一种去除高纯水中痕量氨的方法.pdf

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一种去除高纯水中痕量氨的方法，涉及一种去除高纯水除氨工艺。先将氨浓度为20250mg/L的水，按流量为1.02.0L/min泵入EDI。控制EDI电流1.03.0A，进水(淡室、浓室、极室)流量分别为0.91.8L/min、0.10.2L/min和0.05L/min。EDI浓室加盐浓度满足电导率为1000S/cm，浓室进水的电导率为61266S/cm等。随即监测淡室出水中总氨的浓度，能快速达到水中。

摘要
申请专利号：	CN200410053426.X	申请日：	2004.08.04
公开号：	CN1587092A	公开日：	2005.03.02
当前法律状态：	终止	有效性：	无权
法律详情：	未缴年费专利权终止IPC(主分类):C02F 1/58申请日:20040804授权公告日:20070307\|\|\|授权\|\|\|实质审查的生效\|\|\|公开
IPC分类号：	C02F1/58; C02F1/46; C02F1/469	主分类号：	C02F1/58; C02F1/46; C02F1/469
申请人：	同济大学;
发明人：	闻瑞梅; 邓守权; 梁骏吾; 葛伟伟
地址：	200092上海市四平路1239号
优先权：
专利代理机构：	上海德昭专利事务所	代理人：	陈龙梅
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内容摘要

一种去除高纯水中痕量氨的方法，涉及一种去除高纯水除氨工艺。先将氨浓度为20－250mg/L的水，按流量为1.0～2.0L/min泵入EDI。控制EDI电流1.0～3.0A，进水(淡室、浓室、极室)流量分别为0.9～1.8L/min、0.1～0.2L/min和0.05L/min。EDI浓室加盐浓度满足电导率为1000μS/cm，浓室进水的电导率为61－266μS/cm等。随即监测淡室出水中总氨的浓度，能快速达到水中总氨含量＜0.5mg/L。本发明能同时去除水中离子态铵和非离子态氨，去除率达99.9％以上，且工艺简单，操作方便，可无人监控，无二次污染。设备占地面积少，适合核电站、太空、电子工业、分析实验室等各种场合和规模用于去除高纯水中痕量氨。

权利要求书

1. 一种去除高纯水中痕量氨的方法，其特征在于：首先，将氨浓度为20-250mg/L的水，按流量为1.0～2.0L/min泵入EDI；然后，将EDI的电流控制在1.0～3.0A，将EDI的淡室流量、浓室流量和极室流量分别控制在0.9～1.8L/min、0.1～0.2L/min和0.05L/min进行进水；接着，在加盐水箱中加NaCl并控制加盐水箱中的电导率为1000μS/cm，通过加盐泵将上述盐水泵入浓室进水处进入EDI，使浓室进水的电导率为61-266μS/cm，同时开启浓水循环泵，一方面通过浓水循环泵将经过EDI处理的部分浓室出水排放，控制浓室出水的电导率为250～300μS/cm，另一方面浓室水流用浓水循环泵进行循环；最后，监测淡室出水中总氨的浓度，结果发现能快速达到水中总氨含量＜0.5mg/L。

说明书

一种去除高纯水中痕量氨的方法
                          技术领域
本发明涉及一种去除高纯水中痕量氨的工艺。
                          背景技术
目前，有许多领域如核电站、宇宙太空、电子工业、分析实验室等需要使用低氨的高纯水，由于其特殊的设备或环境或工艺等，它们对所使用的高纯水中NH₃含量的要求很严格，既不能含氨离子也不能含非离子态氨，只容许含0.5mg/L以下的痕量氨。众所周知，去除水中氨的方法虽然很多，但都不能达到上述对氨含量的要求。下面例举4个去除水中氨的方法。
方法之一：用电渗析(ED)是可以去除水中的氨离子的，但效果不好，一般只能用于氨离子浓度高于200mg/L的行业的处理。
方法之二：用反渗透(RO)能去除水中的氨离子，但不能去除非离子态氨。
方法之三：用离子交换(IX)能除氨，但需要选择对氨有特殊选择性吸附的树脂，价格昂贵。而且无论用哪种离子交换树脂，均需要不断的再生，耗资大，同时污染环境。
方法之四：生物降解(SBR)，最多只能去除到2mg/L左右。去除到＜0.5mg/L是难以达到的。且对于高浓度氨也不适合，只能在50mg/L以下。
总之，以上方法除了都各自存在一些问题外，去除水中痕量氨均不理想，难以满足上述领域对低氨高纯水的苛刻要求。
                          发明内容
本发明的目的是公开一种工艺简单、脱氨效果好、速度快、占地面积小、运行费用低的去除高纯水中痕量氨的方法。
为了达到上述目的，本发明采用电脱盐(EDI)和相应匹配的工艺对含有氨的高纯水进行处理，使水中氨含量＜0.5mg/L。具体步骤如下：
首先，将氨浓度为20-200mg/L的水，按流量为1.0～2.0L/min泵入EDI。然后，将EDI的电流控制在1.0～3.0A，将EDI的淡室流量、浓室流量和极室流量分别控制在0.9～1.8L/min、0.1～0.2L/min和0.05L/min进行进水。接着，在加盐水箱中加NaCl并控制加盐水箱中的电导率为1000μS/cm，通过加盐计量泵将上述盐水，泵入浓室进水处，进入EDI，使浓室进水的电导率为61-266μS/cm，同时开启浓水循环泵，一方面通过浓水循环泵将经过EDI处理的部分浓室出水排放，控制浓室出水的电导率为250～300μS/cm，另一方面浓室水流用浓水循环泵进行循环。最后，监测淡室出水(产品水)中总氨的浓度，结果发现能快速达到水中总氨含量＜0.5mg/L。
本发明的优点如下：
1.由于本发明方法采用EDI、控制低电流、加盐循环等工艺，因此能同时去除水中离子态氨和非离子态氨，可以使水中氨含量由200mg/L快速降到＜0.5mg/L，去除率达99.9％以上。
2.与RO、ED、IX、SBR法相比，本方法除氨彻底，最低可以达到＜0.026mg/L，完全满足核电站、太空、电子工业、分析实验室等用水(一般饮用水要求＜0.5mg/L)的要求。水的利用率高，达90～95％(ED＜50％，RO只有50～75％)。
3.由于本发明方法中使用的EDI模块体积较小，而且设备简单，占地面积少，适合如核电站、宇宙太空、电子工业、分析实验室等各种场合和规模使用。
4.本发明除氨的方法工艺简单，操作方便，可以无人监控，无二次污染。
                         附图说明
图1为本发明的工艺流程图
图2为本发明的氨去除反应机理示意图
                       具体实施方式
请参阅图1。首先，将氨浓度为20-250mg/L高纯水，放入EDI进水水箱，用EDI进水泵将水箱中含氨的水控制流量为1.0～2.0L/min泵入EDI。接着，EDI电流控制在1.0～3.0A，淡室流量、浓室流量和极室流量分别控制在0.9～1.8L/min、0.1～0.2L/min和0.05L/min情况下进水。然后，在加盐水箱中加NaCl，控制加盐水箱中的电导率为1000μS/cm。控制加盐泵开启程度，使浓室进水的电导率保持在61-266μS/cm范围内。浓室水流用EDI浓水循环泵进行循环，部分浓水排放，控制浓室出水的电导率为250～300μS/cm。最后，监测淡室出水(产品水)中的总氨的浓度＜0.5mg/L，即达到了本发明的目的。
采用上述方法处理含氨水的结果请参阅表一和表二。
                     表一：EDI进水溶液的非离子态氨含量

pH 10.91 10.80 10.78 10.76进水总氨(mg/L) 208.3 187.7 156.9 150.4进水总氨中的非离子态氨(mg/L) 200.3 180.1 149.9 143.6非离子态总氨所占百分比(％) 96.1 96.0 95.5 95.4出水总氨(mg/L) 0.072 0.054 ＜0.026 ＜0.026

注：表一中的pH值用pH计测定，进水总氨用722S型分光光度计测定的。由表一可以看出，即使在进水的pH值达到10.91时(高于氨的pKa值9.25)，此时进水中的非离子态氨为96.1％，基本上是以非离子态氨的形态存在，但经过一级EDI处理后，也可以使高纯水的总氨浓度由208.3mg/L去除下降到0.072mg/L。
表二：EDI进水溶液的离子态氨含量进水中NH₄Cl浓度 mg/L 进水电导率 μS/cm 出水中NH₄⁺浓度 mg/L 20 61 0.0067 40 118.3 0.0081 60 173 0.0094 100 266 0.0158

表二出水中NH₄⁺浓度是根据实验并计算，可以看出，不同的进水氨离子浓度，出水中NH₄⁺浓度都较低。
氨去除反应机理如下：
EDI主要由离子交换树脂、离子选择性交换膜和电极组成，其工作原理是电极产生电压以驱使离子迁移，由于离子选择性交换膜的选择透过性：阴离子只能透过阴离子交换膜(简称阴膜)，而不能透过阳离子交换膜(简称阳膜)；阳离子只能透过阳膜，而不能透过阴膜，这样使得阴、阳离子迁移到离子选择性交换膜并停留在浓室中。可以这样理解：待处理的高纯水进入淡室后，氨离子通过扩散作用进入到离子交换树脂层中，与树脂相上的可动离子交换后，氨离子在电场的作用下在树脂相中迁移至离子选择性交换膜，最后通过离子选择性交换膜进入浓室，从而达到去除氨离子的目的。
EDI是直流电场驱动的膜分离过程，淡室中填充有离子交换树脂，在一定的操作条件下，淡室中树脂一水界面处发生“水离解”()产生H⁺和OH^-，对填充的树脂进行电再生，使得一部分树脂始终处于良好的再生状态，充分再生的离子交换树脂可以使非离子态物质转化为离子态物质()，进而在直流电场的作用下，通过离子迁移，迅速有效地除去这些非离子态物质。因此可以连续的、经济的运行应用于总氨(非离子态和离子态氨)浓度从200mg·L^-1去除后下降到＜0.5mg·L^-1的处理。在宇宙空间站水和核反应堆的压力水反应器所排放的废液需要循环利用时候，以及电子工业用水和分析实验用水中，EDI将是一种很好地除氨方法。
其中：太空用水中人尿是部分水资源。人尿的尿素可分解成气态氨与氨离子，分解产物如下面的三个化学方程式：

式中氨离子作为尿的分解产物而生成，并不断积累使其浓度增高，使水不再适合人的饮用。EDI占地面积小、耗能低、且最后用本发明的方法处理效果可以达到饮水要求(出水总氨＜0.5mg/L)，完全满足太空用水的需要。