一种电去离子膜对和电去离子膜堆的制作方法

本实用新型涉及水处理领域，特别是涉及一种用于生产纯水的电去离子设备。

背景技术：

电去离子（electrodeionization，简称edi），或称连续电除盐，是当今对初级纯水进行深度脱盐的新技术，其技术特征在于将电渗析与离子交换有机结合，即在淡室隔板中填充离子交换树脂，利用离子交换膜的选择透过性和树脂的高传导能力，在膜堆两端正负电极形成的直流电场作用下，快速地将进入淡室的水中的电解质电离的阴、阳离子定向迁移至浓室，从而得到纯水和高纯水。它可以替代传统的离子交换树脂，并且利用浓差极化发生的水解离产生的h+和oh-来自动再生填充树脂，无需酸碱，因此最大限度地降低了设备的运行费用，减少了污染，可实现连续稳定运行，生产出电阻率高达18mω·cm的超纯水。电子、医药和电力等行业对高纯水的要求，除了足够高的电阻率外，还对水中总有机碳、全硅（主要以溶解性的二氧化硅形式存在）等有严格的要求，如国标《电子级水》（gb/t11446.1-2013）对电子级水的技术指标中，对全硅（以二氧化硅计），ew-ⅰ级水是不大于2μg/l，ew-ⅱ级水是不大于10μg/l，要求是相当高的。

按edi的工作原理，edi膜堆只能去除能够电离的物质，如氯化物、硫酸盐等强电解质，只有电离成阴、阳离子，才能在edi的直流电场作用下，定向迁移至浓水室而除去。对于在水中不完全电离或部分电离的弱电解质（主要有二氧化硅（sio2）、二氧化碳（co2）、氨（nh3）等），例如co2以气态分子存在于水中的比例就达99%，h2co3不足1%，而在水中的h2co3只能部分电离成h+和hco3-，才能由edi膜堆去除，其他的则很难去除。而sio2、co2、nh3这些弱电解质在水中的存在，不仅会造成水的纯度变差，而且还会改变水的ph值，直接影响其作为高纯水的使用。如何将这些弱电解质去除一直是高纯水生产领域需要解决的问题。

技术实现要素：

基于上述不足，本实用新型提供了一种新的电去离子膜对以及包含多个电去离子膜对的电去离子膜对。该电去离子膜提高了膜对对弱电解质的去除效率。

本实用新型采用如下技术方案：

一种电去离子膜对，其包括阳膜、阴膜、淡室隔板和浓室隔板；所述阳膜、所述淡室隔板、所述阴膜和所述浓室隔板交替排列；

其中在所述淡室隔板中填充有阳离子树脂和阴离子树脂，所述阳离子树脂和所述阴离子树脂分层填充，在阳离子树脂层中夹杂设置有一层或若干层阴离子树脂层或者在阴离子树脂层中包含有一层或若干层阳离子树脂层；

和/或在所述浓室隔板中填充有阳离子树脂和阴离子树脂，所述阳离子树脂和所述阴离子树脂分层填充，在阳离子树脂层中夹杂设置有一层或若干层阴离子树脂层或者在阴离子树脂层中包含有一层或若干层阳离子树脂层。

其中，当阳离子树脂层中夹杂设置有一层或若干层阴离子树脂层时，所述阳离子树脂层和所述阴离子树脂层的层数之比为3~20:1~8。

其中，当阴离子树脂层中夹杂设置有一层或若干层阳离子树脂层时，所述阴离子树脂层和所述阳离子树脂层的层数之比为3~16:1~8。

其中，所述阳离子树脂和所述阴离子树脂的质量份数比为6~15:1~6。

其中，所述阴离子树脂和所述阳离子树脂的质量份数比为6~13:1~6。

其中，所述阳离子树脂层中夹杂设置的阴离子树脂层均匀设置或非均匀设置；

和/或所述阴离子树脂层中夹杂设置的阳离子树脂层均匀设置或非均匀设置。

其中，当阳离子树脂层中夹杂设置有一层或若干层阴离子树脂层时，所述阳离子树脂层的厚度大于等于所述阴离子树脂层的厚度；当阴离子树脂层中夹杂设置有一层或若干层阳离子树脂层时，所述阴离子树脂层的厚度大于等于所述阳离子树脂层的厚度。

其中，所述淡室隔板和/所述浓室隔板的厚度大于等于10mm。

其中，所述淡室隔板和/所述浓室隔板的厚度为10~15mm，则阳离子树脂层中夹杂设置有不大于4层阴离子树脂层；或阴离子树脂层中夹杂设置有不大于4层的阳离子树脂层。

一种电去离子膜堆，其包含1个或多个前述的电去离子膜对。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过改变树脂的填充方式，设计了增强弱电解质去除的电去离子膜对，提高膜对对弱电解质，如co2、sio2的去除效率，放宽edi膜堆对于进水中弱电解质含量的要求，提高了高纯水的水质。

附图说明

图1为本实用新型的电去离子膜对的一个实施例的整体示意图；

图2为图1中的淡室隔板的放大示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例和附图来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参见图1，本实施例提供一种电去离子膜对，其包括阳膜100、阴膜300、淡室隔板200、浓室隔板400、极板500和夹板600；所述阳膜、所述淡室隔板、所述阴膜和所述浓室隔板交替排列；其中在所述淡室隔板中填充有阳离子树脂和阴离子树脂，所述阳离子树脂和所述阴离子树脂分层填充，在阳离子树脂层中夹杂设置有一层或若干层阴离子树脂层或者在阴离子树脂层中包含有一层或若干层阳离子树脂层；

和/或在所述浓室隔板中填充有阳离子树脂和阴离子树脂，所述阳离子树脂和所述阴离子树脂分层填充，在阳离子树脂层中夹杂设置有一层或若干层阴离子树脂层或者在阴离子树脂层中包含有一层或若干层阳离子树脂层。

以淡室隔板为例，参见图2，淡室隔板中填充有第一阳离子树脂层211、第二阳离子树脂层212、第三阳离子树脂层213、第四阳离子树脂层214、第五阳离子树脂层215和第六阳离子树脂层216，在第三阳离子树脂层213和第四阳离子树脂层214之间设置有第一阴离子树脂层221，在第五阳离子树脂层215和第六阳离子树脂层216之间设置有第二阳离子树脂层222。

对于弱电解质，如h2co3，一般需要在edi膜堆内部创造条件，使其不断电离成h+和hco3-。而现有的edi膜堆并没有采取专门的去除弱电解质的措施，往往对弱电解质的去除率不高，只有30～40%。为了获得高纯水，只能要求膜堆的进水中这些弱电解质含量越低越好，如co2低于5mg/l，sio2低于0.1mg/l，另外产水在edi膜堆处理后，再经过抛光树脂处理，才能获得sio2含量很低的高纯水，这样就增加了整套水处理设备的处理难度，也增加了设备的投资和运行费用。

针对以上问题，本实用新型通过改变树脂的填充方式，设计了增强弱电解质去除的edi膜堆。

对于edi膜堆树脂的填充方式，目前普遍采用混合填充和分层填充。所谓混合填充是指将阴、阳离子交换树脂按一定比例均匀混合后填充到edi膜堆淡室中。这种填充方式使用最早、最多，同时也是众多研究人员最熟悉的一种。在混合填充edi膜堆中，水解离主要发生在阴、阳树脂接触点和异性的树脂与膜接触点周围的水界面层中。由于混合填充方式使得这种接触点均匀遍布整个淡室区间，因而使得水解离均匀发生在整个淡室中，可以创造使弱电解质持续电离成离子的条件，但水解离产生的h+和oh-在传递过程中结合的机率比较大，也抑制了弱电解质持续电离成离子的趋势，电流效率比较低。

分层填充是指在某一层填充区域中只填充阴树脂或阳树脂。在分层填充膜堆中，水解离主要只发生在异性的树脂与膜接触点。与混合填充相比，分层填充的优势在于，由于每层只填充同类型树脂，h+和oh-在传递过程中结合的机率大大降低，可创造使弱电解质持续电离成离子的条件，较大程度地提高电流效率；但分层填充的膜堆发生水解离点只在膜与树脂接触点上，水解离产生的h+和oh-分布集中且少，对树脂的再生程度不够，对弱电解质去除的效率降低，而且迁移的路径较长，特别是当填充树脂的隔板的厚度较大时，这种不足尤为明显，迁移的路径长，h+和oh-在传递过程中结合的机率会升高，会减弱弱电解质持续电离成离子的条件。

本实施例通过在分层填充的树脂床层中增加一层或数层异性树脂，这样可以使水的解离不仅可发生在异性的树脂与膜接触点，而且还可发生在异性树脂接触点，使水的解离较均匀的分布在整个床层中，能够创造出更好的使弱电解质持续电离成离子的条件，从而增强弱电解质的去除。

需要说明的是，本实施例中的淡室隔板和浓室隔板都可以采用本实施例的填充方式。以淡室隔板为例，淡室隔板中可以主要填充阳离子树脂层，在阳离子树脂层中夹杂设置一层或多层阴离子树脂层即可，当然淡室隔板中可以主要填充阴离子树脂层，在阴离子树脂层中夹杂设置一层或多层阳离子树脂层即可。

较佳的，作为一种可实施方式，当阳离子树脂层中夹杂设置有一层或若干层阴离子树脂层时，所述阳离子树脂层和所述阴离子树脂层的层数之比为3~20:1~8。

较佳的，作为另一种可实施方式，当阴离子树脂层中夹杂设置有一层或若干层阳离子树脂层时，所述阴离子树脂层和所述阳离子树脂层的层数之比为3~16:1~8。

也就是说，填充时阳离子树脂层和阴离子树脂层的层数可以相等也可以不等，但是最好以其中一种树脂层为主。这样设置能够进一步增强去除弱电离子的效率。

较佳的，作为另一种可实施方式，所述阳离子树脂和所述阴离子树脂的质量份数比为6~15:1~6；或者所述阴离子树脂和所述阳离子树脂的质量份数比为6~13:1~6。

较佳的，作为另一种可实施方式，，所述阳离子树脂层中夹杂设置的阴离子树脂层均匀设置或非均匀设置；和/或所述阴离子树脂层中夹杂设置的阳离子树脂层均匀设置或非均匀设置。所谓的均匀设置是指阳离子树脂层和阴离子树脂层间隔设置，但是需要说明的是阳离子树脂层和阴离子树脂层的厚度不一定相同。

进一步的，当阳离子树脂层中夹杂设置有一层或若干层阴离子树脂层时，所述阳离子树脂层的厚度大于等于所述阴离子树脂层的厚度；当阴离子树脂层中夹杂设置有一层或若干层阳离子树脂层时，所述阴离子树脂层的厚度大于等于所述阳离子树脂层的厚度。本实施例中的主要填充树脂的厚度大于夹杂填充树脂的厚度，这样能够进一步增强弱电解质的去除效率。

其中，所述淡室隔板和/所述浓室隔板的厚度大于等于10mm。需要说明的是，本实施例中适用于较厚的淡室隔板或浓室隔板，尤其适用于厚度大于等于10mm的隔板。

进一步的，所述淡室隔板和/所述浓室隔板的厚度为10~15mm，则阳离子树脂层中夹杂设置有不大于4层阴离子树脂层；或阴离子树脂层中夹杂设置有不大于4层的阳离子树脂层。

本实用新型还提供一种包含1个或多个前述电去离子膜对的电去离子膜堆。

实施例1

本实施例的电去离子膜对，淡室隔板中主要填充阴离子树脂层，夹杂填充阳离子树脂层。其中阴离子树脂层为8层，夹杂的阳树脂层数为3层。其中阴离子树脂和所述阳离子树脂的质量份数比为15:6。处理sio2含量0.2mg/l的ro产水（电导率为15μs/cm），ph值6.8，处理效果如下：

edi膜堆的操作电流密度为2.5ma/cm2，经过近200h的连续运行，所得产水sio2含量为0.01mg/l，去除率95%，吨水耗电量0.08kwh。

实施例2

本实施例的电去离子膜对，浓室隔板中主要填充阳离子树脂层，夹杂填充阴离子树脂层。其中阳离子树脂层为20层，夹杂的阳树脂层数为8层。阳离子树脂和所述阴离子树脂的质量份数比为6:1。处理co2含量10mg/l的ro产水（电导率为15μs/cm），ph值5.6，处理效果如下：

edi膜堆的操作电流密度为3.5ma/cm²，经过近200h的连续运行，所得产水co2含量为0.1mg/l，去除率99%，吨水耗电量0.12kwh。

实施例3

本实施例的电去离子膜对，淡室隔板主要填充阴离子树脂层，夹杂填充阳离子树脂层，其中阳离子树脂层为16层，夹杂的阳树脂层数为6层，阳离子树脂和所述阴离子树脂的质量份数比为8:6；浓室隔板中主要填充阴离子树脂层，夹杂填充阳离子树脂层，其中阴离子树脂层为3层，夹杂的阳树脂层数为1层，阴离子树脂和阳离子树脂的质量份数比为13:6。处理nh3含量1mg/l的ro产水（电导率为15μs/cm），ph值7.5，处理效果如下：

edi膜堆的操作电流密度为2.0ma/cm2，经过近200h的连续运行，所得产水nh3含量为0.1mg/l，去除率90%，吨水耗电量0.09kwh。

因此，采用本发明的电去离子膜对，处理弱电解质含量为1mg/l～10mg/l的ro产水时，可高效去除水中的弱电解质，满足电子、医药、电力等行业的高要求。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。