生的OH'離子，以消 除負(fù)極室的結(jié)垢。
根據(jù)圖1及圖2，每個膜堆基本工作單元3包括有淡化室10、濃縮室11和保護室12。 淡水室10中的陰離子，如SO,，在電場的驅(qū)動下，透過陰離子交換膜2向其左側(cè)相鄰的 保護室12中遷移。淡化水流與保護水流為同向，在保護室的下部所填充樹脂均為陰離子交 換樹脂，這可以增強陰離子的傳遞，使其繼續(xù)進入濃縮室11中得到濃縮。在淡水出水口處， 陰離子交換膜水解離的產(chǎn)物OH'離子直接進入保護室，即被保護水流迅速帶出EDI膜堆； 又由于保護室上部填充樹脂為混床樹脂，這使得OH'離子不能繼續(xù)進入濃縮室10。對于淡 化室10，其靠近出水口處陽離子交換膜水解離的產(chǎn)物JT離子則直接進入濃縮室10，并隨濃
8縮水流在濃縮室中累積，直至被排出膜堆。這使得整個濃水流從入口到出口均呈酸性，且酸性逐漸加強，避免了濃水室中結(jié)垢形成。進入淡水室的重金屬離子，如N產(chǎn)離子，在直流電場作用下，遷移進入其右側(cè)的濃縮室，立即被水流方向相反的濃水流帶出膜堆。因此，濃縮室中不會形成重金屬陽離子的累積。在濃縮水循環(huán)運行的工藝條件下，整個濃縮室中的重金屬陽離子濃度也較為均衡。
濃縮室11中填充的混床樹脂中，陰樹脂所占體積比大于50%。這使得從左側(cè)淡化室10遷移進入的重金屬N產(chǎn)離子，進一步受到較多陰樹脂的阻礙，不能進入保護室12。加之保護水流中不含任何可形成結(jié)垢的金屬陽離子，因此保護室中也不會發(fā)生結(jié)塘。
根據(jù)圖5所提供的流程，淡水原水由淡水箱33經(jīng)淡水泵35進入EDI裝置46，出水大部分收集至淡水產(chǎn)水罐45，極少量部分分流至保護水循環(huán)罐42。濃水進水由濃水循環(huán)罐41經(jīng)濃水循環(huán)泵36進入EDI裝置46，出水大部分返回至濃水循環(huán)罐42，極少部分作為產(chǎn)水收集至濃縮產(chǎn)品水罐44。保護水流經(jīng)保護水循環(huán)罐42經(jīng)保護水泵38進入EDI裝置46，出水大部分返回至保護水循環(huán)罐42，極少量分流進入濃水循環(huán)罐41。淡化產(chǎn)品水分流量、保護水分流量，濃縮產(chǎn)品水量均相等，其流量由相應(yīng)的截止閥34及轉(zhuǎn)子流量計40控制。運行過程中濃縮水循環(huán)罐41和保護水循環(huán)罐42中的液位維持恒定。
實施例1
該實例中，EDI裝置為一級一段結(jié)構(gòu)，含兩個基本工作單元，其剖面如圖3、 4所示，用于處理含重金屬Np+離子濃度50mg.L"的NiSO4廢水。濃、淡水室和保護室隔板規(guī)格均為100*300*4mm，極水隔板規(guī)格為100*300*0.9mm，有效膜面積為160cm2。所用離子交換膜為異相低滲透EDI專用離子交換膜，由浙江千秋環(huán)保水處理有限公司生產(chǎn)；離子交換樹脂為D072和D296大孔強酸、強堿性樹脂。淡化室中陰、陽樹脂的體積比為1:1;濃縮室中陰、陽體積比為2:h保護室下部75%樹脂床層填充的為陰樹脂，剩余上部25%樹脂床層填充混床樹脂，陰、陽樹脂體積比為1:2。
淡水原水箱33和濃縮水循環(huán)罐41中預(yù)先配置50mg.U1的NiS04溶液，pH為4.25。電極水為質(zhì)量濃度0.3%的Na2S04溶液。淡化水、濃縮水、電極水的流量分別為25L.h"、 15L-h—1和15L.h人濃縮水產(chǎn)水、保護水分流及淡水分流流量均為0.36L.h'1，膜堆工作電壓為15V。淡化水及濃縮水中Ni^濃度用火焰原子吸收分光光度法檢測。裝置穩(wěn)定運行24小時，淡化產(chǎn)水水質(zhì)中N產(chǎn)濃度均低于0.5mg.L—1，截留率為99%，而濃縮產(chǎn)品水的N產(chǎn)離子的含量最終達(dá)到9000mg丄'1，濃縮倍數(shù)達(dá)到180。實施例2
該實施例中，EDI裝置采用一級兩段構(gòu)造，每段含兩個基本工作單元，用于制備高純水。所用樹脂為凝膠型001x7陽樹脂和201x7陰樹脂。隔板規(guī)格、離子交換膜等均與實施例1相同，
淡水原水箱33、濃縮水循環(huán)罐41、極水罐43中預(yù)先用去離子水添加CaCl2禾tl MgCl2的鹽溶液配置原液，其中Ca^離子濃度為3mg丄'1、 Mg^離子濃度為lmg丄'1，總硬度為11.7mg丄'1。淡化水流量為40L.li—1，進入EDI膜堆的濃縮水、保護水、電極水的流量均為6L,h"，三股分流的水流量均為1L.h'1。膜堆在40V的電壓下恒壓運行。經(jīng)320h運行，淡化產(chǎn)品水電阻率在開機后15h內(nèi)逐漸升高到15Macm,此后大部分時間內(nèi)均維持在16.5-17.0MQ.cm之間。
實施例表明，利用本發(fā)明所提供的含有保護水流的EDI方法與裝置，能夠在易形成金屬氫氧化物結(jié)垢的陽離子濃度遠(yuǎn)高于現(xiàn)有EDI進水指標(biāo)的條件下，EDI過程仍能高效、穩(wěn)定、安全地運行。該新型EDI水處理技術(shù)在水的除鹽純化和工業(yè)廢水處理等領(lǐng)域都具有重要應(yīng)用價值，可以大幅度降低水處理系統(tǒng)的投資和運行成本，并有效地回收廢水中的有價金屬。
權(quán)利要求
1、一種含有保護水流的電去離子方法，通過在電去離子膜堆中設(shè)置保護室并在其中引入保護水流避免在膜堆中形成金屬氫氧化物結(jié)垢，其膜堆由若干個基本工作單元組成，其特征在于每個基本工作單元中，從正極側(cè)到負(fù)極側(cè)依次有淡化室、濃縮室和保護室三個隔室，淡化室與濃縮室之間用陽離子交換膜分隔，濃縮室與保護室之間用陰離子交換膜分隔。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有保護水流的電去離子方法，其特征還在于同時在膜堆的淡化室、濃縮室和保護室中按以下策略進行樹脂填充，即在淡化室和濃縮室中填充均勻混床樹月旨，其中濃縮室中陰離子交換樹脂所占體積比為55-95%;在保護室中分層填充樹脂，其中靠近進水口的50-85%的樹脂床層填充陰離子交換樹脂，靠近出水口的15-50%的樹脂床層填充均勻混床樹脂。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有保護水流的電去離子方法，其特征還在于濃縮水和保護水流的運行工藝為部分循環(huán)，保護水補充水由淡化產(chǎn)品水分流提供，濃縮水補充水由保護水出水分流提供，濃縮產(chǎn)品水由濃縮水循環(huán)系統(tǒng)分流而得，且這三股分流的水流量均相等。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的含有保護水流的電去離子方法，其特征還在于每個膜堆基本工作單元中，淡化水與保護水的水流方向相同，并與濃縮水的水流方向相反。
5、 一種含有保護水流的電去離子裝置，包括膜堆、電極裝置、夾緊支撐裝置和夾緊裝置四部分，其中膜堆由若干個重復(fù)排列的基本工作單元構(gòu)成，其特征在于每個基本工作單元從正極側(cè)到負(fù)極側(cè)依次有淡化室隔板、濃縮室隔板和保護室隔板共三個隔板，淡化室隔板與濃縮室隔板之間用陽離子交換膜分隔，濃縮室隔板與保護室隔板之間用陰離子交換膜分隔。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的含有保護水流的電去離子裝置，其特征還在于同時在膜堆的淡化室、濃縮室和保護室中按以下策略進行樹脂填充，即在淡化室和濃縮室中填充均勻混床樹脂，其中濃縮室中陰離子交換樹脂所占體積比為55-95%;在保護室中分層填充樹脂，其中靠近進水口的50-85%的樹脂床層填充陰離子交換樹脂，靠近出水口的15-50%的樹脂床層填充均勻混床樹脂。
全文摘要
一種含有保護水流的電去離子方法與裝置，屬于脫鹽和廢水處理技術(shù)。通過三隔室基本工作單元設(shè)計，在膜堆中設(shè)置了保護室，并在其中引入保護水流，使得電去離子裝置在高硬度原水、高濃度重金屬離子原水等條件下能夠避免膜堆內(nèi)的金屬氫氧化物結(jié)垢生成，安全、穩(wěn)定地運行。膜堆基本工作單元包括依次排列的淡化室、濃縮室和保護室，若干個基本工作單元重復(fù)排列構(gòu)成膜堆。在濃縮室中填充陰樹脂過量的混床樹脂，保護室中則分層填充樹脂，濃縮水與淡化水、保護水的水流方向相反，且保護水流中不含可導(dǎo)致結(jié)垢的金屬陽離子。在這種電去離子膜堆中，可導(dǎo)致結(jié)垢的金屬陽離子不能與OH^-離子在膜堆內(nèi)部結(jié)合。這一電去離子方法與裝置能夠大幅度降低水處理系統(tǒng)的投資和運行成本，可從工業(yè)廢水中高效回收有價金屬，在純水制備和重金屬廢水處理中有重要應(yīng)用價值。
文檔編號C02F1/469GK101671070SQ20091007076
公開日2010年3月17日 申請日期2009年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月12日
發(fā)明者盧會霞, 王少明, 王建友, 王玉珍, 恒 董 申請人:南開大學(xué)