错流式填充床电渗析器 本发明涉及一种处理工业水的水处理设备，尤指一种处理工业水用的填充床电渗析器。
填充床电渗析器(以下简称EDI)是国际上于六十年代开始研究，九十年代初才宣布达到工业化水平的一种最新型专用于高纯水制造的工业水处理设备。
填充床电渗析器(EDI)是将两种传统工业水处理的基础设备单元：用于高纯水制造混合离子交换器与用于预除盐过程的电渗析器，相互结合创造出的一种电再生混合离子交换设备，也被称为电除离子装置。
填充床电渗析器(EDI)的基本工作原理是：利用电渗析过程中极化现象产生的H+和OH-离子对填充在电渗析隔室内的混合离子交换树脂进行再生，使填充在电渗析隔室内的混合离子交换树脂能够连续完成对溶液离子的吸附、交换、迁移和再生过程；从而使以往依靠化学试剂再生的间歇式离子交换纯水的制造生产过程，变成依靠电再生的连续生产过程；不但大幅度降低了高纯水的制造成本，而且由于不再依靠化学试剂再生避免了再生过程中的环境污染问题因此，填充床电渗析器的工业化生产不仅是工业水处理装备的重大创新，也是工业水处理装备的绿色环保化的创新。
对于填充床电渗析器，在理论上，离子交换膜是决定填充床电渗析器性能的关键材料，因此国外商业化填充床电渗析器均是由具有高性能离子交换膜生产能力地国家开发成功。国际上通常用于填充床电渗析器的高性能离子交换膜是指低离子扩散性的均相离子交换膜。而我国目前只具备离子扩散性较差的异相离子交换膜的生产能力。
异相离子交换膜不适于制造填充床电渗析器的主要原因是由于异相离子交换膜结构较为疏松，当膜两侧溶液浓度相差较大时就会出现离子扩散现象，使浓溶液侧的离子逆电场方向向稀溶液侧进行离子扩散；结果使用异相离子交换膜难以制造出性能优良的填充床电渗析器，无法实现高纯水的生产。
国际上在填充床电渗析器中使用均相离子交换膜，工业上制造成本高、工业化生产技术难度大，目前我国就不具备制造均相离子交换膜技术，如果使用进口的均相离子交换膜，使填充床电渗析器成本大大提高而无法被市场接受。而使用制造成本低的异相离子交换膜尽管其价格仅为均相离子交换膜价格的1/10，但由于其自身性能而使填充床电渗析器优良性能难以发挥。
鉴于现有填充床电渗析器所存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种能够生产出高纯水的使用异相离子交换膜的错流式填充床电渗析器(Stagger Flow Type Electrodeionization)。
本发明的技术方案为：将常规填充床电渗析器(EDI)改为错流式填充床电渗析器(以下简称为SF-EDI)，对传统电渗析工艺过程和基础结构进行了改进；首先将传统电渗析设备中浓、淡水同向流动的工艺过程通过基础结构的重新设计与调整改造为浓、淡水异向流动的工艺过程，解决了电渗析除盐过程流程长度与浓、淡水的浓度差成正比、浓差扩散现象限制水高纯化程度进一步提高的现象；其次改变传统电渗析工艺过程中的给水方式，将浓、淡水的同源给水方式改造为异源给水方式，并要求浓水给水水质不得低于淡水的产品水质，浓水的给水压力低于淡水的排水压力。从而最大限度地消除了因浓度差引起的离子扩散现象。
本发明的错流式填充床电渗析器，浓水、淡水的流动为异向流动，进水为浓、淡水由双端分别进水，排水则为浓、淡水由双端分别排水，流量控制系统设置在淡水排水侧。同时为实现浓水给水水质量不得低于淡水的产品水质，浓水的进水压力不得高于淡水的排水压力的要求，对其结构进行改进；A、常规使用异相离子交换膜的电渗析器的布水隔板厚度为0.5-1.0mm，而使用均相离子交换膜的填充床电渗析器的布水隔板厚度为10-20mm，而本发明将其改造为高弹密封布水隔板，厚度为1.0-9.0mm，B、通常使用均相离子交换膜的填充床电渗析器的填充方式为混合树脂填充方式将其改造为阴阳树脂分别进行分层填充。C、通常压力控制系统由进水侧控制，改为压力控制系统为进水、排水侧同时控制。采用本结构的错流式填充床电渗析器，使用异相离子交换膜可以充分发挥填充床电渗析器的优良性能，生产出高质量纯水。
实验结果表明：错流式填充床电渗析器的生产纯水各项性能指标均与使用均相离子交换膜的填充床电渗析器(EDI)相当。
性能指标对比： 对比项目 离子交换工艺 EDI SF-EDI 20℃1 2 1 2 1 2电阻率MΩ-cm0.01 1-5 0.1 1-10 0.011-5总硬度mge/l＜1常规检测为零 ＜0.1常规检测为零＜0.2常规检测为零Na+mge/l1～10 ＜10.3～10Fe+2 mg/l＜3 ＜1＜3CL mg/l＜0.5 ＜0.1＜0.2SO4-2 mge/l＜5 ＜0.50.5～2TOC mge/l＜1 ＜0.1＜0.5Si mg/l1～20＜5 1～20＜0.21～20＜0.2操作型式 手工.复杂 自动.简单 自动.简单再生型式 化学试剂 电 电运行型式 生产-再生-生产 连续.稳定 连续.稳定环境污染 有 无 无运行费用 高 低 低设备投资 低 高 中注：(1)设备进水指标 (2)设备产水指标
由上对比数据可知：SF-EDI已拥有EDI的基本特性，各项技术指标中对供水水质要求低于EDI，因此与EDI相比，SF-EDI具有更好的实用性，它的预处理配套系统的投资也就相对较低，也就更具有市场竞争力。
现结合实施例进一步详细说明本发明。
图1是常规填充床电渗析器工艺过程示意图。
图2是常规填充床电渗析器浓度差梯度示意图。
图3是本发明的错流式填充床电渗析器工艺流程示意图。
图4是本发明的错流式填充床电渗析器浓差梯度示意图。
CA—浓缩室离子浓度 1—水源
Co—淡化室离子浓度 2—水源
*—阴离子 11—浓废水排水处
o—阳离子 12—产品纯水排水处
—离子迁移方向
实施例1
如图3、4所示，采用浓、淡水错流式流动工艺，选用450×450mm的异相离子交换膜的填充床电渗析器一台，高弹密封布水隔板厚度约为4mm，EDI树脂填充方式为阳-阴分层填充，控制浓水室给水浓度为1ppm，浓水室给水压力0.1Mpa，温度22℃，进水流速3cm/sec，进水为含100ppm(NaCl)的水，膜对电压1.5V，淡水室外进水压力0.12Mpa，进水为两端分别进水，即水源1和水源2进水，排水分别通过产品纯水排水处12和浓废水排水处11，并于产品纯水排水处12排水之前设有流量控制计。在上述工艺条件下通过本发明的错流式填充式电渗析器所制得的产品水为1.30ppm的除盐淡水(脱盐率为99％)。
实施例2
采取与实施例1相同的工艺条件操作条件，只是EDI高弹密封布水隔板厚度为8mm，流程长度调整为780cm的异相离子交换膜的填充床电渗析器。原水给水浓度为5ppm，电阻值约为100KΩ/cm2，通过本发明的错流式填充式电渗析器所制得的产品水为0.7ppm(NaCl)，电阻值约为1200KΩ/cm2。