[发明专利]带有过滤组件的EDI浓缩物循环回路

说明书

技术领域

本发明涉及水净化系统。更具体地，提供了一种水净化系统，其中浓缩物流出物流被过滤以除去诸如生物污物的杂质，得到用于电去电离(electrodeionization)作用单元的浓缩室的过滤的浓缩物流出物流。

背景技术

许多工业应用需要具有很小的离子和别的杂质浓度的高纯化水。例如，在生产电子微芯片时必须使用高纯化水，矿物杂质能导致缺陷。高纯化水用于发电工业以最小化管道内部水垢的形成，这样确保了内部良好的热转移以及通过热交换系统的自由水流。高纯化水的使用减少了热交换系统的水管中水垢和沉积物的形成，这样延长了必要的维护程序之间的时间间隔。热交换系统的必要的维护程序之间的时间间隔应当尽可能的长。延长必要的维护程序之间的时间间隔在核电系统中特别重要，它需要复杂和昂贵的关闭和启动程序以及遵守辐射安全协议。

存在几种关于水净化的技术方法，包括离子交换树脂的使用。然而，周期性再生离子交换树脂的需要要求泵、管、阀的复杂结构以及相应大的投资成本和维护费用的控制以及使用必须作为化学废物处理的再生化学品。

对于水净化一种可选的方法是电渗析。电渗析单元可以包括带正电的阳极、带负电的阴极以及插入阳极和阴极之间的交替的浓缩室和稀释室。众所周知电极之间建立的电场使得带负电的阴离子向阳极扩散以及带正电的阳离子向阴极扩散。浓缩室和稀释室被室分离膜分开。室分离膜可以包括，例如，阴离子交换膜或阳离子交换膜。阴离子交换膜在靠近阳极的那边界定了稀释室，允许阴离子通过而阻止阳离子的通过。阳离子交换膜在靠近阴极的那边界定了稀释室，允许阳离子通过而阻止阴离子的通过。使得直流电在阳极和阴极间流动以从稀释室移走离子并在浓缩室浓缩离子。可以持续向稀释室供应水的稀释进料物流，并且浓缩进料物流可以持续供应给浓缩室。相对于稀释进料物流，流出稀释室的产物物流被净化，包含比稀释进料物流更低浓度的离子；产物物流可以被进一步净化或提供给工业过程使用。流出浓缩室的浓缩物流出物流包含比浓缩进料物流更高浓度的离子，它可以被循环使用或排放到废物单元中。电渗析单元不需要使用再生化学品。电渗析单元由Ionics，Incorporated ofWatertown，Massachusetts生产。

通过水净化系统可以消耗能量，例如，在增加水供应物流的压力以驱使其渗透通过过滤出杂质的膜的过程中，或者在对电极施加直流电以驱使离子进入电渗析单元中的浓缩室的过程中。在电渗析单元中，众所周知稀释室、浓缩室或这二者两端的大电阻即小电导可以导致供应的大部分电能耗散为热而没有驱使很多离子的移动。通过例如循环浓缩物流出物流到浓缩室入口或对浓缩进料物流添加盐来确保浓缩室中离子的大浓度从而增加浓缩室两端的电导，这样可以降低制备单位体积净化水所需的电能。

稀释室两端的小电导的问题用电去电离作用单元解决。电去电离作用单元的基本设计与电渗析单元类似。然而，电去电离作用单元的稀释室包含能增加稀释室两端的电导的离子交换珠。离子交换珠具有带正电和带负电的部位；即使当稀释进料物流的电导很低时，这些部位也促进了通过稀释室的离子的有效迁移。

电去电离作用单元可能需要周期维护来清洁已经变脏和离子通过已经受阻的室分离膜。这种清洁可能需要关闭水净化系统数小时或数天。除了与清洁操作相关的成本外，关闭时间可以，例如，导致依赖于净化水的生产过程的中断，需要投资于用于净化水的大存储容量或需要投资于辅助水净化系统。清洁使室分离膜退化，可能导致需要频繁替换昂贵的膜。杂质如由多价离子如Ca²⁺和Mg²⁺和反离子形成的水垢的沉积可以使室分离膜变脏。其它杂质如生物污物的沉积可以污染室分离膜。