DE60036160T2

DE60036160T2 - Elektroentionisierungsvorrichtung

Info

Publication number: DE60036160T2
Application number: DE60036160T
Authority: DE
Inventors: Toshiaki Deguchi; Kunihiro Iwasaki
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 1999-07-13
Filing date: 2000-07-12
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2020-07-13
Also published as: EP1068901A3; JP2001025647A; EP1068901B1; JP3389889B2; TW496770B; EP1068901A2; DE60036160D1; KR20010066923A; KR100386528B1; SG85713A1; MY116084A; US6344122B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektroentionisierungsvorrichtung und insbesondere eine Elektroentionisierungsvorrichtung, die einen äußerst hohen spezifischen Widerstand und eine geringe Konzentration schwacher elektrolytischer Anionen aufbereiteten Wassers bereitstellt, wodurch kontinuierlich reines Wasser mit einem hohen Reinheitsgrad erzeugt wird.
Eine Elektroentionisierungsvorrichtung weist einen Aufbau auf, bei dem eine Vielzahl von Kationenaustauschmembranen und eine Vielzahl von Anionenaustauschmembranen abwechselnd zwischen Elektroden so angeordnet sind, dass abwechselnd Entsalzungskammern und Aufkonzentrierungskammern ausgebildet werden und die Entsalzungskammern mit einem Ionenaustauscher gefüllt werden. Spannung wird zwischen die Kathode und die Anode der Elektroentionisierungsvorrichtung angelegt, aufzubereitendes Wasser wird in die Entsalzungskammern eingeleitet und konzentriertes Wasser wird in die Aufkonzentrierungskammern eingeleitet, so dass Verunreinigungsionen die Membran von dem aufzubereitenden Wasser zu dem konzentrierten Wasser durchdringen, wodurch vollentsalztes Wasser erzeugt wird.
12 ist eine auseinandergezogene Darstellung und zeigt den Aufbau der Elektroentionisierungsvorrichtung.
Die Elektroentionisierungsvorrichtung umfasst ein Kathodenendblech 1, eine Kathode 2, die sich entlang des Endbleches 1 erstreckt, einen Kathodenabstandshalter 3, der sich entlang des Außenumfanges der Kathode 2 erstreckt, die in dieser Reihenfolge überlagert sind. Weiterhin sind eine Kationenaustauschmembran 4, ein Rahmen 5 zum Bilden einer Entsalzungskammer, eine Anionenaustauschmembran 6 und ein Rahmen 7 zum Bilden einer Aufkonzentrierungskammer in dieser Reihenfolge auf dem Kathodenabstandshalter überlagert. Die Kationenaustauschmembran 4, der Rahmen 5 zum Bilden einer Entsalzungskammer, die Anionenaustauschmembran 4, der Rahmen 7 zum Bilden einer Aufkonzentrierungskammer stellen eine Einheit dar. Die Vorrichtung besteht aus einer Vielzahl von solchen Einheiten, die zusammen überlagert sind. Das heißt, die Membranen 4, die Rahmen 5, die Membranen 6 und die Rahmen 7 sind wiederholt ü berlagert, eine Einheit über der anderen Einheit. Eine Anode 9 ist zwischen die letzte Anionenaustauschmembran 6 und einen Anodenabstandshalter 8 überlagert. Eine Anodenendplatte 10 ist auf der Anodenelektrode 9 überlagert. Die Vorrichtung wird mit Schrauben oder ähnlichem befestigt.
Der durch die Innenfläche des Rahmens 5 definierte Raum ist die Entsalzungskammer, in die Ionenaustauscher 5R, wie zum Beispiel Ionenaustauschharz, eingefüllt wird. Der Raum, der durch die Innenfläche des Rahmens 7 gebildet wird, ist die Aufkonzentrierungskammer, in der ein Abstandshalter mit einem Maschenwerkabstandshalter angeordnet ist.
Ein elektrischer Gleichstrom wird angelegt, um zwischen der Anode 9 und der Kathode 2 zu fließen, aufzubereitendes Rohwasser wird durch eine Rohwasser-Zulaufleitung 11 zu der Entsalzungskammer zugeführt, und konzentriertes Wasser wird durch eine Zulaufleitung 12 für konzentriertes Wasser zu der Aufkonzentrierungskammer 8 zugeführt. Das zu der Entsalzungskammer zugeführte Rohwasser fließt durch eine mit dem Ionenaustauschharz gefüllte Schicht, wobei Verunreinigungsionen in dem Rohwasser entfernt werden, um das Rohwasser zu vollentsalztem Wasser zu machen, das durch eine Auslaufleitung 13 für vollentsalztes Wasser fließt.
Die Verunreinigungsionen durchdringen die Membranen 4, 6, das zu der Aufkonzentrierungskammer zugeführte konzentrierte Wasser, und das konzentrierte Wasser fließt durch eine Auslaufleitung 14 für konzentriertes Wasser aus. Elektrodenwasser wird in den Elektrodenkammern durch Einführungsleitungen 15, 16 beziehungsweise Austragleitungen 17, 18 geleitet.
US 5858191 , JP 08150326 und WO 97/34696 beschreiben jeweils solche Arten von Elektroentionisierungsvorrichtungen.
Eine Elektroentionisierungsvorrichtung, bei der eine Entsalzungskammer mit vertikalen Trennrippen zum Unterteilen der Entsalzungskammer in Zellen, die in der vertikalen Richtung lang sind, versehen ist, wird in JP4-72567B beschrieben. Gemäß dieser Elektroentionisierungsvorrichtung, bei der die Entsalzungskammer durch Rippen in Langzellen unterteilt ist, in die jeweils Ionenaustauschharze eingefüllt werden, wird der Kanalisierungseffekt, bei dem die Strömung des Wassers von dem Einlauf zu dem Auslauf der Entsalzungskammer teilweise einseitig ist, verhindert, und die Verdichtung und die Ionenaustauschharze in der Entsalzungskammer werden daran gehindert, verdichtet oder entfernt zu werden.
In der Elektroentionisierungsvorrichtung aus JP4-72567B ist die Anzahl der Zellen begrenzt, da die Zellen ausgebildet werden, indem die Entsalzungskammer in der vertikalen Richtung unterteilt wird. Das heißt, eine große Anzahl von Zellen können in der Vorrichtung nicht ausgebildet werden. Weiterhin wird die Strömung des Wassers in einer Seitenrichtung durch die Rippen blockiert, so dass die Kontaktwirksamkeit zwischen dem Wasser und den Ionenaustauschharzen schlecht ist. Zusätzlich werden die Ionenaustauschharze an den unteren Abschnitten der Zellen verdichtet, so dass die Zellen an den oberen Abschnitten derselben eine Leerstelle aufweisen, wobei die Füllgeschwindigkeit der Ionenaustauschharze tendenziell schlecht ist.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Elektroentionisierungsvorrichtung, die die oben genannten Probleme überwindet, die eine hohe Kontaktwirksamkeit zwischen Wasser und Ionenaustauscher aufweist, in der Wasser gerührt wird, und die eine hohe Fülldichte des Ionenaustauschers aufweist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Elektroentionisierungsvorrichtung, die elektrischen Strom mit teilweise unterschiedlichen Stromdichten in einer Entsalzungskammer fließen lässt.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Elektroentionisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 bereit.
Die Elektroentionisierungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung weist Entsalzungskammern auf, von denen eine jede durch ein Trennelement in eine Vielzahl von Zellen unterteilt ist und ein Ionenaustauscher in die jeweiligen Zellen gefüllt ist. Wenigstens ein Teil des Trennelementes, das auf die Zelle gerichtet ist, ist geneigt in Bezug auf die normale Strömungsrichtung des Wassers in der Entsalzungskammer. Der geneigte Teil des Trennelementes ermöglicht Durchdringen des Wassers, verhindert jedoch ein Hindurchgehen des Ionenaustauschers durch dasselbe. Daher muss wenigs tens ein Teil des Wassers, das in die Entsalzungskammer strömt, schräg in Bezug auf die normale Strömungsrichtung des Wassers strömen, so dass das Wasser in der gesamten Entsalzungskammer fein verteilt wird, wodurch die Kontaktwirksamkeit zwischen Wasser und Ionenaustauscher verbessert wird und die Entionisierungseigenschaft verbessert wird.
Das Wasser strömt in den Zellen und wird dabei durch den geneigten Teil des Elementes gerührt, so dass eine Grenzschicht von Konzentration entlang der Oberfläche der Membran ((so der englische Ausgangstext – d. Übers.)), wodurch der Dispersionswiderstand der Ionen gesenkt wird und die Vorrichtung mit hoher Strömungsgeschwindigkeit betrieben werden kann.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung eine große Anzahl von Zellen auf, die vertikal und seitlich angeordnet sind. Eine Vielzahl von Zellen sind entlang der Membranfläche sowohl in der normalen Strömungsrichtung des Wassers als auch in einer Richtung senkrecht zu der normalen Strömungsrichtung angeordnet, wodurch die Kontaktwirksamkeit zwischen Wasser und Ionenaustauscher extrem verbessert wird. Da die Höhe einer jeden Zelle gering ist, wird der Ionenaustauscher kaum verdichtet. Eine Lehrstelle wird nicht in dem oberen Abschnitt in der Zelle ausgebildet, und die Zelle wird gleichmäßig mit dem Ionenaustauscher gefüllt.
Die Konfiguration einer jeden Zelle, gesehen durch deren Projektion auf die Fläche der Membran, ist vorzugsweise ein Hexagon oder ein Viereck. In dem Fall des Hexagons werden die Zellen vorzugsweise so angeordnet, dass ein Paar Seiten derselben in der normalen Strömungsrichtung des Wassers verlaufen. In dem Fall des Vierecks werden die Zellen vorzugsweise so angeordnet, dass die jeweiligen Seiten derselben schräg in Bezug auf die normale Strömungsrichtung des Wassers verlaufen.
Alle Zellen können mit dem gleichen Ionenaustauscher gefüllt sein, oder anstelle dessen können einige der Zellen mit einem anderen Ionenaustauscher als dem in die anderen Zellen gefüllten Ionenaustauscher gefüllt sein. Zum Beispiel kann ein Anionenaustauscher in die ersten Zellen gefüllt werden, ein Kationenaustauscher kann in die zweiten Zellen gefüllt werden, und ein amphoter Ionenaustauscher (oder ein Gemisch aus dem Anionenaustauscher und dem Kationenaustauscher) kann in die dritten Zellen gefüllt werden.
Eine jede Zelle kann mit einem Ionenaustauscher gefüllt werden, der eine Ionenaustauscheigenschaft oder eine Vielzahl von Ionenaustauscheigenschaften aufweist. Zum Beispiel kann ein Gemisch aus Anionenaustauscher und amphoterem Ionenaustauscher in die Zelle gefüllt werden. Ein Gemisch aus Kationenaustauscher und amphoterem Ionenaustauscher kann in die Zelle gefüllt werden.
Die Elektroden können aus einer Vielzahl von kleinen Elektroden bestehen, die jeweils voneinander isoliert sind, die entsprechend den ersten Zellen und den zweiten Zellen angeordnet sind, um eine Spannung an die ersten Zellen, die mit Ionenaustauscher der gleichen Ionenaustauschmerkmale gefüllt sind, anzulegen, die unterschiedlich von der an die zweiten Zellen angelegten Spannung ist. Die Elektrode kann aus einer Vielzahl kleiner Elektroden bestehen, die jeweils voneinander isoliert sind, die entsprechend den ersten Zellen, den zweiten Zellen und den dritten Zellen angeordnet sind, um an die ersten Zellen, die zweiten Zellen und die dritten Zellen unterschiedliche Spannung anzulegen.
Die Elektroden können aus einer Vielzahl kleiner Elektroden bestehen, die jeweils voneinander isoliert sind, die entsprechend der Anordnung der Zellen angeordnet sind.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun ausschließlich beispielhaft und unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
1 ist eine auseinandergezogene Explosionsdarstellung und zeigt den Aufbau einer Entsalzungskammer gemäß einem Ausführungsbeispiel.
2 ist eine perspektivische Ansicht und zeigt ein Hauptteil eines Trennelementes.
3 ist eine Explosionsdarstellung des Trennelementes.
4 ist eine Vorderansicht und veranschaulicht die Wasserströmungsbedingung des Trennelementes.
5 ist eine Vorderansicht und zeigt ein Beispiel von Füllung von Ionenaustauschern in dem Trennelement.
6 ist eine perspektivische Ansicht und zeigt ein weiteres Beispiel von Füllung von Ionenaustauschern in dem Trennelement.
7 ist eine perspektivische Ansicht und zeigt ein Beispiel von plattenförmigen Elektroden.
8 ist eine Vorderansicht und zeigt ein weiteres Beispiel des Trennelementes.
9 ist eine Explosionsdarstellung des in 8 gezeigten Trennelementes.
10 ist eine Vorderansicht und zeigt ein weiteres anderes Beispiel des Trennelementes.
11 ist eine Vorderansicht und zeigt noch ein weiteres anderes Beispiel des Trennelementes, und
12 ist eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung und zeigt eine herkömmliche Elektroentionisierungsvorrichtung.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben werden. 1 ist eine auseinandergezogene Explosionsdarstellung und zeigt den Aufbau einer Entsalzungskammer gemäß einem Ausführungsbeispiel. 2 ist eine perspektivische Ansicht und zeigt ein Hauptteil eines Trennelementes; 3 ist eine Explosionsdarstellung des Trennelementes; 4 ist eine Vorderansicht und veranschaulicht die Wasserströmungsbedingung des Trennelementes; und die 5, 6 sind eine Vorderansicht und eine perspektivische Ansicht und zeigen Beispiele der Füllung von Ionenaustauschern in dem Trennelement.
Die Entsalzungskammer umfasst einen rechteckigen Rahmen 20, ein Trennelement 21, das vorzugsweise Leitfähigkeit aufweist, in dem Rahmen 20 angeordnet ist, einen Ionenaustauscher 23, der in die durch das Trennelement 21 ausgebildeten Zellen gefüllt wird, eine Anionenaustauschmembran 24 und eine Kationenaustauschmembran 25, die angeordnet sind, um den Rahmen 20 zwischen sich anzuordnen.
Die Membranen 24, 25 sind vorzugsweise ungleich in der Dicke und nicht gleich. Ungleichheit der Dicke bewirkt, dass sie kratzbeständig sind, auch wenn sie gegen das Trennelement 21 gedrückt werden.
Der Rahmen 20 ist mit einem Strömungseinlass 26 zum Einleiten von zu behandelndem Rohwasser und mit einem Strömungseinlass 27 für konzentriertes Wasser in einem oberen Abschnitt desselben sowie mit einem Strömungsauslass 28 für entsalztes Wasser und mit einem Strömungsauslass 29 für konzentriertes Wasser, das in einem unteren Abschnitt desselben ausgebildet ist, versehen. Der Strömungseinlass 26 und der Strömungsauslass 28 sind mit der Innenseite des Rahmens 20 über jeweilige kerbartige Kanäle 26a beziehungsweise 28a verbunden.
Wenngleich in 1 nur ein Kanal 26a als in Verbindung mit der linken oberen Zelle stehend veranschaulicht wird, werden effektiv eine Vielzahl von Kanälen 26a in dem oberen Abschnitt des Rahmens 20 ausgebildet, um das Rohwasser gleichmäßig in die jeweiligen oberen Zellen zu verteilen, die in seitlicher Richtung ausgerichtet sind, das heißt, die Kanäle 26a stehen in direkter Verbindung mit den jeweiligen oberen Zellen. Auf die gleiche Art und Weise und wenngleich in 1 nur ein Kanal 28a als mit der rechten unteren Zelle in Verbindung stehend veranschaulicht wird, werden effektiv eine Vielzahl von Kanälen 28a in dem unteren Abschnitt des Rahmens 20 ausgebildet, um in direkter Verbindung mit den jeweiligen unteren Zellen zu stehen.
Das Trennelement 21 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt in einer Honigwabenform einer hexagonalen Form vor, in der eine große Anzahl von Zellen in vertikaler und seitlicher Richtung so angeordnet sind, dass ein Paar Seiten einer jeden Zelle 22 in der Längsrichtung des Rahmens 20, das heißt in der vertikalen Richtung, verlaufen.
Das Trennelement 21 kann zuvor aus einem Stück ausgebildet werden oder es kann durch Kombinieren einer Vielzahl von Teilen ausgebildet werden. Wie in 3 gezeigt wird, kann das Trennelement 21 ausgebildet werden, indem vertikale Flächen 31 von zickzackförmigen Platten 30 wie in 3 gezeigt verbunden werden. Eine jede zickzackförmige Platte 30 umfasst geneigte Flächen 32, 33, die in einem Winkel von 120 Grad mit den vertikalen Flächen 31 verbunden werden. Um die vertikalen Flächen 31 zu verbinden, können Klebstoffe verwendet werden. Die zickzackförmige Platte 30 wird aus einem Material gefertigt, das durchlässig gegenüber Wasser ist, das jedoch undurchlässig gegenüber dem Ionenaustauscher ist, das heißt aus Webstoff, aus einem Vliesstoff, aus einem Maschenwerk und aus porösem Material. Die zickzackförmige Platte 30 wird vorzugsweise ausgebildet, um eine hohe Steifigkeit aufzuweisen, unter Verwendung von Kunstharz oder Metall, die Säurebeständigkeit und Laugenbeständigkeit aufweisen. Die vertikalen Flächen 31 können gegenüber Wasser durchlässig oder undurchlässig sein.
Wenn die vertikalen Flächen 31 nicht durchlässig gegenüber Wasser sind, kann gleichmäßiger Kontakt zwischen Wasser und dem Ionenaustauscher in den Zellen erreicht werden, so dass die Qualität des aufbereiteten Wassers verbessert wird.
Die Anzahl der Zellen in vertikaler Anordnung ist vorzugsweise ein bis drei Mal, vorzugsweise 1,5 bis 2,5 Mal und stärker vorzugsweise zwei Mal so groß wie die Anzahl der Zellen in seitlicher Anordnung. Wenn die Anzahl der Zellen 22 in vertikaler Anordnung gleich oder größer ist als die Anzahl der Zellen 22 in seitlicher Anordnung, kann hochwirksame Entionisierung für alle Zellen erzielt werden, und der Druckverlust in dem strömenden Wasser in der Entsalzungskammer sollte gering sein.
Die vertikale Länge einer jeden Zelle 22 ist größer, vorzugsweise drei Mal oder weniger, stärker vorzugsweise etwa zwei Mal, als die Seitenlänge der Zelle 22, so dass das Wasser tendenziell mit dem gesamten Ionenaustauscher in der Zelle in Kontakt ist.
Die Entsalzungskammer ist vorzugsweise 5 mm bis 10 mm dick und 300 mm bis 500 mm hoch. Die Dicke gleicher oder kleiner als 10 mm und die Höhe gleich oder größer als 300 mm gewährleisten ausreichende Entionisierung in der Entsalzungskammer. Die Dicke gleich oder größer als 5 mm und die Höhe gleich oder kleiner als 500 mm gewährleisten reduzierten Druckverlust und erhöhte Strömungsgeschwindigkeit des aufzubereitenden Wassers.
Das Trennelement 21 kann in den Rahmen 20 eingebaut werden. Der Rahmen 20 kann mit wasserdurchlässiger Folie oder einem an der Seite desselben befestigten Maschenwerk versehen werden, und das Trennelement 21 kann mit der Folie oder dem Maschenwerk verbunden werden.
Der andere Aufbau der Elektroentionisierungsvorrichtung, die diese Entsalzungskammer aufweist, ist gleich dem oben erwähnten herkömmlichen aus 12, und die Strömungskanäle für Rohwasser, konzentriertes Wasser und Elektrodenwasser sind ebenfalls die gleichen wie die herkömmlichen.
Wie in 12 gezeigt wird, wird eine Kathodenkammer durch die Kathode, den Kathodenabstandshalter und die Kationenaustauschmembran ausgebildet und definiert.
Wenn der Entsalzungsvorgang durchgeführt wird, indem Rohwasser durch diese Elektroentionisierungsvorrichtung hindurchgeleitet wird, durchdringt das in die Entsalzungskammer eingeleitete Rohwasser das Trennelement 21, das die Zellen 22 umschließt, um in angrenzende Zellen 22 zu strömen, und strömt somit allmählich nach unten. Dabei wird das Wasser entionisiert. Schließlich erreicht das Wasser den Boden der Entsalzungskammer und strömt durch die Kanäle 28a zu dem Strömungsauslass 28. Durch den Strömungsauslass 28 wird das Wasser als entsalztes Wasser aus der Elektroentionisierungsvorrichtung ausgeschleust.
Die allgemeine Richtung des Wassers in der Entsalzungskammer ist eine nach unten gerichtete vertikale Richtung, da die Kanäle 26a zum Einleiten von Rohwasser an dem Oberteil des Rahmens 20 vorliegen und die Kanäle 28a zur Entnahme des entsalzten Wassers an dem Unterteil des Rahmens 20 vorliegen. Das Trennelement 21 ist geneigt in Bezug auf die allgemeine Richtung des Wassers in den oberen Abschnitten und den unteren Abschnitten der jeweiligen Zellen, so dass das Wasser von einer Zelle 22 schräg und nach unten gerichtet in die untere linke Zelle 22 und in die untere rechte Zelle 22 strömt. Daher strömt das Wasser im Wesentlichen gleichmäßig zu allen Zellen 22, wodurch die Kontaktwirksamkeit zwischen dem Wasser und dem Ionenaustauscher verbessert wird.
Da die Zellen 22 in dieser Entsalzungskammer relativ klein sind, ist der auf den Ionenaustauscher in einer jeden Zelle durch das Eigengewicht des Ionenaustauschers und den Wasserdruck aufgebrachte nach unten gerichtete Druck gering. Daher wird der Ionenaustauscher in keiner der Zellen 22 zusammengedrückt, wodurch verhindert wird, dass der Ionenaustauscher in dem unteren Abschnitt der Zellen teilweise verdichtet wird.
Als der in die Zellen 22 zu füllende Ionenaustauscher kann ein Anionenaustauscher, ein Kationenaustauscher, ein amphoter Ionenaustauscher oder ein Gemisch aus wenigstens zwei der genannten verwendet werden. Beispiele von Füllmustern sind folgende:

(i) Entweder der Anionenaustauscher oder der Kationenaustauscher oder der amphotere Ionenaustauscher werden in alle Zellen gefüllt.
(ii) Ein Gemisch oder Gemische aus zwei oder drei des Anionenaustauschers, des Kationenaustauschers und des amphoteren Ionenaustauschers wird oder werden in alle Zellen gefüllt, wobei das Mischungsverhältnis und die Mischungsart für alle Zellen gleich oder teilweise oder vollständig unterschiedlich sein können.
(iii) Der Anionenaustauscher wird in die ersten Zellen gefüllt, der Kationenaustauscher wird in die zweiten Zellen gefüllt, ein Gemisch des Anionenaustauschers und des Kationenaustauschers oder der amphotere Ionenaustauscher werden in die verbleibenden Zellen, das heißt in die dritten Zellen, gefüllt. Das Mischungsverhältnis und die Mischungsart können für alle Zellen gleich oder teilweise oder vollständig unterschiedlich sein. 5 ist eine Ansicht und zeigt dieses Muster, wobei A den Anionenaustauscher bezeichnet, C den Kationenaustauscher bezeichnet und M den amphoteren Ionenaustauscher oder das Gemisch bezeichnet. Wenngleich die Arten von Ionenaustauscher in den angrenzenden Zellen in 5 voneinander völlig unterschiedlich sind, ist das Füllungsmuster nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel wird der Anionenaustauscher in alle Zellen gefüllt, die in einer ersten seitlichen Reihe angeordnet sind, und der Kationenaustauscher wird in alle Zellen gefüllt, die in einer zweiten seitlichen Reihe gerade unterhalb der ersten Reihe angeordnet sind, und der amphotere Ionenaustauscher (oder ein Gemisch des Anionenaustauschers und des Kationenaustauschers) wird in alle Zellen gefüllt, die in einer dritten seitlichen Reihe gerade unterhalb der zweiten Reihe angeordnet sind.
(iv) Wie in 6 gezeigt wird, ist die Entsalzungskammer in drei Teile unterteilt: in ein oberes Teil, in ein mittleres Teil und in ein unteres Teil, und die gleiche Art von Ionenaustauscher wird in jedes Teil gefüllt. In 6 wird ein Gemisch des Anionenaustauschers und des Kationenaustauschers (oder des amphoteren Ionenaustauschers) in Zellen in dem oberen Teil und dem unteren Teil gefüllt, und der Anionenaustauscher wird in das mittlere Teil der Entsalzungskammer gefüllt. Es ist zu beachten, dass in dem Fall des Gemisches oder der Gemische das Mischungsverhältnis und die Mischungsarten für alle Zellen gleich oder teilweise oder vollständig unterschiedlich sein können.

In einem jeden der Fälle (ii) bis (iv) kann die Anzahl der Zellen, in die Anionenaustauscher gefüllt wird, und die Anzahl der Zellen, in die Kationenaustauscher gefüllt wird, entsprechend den Verhältnissen von Anionen und Kationen in dem Rohwasser gesteuert werden.
Um die Wirksamkeit des Entfernens schwachen Elektrolyts, wie zum Beispiel Siliziumdioxid, Kohlensäure und Borsäure, zu verbessern, wird das Rohwasser vorzugsweise alkalisch gemacht. Als alternative Möglichkeit des Erzielens geeigneter Eliminierungsbedingungen wird die Anzahl von Zellen, in die Anionenaustauscher gefüllt wird, erhöht.
In der hier vorliegenden Erfindung können die Anode und die Kathode, jeweils in Form einer Platte, aus einer gesamten Platte oder Folie der gleichen Größe wie die Entsalzungskammer bestehen oder aber aus einer Kombination mehrerer kleiner Plattenelektroden bestehen.
In dem Fall des Musters, bei dem unterschiedliche Arten von Ionenaustauschern in die Zellen zu füllen sind, jeweils entsprechend dem oberen Teil, dem mittleren Teil und dem unteren Teil der Entsalzungskammer, wie in 6 gezeigt wird, kann eine jede Plattenelektrode aus drei kleinen Plattenelektroden 41, 42, 43 bestehen sowie aus Isolatoren 44, die zwischen jeweils angrenzenden der kleinen Plattenelektroden 41,42, 43 angeordnet sind, wie in 7 gezeigt wird. Der Strom fließt so, dass die Stromdichte der jeweiligen Teile in der Entsalzungskammer jeweils voneinander unterschiedlich ist.
Wenngleich die Elektrode aus drei mittelgroßen Elektroden 41, 42, 43 besteht, die in drei Stufen angeordnet sind, in einem oberen, einem mittleren und einem unteren Abschnitt in 7, kann die Elektrode aus zwei Elektroden oder aus vier Elektroden oder aus mehr Elektroden bestehen. Alternativ dazu können hexagonale Elektroden, die etwas kleiner als die Zellen 22 sind, mit Isolatoren kombiniert werden, die zwischen jeweils benachbarten der hexagonalen Elektroden angeordnet sind, um zu bewirken, dass die plattenförmige Verbundelektrode die gleiche Größe aufweist wie die Entsalzungskammer. Dies ermöglicht jeweilige Steuerung der Stromdichte einer jeden Zelle.
Da eine Erhöhung der Stromdichte die Eliminierung schwachen Elektrolyts unterstützt, kann oder können die Zelle oder die Zellen zum Beseitigen des schwachen Elektrolyts gesteuert werden, um eine höhere Stromdichte als die anderen Zellen aufzuweisen.
Wenngleich die Zellen in den 1 bis 6 hexagonal sind, können die Zellen viereckig sein, zum Beispiel rhombisch wie die in 8 gezeigten Zellen 45. Ein Trennelement 46, das die viereckigen Zellen bildet, wird ausgebildet, indem die Oberteile von zickzackförmigen wasserdurchlässigen Elementen 49, 49 verbunden werden, die aus den geneigten Flächen 47, 48 bestehen. Die Verbindung zwischen den Elementen 49, 49 kann durch Klebstoff oder durch Eingreifen von Einkerbungen (nicht gezeigt), die zuvor in den Elementen 49 ausgebildet worden sind, erzielt werden.
Das Trennelement kann ein dreieckiges Trennelement 51 sein, das aus dreieckigen Zellen 50 besteht, wie in 10 gezeigt wird, oder es kann ein Trennelement 55 sein, das aus den Zellen 54 besteht, die durch eine Kombination von seitlichen Streifenelementen 52 und Wellenelementen 53 ausgebildet werden.
In der Elektroentionisierungsvorrichtung der hier vorliegenden Erfindung ist die auf die Ionenaustauschmembran der Zellen projizierte Fläche vorzugsweise 1 bis 100 cm², stärker vorzugsweise 2 bis 50 cm², am stärksten vorzugsweise 3 bis 10 cm². Der Abstand zwischen einem Paar der Anionenaustauschmembran und der Kationenaustauschmembran über die Entsalzungskammer, das heißt die Dicke der Entsalzungskammer, ist vorzugsweise 1,5 bis 15 mm, stärker vorzugsweise 3 bis 10 mm. Da die Größe der Zellen reduziert wird, wird die Menge des in eine Zelle zu füllenden Ionenaustauschers reduziert, so dass die Fluidisation des Ionenaustauschers eingeschränkt wird. Zusätzlich werden die Festigkeit des Trennelementes und die Festigkeit der Entsalzungskammer erhöht. Der Druckverlust des in der Entsalzungskammer strömenden Wassers erhöht sich jedoch.
Der zu füllende Ionenaustauscher ist normalerweise ein Ionenaustauschharz. Jedoch kann der Ionenaustauscher eine Ionenaustauschfaser, ein Ionenaustausch-Faserstoff oder ein Gemisch aus einem Ionenaustauschharz und einer Ionenaustauschfaser sein. Ein Ionenleiter, wie zum Beispiel leitfähiges Kunstharz, kann verwendet werden.
Der Ionenaustauscher kann ein Anionenaustauscher, ein Kationenaustauscher, ein Gemisch aus diesen, oder ein amphoterer Ionenaustauscher sein.
Sogenanntes Anionenaustauschharz des Typs I und Anionenaustauschharz des Typs II oder eines dieser beiden können in der hier vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Der Typ I weist einen höheren Grad an Basizität auf, während der Typ II eine höhere Regenerierungsrate, eine größere Reaktionsgeschwindigkeit und eine größere Festigkeit aufweist. Die Kombination des Typs I und des Typs II wird die Abscheidung von Ionen bei einem niedrigeren Strom fördern. Das Mischungsverhältnis des Typs I und des Typs liegt vorzugsweise in dem Bereich von 1:2 bis 1:5.
Da die Regenerationsrate des Ionenaustauschers in der Entsalzungskammer erhöht wird, erhöht sich die Qualität des aufbereiteten Wassers. Daher wird vorzugsweise die Menge des in Wasserstoffionen und Hydroxidionen aufzuspaltenden Wassers erhöht, was zu der Regeneration des Ionenaustauschers beiträgt. Dazu soll der Ionenaustauscher vorzugsweise den amphoteren Ionenaustauscher umfassen, dessen Aufgabe es ist, Wasser in Wasserstoffionen und Hydroxidionen in einer Menge von 5 bis 30 Masseprozent aufzuspalten.
Der Teilchendurchmesser des Ionenaustauschers beträgt vorzugsweise 0,1 mm bis 1 mm, insbesondere 0,2 mm bis 0,6 mm.
Gemäß einer vorzugsweisen Methode des Füllens des Ionenaustauschers wird Ionenaustauscher entsprechend 90% bis 140%, stärker vorzugsweise 95% bis 105% des Volumens der Zellen in die Zellen eingeleitet, und danach werden die Zellen zwischen den Ionenaustauschmembranen angeordnet, so dass sie den Ionenaustauscher präzise in die Zellen füllen.
Gemäß einer anderen Methode des Füllens des Ionenaustauschers in die Zellen wird, nachdem der Ionenaustauscher in die Zellen gefüllt wird und die Ionenaustauschmembranen auf gegenüberliegenden Seiten der Entsalzungskammer angeordnet werden, Rohwasser zugeführt, um den Ionenaustauscher in den Zellen aufzuquellen, und danach werden die Rahmen und die Membranen so festgezogen, dass das Volumenverhältnis 90% bis 105%, stärker vorzugsweise 95% bis 100%, wird.
Das Volumen des Ionenaustauschers, wenn er durch Wasser aufgequellt wird, beträgt vorzugsweise 105% bis 115% des Volumens des Ionenaustauschers in seinem trockenen Zustand. Der Ionenaustauscher, der solche Eigenschaften aufweist, wird präzise in die Entsalzungskammer und in die Aufkonzentrierungskammer gefüllt. Das heißt, Wasser wird zu der Entsalzungskammer oder zu der Aufkonzentrierungskammer zugeführt wird, in die der trockene Ionenaustauscher gefüllt ist, so dass der Ionenaustauscher auf 105% oder mehr aufgequellt wird, wodurch präzises Füllen des Ionenaus tauschers erzielt wird. Wenn das Aufquellen des Ionenaustauschers 115% oder weniger beträgt, werden die Ionenaustauschmembranen nicht ((Satz im engl. Text unvollendet – d. Übers.)).
Die Aufkonzentrierungskammer kann in einem Aspekt eine Dicke von 0,3 mm bis 1 mm aufweisen und mit einem Abstandshalter der Siebmasche 20 bis 60 darin versehen sein.
Die Aufkonzentrierungskammer kann in einem weiteren Aspekt eine Dicke von 2,5 mm bis 5 mm aufweisen und mit Ionenaustauscher gefüllt sein. Die mit einem Ionenaustauscher gefüllte Aufkonzentrierungskammer ermöglicht, dass elektrischer Strom gut durch die Innenseite derselben hindurchgeht, wodurch die Wirksamkeit des elektrischen Stroms verbessert wird. In der Aufkonzentrierungskammer, die eine Dicke von 2,5 mm oder mehr aufweist, ist die Konzentration der Na-Ionen nahe der Oberfläche der Kationenaustauschmembran geringer als die in der Aufkonzentrierungskammer mit einer Dicke von weniger als 2,5 mm, um zu ermöglichen, dass Na-Ionen in der Entsalzungskammer problemlos die Kationenaustauschmembran durchdringen können.
In de Aufkonzentrierungskammer mit einer Dicke von 5 mm oder weniger strömt das Wasser mit einem geringeren Widerstand als in der Aufkonzentrierungskammer mit einer Dicke von mehr als 5 mm.
Auf die gleiche Art und Weise wie in der Entsalzungskammer kann ein Trennelement in der Aufkonzentrierungskammer angeordnet werden, um darin eine Vielzahl von Zellen auszubilden, und ein Ionenaustauscher kann in die jeweiligen Zellen gefüllt werden.
Die Aufkonzentrierungskammer, die eine Vielzahl von Zellen aufweist, ist insgesamt geeignet für Entionisierung von Wasser, das eine Na-Ionen-Konzentration von 0,5 ppm aufweist.
Die Aufkonzentrierungskammer kann Zellen lediglich in ihrem oberen Teilaufweisen und keine Zellen in ihrem Teil aufweisen, wobei Kohlensäure gut beseitigt wird, während das Wasser in dem oberen Teil der Aufkonzentrierungskammer strömt, und Na-Ionen werden gut beseitigt, während das Wasser in dem unteren Teil der Aufkonzentrierungskammer strömt.
Die Aufkonzentrierungskammer kann Zellen in ihrem oberen Teil und vertikale Rippen in ihrem unteren Teil aufweisen, wobei Kohlensäure gut beseitigt wird, während das Wasser in dem oberen Teil der Aufkonzentrierungskammer strömt.
In jeder der oben genannten Ausführungen der Aufkonzentrierungskammer ist die CO₂-Konzentration des aufzubereitenden Wassers vorzugsweise 10 ppm oder weniger.
Normalerweise wird saures Anodenwasser, das durch die Anodenkammer hindurchgeht, in die Kathodenkammer eingeleitet und in dieser neutralisiert, da die Kathodenkammer im Allgemeinen alkalisch ist. Die Neutralisierung senkt die Leitfähigkeit und erhöht teilweise die Spannung der Kathodenkammer, so dass sich schnell Ablagerungen oder Schuppen ausbilden. Daher wird als die Kathode vorzugsweise eine Maschenkathode, eine Vliesstoffelektrode oder eine Kombination derselben eingesetzt, da eine solche Elektrode eine große Elektrodenfläche aufweist, wodurch die Stromdichte auf der Elektrodenfläche verringert wird und somit die Abscheidung von Ablagerungen oder Schuppen verhindert wird.
Zum Betreiben der Elektroentionisierungsvorrichtung der hier vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise konzentriertes Wasser umgewälzt und das umgewälzte Wasser so gesteuert, dass es eine Ionenkonzentration von fünf bis 40 Mal größer als das Speisewasser aufweist. In diesem Fall wird Härte, das heißt die Inhaltsstoffe der Ablagerungen oder Schuppen in dem konzentrierten Wasser, vorzugsweise elektrisch abgeschieden und ausgetragen, um den Sättigungsindex nach Langelier in dem umgewälzten Wasser negativ werden zu lassen. Ein schwach saures Ionenaustauschharz kann zum Beseitigen der Härteelemente verwendet werden.
Die Elektroentionisierungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise unter einer Bedingung betrieben, dass der Schuppenindex SI 500 oder weniger beträgt. Den Schuppenindex erhält man durch den folgenden Ausdruck: Schuppenindex SI = [Last pro Flächeneinheit von Membran aus anorganischem Carbonat (mg-CO2(h·dm2)]·[Ca-Konzentration des konzentrierten Wassers (mg-CaCO3/l)],wobei „Last pro Flächeneinheit von Membran aus anorganischem Carbonat (mg-CO₂/h·dm²)" die Last (mg-CO₂/h) pro 1 dm² der Anionenaustauschmembran der Elektroentionisierungsvorrichtung ist und wobei „Ca-Konzentration des konzentrierten Wassers" die Ca-Konzentration des Wassers ist, das aus der Aufkonzentrierungskammer strömt (umgewandelt zu CaCO₃).
Die Erfinder der hier vorliegenden Erfindung haben Versuche zur Klärung der Ausbildungsmechanismen von Schuppen in der Elektroentionisierungsvorrichtung durchgeführt. In den Versuchen wurden Schuppen absichtlich ausgebildet, indem übermäßige Mengen von anorganischem Carbonat und Ca in dem Speisewasser zu der Elektroentionisierungsvorrichtung gemischt wurden. Danach wurde die Vorrichtung demontiert und die Aufkonzentrierungskammer wurde untersucht. Infolgedessen wurde festgestellt, dass Kalziumcarbonat an der Anionenaustauschmembran auf der Seite der Aufkonzentrierungskammer anhaftete.
Dementsprechend gingen die Erfinder von der Annahme aus, dass der Ausbildungsmechanismus von Schuppen folgender war. Wenn die Elektroentionisierungsvorrichtung betrieben wird, werden Bereiche nahe einer Fläche der Anionenaustauschmembran örtlich alkalisch. HCO₃ ^- oder CO₃ ^2- und OH^-, die von der Entsalzungskammer durch die Anionenaustauschmembran durchdringen, werden nahe der Anionenaustauschmembran aufkonzentriert. Zusätzlich wird Ca in Wasser in der Kondensationskammer zu der Anionenaustauschmembran angezogen oder angetrieben, so dass HCO₃ ^- oder CO₃ ^2- und OH^- mit Ca reagieren, um Schuppen aus Kalziumcarbonat auf der Anionenaustauschmembran auszubilden.
Die Erfinder haben weiterhin Untersuchungen angestellt und herausgefunden, dass sich keine Schuppen ausbilden, wenn der Schuppenindex SI, den man durch Multiplizieren der Last pro Flächeneinheit von anorganischem Carbonat der Anionenaustauschmembran mit der Ca-Konzentration von konzentriertem Wasser erhält, 500 oder weniger beträgt. Die Last von anorganischem Carbonat (mg-CO₂/h) der Elektroentionisierungsvorrichtung erhält man durch Multiplizieren der Konzentration anorganischen Carbonats (mg-CO₂/l) von zu der Elektroentionisierungsvorrichtung zugeführtem Wasser mit der Strömungsgeschwindigkeit (l/h). Daher ist die Last pro Flächeneinheit von anorganischem Carbonat (mg-CO₂/h·dm²) das Produkt aus [Konzentration des anorganischen Carbonats (mg-CO₂/l) von Speisewasser] und [Strömungsgeschwindigkeit pro Zelle (l/h)/Wirkfläche der Zellen der Anionaustauschmembran (dm²)].
Indem der Schuppenindex SI auf 500 oder darunter gesteuert wird, kann die Ablagerung von Schuppen von Kalziumcarbonat in der Aufkonzentrierungskammer der Elektroentionisierungsvorrichtung über einen langen Zeitraum sicher verhindert werden.
In der Elektroentionisierungsvorrichtung wird ein größerer elektrischer Strom als der, der theoretisch erforderlich ist, um Ionen aus dem Speisewasser auszutreiben, angelegt, um Dissoziation von Wasser in den Entsalzungskammern zu bewirken, um den Ionenaustauscher somit kontinuierlich zu regenerieren. Daher erhöht die Zunahme des zu speisenden elektrischen Stromes die Alkalität des pH-Wertes an den Oberflächen der Anionenaustauschmembranen, wodurch die Ablagerung von Kalziumcarbonat ermöglicht wird. Dementsprechend schwankt der zulässige Schuppenindex SI entsprechend dem Wert des elektrischen Stromes.
In der Elektroentionisierungsvorrichtung, die der Erzeugung von Wasser mit einem spezifischen Widerstand von etwa 10 MΩ·cm dient, reicht ein Schuppenindex SI von höchstens 200, vorzugsweise von höchstens 150, aus, wenn die erforderliche Austreibungsrate von Siliziumdioxid niedriger als 90% ist oder wenn die Stromausbeute während ihres Betriebes bei über 20% liegt. Aus wirtschaftlichen Erwägungen liegt der Schuppenindex SI vorzugsweise in einem Bereich zwischen 80 und 200, um Behandlung oder Aufbereitung durch eine Entgasungsapparatur, eine Enthärtungsanlage und/oder eine andere zusätzliche Vorrichtung zu umgehen.
In dem Fall der Elektroentionisierungsvorrichtung, in der die erforderliche Austreibungsrate von Siliziumdioxid 90% oder größer ist, das heißt die Stromausbeute während ihres Betriebes 20% oder geringer ist, beträgt der Schuppenindex SI vorzugsweise 120 oder weniger, insbesondere 80 oder weniger. Aus wirtschaftlichen Erwägungen liegt der Schuppenindex SI vorzugsweise in einem Bereich zwischen 50 und 120.
In dem Fall der Elektroentionisierungsvorrichtung, in der die Aufkonzentrierungskammern mit dem Ionenaustauscher gefüllt sind, lassen sich die OH^-Ionen, die die Anionenaustauschmembran durchdrungen haben, gut in der Aufkonzentrierungskammer bewegen, so dass die Schuppen fein verteilt werden. In diesem Fall liegt der zulässige Schuppenindex SI bei 80 oder darüber, vorzugsweise bei 80 bis 200, wenn der elektrische Strom erhöht wird. Der stärker bevorzugte Schuppenindex SI liegt in diesem Fall in einem Bereich zwischen 80 und 150. Wenn keine wirtschaftlichen Erwägungen berücksichtigt werden, ist auch ein Schuppenindex SI von unter 80 zulässig.
Um den Schuppenindex SI auf den spezifischen Wert abzusenken, gibt es einige Verfahren, wie im Folgenden dargelegt wird. Eines der Verfahren besteht in der Absenkung der Ca-Konzentration in dem konzentrierten Wasser durch Austreiben con Ca durch Absenken der Wiedergewinnung von Wasser oder durch die Verwendung einer das Ca austreibenden Vorrichtung, wie zum Beispiel einer Enthärtungsanlage. Ein weiteres Verfahren ist die Absenkung der Last auf der Membranoberfläche des anorganischen Carbonats durch Reduzieren der Menge des in der Elektroentionisierungsvorrichtung aufzubereitenden Wassers oder durch Austreiben des anorganischen Carbonats durch die Anwendung einer Entgasungsapparatur, die vor die Elektroentionisierungsvorrichtung vorgeschaltet wird. Ein alternatives Verfahren der Absenkung der Last auf die Membranoberfläche aus anorganischem Carbonat ist die Steuerung des elektrischen Stromes der Elektroentionisierungsvorrichtung.
Wenn die Dicke der Entsalzungskammer 5 mm oder größer ist, ist die Betriebsspannung V/N vorzugsweise 2 V bis 10 V und die Raumgeschwindigkeit ist vorzugsweise 150/h oder größer. In der Betriebsspannung V/N ist V die Spannung zwischen der Kathode und der Anode und ist N die Summe aus der Anzahl der Entsalzungskammern und der Anzahl der Aufkonzentrierungskammern. Es ist zu beachten, dass N nicht die Anzahl der Zellen ist. Eine Betriebsspannung von 2 V oder größer ergibt eine hervorragende Qualität des erzeugten Wassers, und eine Betriebsspannung von 10 V oder kleiner ergibt eine Senkung der Stromkosten.
Die Elektroentionisierungsvorrichtung, die eine Entsalzungskammer einer Dicke von 5 mm oder größer aufweist, kann mit einer Lineargeschwindigkeit von 75 m/h oder mehr und einer Stromausbeute zwischen 20% und 40% betrieben werden. Entspre chend diesem Betrieb können eine hervorragende Qualität des gereinigten Wassers und eine Senkung der Stromkosten erzielt werden.
Die Elektroentionisierungsvorrichtung, die eine Entsalzungskammer mit einer Dicke von 5 mm oder größer aufweist, kann mit einer Stromdichte von 100 mA/dm² oder mehr betrieben werden, und mit einer Wassermenge, die die Ionenaustauschmembran durchdringt, von 1 m³/m²/h oder mehr. Entsprechend diesem Betrieb kann eine hervorragende Qualität des aufbereiteten Wassers erzielt werden.
Während des Betriebes der Elektroentionisierungsvorrichtung, bei dem das Verhältnis des Kationenaustauschers zu dem in die Entsalzungskammer gefüllten Anionenaustauscher 3:7 bis 5:5 beträgt, beträgt die Wiederherstellungsrate in einem unteren Teil der Entsalzungskammer 80% oder mehr. Dies bedeutet, dass eine hervorragende Qualität des aufbereiteten Wassers erzielt wird.
Da die Elektroentionisierungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung mit einer Wasserrückgewinnung von 80% oder mehr betrieben wird, muss die Leitfähigkeit von Wasser in der Aufkonzentrierungskammer hoch sein, wodurch eine hervorragende Qualität des aufbereiteten Wassers erzielt wird.
Aufzubereitendes Wasser mit einer CO₂-Konzentration von 10 ppm oder weniger kann durch eine Umkehrosmoseanlage geführt werden, bevor es in die Elektroentionisierungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung eingeleitet wird.
Wie weiter oben beschrieben wird, können aufgrund der großen Anzahl von in der Entsalzungskammer vertikal und seitlich angeordneten Zellen verschiedene Arten von Ionenaustauschern eingefüllt werden. Daher können die Anordnung und das Mischungsverhältnis der Ionenaustauscher, die entsprechend der Aufgabe einzufüllen sind, frei ausgewählt werden. Das Vorhandensein einer großen Anzahl von Zellen bewirkt, dass die Fläche einer Zelle kleiner wird, wodurch die Dichte des eingefüllten Ionenaustauschers erhöht wird. Selbst wenn eine Zelle (oder mehrere Zellen) unzureichend gefüllt ist (oder sind), werden die übrigen Zellen nicht beeinträchtigt, wodurch die Dichte des eingefüllten Ionenaustauschers insgesamt erhöht wird. Das Vorhandensein einer großen Anzahl von Zellen bewirkt gleichmäßiges Füllen der Ionenaustauscher und erhöht die Festigkeit der Kammer, so dass die Ionenaustauscher durch starke Druckbelastung gehalten werden können.
Da Wasser das Trennelement durchdringt, kann das Wasser entsprechend der jeweiligen Bedingung in einer jeden Zelle aufbereitet werden.
Das durch die Elektroentionisierungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung aufbereitete Wasser kann als reines Wasser zum Waschen von Halbleiterplättchen, als Kesselwasser und für zahlreiche andere Zwecke verwendet und eingesetzt werden.

Claims

Elektroentionisierungsvorrichtung, die umfasst: eine Anode (9); eine Kathode (2); Kationenaustauschmembranen (4) und Anionenaustauschmembranen (6), die abwechselnd zwischen der Anode und der Kathode angeordnet sind; wobei Längsentsalzungskammern und Aufkonzentrierungskammern abwechselnd zwischen den Kationenaustauschmembranen und den Anionenaustauschmembranen ausgebildet sind, Zellen (22), in jeder der Entsalzungskammern ausgebildet, wobei die Zellen durch ein Trennelement (21), die Kationenaustauschmembran und die Anionenaustauschmembran gebildet sind; und Ionenaustauscher, in jede Zelle gefüllt, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement geneigte Abschnitte umfasst, die schräg im Verhältnis zu der Längsrichtung der Entsalzungskammer geneigt sind, und wobei die geneigten Abschnitte des Trennelementes für den Ionenaustauscher undurchlässig sind, jedoch wasserdurchlässig sind, um zu ermöglichen, dass Wasser zwischen den Zellen schräg im Verhältnis zu der Längsrichtung der Entsalzungskammer strömen kann.
Elektroentionisierungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zellen mehrfach in der Längsrichtung der Entsalzungskammer angeordnet sind und mehrfach in einer Querrichtung senkrecht zu der Längsrichtung angeordnet sind.
Elektroentionisierungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Anzahl der in der Längsrichtung angeordneten Zellen ein bis drei Mal größer ist als die Anzahl der in der Querrichtung angeordneten Zellen.
Elektroentionisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Längslänge einer jeden Zelle größer ist als die Seitenlänge der Zelle.
Elektroentionisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Konfiguration einer jeden Zelle, gesehen durch Projektion derselben auf die Membranfläche, ein Viereck ist.
Elektroentionisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Konfiguration einer jeden Zelle, gesehen durch Projektion derselben auf die Membranfläche, ein Hexagon ist.
Elektroentionisierungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die hexagonale Zelle ein Paar Seiten aufweist, das sich in vertikaler Richtung erstreckt.
Elektroentionisierungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei ein Paar vertikaler Seiten (31) des Trennelementes wasserundurchlässig ist, wobei jedoch die anderen Seiten des Trennelementes wasserdurchlässig sind.
Elektroentionisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Dicke einer jeden Aufkonzentrierungskammer 2,5 mm bis 5 mm ist und ein Ionenaustauscher in die Aufkonzentrierungskammer gefüllt ist.
Elektroentionisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die weiterhin umfasst: Zellen, in wenigstens einem oberen Teil einer jeden Aufkonzentrierungskammer ausgebildet, wobei die Zellen durch ein Trennelement, die Kationenaustauschmembran und die Anionenaustauschmembran gebildet sind, und Ionenaustauscher, in die jeweiligen Zellen in der Aufkonzentrierungskammer gefüllt, wobei wenigstens ein Teil des Trennelementes, der einer jeden Zelle in der Aufkonzentrierungskammer zugewandt ist, im Verhältnis zu der Längsrichtung der Aufkonzentrierungskammer geneigt ist, und wobei wenigstens der geneigte Teil des Trennelementes in der Aufkonzentrierungskammer wasserdurchlässig ist, jedoch für Ionenaustauscher undurchlässig ist.
Elektroentionisierungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Zellen in der gesamten Aufkonzentrierungskammer ausgebildet sind.
Elektroentionisierungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei kein Trennelement der Aufkonzentrierungskammer an einem unteren Teil der Aufkonzentrierungskammer angeordnet ist.
Elektroentionisierungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei Rippen, die sich in der Längsrichtung erstrecken, an einem unteren Teil der Aufkonzentrierungskammer angeordnet sind.
Elektroentionisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Kationenaustauschmembran und die Anionenaustauschmembran in ihren Dicken ungleich sind.
Elektroentionisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Dicke einer jeden Entsalzungskammer in dem Bereich von 5 mm bis 10 mm liegt und die Höhe einer jeden Entsalzungskammer in dem Bereich von 300 mm bis 500 mm liegt.
Elektroentionisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, die weiterhin Kathodenkammern umfasst, die durch die Kationenaustauschmembranen gebildet werden.
Elektroentionisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei wenigstens einige der Zellen mit Ionenaustauschern gefüllt sind, die dieselben Ionenaustauscheigenschaften aufweisen.
Elektroentionisierugsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei wenigstens einige der Zellen mit mehreren Arten von Ionenaustauschern, die unterschiedliche Ionenaustauscheigenschaften aufweisen, gefüllt sind.
Elektroentionisierungsvorrichtung nach Anspruch 18, wobei 5% bis 30% des in wenigstens einige der Zellen gefüllten Ionenaustauschers amphoter Ionenaustauscher ist.
Elektroentionisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Zellen aus ersten Zellen, die mit Ionenaustauschern mit denselben Ionenaustauscheigenschaften gefüllt sind, und aus zweiten Zellen, die mit Ionenaustauschern gefüllt sind, die von denen in die ersten Zellen gefüllten Ionenaustauschern verschiedene Ionenaustauscheigenschaften haben, bestehen.
Elektroentionisierungsvorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Kathode und die Anode jeweils aus einer Vielzahl kleiner Anoden und Kathoden (41, 42, 43) zum Anlegen von unterschiedlichen Spannungen an die ersten Zellen und an die zweiten Zellen bestehen.
Elektroentionisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei die Anode und die Kathode jeweils aus einer Vielzahl kleiner Anoden und Kathoden (41, 42, 43) bestehen, die jeweils voneinander isoliert sind.
Elektroentionisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei der Ionenaustauscher vor dem Füllen Trockenharz mit einem derartigen Volumen ist, das 105% bis 115% wird, wenn nach dem Füllen zur Behandlung aufgequellt.
Elektroentionisierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei die projizierte Fläche zu der Ionenaustauschmembran der Zellen 1 cm² bis 100 cm² ist.