純水製備方法及設備的製作方法
2023-04-30 09:49:06
專利名稱：純水製備方法及設備的製作方法
技術領域：
本發明屬於水處理技術領域，具體地說它是一種用於製備純水(或淡化水)的方法及其設備。
背景技術：
現有純水製備有採用離子交換方法，此法需用酸鹼再生、運行費用高、汙染環境；而有將反滲透技術應用於純水製備，反滲透對原水的處理要求嚴格，總投資大，水利用率低。電滲析是一種成熟的電去離子技術，其淡水間在整個流程中離子濃度逐漸變小，離子遷移能力也愈來愈低，導致該技術去除率低，水的利用率低，上述是電滲析不能用作純水生產的主要原因。現有EDI技術，它是在純水間填充陰、陽混合樹脂，是一種生產高純水設備，它的進水必須是普通純水。混合填充樹脂有利於高的去除率，它防止了H+及OH-的逆交換，從而達到高純水目的。但是，填充混合樹脂的電阻率大，因為陽離子遇到陰樹脂或者陰離子遇到陽樹脂，無異於絕緣體。電阻大、電流小，離子遷移總量就小，普通純水製備比高純水製備離子遷移總量要大兩個數量級，故其不適用於普通純水的製備。
發明內容
本發明的目的在於提供一種投資省、運行費用低、水的利用率高的純水製備方法及設備。
為實現上述目的，本發明採取的技術方案是一種純水製備方法，包括以下步驟①在電滲析淡水間中採用分離式填充離子交換樹脂，填充的樹脂上離子濃度遠大於自然水體中所含離子濃度，且其濃度是均勻的，在以離子遷移形成電流中，電阻與離子濃度成反比，故填充樹脂後在電壓與其它條件相同情況，填充樹脂的電流遠大於未填充者，而電流大說明遷移離子數量大，故提高了其離子去除率，提高了水的利用率；
②所謂分離式填充離子交換樹脂，是將陰樹脂和陽樹脂分別填充在電滲析淡水間中，有面分離填充和帶分離填充兩種，將填有樹脂的淡水間叫做純水間，進入純水間的原水在電場作用下，陽樹脂上的陽離子向陰極方向遷移、陰樹脂上陰離子向陽極方向遷移，通過陰膜和陽膜分別進入廢水框，原水中陰、陽離子不斷被吸附至陰樹脂和陽樹脂離子遷移後的離子空穴上，又不斷遷移至廢水框，採用分離式填充，陽離子全部在陽樹脂間遷移，陰離子完全在陰樹脂間遷移，與混合式填充樹脂相比，極大地減少了電阻；③帶分離填充是將陰陽樹脂交替分帶填充，樹脂帶垂直於純水間的水流方向；面分離填充是在純水間加隔離物，在隔離物與陽膜之間填充陽樹脂，在隔離物與陰膜之間填充陰樹脂，填充陽樹脂者叫陽框，填充陰樹脂者叫陰框；④帶分離填充的純水間中，水不斷交替通過陰、陽樹脂，陰、陽離子在同名樹脂帶交替被吸收，即能產生純水；面分離填充的純水間中，陽框出水要接到下一陰框進水，上一陰框出水要接到下一陽框進水，經過陽框時去除陽離子，經過陰框時去除陰離子，即能產生純水。
一種實現上述純水製備方法的設備，其特徵在於其兩外側依次為壓緊板、絕緣板、極板及左右極框，在左、右極框中間夾著數十個乃至上百個產水單元，通過緊固件疊壓組裝在一起；所述產水單元是由廢水框、純水間依序排列，陰膜與陽膜分別夾在廢水框與純水間之間，廢水框陽極方向一側為陽膜，陰極方向一側為陰膜，純水間陽極方向一側為陰膜，陰極方向一側為陽膜；純水間包括純水框、陰樹脂、陽樹脂及濾網，陰、陽樹脂分離填充在純水間的框室中，在純水框上開有原水、鹽水的進孔和純水、廢水的出孔，只有原水進孔和純水出孔與其框室相通，純水框室進出孔處裝有防樹脂流失的濾網；廢水框也對應開有純水框上的孔，只有廢進孔、廢出孔與其框室相通；陰膜、陽膜也對應開有純水框上的孔；左極框上開有與其框室相通的極進孔及極出孔；右極框上開有與其框室相通的極進孔及極出孔，還對應開有純水框上的孔；將左右極框、廢水框、純水框、陰膜、陽膜上開的各對應孔對準疊壓組裝在一起，同名孔形成對應通道，在左、右極框的各孔接上對應的管道；所述左右極框、純水框、廢水框均由絕緣材料製成，各框包括框邊與框室。
上述純水間由純水框、陰樹脂、陽樹脂及濾網組成，在純水框上開有純進孔、廢進孔、純出孔和廢出孔四孔，只有純進孔與純出孔與其框室相通，陰、陽樹脂交替填充在純水間框室的互相平行帶中，樹脂帶與水流方向垂直，陰、陽樹脂交界處設有防止樹脂混合的濾網，廢水框也對應開有純水框上的四孔，只有廢進孔、廢出孔與其框室相通；陰膜、陽膜也對應開有純水框上的四孔；左極框上開有與其框室相通的極進孔及極出孔；右極框上開有與其框室相通的極進孔及極出孔，還對應開有純水框上的四孔；將左右極框、廢水框、純水框、陰膜、陽膜上開的各對應孔對準疊壓組裝在一起，同名孔形成對應通道，在左、右極框的各孔接上對應的極進管、純進管、廢進管、極出管、純出管和廢出管，構成一種帶分離填充樹脂的純水製備設備。
上述純水間的純水框分為陽框和陰框，它們與隔離物、濾網及陰陽樹脂組成純水間，陽框與陰框中間夾著隔離物，陽框內填充陽樹脂在陰極方向一側，陰框內填充陰樹脂在陽極方向一側；在陰框、陽框及廢水框上開有陽進孔、陰進孔、廢進孔、陽出孔、陰出孔及廢出孔六孔，在陽框上只有陽進孔、陽出孔與其框室相通，陰框上只有陰進孔、陰出孔與其框室相通，廢水框只有廢進孔、廢出孔與其框室相通；隔離物、陰膜及陽膜在對應位置上亦開有上述六孔；右極框對應位置開有上述六孔外，還開有與其框室相通的極進孔與極出孔；左極框開有與其框室相通的極進孔與極出孔；將左右極框、陽框、陰框、廢水框、隔離物、陰膜、陽膜上開的各對應孔對準疊壓組裝在一起，同名孔疊壓在一起形成對應通道，在左、右極框的各孔接上對應的極進管、陽進管、陰進管、廢進管、極出管、陽出管、陰出管和廢出管，構成一種面分離填充樹脂的純水製備設備。
本發明提供的上述純水製備方法及設備，利用在電滲析淡水間分離填充樹脂的方式，填充的樹脂上離子濃度遠大於自然水體中所含離子的濃度，且其純水間在整個流程中離子濃度是均勻的，離子遷移主要在同名樹脂間遷移，增大了以離子遷移形成的電流，提高了其去除離子的能力和水的利用率。該純水製備方法及設備與現有技術相比，投資省、運行費用低、水的利用率高。
圖1為帶分離填充樹脂方式的方法與設備全貌示意2為帶分離填充樹脂方式的純水間結構示意3為圖2的側剖4為帶分離填充樹脂方式的純水框結構示意5為帶分離填充樹脂方式的廢水框結構示意6為帶分離填充樹脂方式的右極框結構示意7為兩種方式共用的左極框結構示意8為面分離填充方式的方法與設備全貌示意9為面分離填充方式的純水間結構示意10為圖9的側剖11為面分離填充方式的陰框結構示意12為面分離填充方式的陽框結構示意13為面分離填充方式的廢水框結構示意14為面分離填充方式的右極框結構示意中1-陰膜；2-陽膜；3-純水間；4-廢水框；5-壓緊板；6-絕緣板；7-極板；8-右極框；9-左極框；10-極進管；11-廢出管；12-純出管；13-極出管；14-廢進管；15-純進管；16-緊固件；17-陽出管；18-陰出管；19-陽進管；20-陰進管；21-陰樹脂；22-陽樹脂；23-濾網；24-純水框；25-框邊；26-框室；27-純進孔；28-廢進孔；29-純出孔；30-廢出孔；31-極進孔；32-極出孔；33-陽框；34-陰框；35-隔離物；36-陰進孔；37-陽進孔；38-陰出孔；39-陽出孔。
具體實施例方式
實施例一圖1至圖7所示為帶分離填充樹脂方式的純水製備設備如圖1所示，本發明實施例一中，設備兩外側依次為壓緊板5、絕緣板6、極板7、左右極框9和8，兩側極板7左接陰極，右接陽極。左右極框9、8中間夾著數十個乃至上百個產水單元，通過緊固件16疊壓在一起。左極框9上接有極進管10和極出管13，右極框8各孔上接有對應的極進管10、廢出管11、純出管12、極出管13、廢進管14及純進管15。所謂產水單元，是由純水間3及廢水框4依序排列，廢水框4陰極方向(左側)為陰膜1，陽極方向(右側)為陽膜2，純水間3陰極方向(左側)為陽膜2，陽極方向為陰膜1。
各種框、陰膜1、陽膜2的平面尺寸在同一設備中相同，各框均由絕緣材料製成，包括邊框和框室。
如圖2、圖3所示，純水間3由純水框24、陰樹脂21、陽樹脂22及濾網23組成。將其框室26按垂直水流方向分成十幾個平行帶，將陰樹脂21、陽樹脂22交替填在各帶上，在陰樹脂21與陽樹脂22的分界面上設有防止樹脂混合的濾網23。樹脂帶的斷面可以是矩形、三角形、以梯形為更好。陰樹脂21的梯形大底邊在陰膜1這一面，陽樹脂22的梯形大底邊在陽膜2這一面，其框室26進出水端裝有防樹脂流失的濾網23。
如圖4所示，純水框24的邊框25上開有純進孔27、廢進孔28、純出孔29及廢出孔30四孔，只有純進孔27、純出孔29與其框室26相通。
如圖5所示，廢水框4的邊框25的對應位置上開有純水框24上的四孔，但只有廢進孔28及廢出孔30與其框室26相通。
如圖6所示，右極框8的邊框25的對應位置上開有純水框24上四孔外，還開有與其框室26相通的極進孔31與極出孔32。
如圖7所示，左極框9的邊框25上開有與其框室26相通的極進孔31與極出孔32。
按圖1所示位置關係將左右極框9和8、陰陽膜1和2、純水框24、廢水框4各孔對準疊壓組裝在一起，各孔形成對應的通道，然後將壓緊板5，絕緣板6、極板7加在外側，通過緊固件16組裝在一起成為一臺設備，各孔疊壓形成的通道分別接同名管道。
工作時，原水由純進管15、經純進孔27疊壓形成的通道進入其框室26，自上而下交替流經陰陽樹脂21、22，在電場作用下，陽樹脂22上的陽離子向陰極方向遷移，陰樹脂21上陰離子不斷向陽極遷移，穿過陰陽膜1、2進入廢水框4隨廢水排除。原水中的陰陽離子不斷補充到離子遷移後樹脂上的離子空穴上，經純出孔29疊壓形成的通道、由純出管12產出之水，即為純水。
濃度為0.5％的鹽水由廢進管14、經廢進孔28疊壓形成的通道進入其框室26自上而下，再經廢出孔30疊壓形成的通道從廢出管11流出。
極水由各自的極進管10、極進孔31進入左右極框9、8的框室26，從各自的極出孔32、極出管13排出，極水在框室26中為自下而上流動。
實施例二圖8至圖14所示為面分離填充樹脂方式的純水製備設備如圖8所示，本發明實施例二中，設備兩外側同樣依次為壓緊板5、絕緣板6、極板7、左右極框9和8，兩側極板7左接陰極，右接陽極。左右極框9、8中間夾著數十個乃至上百個產水單元，通過緊固件16疊壓在一起。左極框9上接有極進管10和極出管13。右極框8各孔上所接管道與實施例一有所不同，它接有對應的極進管10、廢出管11、陽出管17、陰出管18、極出管13、廢進管14、陽進管19和陰進管20。所謂產水單元，同樣是由純水間3及廢水框4依序排列，廢水框4陰極方向(左側)為陰膜1，陽極方向(右側)為陽膜2，純水間3陰極方向(左側)為陽膜2，陽極方向為陰膜1。
各種框、陰膜1、陽膜2的平面尺寸在同一設備中相同，各框均由絕緣材料製成，包括邊框和框室。
如圖9、圖10所示，純水間3由陽框33、陰框34、隔離物35、濾網23、陰樹脂21及陽樹脂22組成，陽框33與陰框34中間夾著隔離物35，隔離物35可以是濾網、陰膜或陽膜，陽框33在左(陰極方向)、陰框34在右(陽極方向)，陽框33填充陽樹脂22，陰框34填充陰樹脂21。陰陽框34、33的框室26開孔兩端裝有防止樹脂流失的濾網23。
如圖11至圖13所示，在陰框34、陽框33、廢水框4的邊框25對應位置上均開有廢進孔28、陰進孔36、陽進孔37、廢出孔30、陰出孔38及陽出孔39六孔，在陰框34上只有陰進孔36、陰出孔38與其框室26相通，陽框33上只有陽進孔37、陽出孔39與其框室26相通，在廢水框4上只有廢進孔28、廢出孔30與其框室26相通。
上述純水間3中的隔離物35、陰膜1、陽膜2上對應位置也開有上述六孔。
如圖14所示，右極框8的邊框25對應位置上開有上述六孔外，尚開有與其框室26相通的極進孔31、極出孔32。
如圖7所示，左極框9的邊框25上只開有與其框室26相通的極進孔31、極出孔32。
按圖8所示位置關係，將上述左右極框9和8、陽框33、陰框34、廢水框4、陰膜1、陽膜2及隔離物35上各孔對準疊壓形成六通道，然後將壓緊板5、絕緣板6、極板7加在兩外側通過緊固件16組裝成設備，疊壓形成的各通道分別接同名管道。
工作時，廢水與極水的流程與帶分離填充設備相同。
原水由陽進管19、陰進管20，經陽進孔37、陰進孔36疊壓形成的通道分別進入陽框33和陰框34的框室26。進入陽框33的框室26中的原水在電場作用下被除去陽離子，進入陰框34的框室26中的原水被除去陰離子，然後經陽出孔39、陰出孔38疊壓形成的通道分別從陽出管17、陰出管18流出。離子去除過程及原理與帶分離填充設備相同。
將上一設備陽出管17接到下一設備陰進管20，上一設備陰出管18接引下一設備陽進管19上。第二設備陽出管17、陰出管18出水均為純水。
需要說明的是本發明亦可用於海水脫鹽及苦鹹水淡化，用於海水脫鹽時，純進管或陰陽進管、廢進管進的都是海水；苦鹹水淡化時，純進管或陰陽進管、廢進管進的都是苦鹹水。純水間應稱之淡化間，出水為淡化水。凡將上述純水製備方法及設備用於海水脫鹽及苦鹹水淡化，均在本發明保護範圍之內。
權利要求
1.一種純水製備方法，其特徵在於它包括以下步驟①在電滲析淡水間中採用分離式填充離子交換樹脂，填充的樹脂上離子濃度遠大於自然水體中所含離子濃度，且其濃度是均勻的，在以離子遷移形成電流中，電阻與離子濃度成反比，故填充樹脂後在電壓與其它條件相同情況，填充樹脂的電流遠大於未填充者，而電流大說明遷移離子數量大；②所謂分離式填充離子交換樹脂，是將陰樹脂和陽樹脂分別填充在電滲析淡水間中，有面分離填充和帶分離填充兩種，將填有樹脂的淡水間叫做純水間，進入純水間的原水在電場作用下，陽樹脂上的陽離子向陰極方向遷移、陰樹脂上陰離子向陽極方向遷移，通過陰膜和陽膜分別進入廢水框，原水中陰、陽離子不斷被吸附至陰樹脂和陽樹脂離子遷移後的離子空穴上，又不斷遷移至廢水框，採用分離式填充，陽離子全部在陽樹脂間遷移，陰離子完全在陰樹脂間遷移；③帶分離填充是將陰陽樹脂交替分帶填充，樹脂帶垂直於純水間的水流方向；面分離填充是在純水間加隔離物，在隔離物與陽膜之間填充陽樹脂，在隔離物與陰膜之間填充陰樹脂，隔離物可以是濾網、陰膜或陽膜，填充陽樹脂者叫陽框，填充陰樹脂者叫陰框；④帶分離填充的純水間中，水不斷交替通過陰、陽樹脂，陰、陽離子在同名樹脂帶交替被吸收，即能產生純水；面分離填充的純水間中，陽框出水要接到下一陰框進水，上一陰框出水要接到下一陽框進水，經過陽框時去除陽離子，經過陰框時去除陰離子，即能產生純水。
2.一種實現上述純水製備方法的設備，其特徵在於其兩外側依次為壓緊板、絕緣板、極板及左右極框，在左、右極框中間夾著數十個乃至上百個產水單元，通過緊固件疊壓組裝在一起；所述產水單元是由廢水框、純水間依序排列，陰膜與陽膜分別夾在廢水框與純水間之間，廢水框陽極方向一側為陽膜，陰極方向一側為陰膜，純水間陽極方向一側為陰膜，陰極方向一側為陽膜；純水間包括純水框、陰樹脂、陽樹脂及濾網，陰、陽樹脂分離填充在純水間的框室中，在純水框上開有原水、鹽水的進孔和純水、廢水的出孔，只有原水進孔和純水出孔與其框室相通，純水框室進出孔處裝有防樹脂流失的濾網；廢水框也對應開有純水框上的孔，只有廢進孔、廢出孔與其框室相通；陰膜、陽膜也對應開有純水框上的孔；左極框上開有與其框室相通的極進孔及極出孔；右極框上開有與其框室相通的極進孔及極出孔，還對應開有純水框上的孔；將左右極框、廢水框、純水框、陰膜、陽膜上開的各對應孔對準疊壓組裝在一起，同名孔形成對應通道，在左、右極框的各孔接上對應的管道；所述左右極框、純水框、廢水框均由絕緣材料製成，各框包括框邊與框室。
3.根據權利要求2所述的純水製備設備，其特徵在於上述純水間由純水框、陰樹脂、陽樹脂及濾網組成，在純水框上開有純進孔、廢進孔、純出孔和廢出孔四孔，只有純進孔與純出孔與其框室相通，陰、陽樹脂交替填充在純水間框室的互相平行帶中，樹脂帶與水流方向垂直，陰、陽樹脂交界處設有防止樹脂混合的濾網，廢水框也對應開有純水框上的四孔，只有廢進孔、廢出孔與其框室相通；陰膜、陽膜也對應開有純水框上的四孔；左極框上開有與其框室相通的極進孔及極出孔；右極框上開有與其框室相通的極進孔及極出孔，還對應開有純水框上的四孔；將左右極框、廢水框、純水框、陰膜、陽膜上開的各對應孔對準疊壓組裝在一起，同名孔形成對應通道，在左、右極框的各孔接上對應的極進管、純進管、廢進管、極出管、純出管和廢出管，構成一種帶分離填充樹脂的製備純水的設備。
4.根據權利要求3所述的純水製備設備，其特徵在於上述純水間中交替填充的互相平行的陰陽樹脂帶，其樹脂帶的斷面可以是矩形、三角形或梯形。為了充分利用陰陽膜通過離子的面積，優選梯形斷面，陰樹脂帶的梯形大底邊在陰膜一面，陽樹脂帶的梯形大底邊在陽膜一面。
5.根據權利要求2所述的純水製備設備，其特徵在於上述純水框分為陽框和陰框，它們與隔離物、濾網及陰陽樹脂組成純水間，陽框與陰框中間夾著隔離物，陽框內填充陽樹脂在陰極方向一側，陰框內填充陰樹脂在陽極方向一側；在陰框、陽框及廢水框上開有陽進孔、陰進孔、廢進孔、陽出孔、陰出孔及廢出孔六孔，在陽框上只有陽進孔、陽出孔與其框室相通，陰框上只有陰進孔、陰出孔與其框室相通，廢水框只有廢進孔、廢出孔與其框室相通；隔離物、陰膜及陽膜在對應位置上亦開有上述六孔；右極框對應位置開有上述六孔外，還開有與其框室相通的極進孔與極出孔；左極框開有與其框室相通的極進孔與極出孔；將左右極框、陽框、陰框、廢水框、隔離物、陰膜、陽膜上開的各對應孔對準疊壓組裝在一起，同名孔疊壓在一起形成對應通道，在左、右極框的各孔接上對應的極進管、陽進管、陰進管、廢進管、極出管、陽出管、陰出管和廢出管，構成一種面分離填充樹脂的製備純水的設備。
6.根據權利要求5所述的純水製備設備，其特徵在於上述隔離物為陰膜、陽膜或濾網。
7.一種如權利要求2所述純水製備設備的用途，其特徵在於它還適用於海水脫鹽及苦鹹水淡化，用於海水脫鹽時，純進管或陰陽進管、廢進管進的都是海水；苦鹹水淡化時，純進管或陰陽進管、廢進管進的都是苦鹹水；純水間應稱之淡化間，出水為淡化水。
全文摘要
一種純水製備方法及設備，將陰、陽樹脂分別填充在電滲析淡水間中，有面分離填充和帶分離填充兩種，將填有樹脂的淡水間稱純水間，純水間與廢水框依序排列構成產水單元，帶分離填充的純水間中，水不斷交替通過陰、陽樹脂，陽樹脂上的陽離子向陰極方向遷移、陰樹脂上陰離子向陽極方向遷移，通過陰、陽膜分別進入廢水框，原水中陰、陽離子不斷被吸附至陰、陽樹脂離子遷移後的離子空穴上，即能產生純水；面分離填充的純水間中，陽框出水要接到下一陰框進水，上一陰框出水要接到下一陽框進水，經過陽框時去除陽離子，經過陰框時去除陰離子，即能產生純水。該純水製備方法及設備投資省、運行費用低、水的利用率高，亦可用於海水脫鹽及苦鹹水淡化。
文檔編號C02F1/42GK1792844SQ20051011983
公開日2006年6月28日 申請日期2005年11月8日 優先權日2005年11月8日
發明者鄧佑 申請人:鄧佑