專利名稱：脫鹽系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于水回收(Water Recovery)的脫鹽(Desalination)系統(tǒng)和方法，尤其涉及一種利用離子交換膜(Ion Exchange Membranes)來移除流體中的二氧化娃 (Silica)以進行水回收的脫鹽系統(tǒng)和方法。
背景技術：
在工業(yè)領域中，大量的廢水，如含鹽的水溶液被生產出來。通常,這樣的廢水并不適合直接在家庭或工業(yè)中使用。鑒于可使用的水資源的有限性，從流體，如廢水、苦咸水、海水或其他含鹽溶液中回收合格的可使用的水就顯得尤為重要。
二氧化硅是自然水體中含有的一種常見物質。由于在通常條件下，其在水中的溶解度較低，因而許多工業(yè)過程用水，例如鍋爐進水、循環(huán)冷卻塔補水等都對水中含有的二氧化硅含量的上限有一定要求，以避免對用水裝置造成結垢等不利影響。因此，在許多情況下需要對水中的二氧化硅進行一定程度的移除，以滿足特定的用途要求。
已經有多種嘗試來從含有二氧化硅的廢水或其他水源中移除二氧化硅。比如， 含有二氧化硅的流體被輸入進脫鹽裝置，如在較高的pH值條件下操作的反滲透(Reverse Osmosis)膜裝置來進行二氧化硅的移除。其間，由于流體具有較高的pH值可促進其內含有的二氧化硅離子化，因此，該流體的PH值被提高來促使二氧化硅的移除。然而，在現(xiàn)有應用中，此種二氧化硅的移除方式需要復雜而嚴格的預處理程序且效率較低，導致成本增加，因而在一些情況下喪失經濟性。此外，有時也會由于預處理系統(tǒng)不可預見的波動導致流體中含有的難溶或部分可溶鹽，如硫酸鈣或碳酸鈣等在脫鹽裝置中結垢或沉積。這對于二氧化硅的移除及脫鹽裝置本身來說都是不利的。
所以，需要提供一種新的進行二氧化硅移除的脫鹽系統(tǒng)和方法。發(fā)明內容
本發(fā)明的一個實施例提供了一種脫鹽系統(tǒng)。該脫鹽系統(tǒng)包括可接收第一輸入流體來移除該流體內二氧化硅的二氧化硅移除裝置。該二氧化硅移除裝置包括第一和第二電極、復數(shù)片可成對的離子交換膜及復數(shù)個隔網裝置。復數(shù)片可成對的離子交換膜設置在所述第一和第二電極間并形成復數(shù)個交替設置的第一和第二通道。復數(shù)個隔網裝置設置在相鄰的每一對離子交換膜之間及第一和第二電極與相鄰的離子交換膜之間。其中，每一對離子交換膜中的第一元件均為陰離子交換膜，每一對離子交換膜中與其第一元件成對的第二元件可為陰離子交換膜、單價選擇性陽離子交換膜和雙極性離子交換膜中之一，其中第一元件和第二元件在所述復數(shù)片可成對的離子交換膜中交替設置。
本發(fā)明另一個實施例提供了一種脫鹽系統(tǒng)。該脫鹽系統(tǒng)包括二氧化硅移除裝置。 該二氧化硅移除裝置包括第一和第二電極、復數(shù)片可成對的陰離子交換膜及復數(shù)個隔網裝置。復數(shù)片可成對的陰離子交換膜設置在所述第一和第二電極間并形成復數(shù)個交替設置的第一和第二通道。復數(shù)個隔網裝置設置在相鄰的每一對陰離子交換膜之間及第一和第二電極與相鄰的陰離子交換膜之間。
本發(fā)明的實施例進一步提供了一種用于從流體中移除二氧化硅的方法。該方法包括輸入第一輸入流體到由二氧化硅移除裝置中成對的離子交換膜形成的第一通道中進行二氧化硅移除；輸入第二輸入流體到由所述二氧化硅移除裝置中所述成對的離子交換膜形成的第二通道中以把從所述第一輸入流體中移除的二氧化硅帶出所述二氧化硅移除裝置。 其中，每一對離子交換膜中的第一元件均為陰離子交換膜，每一對離子交換膜中與其第一元件成對的第二元件可為陰離子交換膜、單價選擇性陽離子交換膜和雙極性離子交換膜中之一，其中第一元件和第二元件在所述復數(shù)片可成對的離子交換膜中交替設置。


通過結合附圖對于本發(fā)明的實施例進行描述，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中
圖1為本發(fā)明脫鹽系統(tǒng)的一個實施例的示意圖2到圖4為本發(fā)明脫鹽裝置的多個實施例的示意圖5為本發(fā)明脫鹽系統(tǒng)的另一個實施例的示意圖；及
圖6為本發(fā)明脫鹽裝置的二氧化硅移除率的一個實施例的實驗圖表。
具體實施方式
圖1所示為本發(fā)明脫鹽系統(tǒng)10的一個實施例的示意圖。在本實施例中，脫鹽系統(tǒng) 10包括脫鹽裝置11。該脫鹽裝置11可用來接收來自于第一流體源(未圖示)且含有多種物質及其他雜質的第一輸入流體12以對其進行脫鹽處理。另外，在對第一流體12進行處理中或處理后，該脫鹽裝置11可接收來自于第二流體源(未圖示)的第二輸入流體13，從而把從第一輸入流體12中移除的帶電物質移除出脫鹽裝置11。
這樣，由于脫鹽裝置11的脫鹽作用，與第一輸入流體12相比較，來自于該脫鹽裝置11的第一輸出流體(產品流體)14就含有較低濃度的帶電離子。與第二輸入流體13相比較，來自于該脫鹽裝置11的第二輸出流體(濃縮流體)15就含有較高濃度的帶電離子。 在非限定示例中，第一輸入流體12中包含的物質及其他雜質可包括帶電離子，比如鎂離子 (Mg2+)、鈣離子(Ca2+)、二氧化硅(Silica)、鈉離子(Na+)、氯離子(Cl_)和其他離子。在一個非限定示例中，第一輸入流體12中的帶電離子可至少包括一部分目標物質，如離子化的二氧化硅，這樣，脫鹽裝置11就可作為二氧化硅移除裝置使用。在一些示例中，第一輸出流體14也可被再次輸入進脫鹽裝置11中或其他脫鹽裝置，如倒極電滲析(Electrodialysis Reversal)裝置中進行進一步的脫鹽處理。
二氧化硅常以難電離或部分電離的形式存在于第一輸入流體12中。通常，增加第一輸入流體12的pH值可提高二氧化硅在該第一輸入流體12內的離子化以便于在電場作用下對二氧化硅進行移除。這樣，如圖1所示，脫鹽系統(tǒng)10進一步包括與脫鹽裝置11流體相通的pH調整單元16來對第一輸入流體12的pH值進行調節(jié)從而來提高該第一流體12中二氧化硅的離子化程度。
在一些示例中，pH調整單元16可用來調整第一輸入流體12的pH值大于7，比如在從 8到11的范圍內。在其他示例中，第一輸入流體12的pH值可被調整到處于9. 5到11的范圍內。在對二氧化硅離子化后，第一輸入流體12中的二氧化硅的至少一部分可以 HSi03_及/或Si032_或其他離子形式存在。為了便于說明，在本發(fā)明實施例中，以HSi03_為例進行說明。
在一些示例中，pH調整單元16可包括pH調整源，其可輸入添加劑到第一輸入流體12中以調整其pH值。在非限定示例中，pH調整單元16可輸入堿性添加劑到第一輸入流體12中。堿性添加劑可包括但不限于氫氧化鈉、氫氧化鉀和氫氧化銨。在一些應用中， 該堿性添加劑可自動或手動的被輸入進第一輸入流體12中。在一定的應用中，pH調整單元16也可不設置，第一輸入流體12的pH值可預先調整好。
圖2所示為本發(fā)明脫鹽裝置11的一個實施例的示意圖。如圖2所示，脫鹽裝置11 包括第一電極17、第二電極18、復數(shù)片可成對的離子交換膜19，20，21，22及復數(shù)個隔網裝置(Spacer)23。在本實施例中，第一和第二電極17，18分別與電源(未圖示)的正負極相連從而可分別作為正極和負極。在其他實施例中，第一和第二電極17，18的極性也可進行改變。
在一些實施例中，第一和第二電極17，18可由片狀、網狀或其它形狀的金屬材料， 如鈦或涂敷有鉬等貴金屬的鈦等組成。在另一些實施例中，第一和第二電極17，18可包括其他可導熱或不導熱的導電材料，且其可包括具有較小尺寸和較大的表面積的顆粒。在一些示例中，導電材料可包括一種或多種碳材料。在非限定示例中，碳材料可包括活性碳顆粒(Activated Carbon Particles)、多孔碳顆粒(Porous Carbon Particles)、碳纖維 (Carbon Fibers)、碳氣溶膠(Carbon Aerogels)、多孔中間相碳微球(Porous Mesocarbon Microbeads)或其組合。在其他示例子，導電材料可包括導電復合材料，如錳，鐵，錳和鐵的氧化物，鈦、鋯、釩、鎢的碳化物或其組合。
在本實施例中，第一和第二電極17，18可具有板狀的結構，從而可彼此平行設置以形成堆疊(Stack)的結構。在其他示例中，第一和第二電極17，18也可具有不同的形狀， 比如片狀、塊狀(Block)或柱狀(Cylinder)，且按照不同的架構進行設置。例如，第一和第二電極17，18可同心設置，從而在其間定義了一個螺旋狀連續(xù)的空間。
成對的離子交換膜19-22可用來對離子進行選擇性通過，其設置在第一和第二電極17，18間從而形成復數(shù)個交替設置的第一通道24和第二通道25。在一些示例中，在操作時，第一通道24和第二通道25可分別作為淡室和濃室使用。在本實施例中，四個離子交換膜19-22形成了交替設置的一個第一通道24和兩個第二通道25。在其他示例中，至少三個離子交換膜可設置在第一和第二電極17，18間形成一個或多個第一通道和一個或多個第二通道。
在圖2所示的實施例中，每一對離子交換膜的第一元件20，22和相應的第二元件 19，21均為陰離子交換膜。在一些示例中，每一個陰離子交換膜可包括單價選擇性陰離子交換膜或常規(guī)陰離子交換膜。單價選擇性陰離子交換膜可僅用于單價陰離子通過。常規(guī)陰離子交換膜不僅可通過多價陰離子而且可通過單價陰離子。
隔網裝置23設置在相鄰的每一對離子交換膜19-22間及第一和第二電極17，18 與各自相鄰的離子交換膜19，22間。在一些示例中，隔網裝置23可包括任何離子可通過 (Ion-permeable)的、非電子導電(Electronically Nonconductive)的材料， 該材料可為膜及多孔或無孔的材料。
這樣，在操作時，當脫鹽裝置11在正常極性狀態(tài)時，電流施加在其上，流體，如第一和第二輸入流體12，13被分別輸入進第一通道24和第二通道25中。在一定的應用中， 第一和第二輸入流體12，13可同時或不同時的輸入進脫鹽裝置11中。
由于脫鹽裝置11中設置的離子交換膜19-22均為陰離子交換膜，在第一通道(淡室)24中，第一輸入流體12中的至少一部分離子化的二氧化硅，如HSiOf和其他離子，如 0!1_和Cl—通過陰離子交換膜20朝向陽極17移動從而進入第二通道(濃室)25中。第一輸入流體12中的陽離子，如Ca2+和Mg2+(未圖示)則不能通過陰離子交換膜20而仍處在淡室24中。
在濃室25中，即使電場可對陽離子施加一定的牽引力，第二輸入流體13中的陽離子，如Na+也不能通過陰離子交換膜19進行遷移，從而保留在相應的濃室25中。在脫鹽裝置11中，淡室24和濃室25交替設置，這樣，在濃室25中的第二輸入流體13中的陰離子， 如氫氧根離子(0H_)和氯離子(CD，通過相應的陰離子交換膜19，21進行遷移，比如進入臨近相應濃室25的淡室24中。
在非限定示例中，第二輸入流體13可包括可溶鹽，其內含有具有較高濃度的活性或離子化程度較高的陰離子，如氯離子(CD，這樣，該流體也可稱為富含氯離子的流體。 在一些示例中，第二輸入流體13中的活性離子也可包括硫酸根離子(SO42-)和氫氧根離子 (or)。從而，當目標離子，比如二氧化硅離子(HSi03_)從淡室24進入相應的濃室25后，在操作過程中，當進入濃室25中的陰離子繼續(xù)從濃室25向相應的淡室24遷移時，相較于遷移進濃室25中的目標離子，在繼續(xù)遷移時，第二輸入流體13中的高濃度活性陰離子可占據(jù)至少一大部分離子電流，從而有效抑制目標離子從濃室25向相應的淡室24的遷移。
比如，可溶鹽包括氯化鈉(NaCl)。在繼續(xù)遷移過程中，至少一大部分離子電流可被氯離子或其他活性離子，如氫氧根離子占據(jù)，從而導致至少一大部分離子化二氧化硅不能攜帶離子電流。在非限定示例中，在相應的濃室25中，活性離子的濃度可高于甚至遠高于從淡室24遷移來的目標離子的濃度。在其他示例中，當從濃室25向相應的淡室24遷移時，在相應的濃室25中，活性離子的離子遷移率(Ionic Mobility)大于其內的從淡室24 遷移來的目標離子的離子遷移率。在一定的應用中，當從濃室25向相應的淡室24遷移時， 第二輸入流體13中的活性離子的數(shù)量可大于從淡室24遷移進濃室25中的目標離子，如 HSiO3-的數(shù)量。、
這樣，在操作時，濃室25中的第二輸入流體13中的一部分活性離子可從相應的陰離子交換膜遷移出而進入臨近的淡室24中，在此過程中，由于第二輸入流體13中的活性離子占據(jù)了大部分離子電流，大部分目標離子，如HSiO3-不能通過相應的陰離子交換膜19，21 而進入淡室，從而其在從相應的淡室24進入濃室25后繼續(xù)保留在濃室25中。
在一些示例中，當陰離子從濃室25向淡室24遷移時，為了增加第二輸入流體13 中活性離子攜帶的離子電流的占比，如圖1所示，脫鹽系統(tǒng)10進一步包括與第二輸入流體 13流體相通的離子調整單元26。該離子調整單元26可促使在操作中，當陰離子繼續(xù)從濃室25向相應的淡室24遷移時，濃室25中的第二輸入流體中的活性離子可占據(jù)大部分離子電流。在非限定示例中，離子調整單元26通過向第二輸入流體13中注入氯化鈉溶液的方法來增加第二輸入流體13中活性離子的濃度。在一定的應用中，離子調整單元26可設置或不設置。
這樣，如圖2所示，當?shù)诙斎肓黧w13通過濃室25時，其把從淡室24遷移來的目標離子，如HSiO3-帶出脫鹽裝置11，從而相較于第一和第二輸入流體12，13，第一輸出流體 14和第二輸出流體15分別具有較低和較高濃度的包括離子化二氧化硅在內的目標離子。
通常，提高第一輸入流體12的pH值可導致流體內的陽離子，如鈣離子(Ca2+)和鎂離子(Mg2+)在脫鹽裝置內發(fā)生沉淀或結垢。然而，在圖1所示的實施例中，由于脫鹽裝置11 僅設置陰離子交換膜，在第一輸入流體12中的離子化二氧化硅被移除的同時，其內的陽離子，如鈣離子和鎂離子仍然處在淡室24內，從而不會進入濃室25中進行濃縮。這樣，就大大降低了陽離子在濃室25內發(fā)生結垢或沉淀的趨勢。
在一些示例中，脫鹽裝置11的第一和第二電極17，18的極性可以反轉，在相反的電極狀態(tài)下，原本在正常電極狀態(tài)下的淡室作為濃室來接收第二輸入流體13 ;原本在正常電極狀態(tài)下的濃室作為淡室來接收第一輸入流體12來對其進行處理，比如移除其內的二氧化硅且避免或減輕陰陽離子在脫鹽裝置11內發(fā)生沉淀的可能性。
圖3所示為脫鹽裝置30的另一個實施例的示意圖。圖3所示的實施例與圖2所示的實施例相似，二者不同之處在于在圖3所示的實施例中，二氧化硅移除裝置30的離子交換膜20，22，31中的每一個第二元件31為單價選擇性陽離子交換膜，從而復數(shù)個交替設置的單價選擇性陽離子交換膜(第二元件)31和相應的陰離子交換膜(第一元件)20，22 形成了復數(shù)個交替設置的第一和第二通道24，25。在操作時，第一和第二通道24，25可作為淡室和濃室使用。
單價選擇性陽離子交換膜31僅可通過單價陽離子，多價陽離子和陰離子均不能通過。在一個 非限定示例中，用來使用在單價選擇性陽離子交換膜31的材料可包括交聯(lián)的共聚物，其可來自丙烯酰氨基甲基丙燒磺酸(Acrylamidomethylpropane sulfonic acid, AMPS)和二甲基丙烯酸乙二醇酯(Ethylene glycol dimethacrylate, EGDMA)。
這樣，與圖2所示的實施例相似，在操作時，當脫鹽裝置30在正常的極性狀態(tài)時， 電流施加在其上，第一和第二輸入流體12，13分別進入第一通道24和第二通道25。由于脫鹽裝置30的移除作用，在第一輸入流體12中，至少一部分離子化的二氧化硅，比如 HSi03_或其他陰離子，如0H_和Cl—可通過陰離子交換膜20朝向陽極17遷移而進入相應的第二通道25中。
第一輸入流體12中的多價陽離子，包括但不限于鈣離子(Ca2+)和鎂離子(Mg2+)由于不能通過單價選擇性陽離子交換膜31而保留在淡室24中。在一些應用中，第一輸入流體12中的單價陽離子，如鈉離子(Na+)可通過單價選擇性陽離子交換膜31朝向陰極18遷移而進入相鄰的濃室25中。
在濃室25中，由于單價選擇性陽離子交換膜31的存在，其內的陰離子，包括從淡室24遷移來的HSiOf便無法進一步通過單價選擇性陽離子交換膜31以進入臨近的淡室 24中，從而仍然保留在相應的濃室25中。由于陰離子交換膜20，22的存在，濃室25內的陽離子，如鈉離子(Na+)也同樣仍處在濃室25中。
這樣，當?shù)诙斎肓黧w13通過濃室25時，從淡室24遷移進濃室25內的單價陽離子和陰離子，包括目標離子如HSi03_便在濃室25中濃縮并被帶出脫鹽裝置30，從而相較于第一和第二輸入流體12，13，第一輸出流體14和第二輸出流體15分別具有較低和較高濃度的帶電離子，包括離子化二氧化硅。
從而，由于脫鹽裝置30設置有單價選擇性陽離子交換膜31，至少一部分離子化二氧化硅可被從第一輸入流體12中移除。其間，第一輸入流體12中部分陽離子，如鈣離子 (Ca2+)和鎂離子(Mg2+)則仍處在淡室24中而不能進入濃室25中進行濃縮，從而來大大減輕其在濃室25內發(fā)生沉淀或結垢的風險。
圖4所示為脫鹽裝置32的一個實施例的示意圖。如圖4所示，該實施例與圖3中所示的實施例相似，二者不同之處在于在圖4所示的實施例中，脫鹽裝置32的離子交換膜的每一個第二元件均為雙極性離子交換膜(Bipolar Ion Exchange Membrane),而不是圖3 中所示的單價選擇性陽離子交換膜31。這樣，復數(shù)個交替設置的雙極性離子交換膜(第二元件)33和陰離子交換膜(第一元件)20，22設置在第一和第二電極17，18間以形成復數(shù)個交替設置的第一和第二通道24，25。
在非限定示例中，雙極性離子交換膜通常包括陽離子交換層、陰離子交換層及設置在陽離子交換膜和陰離子交換膜之間的接合層(Junction Layer)。在雙極性離子交換膜操作過程中，水通過陰陽離子交換層擴散進入接合層從而分解成氫離子(H+)和氫氧根離子(0H-)。氫離子通過陽離子交換層朝向陰極移動；氫氧根離子通過陰離子交換層朝向陽極移動。其他陰離子和陽離子則分別被陽離子和陰離子交換層排除在雙極性離子交換膜外。
這樣，與圖3所示的實施例相似，在操作中，在淡室24中，第一輸入流體12中的陰離子，如HS·i03_可進入相鄰的濃室25中，其內的陽離子，如鈣離子和鎂離子則不能通過雙極性離子交換膜33而仍保留在相應的淡室24中。在濃室25中，由于雙極性離子交換膜33 的排除作用，從淡室24遷移來的陰離子，如HSi03_仍保留在濃室25中而不能進一步遷移進相鄰的淡室24中。
從而，當?shù)诙斎肓黧w13通過濃室25時，從淡室24遷移來的陰離子，如HSi03_則被帶出脫鹽裝置32中同時避免了陽離子，如鈣離子和鎂離子在相應濃室中的濃縮，大大降低了發(fā)生沉淀或結垢的風險。
在一定的應用中，為了避免或減輕由于pH調整單元16的設置而導致陽離子，如鈣離子和鎂離子在脫鹽裝置11，30或32中發(fā)生沉淀或結垢的可能性，脫鹽系統(tǒng)10可設置有預處理單元。該預處理單元可用來在第一輸入流體12被輸入進二氧化硅移除裝置之前來處理流體以至少移除部分多價陽離子，從而產生具有合適總溶解固體(Total Dissolved Solids, TDS)水平和陽離子濃度的第一輸入流體12。
圖5所示為本發(fā)明脫鹽系統(tǒng)10的另一個實施例的示意圖。如圖5所示，該實施例與圖1所示的實施例相似，二者不同之處在于在圖5所示的實施例中，預處理單元34設置在脫鹽裝置11的上游并與其流體相通來預處理輸入流體35以移除其內至少一部分離子化程度較高的離子，如 丐離子和鎂離子，從而產生具有合適總溶解固體(Total Dissolved Solids, TDS)水平和陽離子濃度的第一輸入流體12。
在本實施例中，預處理單元34包括倒極電滲析(Electrodialysis Reverse,EDR) 裝置。在其他實施例中，預處理單元34可包括電滲析(Electrodialysis,ED)裝置、超級電容脫鹽(Supercapacitor Desalination, SO))裝置或陽離子交換軟化(Softening)裝置來對流體35進行預處理。
這樣，在操作時，流體35被輸入進倒極電滲析裝置34中進行處理以移除其內含有的至少一部分陰離子和陽離子，如鈣離子和鎂離子，從而產生可用來輸入進脫鹽裝置11中進行處理的具有合適溶解性總固體(Total Dissolved Solids, TDS)水平和陽離子濃度的第一輸入流體12。其間，流體36也被輸入進倒極電滲析裝置34中以把從流體35中移除的離子帶出該倒極電滲析裝置34中，從而產生輸出流體37。相較于流體36，該輸出流體37 包含有較高濃度的帶電離子。
在一定的應用中，如圖5所示，脫鹽系統(tǒng)10可進一步包括與倒極電滲析裝置34流體相通的沉淀單元38。在一些示例中，沉淀單元38可用來提供流體36以使其循環(huán)進入倒極電滲析裝置34中。隨著流體36的不斷循環(huán)，其內的鹽或其他雜質的濃度可能不斷增加， 部分溶解度較低的鹽，如硫酸鈣等甚至在流體36中達到飽和或超飽和。這樣，當該飽和或超飽和達到一定的程度，沉淀就在沉淀單元38中發(fā)生。在一些示例中，隨著操作的進行，沉淀產生的固體(未圖示)和一部分流體36可通過管道39自沉淀單元38排出。流體40也可輸入來補充流體36。在非限定示例中，流體40和流體35可來自相同的流體源。
圖6所示為本發(fā)明脫鹽裝置11的二氧化硅移除率的一個實施例的實驗圖表。為了便于說明，以圖2中所示的脫鹽裝置11為例。實驗中進水總溶解固體約為350ppm，其中含二氧化硅約40ppm，在進入二氧化硅移除裝置前其pH值被調節(jié)到約11。如圖6所示， 在持續(xù)運行5天時間的過程中，脫鹽裝置11的二氧化硅的移除率在50%左右，且比較穩(wěn)定，這顯示了第一輸入流體12中的二氧化硅可被有效的移除的同時，脫鹽裝置11內發(fā)生的沉淀或結垢現(xiàn)象也得以避免或減輕。
圖1到圖5所示的實施例僅是示意性的，圖1到圖5中相同的標號可表示相似的元件。在本發(fā)明實施例中，圖1到圖5所示的實施例可被用來移除流體中的二氧化硅。在其他示例中，其也可被用來移除其它合適的離子，比如從流體中移除二價陰離子。脫鹽裝置 11，30或32中離子交換膜中的每一對中的第一元件為陰離子交換膜；離子交換膜中的每一對中的第二元件為陰離子交換膜、單價選擇性陽離子交換膜或雙極性離子交換膜。其中第一輸入流體中離子化的二氧化硅通過第一元件轉移到第二輸入流體中實現(xiàn)移除，而第二元件的共同特征是阻止第一輸入流體中的多價陽離子被同時轉移到第二輸入流體中以降低由于多價陽離子在第二輸入流體中濃縮引起的結垢風險。這樣，第一輸入流體12中的離子，比如二氧化硅就可被有效且穩(wěn)定的移除。此外，預處理單元也可被設置來避免脫鹽裝置在對第一輸入流體12進行處理的過程中在其內發(fā)生沉淀或結垢。
雖然結合特定的實施例對本發(fā)明進行了說明，但本領域的技術人員可以理解，對本發(fā)明可以作出許多修改和變型。因此，要認識到，權利要求書的意圖在于覆蓋在本發(fā)明真正構思和范圍內的所有這些修改和變型。
權利要求
1.一種脫鹽系統(tǒng)，包括 可接收第一輸入流體來移除該流體內二氧化硅的二氧化硅移除裝置，包括 第一和第二電極； 復數(shù)片可成對的離子交換膜，其設置在所述第一和第二電極間并形成復數(shù)個交替設置的第一和第二通道； 復數(shù)個隔網裝置，其設置在相鄰的每兩片離子交換膜之間及第一和第二電極與各自相鄰的離子交換膜之間；及 其中，每一對離子交換膜中的第一元件均為陰離子交換膜，每一對離子交換膜中與其第一元件成對的第二元件可為陰離子交換膜、單價選擇性陽離子交換膜和雙極性離子交換膜中之一，其中第一元件和第二元件在所述復數(shù)片可成對的離子交換膜中交替設置。
2.如權利要求1所述的脫鹽系統(tǒng)，其中所述二氧化硅移除裝置可進一步接收第二輸入流體以帶出從所述第一輸入流體移除的離子。
3.如權利要求2所述的脫鹽系統(tǒng)，其中所述復數(shù)片可成對的離子交換膜中的每一片均為陰離子交換膜。
4.如權利要求2所述的脫鹽系統(tǒng)，其進一步包括有與所述二氧化硅移除裝置流體相通的離子調整單元，該離子調整單元可用來調整所述第二輸入流體中陰離子的濃度。
5.如權利要求4所述的脫鹽系統(tǒng)，其進一步包括有與所述二氧化硅移除裝置流體相通的預處理單元，該預處理單元可用來至少部分移除流體中的多價陽離子以產生所述第一輸入流體。
6.如權利要求5所述的脫鹽系統(tǒng)，其中所述預處理單元包含倒極電滲析裝置。
7.如權利要求1所述的脫鹽系統(tǒng)，其進一步包括有與所述二氧化硅移除裝置流體相通的pH調整單元，該pH調整單元可用來調整所述第一輸入流體的pH值。
8.一種脫鹽系統(tǒng),包括 二氧化硅移除裝置，包括 第一和第二電極； 復數(shù)片可成對的陰離子交換膜，其設置在所述第一和第二電極間并形成復數(shù)個交替設置的第一和第二通道 '及 復數(shù)個隔網裝置，其設置在相鄰的每兩片陰離子交換膜之間及第一和第二電極與各自相鄰的陰離子交換膜之間。
9.如權利要求8所述的脫鹽系統(tǒng)，其中所述二氧化硅移除裝置通過所述第一和第二通道分別來接收第一輸入流體以移除該流體內的二氧化硅及接收第二輸入流體以帶出從所述第一輸入流體中移除的二氧化硅。
10.如權利要求9所述的脫鹽系統(tǒng)，其進一步包括有與所述二氧化硅移除裝置流體相通的pH調整單元，該pH調整單元可用來調整所述第一輸入流體的pH值。
11.如權利要求8所述的脫鹽系統(tǒng)，其進一步包括有與所述二氧化硅移除裝置流體相通的離子調整單元，該離子調整單元可用來調整所述第二輸入流體中陰離子的濃度。
12.—種用于從流體中移除二氧化硅的方法，包括 輸入第一輸入流體到由二氧化硅移除裝置中成對的離子交換膜形成的第一通道中進行二氧化硅移除；輸入第二輸入流體到由所述二氧化硅移除裝置中所述成對的離子交換膜形成的第二通道中以把從所述第一輸入流體中移除的二氧化硅帶出所述二氧化硅移除裝置；及 其中，每一對離子交換膜中的第一元件均為陰離子交換膜，每一對離子交換膜中與其第一元件成對的第二元件可為陰離子交換膜、單價選擇性陽離子交換膜和雙極性離子交換膜中之一，其中第一元件和第二元件在所述復數(shù)片可成對的離子交換膜中交替設置。
13.如權利要求12所述的方法，其中所述二氧化硅移除裝置包括 第一和第二電極； 復數(shù)片所述成對的離子交換膜，其設置在所述第一和第二電極間并形成復數(shù)個交替設置的所述第一和第二通道；及 復數(shù)個隔網裝置，其設置在所述相鄰的每兩片離子交換膜之間及第一和第二電極與各自相鄰的離子交換膜之間。
14.如權利要求12所述的方法，其中所述復數(shù)片可成對的離子交換膜中的每一片均為陰離子交換膜。
15.如權利要求14所述的方法，其進一步包括在所述第二輸入流體進入所述二氧化硅移除裝置前增加所述第二輸入流體內的陰離子的濃度。
16.如權利要求15所述的方法，其中所述增加所述第二輸入流體內的陰離子的濃度通過添加含氯化鈉的溶液的方式實現(xiàn)。
17.如權利要求12所述的方法，其進一步包括在所述第一輸入流體進入所述二氧化硅移除裝置前調整所述第一輸入流體的PH值。
18.如權利要求17所述的方法，其中所述第一輸入流體pH值被調整到處于9.5到11的范圍內。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種脫鹽系統(tǒng)及方法。該脫鹽系統(tǒng)包括二氧化硅移除裝置。該二氧化硅移除裝置包括第一和第二電極、復數(shù)片可成對的離子交換膜及復數(shù)個隔網裝置。復數(shù)片可成對的離子交換膜設置在所述第一和第二電極間并形成復數(shù)個交替設置的第一和第二通道。復數(shù)個隔網裝置設置在相鄰的每兩片離子交換膜之間及第一和第二電極與各自相鄰的離子交換膜之間。其中，每一對離子交換膜中的第一元件均為陰離子交換膜，每一對離子交換膜中與其第一元件成對的第二元件可為陰離子交換膜、單價選擇性陽離子交換膜和雙極性離子交換膜中之一，其中第一元件和第二元件在所述復數(shù)片可成對的離子交換膜中交替設置。
文檔編號C02F9/06GK102992521SQ20111026527
公開日2013年3月27日 申請日期2011年9月8日 優(yōu)先權日2011年9月8日
發(fā)明者熊日華, 張呈乾 申請人:通用電氣公司