[发明专利]电解质水溶液的脱盐方法及电渗析器

说明书

本发明涉及借助离子交换膜和在直流电流作用下分离电解质的方法及为实施这些方法所用装置，也就是说涉及电解质水溶液的脱盐方法及所用的电渗析器。

本发明可用来清除水溶液中不需要的可溶性盐类杂质，以使其达到符合工艺要求的剩余盐分浓度。本发明也可以用于化学工业、能源工业、无线电电子工业、医药工业中的水净化，还可以用于城市供水净化。

已知有一种水溶液的脱盐方法（“Водоснабжение  И  санитарная  техника”，No  7，1973（Г.Г.первов  И  другие，“Опыт  зксплуатации  злектродиализной  опреснительной  установкина  жесткой  воще，содержаещей  железо  И  Марганец”，C.32-36）），该方法包括，将水溶液同时通入电渗析器的所有小室并向电极通入直流电流。在直流电流作用下，盐离子通过离子交换膜扩散入浓缩室，并因此在淡化室实现水溶液的脱盐过程。在阳极室和阴极室实现电解过程，其结果是在阳极室形成酸和在阴极室形成碱。在此情况下，电解作用在脱盐过程中不是主要的，而且对于水溶液的脱盐方法从能耗观点来说，电解是一个平衡过程。此外，电解作用导致溶液电中性条件破坏，使得在离子交换膜一水溶液界面上的溶液变成碱性，这样就不可避免地在离子交换膜和阴极上形成难溶的碱性物质，例如钙和镁的碳酸盐和硫酸盐。从浓缩室排出浓缩液，而从淡化室排出已脱盐的水溶液。

在脱盐过程中，向浓缩室与阴极室定量地加入5%的硫酸溶液。

这种使水溶液脱盐的方法不能实现连续脱盐过程，这是因为在离子交换膜上形成难溶的沉积物，结果导致电渗析器的电导率降低并使脱盐过程中断。为了恢复脱盐过程，该方法规定了一个再生步骤，该步骤是在形成沉积物之后用原始水溶液冲刷所有小室，这一步骤本身也给脱盐过程带来额外能耗并使脱盐过程的比生产率降低。

已知有这样一种电渗析器（US，A，4525259），它包含一个壳体，在其内腔装有数张离子交换膜，借此形成一个内装阳极的阳极室和一个内装阴极的阴极室，阳极室由壳体的内表面和第一张阳离子交换膜构成，阴极室由壳体的内表面和最后一张阳离子交换膜构成。在壳体内在阳极室和阴极室之间还有一对体积较小的小室，它们就是顺序排列的淡化室和浓缩室。在壳体内还装有一些可供水溶液进入和流出电渗析器的所有室的连接管。在该电渗析器上还有两个用来收集阴极液和阳极液的贮液槽，它们都接有连接管，以便相应地将水溶液引入阴极室和将水溶液从阳极室引出。该电渗析器的工作方式如下。将水溶液同时通入电渗析器的所有小室中。然后将电流通入阳极和阴极。这时就产生了电解作用，并因此相应地在阳极室生成阳极液，在阴极室生成阴极液，然后将这些阳极液和阴极液分别从小室排入相应的贮液槽中。由于盐的离子通过离子交换膜进行扩散，结果在淡化室产生已脱盐的水溶液和在浓缩室产生浓缩液。然后将已脱盐的水溶液从淡化室中排出并将浓缩液从浓缩室中排出。该电渗析器的脱盐过程具有低的比生产率，这是因为在离子交换膜上沉积了难溶盐，其结果导致脱盐过程逐渐停止，而且在该电渗析器中没有预见到要采取防止在离子交换膜上形成沉积物的措施，所说的措施是在阳极室进行酸的连续合成并使生成的酸定量地进入淡化室和阴极室以及扩散入浓缩室。并且，在该电渗析器中，为了将阳极液和阴极液相应地从阳极室和阴极室中排出，还需要额外的能耗。

已知还有一种电解质水溶液的脱盐方法（US，A，982712），该方法包括，将电解质水溶液同时通入电渗析器的所有小室中，同时将直流电流通到两个电极上。由于电解质水溶液的电解作用，在阳极室中生成酸性水溶液-阳极液，而在阴极室中生成碱性水溶液-阴极液，来自水溶液中的盐离子通过离子交换膜进行选择性迁移，从淡化室分别进入浓缩室和阴极室，以此来保证水溶液的脱盐。从浓缩室排出浓缩液。从淡化室排出已脱盐的水溶液。与此同时，从阳极室排出阳极液，从阴极室排出阴极液。同时，由于水溶液在电中性条件被破坏，使其向碱性方向移动，结果在离子交换膜和阴极表面上逐渐生成难溶盐的沉积物，并最终完全破坏了在电解条件下原始水溶液的脱盐过程。

为了恢复对溶液的脱盐能力，须使电渗析器停止工作，以便将其中的沉积物清除掉。其方法是将两电极的极性相互转换，以进行电化学溶解，同时将从淡化室和浓缩室流出的加压水流转换并同时将水溶液酸化，以使淡化室中的水溶液的pH值处于0.5至1的范围内。同时将酸化水溶液从淡化室中排出。