CN107935132A - 一种电吸附耦合离子交换除盐‑再生装置及方法 - Google Patents
一种电吸附耦合离子交换除盐‑再生装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107935132A CN107935132A CN201711397424.6A CN201711397424A CN107935132A CN 107935132 A CN107935132 A CN 107935132A CN 201711397424 A CN201711397424 A CN 201711397424A CN 107935132 A CN107935132 A CN 107935132A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ion
- module
- exchange
- adsorption module
- electric adsorption
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 title abstract description 7
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 64
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 claims abstract description 41
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 25
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 239000003729 cation exchange resin Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000003957 anion exchange resin Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 18
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000005349 anion exchange Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 100
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 16
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 10
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 10
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 5
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 5
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 4
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 claims description 4
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 claims description 4
- 230000005012 migration Effects 0.000 claims description 4
- 238000013508 migration Methods 0.000 claims description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 2
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000003795 desorption Methods 0.000 claims 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 abstract description 6
- 238000011033 desalting Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 4
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 10
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 4
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M Bicarbonate Chemical compound OC([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L Magnesium sulfate Chemical group [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 2
- 238000005115 demineralization Methods 0.000 description 2
- 230000002328 demineralizing effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N heavy water Substances [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 229920001429 chelating resin Polymers 0.000 description 1
- 239000013043 chemical agent Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000002242 deionisation method Methods 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 244000144972 livestock Species 0.000 description 1
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000004382 potting Methods 0.000 description 1
- 230000009719 regenerative response Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/469—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/42—Treatment of water, waste water, or sewage by ion-exchange
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Abstract
本发明公开了一种电吸附耦合离子交换除盐‑再生装置及方法，包括电吸附模块、离子交换模块和紧固模块，电吸附模块由一对复合电极、导流室和直流稳压电源组成，复合电极由钛板和活性炭纤维组成，导流室内设有导流网；离子交换模块由阴离子交换室和阳离子交换室组成，其内分别装填阴、阳离子交换树脂，并用多孔支撑材料进行固定，阴、阳离子交换室位于导流室和两复合极板之间，实现电吸附模块与离子交换模块的耦合；外部再用紧固模块将装置进行紧固密封，组装成板框式电吸附耦合离子交换除盐及再生装置。本发明提高了除盐效率，也克服了树脂再生需要酸碱的弊端，同时具有能耗低、环境友好等特点，适用于农村分散式苦咸水的处理。
Description
技术领域
本发明属于苦咸水淡化领域，涉及一种处理农村分散式苦咸水的电吸附耦合离子交换除盐-再生装置，还涉及利用该装置去除苦咸水中盐类物质的方法。
背景技术
随着社会经济的不断发展及人口数量的持续增长，工业生产及生活饮用所需的淡水资源日益匮乏，尤其是中国西北干旱半干旱地区，严重的缺水问题直接制约着当地社会经济的持续发展，因此，对西北地区广泛分布的苦咸水的利用已越来越受到人们的重视。苦咸水具有较高的含盐量，使得其在工业生产及生活饮用方面受到了极大的限制，尤其是对西北农村分散式住户的人畜饮水方面形成了极大的挑战。目前常用的除盐技术主要有吸附法、膜分离法、离子交换法等，但这些水处理除盐技术都存在着不同程度这样或那样的缺点，尚不能满足生产生活上对原水除盐后水质水量的需求。
电吸附除盐技术是近年来发展起来的一种环保型的去除水中离子的技术，它是电化学理论与双电层理论二者结合的产物。电吸附技术的除盐过程不涉及电子的得失，其所需电流仅用于给吸附电极溶液界面的双电层充电，因而是一个低电耗过程。该除盐技术属于常压操作，具有工艺设备简单，能耗低，成本低，且其再生过程无需添加药剂，不产生二次污染的优点，但同时也存在着除盐率不高的不足，一般为60%～75%。
离子交换法除盐是利用离子交换剂本身具有的可交换离子与水中带同种电荷的离子进行交换反应以达到除盐目的的方法，水处理中常用的离子交换剂是人工合成的离子交换树脂，其发挥主导作用的是可交换离子活性基团。离子交换反应具有可逆性，阴、阳离子交换树脂可通过交换吸附和再生实现循环利用。离子交换法是一种常规的除盐技术，技术成熟且出水纯度高，不过其缺陷是出水水质呈周期性波动。经过交换的阴、阳树脂失效后要用酸、碱化学溶液进行再生，其再生药剂利用率低，且有大量废酸废碱溶液的排放，对环境会产生二次污染。
基于目前水处理除盐技术的研究状况可知：提高水的除盐率、降低水的处理能耗以及保证装置除盐与再生过程的环境友好对于水处理除盐技术的发展至关重要。
发明内容
本发明针对现有技术存在的电吸附除盐率相对较低，离子交换法出水水质不稳定、再生药剂利用率低、产生的废液多等不足，提供了一种具有高效除盐功能、易于再生且环境友好的电吸附耦合离子交换除盐-再生装置。
为了解决上述问题，本发明具体通过以下技术方案实现的：一种电吸附耦合离子交换除盐-再生装置，包括电吸附模块、离子交换模块和紧固模块；
所述电吸附模块，包括导流室、直流稳压电源、电吸附模块阴、阳极，导流室内设有塑料导流网，使水流形成扰流，电吸附模块阴、阳极为一对复合电极，每一复合电极由钛板和其上固定的活性炭纤维组成，两复合电极的钛板与直流稳压电源正负极对应相连接；
所述离子交换模块，包括阴离子交换室和阳离子交换室；阴、阳离子交换室放置于导流室两侧，阴离子交换室内装填阴离子交换树脂，该室另一侧为电吸附模块阳极，阳离子交换室内装填阳离子交换树脂，该室另一侧为电吸附模块阴极，两室内的树脂均由透水的多孔支撑材料进行固定；
所述紧固模块，包括左、右端板；采用螺栓通过相互平行的左、右端板将位于两者之间的电吸附模块阴极、电吸附模块阳极、阴、阳离子交换室、导流室紧固密封后，经并排挤压组合形成上、下部内腔，下部内腔为进水槽，上部内腔为出水槽，左端板设有通入进水槽的进水管，右端板设有和出水槽相通的出水管。
优选的，所述阴离子交换室、阳离子交换室和导流室均为板框式结构，阴、阳离子交换室的内框中填充相应的离子交换树脂后框内的上、下部均留有未填充的空白区域，导流室的内框中填充导流网后框内的上、下部也留有未填充的空白区域；电吸附模块阳极复合电极中的钛板下部开有进水槽口，该板上的活性炭纤维固定在进水槽口右侧的上方，另一钛板的上部开有出水槽口，该板上的活性炭纤维固定在出水槽口左侧的下方，采用螺栓通过左、右端板将两者之间的电吸附模块阴极、电吸附模块阳极、阴、阳离子交换室、导流室并排紧固密封，所述进水槽由上述进水槽口与阴、阳离子交换室矩形框内下部、导流室矩形框内下部的未填充空白区域并排挤压组合形成；所述出水槽由上述出水槽口和阴、阳离子交换室矩形框内上部、导流室矩形框内上部的未填充空白区域并排挤压组合形成。
进一步的，所述的左端板与电吸附模块阳极之间、及右端板与电吸附模块阴极之间均夹设有橡胶密封圈。
本发明所述的直流稳压电源带有变向开关，用于正负电极的倒换。
本发明所述的多孔支撑材料，其筛网为200目。
进一步的，在所述的阴、阳离子交换室板框内的阴、阳离子交换树脂的底端安装不透水板。
本发明的另一目的在于提供一种上述装置进行电吸附耦合离子交换除盐-再生的方法，具体包括以下步骤：
步骤（1）.电吸附耦合离子交换除盐：原水从进水管经进水槽流入导流室，继而使两复合电极之间的区域充满了含盐水；然后通过直流稳压电源通入直流电，控制操作电压为1.2～2.0V，在外加电场的作用下，原水中的阴离子向阳极迁移，其迁移过程中经过阴离子交换树脂并与之发生离子交换反应，部分透过树脂的阴离子被电吸附模块阳极的复合电极所吸附；原水中的阳离子向阴极迁移，其迁移过程中经过阳离子交换树脂并与之发生离子交换反应，部分透过树脂的阳离子被电吸附模块阴极的复合电极所吸附，原水经电吸附耦合离子交换除盐后通过出水槽从出水管流出；
步骤（2）.对电吸附模块的两复合电极进行再生：除盐操作结束后，离子交换模块的阴、阳离子交换树脂失效且电吸附模块的复合电极吸附饱和，开始倒换两电极，保持步骤（1）的操作电压不变，从进水管继续通入原水，两复合电极上吸附的离子脱附并反向迁移，当阴、阳离子迁移到导流室时，被水流所带走，从而使两复合电极得到再生，再生产生的浓水从出水管导出；
步骤（3）.对离子交换模块的阴、阳离子交换树脂进行再生：保持步骤（2）所述电吸附模块再生时的电极状态不变，将原水换为纯水经进水管通入，并在操作电压为20～35V的条件下利用纯水电解产生的H+、OH-对离子交换模块的阴、阳离子交换树脂进行再生。
本发明可采用多个电吸附耦合离子交换除盐-再生装置并联或串联同时使用。
与现有技术相比，本发明的效果在于：
1.本发明通过紧固模块将电吸附模块和离子交换模块并排挤压组合在一起形成上、下部内腔进行进、出水，通过控制直流稳压电源的操作电压为1.2～2.0V，使电吸附模块和离子交换模块形成协同作用进行耦合高效除盐，不仅提高了除盐效率，且克服了离子交换树脂再生时需酸碱的弊端，本发明具有能耗低、环境友好等特点，适用于农村分散式苦咸水的处理。
2.本发明通过将阴离子交换树脂、阳离子交换树脂按一定顺序填充到电吸附模块阴、阳电极之间的离子交换室内，即：阴离子交换树脂填充后靠近电吸附模块阳极，阳离子交换树脂填充后靠近电吸附模块阴极，一方面起到电吸附耦合离子交换高效除盐的作用，另一方面起到能使电吸附模块和离子交换模块依次再生的作用，除盐和再生效果明显。本发明操作方便，除盐和再生过程只消耗少量电能，运行费用低，经济效益良好，显示了广阔的应用前景。
3.本发明采用带有变向开关的直流稳压电源，两复合电极进行再生时，仅通过倒换电极，在继续通入原水并控制操作电压为1.2～2.0V的条件下对电吸附模块的复合电极进行再生；然后改为通入纯水并在操作电压为20～35V的条件下对离子交换模块的阴、阳离子交换树脂进行再生。本发明通过控制操作条件及顺序，很好的实现了电吸附模块和离子交换模块的依次再生，使得本发明能够不间断的进行除盐—再生的循环过程。
4.本发明离子交换模块的再生过程中采用纯水（去离子水）的电解产物H+和OH-代替了传统的酸碱化学药剂，没有大量废酸废碱溶液的排放，杜绝了对水体等环境的污染，环境效益良好。
5.本发明选用活性炭纤维作为复合电极的主要吸附材料，使用前对其进行预处理去除其中的水溶性、挥发性物质、表面杂质，改善了吸附性能，提高了除盐效率。
附图说明
图1为本发明装置的组装结构示意图；
图2为本发明装置的剖面示意图；
图3为本发明装置的除盐工作示意图（以NaCl为例）；
图4为本发明装置的电极再生示意图（以NaCl为例）；
图5为本发明装置的树脂再生示意图（以NaCl为例）。
图中：1 左端板 ；2 橡胶密封圈；3 钛板Ⅰ；4 活性炭纤维Ⅰ；5 阴离子交换室；6 阴离子交换树脂；7 多孔支撑材料；8导流室；9 导流网；10 阳离子交换室； 11 阳离子交换树脂；12 活性炭纤维Ⅱ；13 钛板Ⅱ；14 右端板；15 进水管；16 出水管；17 进水槽 ；18 出水槽；19 螺栓孔；20 螺栓；21 直流稳压电源。
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1、图2所示，一种电吸附耦合离子交换除盐-再生装置，主要包括电吸附模块、离子交换模块和紧固模块。
如图1所示，电吸附模块，包括导流室8、作为电吸附模块阴、阳极的一对复合电极、直流稳压电源21；两复合电极均由钛板和其上固定的活性炭纤维组成，其中，一复合电极的钛板Ⅰ3与另一复合电极的钛板Ⅱ13呈对，钛板Ⅰ3上固定的活性炭纤维Ⅰ4与钛板Ⅱ13上固定的活性炭纤维Ⅱ12呈对。如图1所示，钛板Ⅰ3和其内侧面（右侧）固定的活性炭纤维Ⅰ4组成的复合电极为电吸附模块阳极，钛板Ⅰ3的下部开有矩形的进水槽口。作为电吸附模块阴极的复合电极由钛板Ⅱ13和其内侧面（左侧）固定的活性炭纤维Ⅱ12组成，钛板Ⅱ13的上部开有矩形的出水槽口。导流室8为板框式结构，其板框内装有塑料导流网9使水流形成扰流，且板框内的上、下部留有与出水槽口、进水槽口大小一致的未填充空白区域。钛板Ⅰ3和钛板Ⅱ13顶端分别与直流稳压电源21相连接，以获取电能。直流稳压电源21带有变向开关，可进行正负电极的倒换操作。
离子交换模块，包括阴离子交换室5、阴离子交换树脂6、多孔支撑材料7、阳离子交换室10和阳离子交换树脂11；阴、阳离子交换室为板框式且分别放置于导流室8两侧，阴离子交换室5的外侧为电吸附模块阳极，阴离子交换室5的板框内通过多孔支撑材料7固定阴离子交换树脂6，阳离子交换室10外侧为电吸附模块阴极，阳离子交换室10的板框内通过多孔支撑材料7固定阳离子交换树脂11，以防流失；多孔支撑材料7的筛网为200目，具有一定的透水性。阴、阳离子交换室的板框内填充树脂后，板框内的上、下部留有与出水槽口、进水槽口大小一致的未填充空白区域。
紧固模块，包括左端板1、右端板14、橡胶密封圈2和螺栓20；左端板1位于电吸附模块阳极的外侧，右端板14位于电吸附模块阴极的外侧；左端板1和右端板14的内侧面放置矩形橡胶密封圈2，然后采用螺栓20将左、右端板之间的复合电极Ⅰ、阴离子交换室5、导流室8、阳离子交换室10、复合电极Ⅱ并排后紧固在一起，使进水槽口与导流室8板框内下部的未填充空白区域、及阴、阳离子交换室板框内下部的未填充空白区域对齐，形成本发明装置的下部内腔作为进水槽17；出水槽口与导流室8板框内上部的未填充空白区域、及阴、阳离子交换室板框内上部的未填充空白区域对齐，形成本发明装置的上部内腔作为出水槽18；左端板1连接有通入进水槽17的进水管15，右端板14接有和出水槽18相通的出水管16。
为了防止出现短流，在阴、阳离子交换室板框内的阴、阳离子交换树脂的底端安装不透水板，使进水管15通入进水槽17内的水流仅在导流室8板框内的塑料导流网9底端向导流室8进水，以规范水流走向，使得水处理充分进行。
一种采用上述装置进行电吸附耦合离子交换除盐-再生的方法，具体包括以下步骤：
步骤（1）.电吸附耦合离子交换除盐：如图3所示，除盐操作时，原水从进水管15经进水槽17从导流室8板框内的塑料导流网9底端流入导流室8内，随着原水不断流入及扩散，两复合电极Ⅰ、Ⅱ之间的区域充满了含盐水；然后给两复合电极Ⅰ、Ⅱ接入直流稳压电源21，控制操作电压为1.2～2.0V，在外加直流电场的作用下，原水中的Cl-、HCO3 -、SO4 2-等阴离子向阳极迁移，其迁移过程中经过阴离子交换树脂6并与之发生离子交换反应：ROH+Cl-→RCl+OH-（以Cl-为例），部分透过树脂的阴离子被阳极的复合电极Ⅰ所吸附；同理，原水中的Na+、Mg2+、Ca2+等阳离子向阴极迁移，其迁移过程中经过阳离子交换树脂11并与之发生离子交换反应：RH+Na+→RNa+H+（以Na+为例），部分透过树脂的阳离子被阴极的复合电极Ⅱ所吸附。原水经电吸附耦合离子交换除盐后通过出水槽18从出水管16流出。
所述两复合电极Ⅰ、Ⅱ中的活性炭纤维的BET比表面积大于优选1300m2/g，且使用前先将活性炭纤维在去离子水中煮沸2小时，然后用大量去离子水冲洗去除其中的水溶性和挥发性物质，并在烘箱中于110℃下干燥24小时，以去除表面杂质，冷却后取出放在真空干燥器中待用。
当该装置离子交换模块的阴、阳离子交换树脂失效且电吸附模块的复合电极Ⅰ、Ⅱ吸附饱和时，便需要对其进行再生。
步骤（2）. 对电吸附模块的复合电极Ⅰ、Ⅱ进行再生：如图4所示，倒换电极，保持除盐工作时的操作电压（1.2～2.0V）不变，继续从进水管15通入原水，此时，复合电极Ⅰ上吸附的阴离子和复合电极Ⅱ上吸附的阳离子便会脱附并反向迁移，其迁移过程中分别经过阴、阳离子交换树脂，由于两树脂仍处于失效状态，故不会与迁移过程中的阴、阳离子进行交换，当阴、阳离子迁移到导流室8处时，便会被水流所带走，从而使复合电极Ⅰ、Ⅱ得到再生，即电吸附模块得到再生，再生产生的浓水经出水槽18从出水管16导出。
步骤（3）.对离子交换模块的阴、阳离子交换树脂进行再生：当电吸附模块的复合电极Ⅰ、Ⅱ再生完成后，保持其再生时的电极状态不变，如图5所示，将原水换为纯水（去离子水）经进水管15通入本装置中，控制操作电压为20～35V，使阴、阳极板上的纯水（去离子水）发生电解。阴极上发生的反应为：2H2O+2e-=H2+2OH-，阴极板上产生的大量OH-向阳极方向迁移，其迁移过程中经过阴离子交换树脂6并与之发生再生反应：RCl+OH-→ROH+Cl-（以Cl-为例），置换出的Cl-、HCO3 -、SO4 2-等阴离子迁移到导流室8时，便会被水流所带走，从而使离子交换模块的阴离子交换树脂6得到再生；同理，阳极上发生的反应为：2H2O=O2+4H++4e-，阳极板上产生的大量H+向阴极方向迁移，其迁移过程中经过阳离子交换树脂11并与之发生再生反应：RNa+H+→RH+Na+（以Na+为例），置换出的Na+、Mg2+、Ca2+等阳离子迁移到导流室8时，便会被水流所带走，从而使离子交换模块的阳离子交换树脂11得到再生。离子交换模块再生产生的浓水及气体经出水槽18从出水管16导出。
完成了电吸附模块和离子交换模块的再生，也就完成了整个发明装置的再生。使得本发明装置可以进入到下一个除盐—再生的循环周期之中。
本发明装置可进行多个并联，以提高处理水量；也可进行多个串联，以提高出水水质。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其它各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种电吸附耦合离子交换除盐-再生装置，其特征在于：包括电吸附模块、离子交换模块和紧固模块；
所述电吸附模块，包括导流室（8）、直流稳压电源（21）、电吸附模块阴、阳极；导流室（8）内设有塑料导流网（9），使水流形成扰流，电吸附模块阴、阳极为一对复合电极，每一复合电极由钛板和其上固定的活性炭纤维组成，两复合电极的钛板与直流稳压电源（21）正负极对应相连接；
所述离子交换模块，包括阴离子交换室（5）和阳离子交换室（10）；阴、阳离子交换室（5，10）放置于导流室（8）两侧，阴离子交换室（5）内装填阴离子交换树脂（6），该室另一侧为电吸附模块阳极，阳离子交换室（10）内装填阳离子交换树脂（11），该室另一侧为电吸附模块阴极，两室内的树脂均由透水的多孔支撑材料（7）进行固定；
所述紧固模块，包括左、右端板（1，14）；采用螺栓（20）通过相互平行的左、右端板（1，14）将位于两者之间的电吸附模块阴极、电吸附模块阳极、阴、阳离子交换室（5，10）、导流室（8）紧固密封后，经并排挤压组合形成上、下部内腔，下部内腔为进水槽（17），上部内腔为出水槽（18），左端板（1）设有通入进水槽（17）的进水管（15），右端板（14）设有和出水槽（18）相通的出水管（16）。
2.如权利要求1所述的一种电吸附耦合离子交换除盐-再生装置，其特征在于：所述阴离子交换室（5）、阳离子交换室（10）和导流室（8）均为板框式结构，阴、阳离子交换室（5，10）的内框中填充相应的离子交换树脂后框内的上、下部均留有未填充的空白区域，导流室（8）的内框中填充导流网（9）后框内的上、下部也留有未填充的空白区域；电吸附模块阳极复合电极中的钛板下部开有进水槽口，该板上的活性炭纤维固定在进水槽口右侧的上方，另一钛板的上部开有出水槽口，该板上的活性炭纤维固定在出水槽口左侧的下方，采用螺栓（20）通过左、右端板（1，14）将两者之间的电吸附模块阴极、电吸附模块阳极、阴、阳离子交换室（5，10）、导流室（8）并排紧固密封，所述进水槽（17）由上述进水槽口与阴、阳离子交换室（5，10）矩形框内下部、导流室（8）矩形框内下部的未填充空白区域并排挤压组合形成；所述出水槽（18）由上述出水槽口和阴、阳离子交换室（5，10）矩形框内上部、导流室（8）矩形框内上部的未填充空白区域并排挤压组合形成。
3.如权利要求1或 2所述的一种电吸附耦合离子交换除盐-再生装置，其特征在于：左端板（1）与电吸附模块阳极之间、及右端板（14）与电吸附模块阴极之间均夹设有橡胶密封圈。
4.如权利要求3所述的一种电吸附耦合离子交换除盐-再生装置，其特征在于：所述直流稳压电源（21）带有变向开关，用于正负电极的倒换。
5.如权利要求1、 2或4所述的一种电吸附耦合离子交换除盐-再生装置，其特征在于：所述多孔支撑材料（7），其筛网为200目。
6.如权利要求2或4所述的一种电吸附耦合离子交换除盐-再生装置，其特征在于：在阴、阳离子交换室板框内的阴、阳离子交换树脂（6，11）的底端安装有不透水板。
7.一种采用如权利要求1所述装置进行电吸附耦合离子交换除盐-再生的方法，其特征在于：具体包括以下步骤，
步骤（1）.电吸附耦合离子交换除盐：原水从进水管（15）经进水槽（17）流入导流室（8），继而使两复合电极之间的区域充满了含盐水；然后通过直流稳压电源（21）通入直流电，控制操作电压为1.2～2.0V，在外加电场的作用下，原水中的阴离子向阳极迁移，其迁移过程中经过阴离子交换树脂（6）并与之发生离子交换反应，部分透过树脂的阴离子被电吸附模块阳极的复合电极所吸附；原水中的阳离子向阴极迁移，其迁移过程中经过阳离子交换树脂（11）并与之发生离子交换反应，部分透过树脂的阳离子被电吸附模块阴极的复合电极所吸附，原水经电吸附耦合离子交换除盐后通过出水槽（18）从出水管（16）流出；
步骤（2）.对电吸附模块的两复合电极进行再生：除盐操作结束后，离子交换模块的阴、阳离子交换树脂（6，11）失效，且电吸附模块的复合电极吸附饱和，此时开始倒换两电极，保持步骤（1）的操作电压不变，从进水管（15）继续通入原水，两复合电极上吸附的离子脱附并反向迁移，当阴、阳离子迁移到导流室（8）时，被水流所带走，从而使两复合电极得到再生，再生时产生的浓水从出水管（16）导出；
步骤（3）.对离子交换模块的阴、阳离子交换树脂进行再生：保持步骤（2）所述电吸附模块再生时的电极状态不变，将原水换为纯水经进水管（15）通入，并在操作电压为20～35V的条件下利用纯水电解产生的H+、OH-对离子交换模块的阴、阳离子交换树脂（6、11）进行再生。
8.如权利要求7所述的一种电吸附耦合离子交换除盐-再生的方法，其特征在于：采用多个电吸附耦合离子交换除盐-再生装置并联或串联同时使用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711397424.6A CN107935132A (zh) | 2017-12-21 | 2017-12-21 | 一种电吸附耦合离子交换除盐‑再生装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711397424.6A CN107935132A (zh) | 2017-12-21 | 2017-12-21 | 一种电吸附耦合离子交换除盐‑再生装置及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107935132A true CN107935132A (zh) | 2018-04-20 |
Family
ID=61942510
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711397424.6A Pending CN107935132A (zh) | 2017-12-21 | 2017-12-21 | 一种电吸附耦合离子交换除盐‑再生装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107935132A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110767928A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-02-07 | 重庆大学 | 一种基于电场强化传质的热再生氨电池及制备方法 |
| WO2020052258A1 (zh) * | 2018-09-10 | 2020-03-19 | 深圳光峰科技股份有限公司 | 冷却系统、光源系统以及光源系统的冷却方法 |
| CN115196724A (zh) * | 2022-09-19 | 2022-10-18 | 欣格瑞（山东）环境科技有限公司 | 交换极电化学复合离子置换集成除盐装置及其实施方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1184005A (zh) * | 1996-11-29 | 1998-06-10 | 清华大学 | 离子交换树脂的电再生方法及装置 |
| JP2002210468A (ja) * | 2001-01-19 | 2002-07-30 | Kurita Water Ind Ltd | 脱塩装置及び脱塩方法 |
| CN208182674U (zh) * | 2017-12-21 | 2018-12-04 | 兰州交通大学 | 一种电吸附耦合离子交换除盐-再生装置 |
-
2017
- 2017-12-21 CN CN201711397424.6A patent/CN107935132A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1184005A (zh) * | 1996-11-29 | 1998-06-10 | 清华大学 | 离子交换树脂的电再生方法及装置 |
| JP2002210468A (ja) * | 2001-01-19 | 2002-07-30 | Kurita Water Ind Ltd | 脱塩装置及び脱塩方法 |
| CN208182674U (zh) * | 2017-12-21 | 2018-12-04 | 兰州交通大学 | 一种电吸附耦合离子交换除盐-再生装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 张克峰: "连续电再生离子交换原理探讨", no. 02 * |
| 武福平等: "活性炭纤维电极电吸附除盐机理研究", vol. 40, no. 10, pages 31 - 35 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020052258A1 (zh) * | 2018-09-10 | 2020-03-19 | 深圳光峰科技股份有限公司 | 冷却系统、光源系统以及光源系统的冷却方法 |
| CN110767928A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-02-07 | 重庆大学 | 一种基于电场强化传质的热再生氨电池及制备方法 |
| CN115196724A (zh) * | 2022-09-19 | 2022-10-18 | 欣格瑞（山东）环境科技有限公司 | 交换极电化学复合离子置换集成除盐装置及其实施方法 |
| CN115196724B (zh) * | 2022-09-19 | 2023-01-06 | 欣格瑞（山东）环境科技有限公司 | 交换极电化学复合离子置换集成除盐装置及其实施方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102211803B (zh) | 电吸附水基溶液离子分离装置 | |
| CN101306855B (zh) | 一种板式电除盐器 | |
| CN108456893B (zh) | 一种电控离子交换耦合电解水装置及工艺 | |
| CN107935132A (zh) | 一种电吸附耦合离子交换除盐‑再生装置及方法 | |
| CN105688676A (zh) | 一种双极膜电渗析法制备次磷酸的工艺 | |
| CN201458797U (zh) | 多层布水道电去离子膜堆 | |
| CN108793346A (zh) | 一种电吸附耦合扩展活性炭处理微污染苦咸水的装置与方法 | |
| CN101880074B (zh) | 一种失效离子交换树脂的电再生装置 | |
| CN201553635U (zh) | 极水室、浓水室装填离子交换纤维的电去离子装置 | |
| CN113774234B (zh) | 双极膜-电控离子膜萃取法用于盐湖卤水产酸产碱的装置及工艺 | |
| CN109134317B (zh) | 一种双极膜电渗析制备l-10-樟脑磺酸的方法 | |
| CN208182674U (zh) | 一种电吸附耦合离子交换除盐-再生装置 | |
| CN208791261U (zh) | 一种电吸附耦合扩展活性炭处理微污染苦咸水的装置 | |
| CN109096230A (zh) | 一种通过双极膜电渗析制备维生素c的方法 | |
| CN1184005A (zh) | 离子交换树脂的电再生方法及装置 | |
| CN104085955A (zh) | 海水淡化水的两级床去离子方法和装置 | |
| CN204509467U (zh) | 一种用于电解季铵盐的电解槽 | |
| CN102358637B (zh) | 一种电化学强化多功能材料吸附除氟系统 | |
| CN203855477U (zh) | 一种海水淡化水的两级床去离子装置 | |
| CN218539384U (zh) | 一种电渗析海水脱盐协同电催化降解有机污水并产h2o2装置 | |
| CN217555865U (zh) | 一种铜离子氧化还原电解质构筑的多通道电容脱盐装置 | |
| CN102502927A (zh) | 一种苦咸水海水淡化与浓缩回收矿盐装置及其方法 | |
| CN206089134U (zh) | 一种集束管阴极与隔离阳极的电化学硬水软化装置 | |
| CN113830740B (zh) | 一种基于电渗析技术的双极膜制备酸碱的方法 | |
| CN102877087A (zh) | 基于串联溢流的单离子交换膜电解槽连续制备丁二酸方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |