[发明专利]用于物理分离极性物质的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于分离并浓缩极性物质的装置，更确切地，涉及一种用于分离具有极性的离子物质并浓缩所述分离的物质的装置，所述离子物质比如是硝酸根(NO₃^-)，或者是来自地下水或水源的液体中所含的特殊极性物质。

背景技术

近来，由于日益加剧的环境污染，地下水或地表水中所含有的重金属数量逐渐增加。特别在农村，耕种过程中在土地上频繁使用的硝酸盐或人工肥料提高了地表水以及地下水中的硝酸根的浓度。

如果重金属和硝酸根通过引用水聚集在人体中，那么不仅使得人体免疫系统受损，而且可导致严重疾病的发生。此外，所述硝酸根迅速吸收进不到一岁的婴儿体内，并且通过微生物活动的减少而在身体内分解为氮。所述氮与血液中的血红蛋白反应并生成正铁血红蛋白，所述正铁血红蛋白为不具携氧功能的血液色素。由于缺乏氧气，可导致发绀疾病的发生。

因此，世界卫生组织将饮用水中的硝酸根的浓度限制在最多百万分之五十，并且在韩国被限制在最多百万分之十。

在大多数水的处理过程中，传统地可通过隔膜分离处理轻松地将污染物(比如重金属)物理移除。然而，硝酸根离子(NO₃^-)难以物理处理，并且处理花费高。因此，近来已经开发了多种用于处理硝酸根的方法，包括离子交换，电渗析，储备渗透隔膜，纳米过滤器，生物反硝化作用，以及化学反硝化作用。

大多数硝酸根处理方法都是基于所述硝酸根(NO₃^-)带负电的事实，并且选择性地分离硝酸根并移除。

然而，上述硝酸根处理方法具有以下问题。

如果是离子交换型处理方法，硝酸根被吸收在离子交换树脂上以进行移除。所述离子交换树脂必须经历周期性的化学再生，所述周期性的化学再生导致第二代环境污染。

如果是电渗析型处理方法，使用直流电移除从阴极到阳极的负电荷，从而使得离子交换隔膜选择性地仅传输阴离子以将它们分离。所述离子交换隔膜仅在水的移动被阻断的时候才选择性传输离子。

与电渗析处理效率直接联系的关键因素是电流强度，并且所述电流强度越大，所需要的所述隔膜表面面积越小。然而，过大的电流强度会导致不希望的后果，比如PH值的变化，所以对电流强度的增加进行限制，因此限制了处理效率的提高。

用于电渗析中的所述离子交换隔膜也非常的昂贵，其在经济上不适宜。

如果是所述储备渗透隔膜型处理方法，给污染水施加压力以通过所述渗透隔膜获取经过处理的水。高处理效率需要高压力，并且水必须以至少2倍的比例通过内部流通。这种处理类型的问题在于经过处理的水的数量与输入的未净化水相比很少。另外，需要昂贵的预处理过程以解决隔膜污染的问题等等。

所述纳米过滤器型处理方法的优点在于不仅硝酸根而且其他所有类型的污染物均可被移除。然而，这种类型处理方法与所述储备渗透隔膜型处理方法相同，需要周期性再生，并且必须花费至少6KWh/m³的功率来每天处理100吨水。因此，所述纳米过滤器型处理方法需要高昂的操作花费。

如果是生物反硝化作用型处理方法，无害的氮气(N₂)用于取代所述离子交换树脂来处理硝酸根(NO₃^-)。然而，在所述处理过程中产生的过多的生物量必须和碳源一起从经过处理的水中移除。这需要多个后续处理步骤，所述后续处理步骤包括反复过滤和消毒步骤。

所述化学反硝化作用型处理方法基于一些金属失电子的趋势，并且分解阴离子以将硝酸根分解为氨水。所述化学反硝化作用依赖铁基/钯基催化剂。因此，与处理效率相比，产生了大量氨水和渣子，并且处理成本高。此外，由于使用金属的浓缩导致的安全性问题也必须解决。

总的来说，传统的硝酸根处理方法需要昂贵的预处理或后续处理过程以对硝酸根处理过程中产生的污染物进行处理，因而不够经济划算。

上述问题并不限制在用于处理水中硝酸根的过程中，也同样发生在用于从液体中移除带有极性的特殊物质的不同处理过程中。

发明内容

技术问题

因此，考虑上述问题设计了本发明，并且本发明提供一种用于分离极性物质的装置，所述装置构造和操作简单，以从液体中物理分离极性物质并且进行高效处理，并且所述装置的处理成本实质性地减少(比如，更经济)。

技术方案