[发明专利]一种实现电去离子法制超纯水电耗最小化的优化方法

说明书

本发明公开了一种实现电去离子法制超纯水电耗最小化的优化方法，包括：S1、确定EDI组件的基本结构参数、进水电解质种类以及浓度；S2、确定优化模型的决策变量；S3、确定优化模型的约束条件；S4、确定优化模型的目标函数；S5、将构建的优化模型先转化为程序语言，然后利用软件进行最小化求解。经应用实例证明：在不改变现行工艺和不增加硬件投入的情况下，且在保证处理量和质量的前提下，只需通过采用本发明的优化方法，即可使采用电去离子法每制备一吨超纯水的电耗下降35％，对采用EDI法制备超纯水的生产企业降低能耗和成本具有显著价值。

技术领域

本发明是涉及一种实现电去离子法制超纯水电耗最小化的优化方法，属于水处理技术领域。

背景技术

随着我国城市化和工业化发展，除了对水资源的需求提升外，对水质也有了高纯度的要求，如在医药、电子、化工、电镀、发电等众多工业领域中。

超纯水至今有着广泛需求，尤其是在提倡热电联产的大容量供热锅炉中的补充水要用软化水的需求下，使得超纯水的生产发展成了一项庞大产业。

超纯水的制备需要去除水中的大部分离子，而相关的去离子技术有蒸馏、反渗透、离子交换、电渗析以及电去离子(Electrodeionization，简称EDI)法。而EDI是一种电驱动脱盐技术，在直流电、离子交换膜和离子交换树脂的作用下，能够高效去除水中的杂质离子，由于其能够通过水解离使离子交换树脂自动再生，因而被认为是一项绿色可持续的技术，通常作为反渗透抛光处理。因EDI相对于传统的离子交换混床来说，具有占地面积小、投资费用低、并且不存在大量使用酸、碱而造成的环境污染问题，因此由超滤-反渗透-EDI组成的全膜法工艺已逐步替代超滤-反渗透-离子交换工艺，现已成为当今制备超纯水的主流生产技术。

如图1所示，现有的EDI装置是由交替排列在阳极和阴极之间的阳离子交换膜和阴离子交换膜及其构成的淡水室和浓水室，及在淡水室或浓水室中填充的阴、阳离子交换树脂构成。当前对EDI技术的研究大多数都是基于给定的膜堆设计，对特定类型离子的去除、对不同的EDI组件结构、进料温度、二氧化碳对EDI的影响、对不同的进料溶液组成和所需产品的水质进行的相关研究，虽有少部分是关于EDI的传质过程与整体性能相关联的模型研究，但这些模型基本都没有考虑水解离，而水的分解在提高离子去除率的同时也会降低电流效率，因此水解离的考虑是必要的。除此之外，现有的模型研究基本限于实验室规模的EDI装置，对工业化规模的EDI装置不具有参考价值。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种实现电去离子法制超纯水电耗最小化的优化方法，以降低采用电去离子法制超纯水的电耗成本。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种实现电去离子法制超纯水电耗最小化的优化方法，包括如下步骤：

S1、确定EDI组件的基本结构参数、进水电解质种类以及浓度；

S2、确定优化模型的决策变量；

S3、确定优化模型的约束条件；

S4、确定优化模型的目标函数；

S5、将构建的优化模型先转化为程序语言，然后利用软件进行最小化求解。