CN101259440A - 基于等同滤芯电极的无膜离子交换树脂电再生方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于等同滤芯电极的无膜离子交换树脂电再生的方法，旨在利用电极反应及水解离产生的OH^－和H⁺对失效的阳、阴离子交换树脂、螯合树脂等进行复苏和再生。采用了微孔滤芯电极，由直流电源或化学电源供电。再生时滤芯电极的外部再生室压力大于电极滤芯内部压力，被置换的反离子在电场力和水流曳力的耦合作用下进入电极滤芯内部，并导出电化学反应体系，实现树脂再生。所述阳极导出水为具有酸性氧化电位的消毒液，用以再生弱酸性阳树脂；所述阴极导出水经弱酸性树脂处理后做再生用原水。本发明省却了昂贵的离子交换膜，避免了由于膜本身性质导致的诸如堵塞、电极结垢等缺陷，在污水处理行业具有广阔的市场前景。

Description

基于等同滤芯电极的无膜离子交换树脂电再生方法

技术领域

本发明涉及一种对失效的混合离子交换树脂和螯合树脂进行电再生的方法和装置。

背景技术

混合床具有快速和深度脱盐功能，但离子交换树脂失效后，需采用酸碱再生的方法进行处理，其反应方程式可表征为：

$R\left\{\frac{\frac{{\mathrm{Na}}^{+}}{1/2{\mathrm{Mg}}^{2+}}}{1/2{\mathrm{Ca}}^{2+}}\right\}+H^{+}\⇔\mathrm{RH}+\frac{\frac{{\mathrm{Na}}^{+}}{1/2{\mathrm{Mg}}^{2+}}}{1/2{\mathrm{Ca}}^{2+}}$

$R^{\′}\left\{\frac{\frac{{\mathrm{Cl}}^{-}}{1/2{\mathrm{SO}}_4^{2-}}}{{\mathrm{HCO}}_3^{-}}\right\}+{\mathrm{OH}}^{-}\⇔R^{\′}\mathrm{OH}+\frac{\frac{{\mathrm{Cl}}^{-}}{1/2{\mathrm{SO}}_4^{2-}}}{{\mathrm{HCO}}_3^{-}}$

R代表阳离子交换树脂骨架；

R′代表阴离子交换树脂骨架。

上述反应并非按照化学计量比例进行，为了促使反应正向移动，需加入过量酸碱。若采用HCl再生阳树脂，则有97％的Cl^-被浪费掉；若采用NaOH再生阴树脂，则有58％的Na⁺被浪费掉，并污染环境。

通常，混合树脂再生要经过分层、再生、清洗、混合即压缩空气搅拌的步骤完成。操作繁琐、浪费量大，阴阳树脂混合不匀直接影响产水的质和量及运行成本。同样的，用于盐精制的螯合树脂再生需经水清洗、酸处理、水清洗、碱处理、水清洗后方可循环使用。因此，混合树脂和螯合树脂的体外电再生即无需分层和化学药剂的技术具有广阔的市场前景，也必将使离子交换应用技术重新焕发光彩。

现有的电再生方法采用了离子交换膜即双极膜法，该法存在淡水室、浓水室及电极室，多为复极式结构。淡水室再生树脂时，电极室需加盐以提高电流效率，并存在以下问题：

1、膜堵塞和膜结垢。通电后，阳膜附近由于水解离，H⁺穿过阳膜，而OH^-在膜表面聚集产生膜极化，OH^-与树脂中的Ca²⁺、Mg²⁺结合成Ca(OH)₂、Mg(OH)₂沉淀，从而造成膜结垢，影响电流效率和膜寿命。

2、电极反应没有利用。由于氧化还原反应在电极室发生，电极反应后剩余的同电荷类型离子无法穿越膜，而随水带走排放，无端消耗电能，而且阴极易产生结垢问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于等同滤芯电极的无膜离子交换树脂电再生方法。其技术解决方案是这样实现的：

一种基于等同滤芯电极的无膜离子交换树脂电再生方法，其特征在于其过程包括下述步骤：

(1)将钛基微孔滤芯电极按一定规律排列的电极阵列置于带有绝缘外壳的水容器中，同时将拟再生树脂和/或螯合树脂装于含有电极阵列的再生室内，并使电极之间产生梯度电场和流场；

(2)施加一定电压或恒定电流，通过电极反应和水解离产生的OH^-和H⁺在电场力和曳力的耦合作用下分别向阳、阴极方向移动，并与阴、阳树脂上的反离子进行交换；

(3)被置换下来的反离子在电场力和曳力的耦合作用下进入滤芯电极实现树脂再生；

(4)再生时，树脂中的反离子以及电极反应产生的气体被带出再生室，阳极导出水为具有酸性氧化电位的消毒液；阴极导出水经弱酸性树脂处理后做再生用原水；阴阳极导出水的比例及导出顺序可依据拟再生树脂和/或螯合树脂进行设定；

(5)采用阴阳极完全等同的滤芯电极，通过倒极的操作方式消除电极的结垢。

所述的再生室进水乃系阴极导出水经弱酸性树脂处理后的原水。

一种实施权利要求1所述方法的装置，包括带绝缘外壳的装有水与再生树脂和/或螯合树脂的容器，其上带有树脂进口和树脂出口，以及能固定电极的法兰盖板，其特征在于通过法兰盖板可插入微孔滤芯电极，所述电极能构成正六边形和/或联苯结构的阵列，并分别与直流电源和/或化学电源的正负极电连接；再生时的电压与电极间距相关，一般为40V；所需电流及时间取决于再生度，一般为3-5V和3h。

所述的再生室的压力大于滤芯电极的内部压力，电极管的内外静压差因滤芯管内部高流速的循环水或静压力而产生。

本发明与现有技术相比的积极效果在于：

1、基于内源即水和反离子的离子交换树脂电再生技术，并通过将其转化为具有高应用价值的产物，实现了污染物的零排放和成本降低。

2、采用等同滤芯电极、单极式结构，直流或化学电源，更具操作灵活性。

3、简化了混合床树脂或螯合树脂复苏再生操作过程，有利于延长主体设备使用寿命和拓宽其适用范围。

附图说明

图1是离子交换树脂再生装置结构示意图；

图2是采用6根滤芯电极管时的电极排列示意图；

图3是相邻电极间电场示意图；

图4是滤芯电极与再生室及物流示意图；

图5是实施例一的电极导出水pH值与时间关系曲线图。

图1中：1-阳极导出水、2-阴极导出水、3-电极固定法兰、4-滤芯电极、5-有机玻璃外壳、6-树脂进口、7-布水器、8-进水口、9-封头、10-拟再生树脂、11-树脂出口。

具体实施方式

如图1-图5所示。一种基于等同滤芯电极的无膜离子交换树脂电再生方法，其工艺过程包括将钛基微孔滤芯电极按一定规律排列的电极阵列置于带有绝缘外壳的水容器中，以及将拟再生树脂和/或螯合树脂装入其中的步骤、将滤芯电极连接直流电源的正负极，并形成梯度电场和流场的步骤、接通电源，通过电极反应和解离过程使产生的OH^-和H⁺分别向阳极和阴极方向移动的步骤，其中的阳极主反应为：

2Cl^-＝Cl₂+2e

Cl₂+H₂O＝HClO+HCl；

阳极导出水为具有酸性氧化电位的消毒液，具有氧化、杀菌特性，对人体无害

阴极反应为：

2H₂O+2e＝2OH^-+H₂

Na⁺+OH^-＝Na OH

阴极导出水为碱性氧化电位水，经弱酸性树脂处理后做再生用原水，

反应如下：

RCOOH+NaOH→RCOONa+H₂O。

所述处理装置采用稳压直流电源或化学电源供电，滤芯电极为微孔管式电极结构，电极数量可采用6或10或16根电极管，排布按照正六边形6根电极、联苯结构10根以上的方式。

实施例1：导入用NaCl失效的001×7苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂201×7苯乙烯系强碱性阴离子交换树脂600ml。再生条件为：电压40V，电流3～5A，再生时间为3h。再生结束后，将树脂导出并分离，通过GB8144-87《阳离子交换树脂交换容量测定方法》测定阳树脂交换容量，通过GB5760-88《阴离子交换树脂交换容量测定方法》测定阴树脂交换容量。结果如下：阳树脂交换容量为3.4(干)mmol/g；阴树脂交换容量为2.1mmol/g(干)；均达到化学药剂再生效果。阳极导出液pH值小于3，可杀灭细菌、病毒等病原微生物。再生过程中电极导出水的pH变化如图5所示。

实施例2：样品为螯合树脂D751，再生工艺为：首先是只导出阴极水，一定时间后倒极即导出阳极水，并持续到预定要求。

Claims (4)

1、一种基于等同滤芯电极的无膜离子交换树脂电再生方法，其特征在于其过程包括下述步骤：

(1)将钛基微孔滤芯电极按一定规律排列的电极阵列置于带有绝缘外壳的容器中，同时将拟再生树脂和/或螯合树脂装于含有电极阵列的再生室内；再生时电极之间产生梯度电场和流场；

(2)施加一定电压或恒定电流，通过电极反应和水解离产生的OH和H⁺在电场力和曳力的耦合作用下分别向阳、阴极方向移动，并与阴、阳树脂上的反离子进行交换；

(3)被置换下来的反离子在电场力和曳力的耦合作用下进入滤芯电极实现树脂再生；

(4)再生时，树脂中的反离子以及电极反应产生的气体被带出再生室，阳极导出水为具有酸性氧化电位的消毒液；阴极导出水经弱酸性树脂处理后做再生用原水；阴阳极导出水的比例及导出顺序可依据拟再生树脂和/或螯合树脂进行设定；

(5)采用阴阳极完全等同的滤芯电极，通过倒极的操作方式消除电极的结垢。

2、根据权利要求1所述的基于等同滤芯电极的无膜离子交换树脂电再生方法，其特征在于所述再生室进水乃系阴极导出水经弱酸性树脂处理后的原水。

3、一种实施权利要求1所述方法的装置，包括带绝缘外壳的装有水与再生树脂和/或螯合树脂的容器，其上带有树脂进口和树脂出口，以及能固定电极的法兰盖板，其特征在于通过所述法兰盖板可插入微孔滤芯电极，所述电极能构成正六边形和/或联苯结构的阵列，并分别与直流电源和/或化学电源的正负极电连接；再生时的电压与电极间距相关，一般为40V；所需电流及时间取决于再生度，一般为3-5A和3h。

4、根据权利要求3所述的实施权利要求1所述方法的装置，其特征在于所述的再生室的压力大于滤芯电极的内部压力，电极管的内外静压差因滤芯管内部高流速的循环水或静压力而产生。

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