CN1073466C - 离子交换树脂的电再生方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种离子交换树脂的电再生方法及装置，涉及离子交换水处理脱盐技术中失效离子交换树脂的再生方法及设备。其特点是此种方法及装置所消耗的是电能，再生反应中H⁺和OH^-离子不是来源于化学药剂酸碱，而是来源于普通的水。本发明与现有技术相比，由于不使用化学药剂酸碱，因而无大量废酸废碱溶液和清洗废水排放，从而不污染水体，对环境无害。不但有很大的经济效益，而且环境效益非常显著。同时该方法操作简单，使用方便，且运行费用低。

Description

离子交换树脂的电再生方法及装置

本发明涉及离子交换水处理脱盐技术中失效离子交换树脂的再生方法及设备。特别涉及一种离子交换混床所用离子交换树脂的再生方法及装置。

目前，离子交换混床仍是火力发电厂和电子工业制取纯水和超纯水工艺过程中必不可缺的设备。在混床中，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。它们能与水中所含盐的阴、阳离子进行离子交换，使水中的盐分离子被树脂吸附从而获得纯水。经过交换的阴、阳树脂失效后要用酸、碱化学溶液再生，使其恢复交换能力。这种酸碱化学药剂再生法存在如下缺点：

1．再生药剂利用率很低，化学药剂中占很大重量百分比的离子没有得到利用；

2．大量废酸废碱溶液和清洗废水排放，腐蚀下水道，并污染水体，破坏生态平衡；

3．再生操作繁多，工人劳动条件差；

4．再生系统复杂，并要求防腐。

据有关数据推算，我国用于制取脱盐水的年耗酸量为2000万吨左右，年耗碱量为500万吨左右。由于树脂再生过程中大部分未被利用的药剂离子排放和火力发电厂分布面广，结果造成大面积的水体严重污染。因而，人们都在力图探求采取其它无污染的制取纯水方法或寻找一种不用酸碱的再生方法。

本发明的目的和任务就是针对现有技术存在的不足和缺陷，提供一种离子交换树脂的电再生方法及其装置，此种方法及装置不仅不消耗酸碱化学药剂，无废物排放，不污染水体和环境，而且还具有操作简单，使用方便，运行费用低等优点。

本发明所述的离子交换树脂的电再生方法是按以下步骤实现的：

(1)在由阴膜、阳膜、浓、淡水室以及阴极室和阳极室所组成的类似于电渗析器的容器中通电，形成直流电场：

(2)通电后，使淡水室中的水发生极化作用，使少量的水电离出足够量的H⁺和OH^-；

(3)将失效树脂和普通水不断地加入到淡水室中，使所产生的H⁺和OH^-与失效树脂在树脂边界层中发生树脂再生反应，此时，在外加电场的作用下，从失效树脂上替代下来的电解质离子，及时地进行选择性迁移，分别透过阴、阳膜至浓水中排掉：

(4)淡水室内的树脂不断流动，使再生树脂不断流出。

上述方法的原理是建立在水电离产物H⁺和OH^-离子再生失效树脂的基础上的。只有在电渗析过程发生极化作用时，淡水室中极少量的水才发生电离，电离出足够量的H⁺和OH^-离子，还不等它们迁移出淡水室，绝大部分就在树脂周围边界层中与失效树脂发生再生反应，它们分别被失效树脂吸附住，从而使失效树脂得以自行再生。而从失效树脂上替代下来的电解质离子，在外加电场的作用下，马上进行选择性迁移，分别透过阴、阳膜至浓水中排掉，这样失效树脂得到了电再生。因此，只要源源不断地将失效树脂输入到类似于电渗析器的淡水室中，就能获得充分再生的离子交换树脂从其中徐徐流出。

根据上述离子交换树脂的电再生方法，本发明所称的离子交换树脂的电再生装置是通过以下技术方案实现的：它主要包括电极装置，交替排列的阴阳离子交换膜，浓、淡水隔板，其特征是该装置呈圆柱形，其上端为失效树脂流的入口，下端为再生树脂流的出口，它的外层是电极层，其中心是电极室，两者组成直流电场的两极，两极中间的膜与隔板芯按螺旋卷式的方式绕在中心电极室上。

附图1为离子交换树脂电再生过程的示意图。

附图2为离子交换树脂电再生装置的结构示意图。

附图3为横隔板展开示意图。

附图4为竖隔板展开示意图。

下面结合附图详细描述本发明的原理、结构及最佳实施例。

附图1是一个由阴、阳膜交替排列而成的一个类似于电渗析器的容器，1为阴膜，2为阳膜，在淡水室3中装入失效的离子交换树脂4。通电后，淡水室中的极少量的水发生极化现象，电离出足够数量的H⁺和OH^-离子，还不等它们迁移出淡水室，绝大部分就在树脂周围边界层中与失效树脂发生再生反应，它们分别被失效树脂吸附住，从而使树脂得以再生。而从失效树脂上替代下来的电解质离子(Na⁺和Cl^-)，在外加电场的作用下，马上进行选择性迁移，分别透过阴阳膜至浓水室中排出。因此，在淡水室内发生的阴阳离子交换剂的再生反应仅是一般用酸碱再生交换剂发生的再生反应，即

        

        

式中：R为阳离子交换剂母体骨架，R’为阴离子交换剂母体骨架。可见，此时反应中H⁺和OH^-离子，不是来于化学药剂酸碱，而是来于普通的水。这种再生反应只在淡水室中进行，它不是电极反应，而仅仅是普普通通的酸碱再生反应。只不过这种再生法所消耗的是电能，再生过程得以进行的推动力是电力，所以称它为电再生法。

附图2是根据上述方案而设计的离子交换树脂的电再生装置。该装置呈圆柱形，其上端为失效树脂流的入口，下端为再生树脂流的出口，外层是电极层，中心是电极室7，两者共同组成直流电场的两极。电极用涂钌的钛丝制成，并设电极框隔板，以供极水流通。中心电极室外壁是阳膜，再外各层是竖隔板、阴膜、横隔板，以后各层就如此排列下去。膜和隔板是按螺旋卷方法绕在中心电极室上。这样，阳膜-竖隔板-阴膜组成淡水室；阴膜-横隔板-阳膜就组成浓水室。因此，从中心电极室向外，各水室是按淡-浓-淡次序依次排列下去。淡水室是供树脂流和淡水流流通的通道，室内竖隔板的作用是使树脂流和淡水流能够流通，而不使两膜紧贴在一起，它们的流动方向是从上到下。浓水室是供浓水流动的通道，室内放横隔板的作用除起两膜不紧贴的作用外，是要使浓水逐渐变浓。横隔板具有将浓水的流道按上下分成几段的多层结构。一般分为三层，可将浓水的流道按上下分成四段，有两段水流是按螺旋卷从外向内流，有两段水流是按螺旋卷从内向外流。

浓水入口8位于外层高处，浓水出口9位于外层低处，该装置的直径一般为1米，高2-3米，可根据容量不同设计出不同的规格尺寸。

膜和隔板的组件两端分别设有锥形帽5和锥形底6，目的是便于树脂流分配流入各淡水室，也便于收集。为便于观察，可采用透明塑料制成。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：由于此种离子交换树脂的电再生方法及装置消耗的是电能，即靠水电离产物H⁺和OH^-离子再生失效树脂，来代替用酸碱化学药剂再生，因而无大量废酸废碱溶液和清洗废水排放，从而不污染水体，对环境无害；因此不但有很大的经济效益，而且环境效益非常显著。同时该方法操作简单，使用方便，且运行费用低。

Claims (4)

1、一种离子交换树脂的电再生方法，其特征是：

(1)在由阴膜、阳膜、浓、淡水室以及阴极室和阳极室所组成的类似于电渗析器的容器中通电，形成直流电场；

(2)通电后，使淡水室中的水发生极化作用，使少量的水电离出足够量的H⁺和OH^-；

(3)将失效树脂和普通水不断地加入到淡水室中，使所产生的H⁺和OH^-与失效树脂在树脂边界层中发生树脂再生反应，此时，在外加电场的作用下，从失效树脂上替代下来的电解质离子，及时地进行选择性迁移，分别透过阴阳膜至浓水室中排掉；

(4)淡水室内的树脂不断流动，使再生树脂不断流出。

2、按照权利要求1所述方法的离子交换树脂的电再生装置，它主要包括电极装置，交替排列的阴、阳离子交换膜，浓、淡水隔板，其特征是该装置呈圆柱形，其上端为失效树脂流的入口，下端为再生树脂流的出口，它的外层是电极层，其中心是电极室，两者组成直流电场的两极，两极中间的膜和隔板芯按螺旋卷式的方式绕在中心电极室上。

3、按照权利要求2所述的离子交换树脂的电再生装置，其特征是浓水室内的横隔板具有将浓水的流道按上下分成几段的多层结构。

4、按照权利要求2或3所述的离子交换树脂的电再生装置，其特征是该装置的两端分别设有锥形帽和锥形底。

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