用于净化水的设备 本发明涉及一种用于净化水的设备，其包括一个具有入水口和生成物出口的离子交换器，所述生成物出口与第一过滤级的入口相连，该过滤级包括一个或几个纳米和/或RO-滤膜并且设有一个第一渗透物出口和一个第一浓缩物出口。
由美国专利US-5,925,255可了解这种设备。在这种设备中，离子交换器能够从被净化的水中除去二价的阳离子或阴离子，并且以单价的阳离子或阴离子代替这些二价阳离子或阴离子。由于单价离子通常具有更高的溶度成分，因此，它们不易沉淀。这对于后来的薄膜过滤级而言是特别重要的。当已通过单价离子充分置换了二价阳离子或阴离子时，能够显著增大在薄膜表面附近的浓差极化，同时不会产生沉淀。每平方米薄膜的渗透物的生成量以及总量(所获得的渗透物/供给的水)将会显著提高。
由于离子交换器作为用于薄膜装置的预处理，因此，如在US-5,925,255中提到的提高地渗透物生成量不再受到盐在薄膜上沉淀的限制，但会受到液压界面条件的限制。其原因在于每平方米薄膜表面的渗透物生成量的增大将会导致更大的液压损失。同时，这些液压损失将会造成渗透生成物非常不均匀地分布在各种连续设置的薄膜上。
本发明的一个目的在于提供一种在前序部分提到的改进的设备。为此目的，本发明提供了一种在前序部分提到的设备，其特征在于：所述设备包括一个次过滤级，其中，一个入口与第一浓缩物出口相连，所述第二过滤级包括一个或几个次纳米和/或RO-滤膜并且设有一个第二渗透物出口和第二浓缩物出口，第二浓缩物出口可选择地与次过滤级的入口相连。
根据另一最佳实施例，本发明提供了在前序部分提到的设备，其特征在于：所述设备包括一个可选择的次过滤级，其中，一个入口与第一浓缩物出口相连，所述可选择的次过滤级包括一个或几个次纳米和/或RO-滤膜并且至少一个薄膜过滤级包括至少两个设置在一根压力管中的纳米和/或RO-滤膜元件，在外侧纳米和/或RO-滤膜元件的外端设有入口，在中央位置侧面的两个元件之间的某一位置处设有一个浓缩物出口。
已提到通过限制液压损失，能够进一步增加每平方米薄膜表面的渗透物生成量以及总产量。顺序设置几个薄膜能够减小液压损失。其结果是：与目前的系统相比，能够促进渗透物生成量的提高。当例如将两个(或四个，六个，八个等)纳米过滤和/或RO-滤膜元件设置在压力管中并且在压力管的两侧供给水，同时从中间排出浓缩物时，与在第一侧供给被净化的水且在另一侧从压力管排出浓缩物时相比，压力损失较小。
由于因浓差极化非常大的缘故，被净化的水沿薄膜的流速非常低，因此，不能以此方式操纵未使用离子交换器的设备。其将会使盐沉淀。
通常但并且非特别优选，纳米和/或RO-滤膜由毛细管状、管状、螺旋卷绕或板状膜形成。特别优选的是，纳米和/或RO-滤膜采用(半死端)滤膜的形式。
如在欧洲专利申请EP-0,925,825(专利申请号为98.204407.5)中提到的一种形式那样，通过在各种纳米和/或RO-滤膜之间使用一个连接器，能够获得一个特别理想的最佳实施例。采用该实施例，流动阻力非常低，从而会产生更小的液压损失并且形成更高的渗透物生成量。
如已提到的那样，可以将由纳米和/或RO-滤膜(第一级)产生的浓缩物输送至可以由例如一个或几个纳米和/或RO-滤膜(反向渗透)构成的次过滤级(第二级)。其特征在于，纳米滤膜具有比较高的渗透物穿透率以及有限的离子滞留率。与此相反，超滤膜具有的特征是：总的渗透物穿透率低于纳米滤膜，因此相比之下，离子的滞留较高。通过将由第一级的纳米和/或RO-滤膜产生的浓缩物输送至第二级中的一个或几个RO-滤膜，与在第二级中使用纳米滤膜相比，能够获得纯度更高的渗透物。
因此，在一个最佳实施例中，将由第一薄膜过滤级产生的浓缩物输送至一个或几个次薄膜过滤级。
根据本发明，由于基本上不存在二价阳离子或阴离子，因此，被净化的水沿薄膜表面的流速较低，从而不必将浓差极化保持在如目前所使用的技术那样的较低水平。
顺便说一下，在本领域中，RO-过滤通常的术语还称为超滤。
根据一个最佳实施例，通过在被输送至离子交换器之前，沿薄膜表面输送更新物以便使生物附着物相继死去，从而能够防止生物附着。
也可以通过在过滤装置中周期性地交换所述级和/或压力管(包括NF/RO-滤膜)来消灭和防止生物附着在纳米和/或RO-滤膜装置(包括NF/RO-装置)上。所述设备最好设有一个用于周期性地改变过滤级的流经顺序的控制器。生物附着产生在一系列的第一元件上。通过利用阀改变流经顺序(并且通过适当地配备装置的整个管道系统)，能够改变元件的顺序。其优点在于：能够形成有助于清洁元件的较高的盐浓度。与利用由离子交换器产生的更新物或相反利用盐溶液进行清洁相比，这种清洁的优点在于：
-不会中断操作；
-由于在清洁后重新开始时，在薄膜的输送侧不会产生高的盐浓度，因此，能够进行适当的最初过滤。
一种理想的装置为薄膜过滤系统，其由几个级构成，每一个级均以所谓组套(stacks)独立地设置。可以周期性地改变所述组套中的流经顺序，从而在经过一段操作时间之后，用以前设置在第二级中的组套更换第一级的组套。
在一定时间之后，离子交换器将包括已由被净化的水收集的大量二价阳离子或阴离子。此处，在更新离子交换器期间形成的作为废物流的更新产物具有一定浓度的二价阳离子或阴离子，它们在生成期间吸附在树脂上，以及部分更新剂(如NaCl，HCl以及NaOH)。因此，能够从更新液体中分离出二价阳离子或阴离子。
根据第一个方面，最好在((半)死端)纳米过滤装置、电渗析器或类似装置中处理来自离子交换器的更新物，以便充分除去二价离子。由此获得的渗透物在例如添加了更新剂之后，重复用于离子交换器的下一次更新。根据第二个方面，通过添加沉淀剂，最好为苏打(Na2CO3)，处理由离子交换器产生的使用过的更新物。这将会使所有二价阳离子中的绝大部分的二价阳离子与所添加的碳酸盐一起沉淀：在沉淀以及对被净化的水添加了酸之后，由此处理的更新物可选择地在颗粒净化之后，被重复用于更新离子交换器。作为可选择的方案，首先，可以将更新物输送至一调压水槽，随后将其输送至离子交换器，以便更新。这样便允许存在于更新物和水中的更新剂能够重复使用。
根据另一最佳实施例，将由离子交换器产生的更新物与由最终过滤级产生的浓缩物一起输送至一个沉淀槽，以便允许至少部分杂质以盐的形式沉淀。随后，将已至少除去部分杂质的由沉淀槽产生的液体输送至一个纳米和/或RO-过滤装置或电渗析器，以便从这种液体中充分除去剩余的二价阳离子或阴离子，并将它们排入一股可选择地返回沉淀槽的浓缩物流中，同时将由该纳米和/或RO-过滤装置或类似装置产生的渗透物重复用作更新液体。这样便能够以非常经济的方式使用水和更新化学物品。应将更新剂的使用保持至最小。沉淀槽最好包括一种颗粒材料。由于沉淀表面具有足够的可利用性，因此，能够大大改善盐的沉淀。可以分离出固体盐，并且在采用适当的处理后，可以重复使用所述固体盐。
与在美国专利US-3,639,231中披露的系统相比，其显著优点在于：将由RO-过滤装置产生的浓缩物用于离子交换器的更新，同时，生成大量的废物流(由离子交换器更新产生的更新物)。根据上述技术，由更新物和/或浓缩物回收水和化学物品通常也可适用于从独立设置的离子交换器或从独立设置的薄膜过滤装置产生的更新物。
下面，将参照附图对本发明作进一步的说明。
图1显示了本发明的一种设备。
图2显示了本发明的用于再循环更新物以及浓缩物的设备。
图3显示了一种用于再循环更新物的设备。
各个附图中所用的相同的标号具有相同的意思。
如图1所示，用于净化水的设备1包括一个通向离子交换器3的入口2。在这种离子交换器中，或能够除去存在于供给物中的二价离子，或仅能够除去二价阳离子或仅二价阴离子。将这些二价离子换成存在于离子交换器中的单价离子。将由离子交换器3产生的生成物4输送至在压力管5中所含的纳米和/或RO-滤膜。压力管5形成第一过滤级。在两端6、7，将生成物4输送至压力管5，在压力管5的端部排出浓缩物8。如图所示，虽然设有总共4个薄膜过滤件，但是生成物4始终仅通过两个薄膜过滤件。当然，也可以采用其它数量的过滤件，如至少两个，最好为偶数(如4个、6个等)过滤件。所述生成物随后相应地通过一个、二个、三个等过滤件。其能够显著降低整个流动阻力。经一渗透物出口9排出此处形成的渗透物。其可以在一端或两端处进行。将浓缩物8输送至一个或多个纳米和/或RO-滤膜10(第二级)。与生成物4相比，浓缩物8具有升高的离子含量，其可通过超滤膜方便地分离。根据所希望的净化度，可选择地将基本上没有离子的渗透物11输送至次RO-滤膜过滤组件。
在一段时间之后，将对离子交换器3加装二价正离子或负离子。为了除去从被净化的水产生的二价离子，应添加更新剂13，其能够利用单价离子代替二价离子。这种更新剂可例如含有：亚氯酸钠，HCl或NaOH。所产生的更新物14含有高浓度的二价离子，例如，钙、钡、铁、锰和亚硫酸盐，以及存在于原始更新剂中的单价离子(例如，Na+，H+，Cl-，OH-)。最好进行绝氧操作。如果更新物含有氧，则所述二价阳离子，特别是锰和铁将被氧化并沉淀。为了避免任何氧的存在，对于整个设备而言，最好进行绝氧操作，其意味着被净化的水以及更新液体是绝氧的。因此，最好使离子交换器的入水口与无氧水的供给源相连。
根据一个最佳实施例，如图2所示，将更新物14和浓缩物12输送至一沉淀槽15。在沉淀槽中，混合两股液流12、14并可选择地使它们与一种颗粒材料接触。在液体输送流12、14中的大部分二价阳离子或阴离子将沉淀为固体23。将已充分除去二价阳离子或阴离子的液体16输送至一过滤组件17，该组件最好包括一个纳米和/或RO-滤膜，可以以半死端(semi-dead end)或错流技术操作该滤膜。特别是以此方式，能够分离出剩余的二价离子，从而产生一股大体上包括水和单价离子的渗透物流18以及一股浓缩物流19，所述浓缩物流包括水和二价离子并且能够返回至沉淀槽15。在混合了相应的化学制品后，为了更新离子交换器3，可以将渗透物流18重复用作更新液体13。
根据另一个实施例，将更新物14输送至一个纳米和/或RO-滤膜组件，最好是半死端纳米过滤膜组件或ED(R)((反向的)电渗析器)20，如图3所示，以便从更新物14除去二价离子。随后，可以排出这种浓缩物，并且在混合相应的化学制品之后，为了更新离子交换器3，可以将渗透物22重复用作更新液体13。
本发明提供了多个显著的优点。整个水产量非常高。根据本发明的一个最佳实施例，可以从沉淀槽中，以固体形式排出所收集的二价离子。用于使更新剂通过滤膜的能力能够大大减小生物腐臭的可能性。本发明的另一个优点在于：由于收集了二价离子，因此，允许浓差极化非常高，从而能够采用低流速。其能够使本发明的设备具有高液压效率。
在本发明的设备中，浓差极化可大于常规的浓差极化(与＜1，2相比，＞1，5)。结果，无需或几乎不需要化学物品(酸以及防垢剂)来防止起皮。
整个渗透物的通过量为大约40-60l/m2h或甚至是更高，而目前在本领域中，可行的最大产量为20-30l/m2h。渗透物的整个产量(渗透物量/供给第一薄膜过滤级)超过93％。其远高于如今本领域可能的产量。
渗透物的通过量的提高意味着需要更少的薄膜件。这样便会大大节省成本。由于无需化学物品来防止起皮以及生物腐化，所以，薄膜不会受到常规的酸、碱以及其它清洁剂(如氯化物)的影响，因此，适于长期使用。对更新物14和浓缩物12进行任选的适当最终处理能够获得纯净的盐。
附图仅用于描述本发明的最佳实施例。本领域技术人员能够容易地完成其它的方案，这些方案均应落入本发明的范围内。