CN104888870A - 一种双极膜法电再生混床离子交换树脂的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双极膜法电再生混床离子交换树脂的装置，它由双极膜产酸碱器、贮液罐和树脂再生器三部分组成，其中双极膜产酸碱器呈板框型，它由多组膜对所组成，每组膜对由一张阳膜、一张阴膜和一张双极膜所组成，各个膜之间有隔板，两端为电极和端板，用多条螺栓固定，压紧成整体；贮液罐由稀酸再生液罐、稀碱再生液罐、稀盐水罐和极水罐所组成；树脂再生器分为体内、外再生的两种。本发明改进了用酸碱再生混床的传统工艺，取消了酸碱贮运环节，开创了在直流电场作用下，用双极膜法使水解离来制备稀酸碱再生液再生混床树脂的先例，使混床树脂再生更彻底，降低了再生费用，再生装置基本没有排废，保护了环境，提高了安全水平。

Description

一种双极膜法电再生混床离子交换树脂的装置

技术领域

本发明涉及离子交换水处理脱盐技术中再生失效离子交换树脂的装置。

背景技术

目前，电去离子和反渗透等多种先进脱盐技术已在制备初级纯水的过程中得到推广和使用，但混床离子交换脱盐仍作为制备纯水的精处理设备在电力、电子、化工、制药等领域中广泛地应用着，以火力发电厂为例，制备锅炉补给水脱盐系统中使用电去离子脱盐的，只占5~10%，其他的，仍都使用混床离子交换脱盐，而凝结水精处理脱盐系统都设置有混床离子交换脱盐。在混床离子交换器中，一般装有H型强酸性阳离子交换树脂和OH型强碱性阴离子交换树脂。它们能与水中所含有盐分的阴、阳离子进行离子交换，结果，水中的盐分离子被吸附，最终获得纯水。已失去交换的能力的阴、阳树脂，要用酸碱化学药剂，使其恢复交换能力。

这种酸碱再生方法存在着诸多缺陷，如再生药剂利用低，废液排放污染环境，再生过程操作复杂，酸碱贮运不便，设备腐蚀和劳动条件恶劣等，因此，人们迫切需要开发不用酸碱的离子交换树脂电再生方法。

我国专利“离子交换树脂的电再生的方法及装置”（ZL96120791.4）和“复床离子交换树脂电再生装置”（ZL200420009828.3），公开了利用电去离子装置进行离子交换树脂电再生的技术。在开发这两种电再生离子交换树脂技术时发现：目前所使用的电去离子装置膜堆较小，产水量为1m³/h，电去离子装置膜堆中所填充的树脂量仅为10kg，要根据现有结构的小膜堆放大制造大膜堆遇到制造上的困难。如制造一次再生250kg树脂就需要制备底面积为1m²、高近2m的大型电去离子装置膜堆。这样一次静态电再生250kg树脂，才有工程实用意义；另外，使再生树脂在膜间距小于10mm的间隔中流动，也遇到两相流流动发生树脂堵塞等问题。

我国专利“双极膜水解离法再生离子交换树脂的方法及装置”（ZL02124071.X），公开了用双极膜法再生离子交换树脂的方法，但实施该方法时仍然需要再生树脂在膜间距小于10mm的间隔中流动，也遇到两相流流动发生树脂堵塞等问题。树脂和水的两相流，流动不畅，易发生堵塞或流动不均，

因此，两相流流动发生树脂堵塞等问题，影响了离子交换树脂的电再生技术的产业化的实现。

近年来，国产双极膜已经问世，打破了国外生产双极膜技术的垄断。这时，具备了开发双极膜相关产品的条件。

本发明的目的和任务是针对现有技术存在的不足与缺陷，提供一种在直流电场作用下用双极膜法制得酸碱再生液，并用这种再生液来再生失效混床离子交换树脂，实现混床离子交换树脂的电再生。

 

发明内容

本发明所要解决的技术问题提供了一种能不用存贮酸碱再生液，对环境友好，无排废的混床离子交换再生的装置。

由于传统的混床离子交换树脂再生工艺有污染环境、操作复杂、需要贮存酸碱再生液等诸多缺陷。

本发明是一种双极膜法电再生混床离子交换树脂的装置，

①双极膜产酸碱器3：呈板框型，它由多组膜对所组成，每组膜对由一张阴膜9、一张阳膜10和一张双极膜11所组成，各个膜之间有隔板，两端为电极和端板，用多条螺栓固定，压紧成整体，具体组装方式：以一张阴膜、一张阳膜和一张双极膜配为一组，自左至右从阳极8开始，依次排列，第一组阴膜9、阳膜10和双极膜11，再排第二组阴膜9、阳膜10和双极膜11，依次重复排列各组，直至右端最后为阴膜9、阳膜10和阴极12，从而自左至右依次形成阳极室、稀盐水室、稀碱再生液室和稀酸再生液室，再形成稀盐水室、稀碱再生液室和稀酸再生液室，依次重复排列相应各室，直至右端最后为稀盐水室、阴极室；

②贮液罐：由稀酸再生液罐5、稀碱再生液罐4、稀盐水罐1和极水罐2所组成；

③树脂再生器：对体内再生来说，混床中阴树脂再生部分6供阴树脂再生，混床中阳树脂再生部分7供阳树脂再生；对体外再生来说，阴树脂再生罐13和阳树脂再生罐14供再生用。

双极膜产酸碱器3中所述的阳极8与阴膜9之间的间距（即阳极室的厚度），所述的阴膜9与阳膜10之间的间距，即稀盐水室的厚度，所述的阳膜10与双极膜11之间的间距，即稀碱再生液室的厚度，所述的双极膜11与阴膜9之间的间距，即稀酸再生液室的厚度，所述的阴膜9与阴极12之间的间距，即阴极室的厚度，它们的间距≤10mm。

在双极膜法电再生混床离子交换树脂的装置中，所述的双极膜产酸碱器3所用膜对的数量≤200对；所述的阳极8是钛镀钌材质的网或多孔板；所述的阴极12是不锈钢或镀镍铁材质的多孔板。

双极膜是一侧为阳膜而另一侧为阴膜，中间夹有催化剂层的复合膜。从微观角度观察，双极膜中间的催化剂层能不断吸水，并在直流电场作用下，使水解离H₂O                                                 H⁺+OH^—。水解离所得的H⁺阳离子与盐MX解离所得的阴离子X^—结合成酸HX，水解离所得的阴离子OH^—与盐MX解离所得的阳离子M⁺结合成碱MOH。这些产生的酸碱收集起，备用。

双极膜产酸碱器在外加电源作用下，发生水解离反应，和稀盐溶液反应生成酸再生液和碱再生液，通过泵将酸再生液和碱再生液收集起来，分别送入稀酸液罐和稀碱液罐。在阴极和阳极也发生的电化学反应，应尽量避免对电极产生不良影响。

用双极膜产酸碱器产生酸碱再生液，可以使混床离子交换树脂得到再生，在双极膜产酸碱器中，水在电场的作用下分离出相同摩尔数的酸和碱。混床树脂再生后，使用后的废酸碱中和，重新生成盐，水中的pH值为中性。不会环境污染。

传统再生工艺中，混床离子交换树脂再生所用的酸碱需要采购、运输和贮存等环节，由于酸碱是危险品，必须使用特种设备才能保证各个贮运环节中的安全。还设有酸碱贮存设备，在使用酸碱时，需要使用酸碱计量设备，将贮存的浓酸碱冲稀，进行调配。这是有危险的操作，曾有发生酸碱操作导致人员重大伤亡的案例。所以现有的酸碱再生方法给广大企业的管理者和使用者带来不便，目前尚未有新型技术改变这一局面。

在本发明中，利用双极膜直接制得酸和碱再生液，和传统混床再生工艺不大相同，中和后的生成盐可再次回用，减少了排废。

本发明所使用的酸碱由双极膜产酸碱器根据再生需要直接制得。根据树脂的再生度要求不同，酸碱浓度也有所不同，这样就简化了树脂再生工艺。制得的酸碱的质量百分浓度最高只有5%，大大增加了安全性。 

本发明的优点：

1）稀酸碱再生剂需要多少，生产多少，没有酸碱再生剂的购置和长期贮运问题，浓酸碱属危险的化学品，要用专人审批购置，要使用特殊的防爆车辆运输，要专门的危险品库贮存，非常不便；

2）环保效益好，出水呈中性；

3）以百分质量浓度≤10%的稀酸碱运行，工人劳动条件有所改善；

4）操作有所简化，设备使用费用低，利于推广；

5）本发明产品特别适用于边疆和西部地区等酸碱供应困难的地区；

6）特别适用于火力发电厂或核电厂使用，尤其适合于老厂节能减排技改时使用。

本发明采用当前先进的双极膜技术，来改进传统的混床的再生工艺，尤其适用于在火力发电厂使用。

 

附图说明

图1是体内再生混床树脂时本发明装置的外观示意图。

图2是再生混床离子交换树脂用双极膜产酸碱器示意图。

图3是体外再生混床树脂时本发明装置的外观示意图。

图中：1—稀盐水罐；2—极水罐；3—双极膜产酸碱器；4—稀碱再生液罐；5—稀酸再生液罐；6—混床中阴树脂再生部分；7—混床中阳树脂再生部分；8—阳极；9—阴膜；10—阳膜；11—双极膜；12—阴极；13—阴树脂再生罐；14—阳树脂再生罐

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行描述：

实施例1

图1是体内再生混床树脂时本发明装置的外观示意图，包括如下部分：

①双极膜产酸碱器3：呈板框型，它由多组膜对所组成，每组膜对由一张阴膜9、一张阳膜10和一张双极膜11所组成，各个膜之间有隔板，两端为电极和端板，用多条螺栓固定，压紧成整体，具体组装方式：以一张阴膜、一张阳膜和一张双极膜配为一组，自左至右从阳极8开始，依次排列，第一组阴膜9、阳膜10和双极膜11，再排第二组阴膜9、阳膜10和双极膜11，依次重复排列各组，直至右端最后为阴膜9、阳膜10和阴极12，从而自左至右依次形成阳极室、稀盐水室、稀碱再生液室和稀酸再生液室，再形成稀盐水室、稀碱再生液室和稀酸再生液室，依次重复排列相应各室，直至右端最后为稀盐水室、阴极室；

②贮液罐：由稀酸再生液罐5、稀碱再生液罐4、稀盐水罐1和极水罐2所组成；

③树脂再生器：对体内再生来说，混床中阴树脂再生部分6供阴树脂再生，混床中阳树脂再生部分7供阳树脂再生。

上述的各种膜间的间距，即各种室的厚度≤10mm。

上述的双极膜产酸碱器3所用膜对的数量≤200对。

上述的阳极8是钛镀钌材质的网或多孔板。

上述的阴极12是不锈钢或镀镍铁材质的多孔板。

实施例2

图3是体外再生混床树脂时本发明装置的外观示意图。

体外再生混床树脂时本发明装置的外观与体内再生混床树脂时大致相同。

体外再生混床树脂时和体内再生混床树脂时的差别是，在体外再生时，混床内的混合阴、阳树脂在再生时输送到分离器内分离，分离后的阴、阳树脂分别送入阴树脂再生罐13和阳树脂再生罐14。所生成的稀碱、稀酸再生液分别进入阴树脂再生罐13、阳树脂再生罐14。在阴、阳树脂经再生和清洗后再送入混床内混合。这就完成了体外再生时混床树脂的再生。

Claims (5)

1.一种双极膜法电再生混床离子交换树脂的装置，其特征在于：

①双极膜产酸碱器（3）：呈板框型，它由多组膜对所组成，每组膜对由一张阴膜（9）、一张阳膜（10）和一张双极膜（11）所组成，各个膜之间有隔板，两端为电极和端板，用多条螺栓固定，压紧成整体，具体组装方式：以一张阴膜、一张阳膜和一张双极膜配为一组，自左至右从阳极（8）开始，依次排列，第一组阴膜（9）、阳膜（10）和双极膜（11），再排第二组阴膜（9）、阳膜（10）和双极膜（11），依次重复排列各组，直至右端最后为阴膜（9）、阳膜（10）和阴极（12），从而自左至右依次形成阳极室、稀盐水室、稀碱再生液室和稀酸再生液室，再形成稀盐水室、稀碱再生液室和稀酸再生液室，依次重复排列相应各室，直至右端最后为稀盐水室、阴极室；

②贮液罐：由稀酸再生液罐（5）、稀碱再生液罐（4）、稀盐水罐（1）和极水罐（2）所组成；

③树脂再生器：对体内再生来说，混床中阴树脂再生部分（6）供阴树脂再生，混床中阳树脂再生部分（7）供阳树脂再生；对体外再生来说，阴树脂再生罐（13）和阳树脂再生罐（14）供再生用；

双极膜产酸碱器（3）与贮液罐各个部分相连，即它与稀盐水罐（1）相连，给双极膜产酸碱器（3）输入稀盐水；它与极水罐（2）相连，给双极膜产酸碱器输入极水；它与稀酸再生液罐（5）相连，从双极膜产酸碱器（3）输出稀酸再生液；它与稀碱再生液罐（4）相连，从双极膜产酸碱器（3）输出稀碱再生液；树脂再生器位于本装置的末端，它与贮液罐中的稀酸再生液罐（5）和稀碱再生液罐（4）相连，用稀酸、碱再生液再生失效的离子交换树脂，从树脂再生器流出的废再生液和清洗废水部分进入稀盐水罐（1）循环利用。

2.根据权利要求1所述的双极膜法电再生混床离子交换树脂的装置，其特征在于：所述的阳极（8）与阴膜（9）之间的间距，即阳极室的厚度，所述的阴膜（9）与阳膜（10）之间的间距，即稀盐水室的厚度，所述的阳膜（10）与双极膜（11）之间的间距，即稀碱再生液室的厚度，所述的双极膜（11）与阴膜（9）之间的间距，即稀酸再生液室的厚度，所述的阴膜（9）与阴极（12）之间的间距，即阴极室的厚度，均≤10mm。

3.根据权利要求1所述的双极膜法电再生混床离子交换树脂的装置，其特征在于：所述的双极膜产酸碱器（3）所用膜对的数量≤200对。

4.根据权利要求1所述的双极膜法电再生混床离子交换树脂的装置，其特征在于：所述的阳极（8）是钛镀钌材质的网或多孔板。

5.根据权利要求1所述的双极膜法电再生混床离子交换树脂的装置，其特征在于：所述的阴极（12）是不锈钢或镀镍铁材质的多孔板。