[发明专利]一种防止电去离子装置结垢的超纯水制备系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种防止电去离子装置结垢的超纯水制备系统及方法，属于超纯水的制备技术领域。

背景技术

电去离子装置制备超纯水技术是一种将电渗析技术和离子交换技术有机地结合在一起的膜分离脱盐过程。电去离子制备纯水装置是由分别位于两端的正极、负极和阳离子交换膜、浓水室、阴离子交换膜、填充有离子交换树脂的淡水室交替排列构成，在外加电场的作用下实现离子交换、定向迁移及树脂再生。电去离子装置能对纯水进行深度除盐制备超纯水，无需酸碱化学再生，无再生废水排放，是环保型的超纯水制备工艺。电去离子装置已于1987年被Millipore公司商业化，目前已在医药、电力、电子等领域等到较广泛应用。

然而，电去离子装置（EDI膜堆）一直存在装置易结垢的问题。电去离子装置在运行过程中，阴极反应和淡水室极化导致水电离生成OH^-离子，在阴极室和浓水室的阴膜表面形成局部的碱性环境（pH≥9），当水中含有微量的Fe²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^-、SO₄^2-时，就会形成难溶于水的氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐等沉淀，附着在极水室和浓水室的膜表面形成水垢。电去离子装置的结垢使得膜堆的电阻上升，所需的电压上升；水流阻力上升，操作压力上升；离子迁移受阻，产水水质下降；结垢严重时膜和电极粘连，造成局部缺水发热烧损，造成离子交换膜和电极板损坏。电去离子装置的结垢问题影响装置的使用性能和使用寿命。

为了防止电去离子装置结垢，许多EDI膜堆产品对于进水指标作出严格的限制，如进水的硬度指标设定为0.5-1.0mg/L（CaCO₃计），为此通常需要二级反渗透工艺作为前级处理才能达到要求。这些复杂的前级处理系统使得投资和运行成本大幅增加，这也限制了电去离子技术的广泛推广和使用。通过开发电去离子新工艺技术，降低EDI膜堆结垢，放宽进水条件从而简化反渗透工艺，对于电去离子技术的推广应用意义重大。

目前防止EDI膜堆结垢的技术主要有如下两种，一种是：如中国专利CN101538079B公开的淡水和浓水逆向流动技术，其中淡水与浓水流向相反的逆流运行方式，使得进入浓水的钙镁离子不流经阴离子交换膜高pH值的区域和高碳酸根区域，从而避免了浓水中硬度结垢。这种逆流运行方式设计要求浓水不能循环，因此膜堆的流程中离子浓度偏低、浓度分布很不均匀，其电阻偏高且分布也不均匀，运行电压偏高且电流偏流，影响除盐效果和产水水质；并且造成淡水进口压力的提升，增加水泵运行能耗，为此在浓水室填充离子交换树脂提高其导电性能，然而这增加了EDI膜堆结构复杂程度；

另一种是在浓水室增加一张多孔膜分成两个隔室的技术，如中国专利CN101195081B等；浓水室增加一张多孔膜分成两个隔室设计把迁移入浓水室的的阴离子与阳离子隔开，理论上减少阴阳离子的混合，避免浓水室中结垢的形成，但这种分隔室方式设计增加了结构的复杂程度，增加了电阻和电压，并且容易造成水流偏流，其实际使用性能有待检验。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种结构组成合理，能有效防止电去离子装置结垢，简化反渗透工艺，延长使用寿命，降低投资和运行成本的防止电去离子装置结垢的超纯水制备系统及方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种防止电去离子装置结垢的超纯水制备系统，它主要由原水预处理系统、反滲透系统、电去离子系统组成；

所述的原水预处理系统包括原水增压泵、机械过滤器、活性炭过滤器及精密滤器，原水通过管道进入增压泵，增压泵后依次连接机械过滤器、活性炭过滤器及精密滤器；

所述的反滲透系统包括高压泵、膜组件、膜壳、管阀件以及控制系统，所述精密滤器相接于高压泵，该高压泵后面相接有由膜组件、膜壳、管阀件以及控制系统构成的一级反渗透装置；

所述的电去离子系统包括淡水泵、EDI膜堆及整流器；一级反渗透装置后面配置的产水箱经所述淡水泵连接于EDI膜堆，并由整流器提供电场形成膜堆电流，EDI膜堆中的离子交换树脂通过离子交换不断去除水中的阴阳离子，从而产生超纯水；

所述的电去离子系统配置有浓水处理系统，该浓水处理系统由软化器和精密滤器组成；从EDI膜堆之后接出的浓水管道通过一浓水泵依次连接所述的软化器和精密滤器，经过精密滤器之后一路回流管路连接所述的电去离子系统，另一路通过排放管进行排放或处理。