CN101880074A - 一种失效离子交换树脂的电再生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种逆流操作的板框式失效离子交换树脂电再生装置，包括膜堆、电极装置和夹紧装置。膜堆由若干组膜对组成，每组膜对包括阳离子交换膜、树脂再生室隔板、阴离子交换膜、浓水室隔板，膜堆两侧设置电极装置，外部再用夹紧装置将膜堆和电极装置压紧，组装成板框式离子交换树脂电再生装置。装置中树脂再生室和浓水室的水流采用逆流操作方式，可长期稳定运行，树脂再生效果好，同时装置运行不消耗酸碱化学药剂，不存在废液和废水排放，只消耗少量电能，能耗低，操作简单，使用方便，可广泛用于各种混床树脂、抛光树脂、软化树脂及阴、阳树脂的失效再生。

Description

一种失效离子交换树脂的电再生装置

技术领域

本发明涉及离子交换树脂的再生领域，尤其涉及一种逆流操作的超纯水制造中失效离子交换树脂的电再生装置。

背景技术

超纯水作为高品质的生产工艺用水、生产设备(高压锅炉)配套用水和分析实验用水，大量用于制药、生物、化工、电子、电力等工业部门，以及大学、医院、科研院所、生物技术公司、各类检测中心等社会发展领域。超纯水广泛用于分析实验室、生物化工、微电子工业、半导体工业、发电工业、制药行业和医院。离子交换树脂体外电再生是现有离子交换水处理的绿色工艺变革，非常适合于许多老厂改造和传统一次性使用的抛光树脂的回收利用。

目前，制备超纯水的主流工艺是“反渗透和混床离子交换深度除盐”集成工艺，混床离子交换柱都需要一用一备，以便有足够时间再生因离子吸附饱和而失效的混床树脂。再生过程为：先用纯水对失效的混床离子交换树脂反洗，让混床树脂中的阳树脂和阴树脂因比重差异而分层；接着分别用酸再生阳树脂，用碱再生阴树脂；之后，分别用纯水冲洗干净阳、阴树脂，再用纯水将两种树脂混合；最后还需要用大量纯水正洗(从上到下流)混床树脂3至10小时以上，才能逐步达到5～18MΩ·cm水质要求。因此，传统工艺设备的生产过程不连续，其超纯水水质不稳定、酸碱环境污染和设备腐蚀严重(因浓盐酸挥发和碱腐蚀)、化学品(试剂级)和水资源(纯水)浪费突出的固有缺陷无法避免。对于没有专业人员和较大使用场地的用户，使用传统工艺设备十分不便。

电去离子EDI(Electrodeionization的缩写)是将电渗析和离子交换技术有机结合的深度除盐新工艺，是利用混合离子交换树脂吸附给水中的阴阳离子，同时这些被吸附的离子又在直流电压的作用下，分别透过阴阳离子交换膜而被去除的过程。这一过程中离子交换树脂是被电连续再生的。由于膜对两边加有电压，水分子被电解为氢离子和氢氧根离子去再生树脂，同时，被氢离子和氢氧根离子交换下的离子在电流的作用下，被迁移到浓水室而排放，从而实现连续再生连续使用的目的。因此不需要使用酸和碱再生混床树脂，生产过程和环境清洁，节约水资源和化学品。这一新技术可以代替传统的离子交换(DI)装置，生产出10～18MΩ·cm高品质超纯水。

EDI过程去离子的基本原理主要包括离子交换、直流电场下离子的选择性迁移及树脂的电再生三个方面。当进水流经树脂再生室时，水中杂质离子与树脂上的离子发生交换，吸附在树脂颗粒上，由于每个树脂颗粒和其它的树脂颗粒紧挨着，使得树脂再生室中的杂质离子可以在电场作用下迁移到膜表面，并透过膜进入浓水室，从而达到除去杂质离子的目的。与此同时水解离生成的H⁺和OH^-与失效树脂的离子发生交换，使树脂再生为H型和OH型。

申请号为96120791.4的中国实用新型专利公开了一种离子交换树脂的电再生装置，采用的是螺旋式结构。

中国实用新型专利ZL200420009028.3公开了一种复床离子交换树脂失效后电再生的装置，采用了膜法水处理和离子交换相结合的技术，在膜对构成中添加了双极膜，再生装置中设有同时存在的阴树脂再生室、阳树脂再生室。

上述装置结构复杂，操作使用不够方便。

发明内容

本发明提供了一种逆流操作的离子交换树脂电再生装置，结构简单，处理树脂再生效果明显。

一种离子交换树脂电再生装置，包括膜堆、电极装置和夹紧装置，所述的膜堆由若干组膜对组成，每组膜对包括依次排列的下述组件：装填有内部填充物的浓水室隔板、阴离子交换膜、装填有失效树脂的树脂再生室隔板和阳离子交换膜；浓水室隔板的顶端设有浓水室出水孔，底端设有浓水室进水孔；树脂再生室隔板的顶端设有树脂进口和固定用的螺栓孔，可用树脂进口密封塞封住；树脂进口密封塞上设有带过滤网的树脂再生室进水孔和固定用的螺栓孔；树脂再生室隔板的底端设有树脂再生室出水孔；浓水室隔板为板框式结构，该结构内部空间与浓水室隔板两侧的阴离子交换膜、阳离子交换膜构成浓水室，树脂再生室隔板也是板框式结构，其内部空间与两侧的阴离子交换膜、阳离子交换膜构成树脂再生室，即淡水室。若干个膜对组成膜堆，膜堆最外侧的阳离子交换膜外设有浓水室隔板。膜堆两侧的浓水室隔板又可分别称为正电极室隔板和负电极室隔板；电极装置包括正电极和负电极，分别设置在正电极室隔板和负电极室隔板外侧；电极装置两端外侧设有夹紧装置，包括左夹紧板和右夹紧板。电极室隔板内部空间构成极水室；浓水室、淡水室、极水室的进出水两端都分别设有常规要求的均匀布水器。

所述的失效树脂为混床树脂、阳树脂、或阴树脂中的一种

所述的内部填充物为塑料导流网或离子交换树脂，以减小膜堆电阻。

所述的树脂再生室隔板的厚度为10-100mm。

所述的浓水室隔板、正电极室隔板和负电极室隔板的厚度为2-10mm。

所述的树脂再生室隔板和浓水室隔板的材质为塑料。

所述的树脂再生室和浓水室内的水流方向相反，并且树脂再生室内的水流可以部分或全部循环回流，可以节约水资源和避免结垢。

在使用本发明逆流操作的离子交换树脂电再生装置时，可以将失效的离子交换树脂通过树脂再生室隔板的树脂进口处填入树脂再生室中，或用管道将失效的离子交换树脂与再生室隔板的树脂进口处相连，用纯水按水力输送将失效树脂分一次或多次抽吸入树脂再生室中，将树脂电再生室填满，然后用螺栓将树脂进口密封塞固定住，封住树脂进口。然后给树脂电再生装置通电，通电后，树脂再生室中的极少量的水在离子交换膜及树脂表面发生水解离，电离出足够数量的H⁺和OH^-，在树脂周围边界层中与失效树脂发生再生反应，将盐型树脂转换为H型和OH型，从而使树脂得以再生。而从失效树脂上交换下来的电解质离子，在外加电场的作用下，分别透过阴、阳膜迁移进入浓水室中排出。因此，在树脂再生室内发生的阴、阳离子交换树脂的再生反应仅是一般用酸碱再生树脂发生的再生反应。可见，此时反应中H⁺和OH^-，不是来于化学药剂酸碱，而是来于普通的水。这种再生反应只在树脂再生室中进行，它不是电极反应，而仅仅是普通的酸碱再生反应，再生反应也只是消耗了电能。

树脂再生室和浓水室、极水室的水流采用逆流操作，这种逆流操作一方面可以减轻由于树脂再生室和浓水室、极水室的水流并行而引起的树脂再生室和浓水室、极水室的出口处的浓差极化现象，防止树脂再生室出口处树脂再次失效，另一方面也可以减轻浓水室出口端的阴膜侧发生的Ca²⁺、Mg²⁺与OH^-结合生成沉淀而堵塞膜的可能，因此逆流操作的离子交换树脂电再生装置可长期稳定运行，树脂再生效果好。

本发明逆流操作的离子交换树脂电再生装置，除有再生效果好这一优点外，还有运行不消耗酸碱化学药剂，不存在废液和废水排放，只消耗少量电能，能耗低，操作简单，使用方便。

附图说明

图1为本发明装置中离子交换树脂电再生过程示意图。

图2为本发明装置的剖面示意图。

图3为本发明装置的部分结构示意图。

图中各标记号说明如下：

1左夹紧板             2电极

3电极室隔板           4内部填充物

5阴离子交换膜         6树脂再生室隔板

7阳离子交换膜         8浓水室隔板

9失效树脂             10负电极室隔板

11负电极              12右夹紧板

13膜对                14螺栓

15树脂再生室树脂进口  16树脂进口密封塞

17树脂再生室进水孔    18树脂再生室出水孔

19浓水室进水孔        20浓水室出水孔

21正电极室进水孔      22正电极室出水孔

23负电极室进水孔      24负电极室出水孔

25螺栓孔

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的实施例。

如图2、图3所示，一种逆流操作的离子交换树脂电再生装置，主要包括膜堆、电极装置和夹紧装置。

膜堆由若干组膜对13组成，每组膜对13包括依次排列的下述组件：浓水室隔板8、阴离子交换膜5、树脂再生室隔板6和阳离子交换膜7，浓水室隔板8为板框式结构，其内部空间与两侧的阴离子交换膜5、阳离子交换膜7构成浓水室，浓水室内填充有塑料导流网；树脂再生室隔板6也是板框式结构，其内部空间与两侧的阴离子交换膜5、阳离子交换膜7构成树脂再生室，即淡水室，其内部填充有混床树脂；浓水室隔板8的顶端设有浓水室出水孔20，底端设有浓水室进水孔19；树脂再生室隔板6的顶端设有树脂进口15和两个固定用的螺栓孔26，可用树脂进口密封塞16封住；树脂进口密封塞16上设有带过滤网的树脂再生室进水孔17和两个与树脂再生室隔板6上的螺栓孔26相配合的螺栓孔25；树脂再生室隔板6的底端设有树脂再生室出水孔18，浓水室隔板8和树脂再生室隔板6的进出水孔位置设置相反，使得浓水室和淡水室的水流形成逆流。

树脂再生室隔板6的厚度为10mm，浓水室隔板8的厚度为5mm。

若干组膜对组合成一个膜堆，膜对最外侧的阳离子交换膜7外设有浓水室隔板。由于膜堆最外侧的两块浓水室隔板8分别与正电极2和负电极11相邻，故这两块浓水室隔板又可分别称为正电极室隔板3和负电极室隔板10，正电极室隔板3和负电极室隔板10均为板框式，其内部空间构成极水室。正电极2和负电极11外侧分别设置左夹紧板1和右夹紧板10，两块夹紧板上设有螺栓孔，螺栓孔上安装螺栓14，用螺母将膜堆、电极装置和夹紧装置连成逆流操作的离子交换树脂电再生装置。

浓水室、淡水室、极水室的进出水两端都可设置常规要求的均匀布水器(图中未画)。

在使用本发明逆流操作的离子交换树脂电再生装置时，可以将失效的离子交换树脂通过树脂进口15填入树脂再生室中，或用管道将失效的离子交换树脂与树脂进口15相连，用纯水按水力输送将失效树脂分一次或多次抽吸入树脂再生室中，将树脂再生室填满，然后用螺栓将树脂进口密封塞16固定在树脂再生室隔板6上，封住树脂进口15。然后给树脂电再生装置通电，通电后，树脂再生室中的极少量的水在离子交换膜及树脂表面发生水解离，电离出足够数量的H⁺和OH^-，在树脂周围边界层中与失效树脂发生再生反应，将盐型树脂转换为H型和OH型，从而使树脂得以再生。而从失效树脂上交换下来的电解质离子，在外加电场的作用下，分别透过阴、阳膜迁移进入浓水室中排出。因此，在树脂再生室内发生的阴、阳离子交换树脂的再生反应仅是一般用酸碱再生树脂发生的再生反应。可见，此时反应中H⁺和OH^-，不是来于化学药剂酸碱，而是来于普通的水。这种再生反应只在树脂再生室中进行，它不是电极反应，而仅仅是普通的酸碱再生反应，再生反应也只是消耗了电能。

树脂再生室和浓水室内的水流采用逆流操作：树脂再生室中的水流从树脂进口密封塞16上的进水孔17进入，再从树脂再生室隔板6出水孔18流出；而浓水室中的水流从浓水室进水孔19进入，从浓水室出水孔20流出；树脂再生室和浓水室内的水流方向相反，形成逆流。装置的逆流操作既可以减轻由于树脂再生室和浓水室的水流并行而引起的树脂再生室和浓水室的出口处的浓差极化现象，防止树脂再生室出口处树脂再次失效，又也可以减轻浓水室出口端的阴膜侧发生的Ca²⁺、Mg²⁺与OH^-结合生成沉淀而堵塞膜的可能，因此逆流操作的离子交换树脂电再生装置可长期稳定运行，树脂再生效果好。

并联的膜对13越多，逆流操作的离子交换树脂电再生装置可再生失效离子交换树脂的数量就越大。

Claims (7)

1.一种失效离子交换树脂的电再生装置，包括膜堆、电极装置和夹紧装置，其特征在于：所述的膜堆由若干组膜对(13)组成，每组膜对(13)由装填有内部填充物(4)的浓水室隔板(8)、阴离子交换膜(5)、装填有失效树脂(9)的树脂再生室隔板(6)、阳离子交换膜(7)依次排列而成，膜堆最外侧的阳离子交换膜(7)外设有填充有内部填充物(4)的浓水室隔板(8)；浓水室隔板(8)的顶端设有浓水室出水孔(20)，底端设有浓水室进水孔(19)；树脂再生室隔板(6)的顶端设有树脂进口(15)，底端设有树脂再生室出水孔(18)；膜堆两侧设有电极装置，电极装置外侧设有夹紧装置。

2.根据权利要求1所述的失效离子交换树脂的电再生装置，其特征在于：树脂进口(15)设有树脂进口密封塞(16)；树脂进口密封塞(16)上设有带过滤网的树脂再生室进水孔(17)和螺栓孔(25)。

3.根据权利要求1所述的失效离子交换树脂的电再生装置，其特征在于：所述的内部填充物(4)为塑料导流网或离子交换树脂。

4.根据权利要求1所述的失效离子交换树脂的电再生装置，其特征在于：所述的失效树脂(9)为混床树脂、阳树脂或阴树脂。

5.根据权利要求1所述的失效离子交换树脂的电再生装置，其特征在于：所述的树脂再生室隔板(6)的厚度为10-100mm。

6.根据权利要求1所述的失效离子交换树脂的电再生装置，其特征在于：所述的浓水室隔板(8)的厚度为2-10mm。

7.根据权利要求1所述的失效离子交换树脂的电再生装置，其特征在于：所述的树脂再生室隔板(6)和浓水室隔板(8)的材质为塑料。

Images