本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于電滲析技術(shù)的水質(zhì)淡化裝置及方法，尤其涉及以海水、苦咸水或微咸水等含鹽水為原水的基于電滲析技術(shù)的淡化裝置及方法。
背景技術(shù)：
水質(zhì)淡化是將含鹽水脫鹽變成淡水的技術(shù)和過程，是實(shí)現(xiàn)水資源利用的開源增量技術(shù)，可以增加淡水總量，是解決當(dāng)前沿海地區(qū)、島嶼、船舶以及部分內(nèi)陸地區(qū)淡水缺乏的重要途徑。水質(zhì)淡化的方法有很多，大體可分為以多級(jí)閃蒸和多效蒸發(fā)為代表的蒸餾法（熱法）和以反滲透法和電滲析法為代表的膜法兩大類。（1）閃蒸是指一定溫度的含鹽原水在壓力突然降低的條件下，部分原水急驟蒸發(fā)的現(xiàn)象；多級(jí)閃蒸水質(zhì)淡化是將經(jīng)過加熱的含鹽原水，依次在多個(gè)壓力逐漸降低的閃蒸室中進(jìn)行蒸發(fā)，將蒸汽冷凝而得到淡水。（2）多效蒸發(fā)水質(zhì)淡化是指鹽水的最高蒸發(fā)溫度低于70℃的蒸餾淡化技術(shù)，其特征是將一系列的水平管噴淋降膜蒸發(fā)器串聯(lián)起來，用一定量的蒸汽輸入首效，后面一效的蒸發(fā)溫度均低于前面一效，然后通過多次的蒸發(fā)和冷凝，從而得到多倍于蒸汽量的蒸餾水的淡化過程。（3）反滲透膜是一種非常致密的高分子分離膜，只允許水分子通過，能夠有效地截留水中的溶解鹽類、膠體、微生物、有機(jī)物等；反滲透水質(zhì)淡化是利用反滲透膜的高致密性，在膜的含鹽原水側(cè)施加大于含鹽原水滲透壓的壓力，原水中的純水反滲透到膜的另一側(cè)形成淡水。（4）離子選擇性透過膜對(duì)離子具有選擇透過性，陰離子選擇性透過膜（簡稱陰膜）可讓陰離子透過但截留陽離子，陽離子選擇性透過膜（簡稱陽膜）可讓陽離子透過但截留陰離子；電滲析水質(zhì)淡化是將陰膜和陽膜交替排列，在直流電場的作用下，形成含鹽原水被淡化的淡化室，而相鄰隔室含鹽原水則被濃縮。
多級(jí)閃蒸和多效蒸發(fā)等熱法水質(zhì)淡化具有原水預(yù)處理要求低、淡化水品質(zhì)高等優(yōu)點(diǎn)，但能耗較高；反滲透法的能耗較熱法低，但原水預(yù)處理要求高；電滲析法對(duì)原水的預(yù)處理要求低于反滲透法，能耗低于熱法，具有運(yùn)行時(shí)間長、清洗和維修方便、回收率高的特點(diǎn)，特別適合中小型水質(zhì)淡化領(lǐng)域的應(yīng)用，如船用海水淡化裝置或中小型微咸水淡化裝置。
電滲析過程需要直流電場驅(qū)動(dòng)，除了在淡化室和濃縮室通入含鹽原水外，還需要在兩電極室通入溶液，在正電極（陽極）表面發(fā)生氧化反應(yīng)，在負(fù)電極（陰極）表面發(fā)生還原反應(yīng)，從而形成完整的電流回路。通入電極室的溶液稱為電極液，一般采用含鹽原水作為電極液。通電后，在正電極表面水氧化生成氫離子和氧氣，如果原水含有氯離子，則氯離子也氧化生成氯氣；在負(fù)電極表面水還原生成氫氧根和氫氣。如果原水中含有鎂離子或其它多價(jià)金屬離子，在負(fù)電極表面生成的OH-容易與之結(jié)合生成極難溶的Mg(OH)2沉淀或其它氫氧化物沉淀，導(dǎo)致負(fù)極室結(jié)垢，堵塞流道；并且在直流電場的作用下，陽離子Mg2+或其它多價(jià)金屬離子向負(fù)電極遷移和富集，進(jìn)一步惡化了沉淀的形成。同時(shí)，負(fù)離子OH-向正電極遷移，即使緊鄰負(fù)電極的離子選擇性透過膜采用陽膜，OH-離子依舊可能穿過陽膜，從而在靠近負(fù)電極的隔室中形成沉淀，侵襲膜堆，導(dǎo)致膜堆失效。除了生成Mg(OH)2等氫氧化物沉淀外，如果原水中含有一定量的HCO3-，在堿性的負(fù)電極隔室可能形成CaCO3和MgCO3沉淀。
當(dāng)以海水為原水進(jìn)行淡化時(shí)，假定海水中Mg2+含量1200mg/L，即0.05mol/L，常溫下Mg(OH)2溶度積常數(shù)為5.61×10-12，因此當(dāng)負(fù)電極隔室OH-含量超過0.01mmol/L則可能形成沉淀，即電極液pH值為9。
為了防止在負(fù)電極形成沉淀，通常的措施是向電極液中加入鹽酸，形成酸性電極液，負(fù)電極還原反應(yīng)生成的OH-會(huì)部分中和H+，使得溶液pH值升高，因此需要確保在電極液中加入足夠量鹽酸，從而保證負(fù)電極隔室溶液出口處的pH值低于9。一般條件下控制電極液罐內(nèi)溶液pH值為3可有效抑制沉淀的形成，電滲析過程需要不停補(bǔ)加鹽酸以中和負(fù)電極上反應(yīng)生成的堿。
然而，一些應(yīng)用場合，比如船用或島嶼用電滲析海水淡化系統(tǒng)，鹽酸的攜帶和運(yùn)輸不容易，成為電滲析海水淡化應(yīng)用普及的障礙；在另一些應(yīng)用場合，比如用于居民小區(qū)淡水供應(yīng)的中小型微咸水淡化系統(tǒng)，鹽酸的運(yùn)輸和儲(chǔ)放同樣成為電滲析微咸水淡化應(yīng)用普及的障礙。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述缺陷，提供一種水質(zhì)淡化裝置和淡化水質(zhì)的方法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種如下結(jié)構(gòu)的水質(zhì)淡化裝置，包括電滲析器、雙極膜電滲析器和螯合樹脂離子交換器；
所述電滲析器的淡化室和濃縮室的進(jìn)口以及電極液進(jìn)口分別通過A泵、B泵和C泵分別與淡化池、濃縮池和電極液池A連通，其淡化室和濃縮室的出口以及電極液出口分別與淡化池、濃縮池和電極液池A連通，淡化池上設(shè)有出水口；
所述雙極膜電滲析器的酸室、堿室和鹽室的進(jìn)口以及電極液進(jìn)口分別通過D泵、E泵、F泵和G泵與酸池、堿池、鹽池和電極液池B連通，其酸室、堿室和鹽室的出口以及電極液進(jìn)口分別與酸池、堿池、鹽池和電極液池B連通；所述螯合樹脂離子交換器的進(jìn)口通過串接H泵和閥門F的送水管與溶液池連通，螯合樹脂離子交換器的出口通過串接閥門J的管路與溶液池連通，溶液池通過供水管路與酸池、堿池、鹽池和電極液池B均連通；
所述酸池通過供酸管路與電極液池A和螯合樹脂離子交換器連通；所述堿池和鹽池分別通過供堿管路和供鹽管路與螯合樹脂離子交換器連通。
所述供酸管路包括供酸泵以及連通酸池與供酸泵的供酸管，供酸泵的出口通過設(shè)有閥門A的第一支管與電極液池A連通，供酸泵的出口通過設(shè)有閥門B的第二支管與螯合樹脂離子交換器連通；所述供堿管路包括連通堿池與螯合樹脂離子交換器的供堿管，供堿管上串接有供堿泵和閥門C；所述供鹽管路包括連通鹽池與螯合樹脂離子交換器的供鹽管，供鹽管上串接有供鹽泵和閥門D；所述供水管路包括串接供水泵的主供水管，主供水管上連接有四根分別與酸池、堿池、鹽池和電極液池B連通的支供水管。
所述支供水管上串接有閥門E。
所述水質(zhì)淡化裝置還包括預(yù)處理單元，預(yù)處理單元的出口通過第一輸水管與淡化池、濃縮池和電極液池A均連通；預(yù)處理單元的出口通過第二輸水管與溶液池連通。
所述預(yù)處理單元為精密過濾、微濾、超濾、藥劑添加和消毒殺菌多個(gè)子單元中的一項(xiàng)或二項(xiàng)以上的組合。
所述水質(zhì)淡化裝置還包括后處理單元，后處理單元的進(jìn)口通過串接閥門I和輸水泵的出水管與淡化池的出水口連通。
所述后處理單元為精密過濾、微濾、超濾、活性炭吸附和消毒殺菌多個(gè)單元中的一項(xiàng)或者二項(xiàng)以上的組合。
利用上述水質(zhì)淡化裝置淡化水質(zhì)的方法，包括以下步驟：
將含鹽原水送至淡化池、濃縮池和電極液池A，各達(dá)到設(shè)定液位后停止供原水，啟動(dòng)A泵、B泵和C泵使電滲析器運(yùn)行，即同時(shí)使淡化池內(nèi)的原水循環(huán)流經(jīng)電滲析器的淡化室、使?jié)饪s池內(nèi)的原水循環(huán)流經(jīng)電滲析器的濃縮室，使電極液池A內(nèi)的原水循環(huán)流經(jīng)電滲析器的極室；電滲析器運(yùn)行過程中，淡化池內(nèi)的原水的含鹽度逐漸降低成為淡化水、濃縮池內(nèi)的原水的含鹽度逐漸升高成為濃縮水，電極液池A內(nèi)的原水的pH值逐漸升高，當(dāng)?shù)貎?nèi)的原水的含鹽度達(dá)到設(shè)定值后，停止電滲析器運(yùn)行，將淡化池內(nèi)的水排出使用即可；濃縮池內(nèi)和電極液池A內(nèi)的也排出，向淡化池、濃縮池和電極液池A補(bǔ)充含鹽原水后可進(jìn)行下輪次水質(zhì)淡化；
將含鹽原水送至淡化池、濃縮池和電極液池A同時(shí)，也向溶液池供送含鹽原水，溶液池內(nèi)的原水達(dá)到設(shè)定液位后停止向其供原水，啟動(dòng)H泵使螯合樹脂離子交換器運(yùn)行，即使溶液池內(nèi)的原水流經(jīng)螯合樹脂離子交換器進(jìn)行循環(huán)脫硬，溶液池的水的硬度指標(biāo)達(dá)到設(shè)定要求后，螯合樹脂離子交換器停止運(yùn)行，溶液池內(nèi)的脫硬水被送至酸池、堿池、鹽池和電極液池B，各達(dá)到設(shè)定液位后，停止向酸池、堿池、鹽池和電極液池B供水，啟動(dòng)D泵、E泵、F泵和G泵使雙極膜電滲析器運(yùn)行，即同時(shí)使酸池內(nèi)的脫硬水循環(huán)流經(jīng)雙極膜電滲析器的酸室、使堿池內(nèi)的脫硬水循環(huán)流經(jīng)雙極膜電滲析器的堿室、使鹽池內(nèi)的脫硬水循環(huán)流經(jīng)電滲析器的鹽室、使電極液池B內(nèi)的脫硬水循環(huán)流經(jīng)電滲析器的極室；電滲析器運(yùn)行過程中，酸池內(nèi)的脫硬水的酸度逐漸升高、堿池內(nèi)的脫硬水的堿度逐漸升高，當(dāng)酸度或/和堿度到達(dá)設(shè)置值后，停止雙極膜電滲析器運(yùn)行，酸池、堿池和鹽池內(nèi)的水待用；
電滲析器運(yùn)行過程中，若電極液池A內(nèi)的水的pH值升高超過設(shè)定值，則用酸池內(nèi)的水調(diào)節(jié)電極液池A內(nèi)的水的pH值，使pH值降低至設(shè)定范圍；若螯合樹脂離子交換器硬度脫除慢或水的硬度不再下降，表明樹脂置換飽和或趨向于飽和，則采用酸池、堿池和鹽池內(nèi)的待用水交替沖洗螯合樹脂離子交換器的樹脂柱以再生樹脂。
本發(fā)明采用的電滲析器、雙極膜電滲析器和螯合樹脂離子交換器均為現(xiàn)有市售產(chǎn)品。例如可以采用山東天維膜技術(shù)有限公司生產(chǎn)的電滲析器和雙極膜電滲析器，江蘇蘇青水處理工程集團(tuán)生產(chǎn)的螯合樹脂離子交換器。
本發(fā)明的雙極膜電滲析器運(yùn)行可以實(shí)現(xiàn)鹽酸和堿液的在線生產(chǎn)，所產(chǎn)酸用于調(diào)節(jié)電滲析器電極液的pH值，來防止電滲析器結(jié)垢；螯合樹脂離子交換器運(yùn)行一段時(shí)候后需要再生，可用雙極膜電滲析器所產(chǎn)酸、堿以及脫硬水交替再生樹脂。螯合樹脂離子交換器提供脫硬水給雙極膜電滲析器，確保了雙極膜電滲析器不會(huì)產(chǎn)生結(jié)垢。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行無需外加鹽酸和其它藥劑，解決了電滲析水質(zhì)淡化發(fā)展的技術(shù)瓶頸。
附圖說明
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說明：
圖1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，水質(zhì)淡化裝置包括電滲析器1、雙極膜電滲析器2和螯合樹脂離子交換器3。所述電滲析器1的淡化室的進(jìn)口通過A泵4及管路與淡化池5連通，電滲析器1的淡化室的出口通過管路與淡化池5連通，從而在A泵4啟動(dòng)時(shí)可使淡化池5內(nèi)的水循環(huán)流經(jīng)淡化室。電滲析器1的濃縮室的進(jìn)口通過B泵6及管路與濃縮池7連通，電滲析器1的濃縮室的出口通過管路與濃縮池7連通，從而在B泵6啟動(dòng)時(shí)可使?jié)饪s池7內(nèi)的水循環(huán)流經(jīng)濃縮室。電滲析器1的電極液進(jìn)口通過C泵8與電極液池A9連通，電滲析器1的電極液出口通過管路與電極液池A9連通，從而在C泵8啟動(dòng)時(shí)可使電極液池A9內(nèi)的水循環(huán)流經(jīng)電滲析器1內(nèi)部。淡化池5上設(shè)有出水口。
所述雙極膜電滲析器2的酸室的進(jìn)口通過D泵10及管路與酸池11連通，雙極膜電滲析器2的酸室的出口通過管路與酸池11連通，從而在D泵10啟動(dòng)時(shí)可使酸池11內(nèi)的水循環(huán)流經(jīng)酸室。雙極膜電滲析器2的堿室通過E泵12及管路與堿池13連通，雙極膜電滲析器2的堿室的出口通過管路與堿池13連通，從而在E泵12啟動(dòng)時(shí)可使堿池13內(nèi)的水循環(huán)流經(jīng)堿室。雙極膜電滲析器2的鹽室的進(jìn)口通過F泵14及管路與鹽池15連通，雙極膜電滲析器2的鹽室的出口通過管路與鹽池15連通，從而在F泵14啟動(dòng)時(shí)可使鹽池15內(nèi)的水循環(huán)流經(jīng)鹽室。雙極膜電滲析器2的電極液進(jìn)口的進(jìn)口通過G泵16及管路與電極液池B17連通，雙極膜電滲析器2的電極液的出口通過管路與電極液池B17連通，從而在G泵16啟動(dòng)時(shí)可使電極液池B17內(nèi)的水循環(huán)流經(jīng)雙極膜電滲析器2內(nèi)部。
所述螯合樹脂離子交換器3的進(jìn)口通過串接H泵18和閥門F19的送水管與溶液池20連通，螯合樹脂離子交換器3的出口通過串接閥門J39的管路與溶液池20連通， H泵18啟動(dòng)時(shí)可使溶液池20內(nèi)的水循環(huán)流經(jīng)螯合樹脂離子交換器3內(nèi)部。溶液池20通過供水管路與酸池11、堿池13、鹽池15和電極液池B17均連通；所述供水管路包括串接供水泵21的主供水管，主供水管上連接有四根分別與酸池11、堿池13、鹽池15和電極液池B17連通支供水管，所述支供水管上串接有閥門E22。所述酸池11通過供酸管路與電極液池A9和螯合樹脂離子交換器3連通；供酸管路包括供酸泵23以及連通酸池11與供酸泵23的供酸管，供酸泵23的出口通過設(shè)有閥門A24的第一支管與電極液池A9連通，供酸泵23的出口通過設(shè)有閥門B25的第二支管與螯合樹脂離子交換器連通。所述堿池13和鹽池15分別通過供堿管路和供鹽管路與螯合樹脂離子交換器連通；供堿管路包括連通堿池13與螯合樹脂離子交換器3的供堿管，供堿管上串接有供堿泵26和閥門C27；供鹽管路包括連通鹽池15與螯合樹脂離子交換器3的供鹽管，供鹽管上串接有供鹽泵28和閥門D29。用酸池11、堿池13和鹽池15內(nèi)的待用水交替沖洗螯合樹脂離子交換器3的樹脂柱以再生樹脂時(shí)，關(guān)閉閥門J39和閥門F19可防止沖洗液流入溶液池20，使沖洗液從樹脂離子交換器3的串接閥門40的排液管排出。
水質(zhì)淡化裝置還包括預(yù)處理單元30，預(yù)處理單元30的出口通過串接閥門G31的第一輸水管32與淡化池5、濃縮池7和電極液池A9均連通；預(yù)處理單元的出口通過串接閥門H33的第二輸水管34與溶液池20連通。所述預(yù)處理單元30為精密過濾、微濾、超濾、藥劑添加和消毒殺菌多個(gè)子單元中的一項(xiàng)或二項(xiàng)以上的組合。
水質(zhì)淡化裝置還包括后處理單元35， 后處理單元35的進(jìn)口通過串接閥門I36和輸水泵37的出水管38與淡化池5的出水口連通。所述后處理單元3為精密過濾、微濾、超濾、活性炭吸附和消毒殺菌多個(gè)單元中的一項(xiàng)或者二項(xiàng)以上的組合。
上述精密過濾、微濾、超濾、活性炭吸附和消毒殺菌等子單元均為現(xiàn)有產(chǎn)品。
利用上述水質(zhì)淡化裝置淡化水質(zhì)的方法，包括以下步驟：
含鹽原水經(jīng)預(yù)處理單元30預(yù)處理后，一路經(jīng)第一輸水管32送至淡化池5、濃縮池7和電極液池A9內(nèi)，另一路經(jīng)第二輸水管34送至溶液池20內(nèi)，各達(dá)到設(shè)定液位后停止供原水；啟動(dòng)A泵、B泵和C泵使電滲析器運(yùn)行，即同時(shí)使淡化池5內(nèi)的原水循環(huán)流經(jīng)電滲析器1的淡化室、使?jié)饪s池7內(nèi)的原水循環(huán)流經(jīng)電滲析器1的濃縮室，使電極液池A9內(nèi)的原水循環(huán)流經(jīng)電滲析器的極室；電滲析器1運(yùn)行過程中，淡化池5內(nèi)的原水的含鹽度逐漸降低成為淡化水、濃縮池7內(nèi)的原水的含鹽度逐漸升高成為濃縮水，電極液池A9內(nèi)的原水的pH值逐漸升高，當(dāng)?shù)?內(nèi)的水的含鹽度達(dá)到設(shè)定值后，停止電滲析器運(yùn)行，淡化池5內(nèi)的水由輸水泵37送至后處理單元處理后即可使用；濃縮池7內(nèi)和電極液池A9內(nèi)的水也排出，向淡化池5、濃縮池7和電極液池A9補(bǔ)充含鹽原水后可進(jìn)行下輪次水質(zhì)淡化；
電滲析器1運(yùn)行的同時(shí)，啟動(dòng)H泵18使螯合樹脂離子交換器3運(yùn)行，即使溶液池20內(nèi)的原水流經(jīng)螯合樹脂離子交換器3進(jìn)行循環(huán)脫除硬度，溶液池20內(nèi)的水的硬度指標(biāo)達(dá)到設(shè)定要求后，螯合樹脂離子交換器3停止運(yùn)行，溶液池20內(nèi)的脫硬水由供水泵21送至酸池11、堿池13、鹽池15和電極液池B17，各達(dá)到設(shè)定液位后，停止向酸池、堿池、鹽池和電極液池B供水，啟動(dòng)D泵10、E泵12、F泵14和G泵16使雙極膜電滲析器運(yùn)行，即同時(shí)使酸池11內(nèi)的脫硬水循環(huán)流經(jīng)雙極膜電滲析器的酸室、使堿池13內(nèi)的脫硬水循環(huán)流經(jīng)雙極膜電滲析器的堿室、使鹽池15內(nèi)的脫硬水循環(huán)流經(jīng)電滲析器的鹽室、使電極液池B17內(nèi)的脫硬水循環(huán)流經(jīng)電滲析器的極室；電滲析器1運(yùn)行過程中，酸池內(nèi)的脫硬水的酸度逐漸升高、堿池內(nèi)的脫硬水的堿度逐漸升高，當(dāng)酸度或/和堿度到達(dá)設(shè)置值后，停止雙極膜電滲析器運(yùn)行，酸池、堿池和鹽池內(nèi)的水待用；
電滲析器1運(yùn)行過程中，當(dāng)電極液池A9內(nèi)的水的pH值升高超過設(shè)定值時(shí)，可啟動(dòng)供酸泵23通過第一支管將酸池11內(nèi)的酸度較高的水送入電極液池A9內(nèi)，以調(diào)節(jié)電極液池A9內(nèi)的水的pH值，使pH值降低至設(shè)定范圍；當(dāng)螯合樹脂離子交換器3硬度脫除慢或溶液池20內(nèi)的水的硬度不再下降，表明樹脂置換飽和或趨向于飽和，則采用酸池11、堿池13和鹽池15內(nèi)的待用水交替沖洗螯合樹脂離子交換器3的樹脂柱以再生樹脂，即先用酸池11的水沖洗、再用鹽池15內(nèi)的水沖洗、然后用堿池13的水沖洗，最后用鹽池15內(nèi)的水沖洗。沖洗時(shí)由供酸泵23通過第二支管向螯合樹脂離子交換器3供送酸池11的水、由供堿泵26向螯合樹脂離子交換器3供送堿池13的水，由供鹽泵28向螯合樹脂離子交換器3供送鹽池15的水，沖洗水通過閥門40排出。
本發(fā)明所述裝置可通過在各池內(nèi)設(shè)置液位計(jì)和相應(yīng)的檢測裝置，例如在酸池和堿池內(nèi)設(shè)酸度計(jì)，通過控制系統(tǒng)控制自動(dòng)運(yùn)行。