專利名稱：基于等同濾芯電極的無(wú)膜離子交換樹(shù)脂電再生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)失效的混合離子交換樹(shù)脂和螯合樹(shù)脂進(jìn)行電再生的方法 和裝置。
技術(shù)背景混合床具有快速和深度脫鹽功能，但離子交換樹(shù)脂失效后，需采用酸堿再 生的方法進(jìn)行處理，其反應(yīng)方程式可表征為<formula>formula see original document page 3</formula>i 代表陽(yáng)離子交換樹(shù)脂骨架； i '代表陰離子交換樹(shù)脂骨架。上述反應(yīng)并非按照化學(xué)計(jì)量比例進(jìn)行，為了促使反應(yīng)正向移動(dòng)，需加入過(guò) 量酸堿。若采用^C/再生陽(yáng)樹(shù)脂，則有97。/。的C/—被浪費(fèi)掉；若采用齒o/z再生陰樹(shù)脂，則有58%的^+被浪費(fèi)掉，并污染環(huán)境。通常，混合樹(shù)脂再生要經(jīng)過(guò)分層、再生、清洗、混合即壓縮空氣攪拌的步驟完成。操作繁瑣、浪費(fèi)量大，陰陽(yáng)樹(shù)脂混合不勻直接影響產(chǎn)水的質(zhì)和量及運(yùn)行成本。同樣的，用于鹽精制的螯合樹(shù)脂再生需經(jīng)水清洗、酸處理、水清洗、堿處理、水清洗后方可循環(huán)使用。因此，混合樹(shù)脂和螯合樹(shù)脂的體外電再生即無(wú)需分層和化學(xué)藥劑的技術(shù)具有廣闊的市場(chǎng)前景，也必將使離子交換應(yīng)用技術(shù)重新煥發(fā)光彩?，F(xiàn)有的電再生方法采用了離子交換膜即雙極膜法，該法存在淡水室、濃水 室及電極室，多為復(fù)極式結(jié)構(gòu)。淡水室再生樹(shù)脂時(shí)，電極室需加鹽以提高電流 效率，并存在以下問(wèn)題1、 膜堵塞和膜結(jié)垢。通電后，陽(yáng)膜附近由于水解離，"+穿過(guò)陽(yáng)膜，而朋-在 膜表面聚集產(chǎn)生膜極化，0//-與樹(shù)脂中的CZ、餘2+結(jié)合成。(朋)2、 Mg^外沉淀，從而造成膜結(jié)垢，影響電流效率和膜壽命。2、 電極反應(yīng)沒(méi)有利用。由于氧化還原反應(yīng)在電極室發(fā)生，電極反應(yīng)后剩余 的同電荷類型離子無(wú)法穿越膜，而隨水帶走排放，無(wú)端消耗電能，而且陰極易 產(chǎn)生結(jié)垢問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種基于等同濾芯電極的無(wú)膜離子交換樹(shù)脂電再生 方法。其技術(shù)解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種基于等同濾芯電極的無(wú)膜離子交換樹(shù)脂電再生方法，其特征在于其過(guò) 程包括下述步驟(1) 將鈦基微孔濾芯電極按一定規(guī)律排列的電極陣列置于帶有絕緣外殼的 水容器中，同時(shí)將擬再生樹(shù)脂和/或螯合樹(shù)脂裝于含有電極陣列的再生室內(nèi)，并 使電極之間產(chǎn)生梯度電場(chǎng)和流場(chǎng)；(2) 施加一定電壓或恒定電流，通過(guò)電極反應(yīng)和水解離產(chǎn)生的OH-和H+ 在電場(chǎng)力和曳力的耦合作用下分別向陽(yáng)、陰極方向移動(dòng)，并與陰、陽(yáng)樹(shù)脂上的 反離子進(jìn)行交換；(3) 被置換下來(lái)的反離子在電場(chǎng)力和曳力的耦合作用下進(jìn)入濾芯電極實(shí)現(xiàn) 樹(shù)脂再生；(4) 再生時(shí)，樹(shù)脂中的反離子以及電極反應(yīng)產(chǎn)生的氣體被帶出再生室，陽(yáng) 極導(dǎo)出水為具有酸性氧化電位的消毒液；陰極導(dǎo)出水經(jīng)弱酸性樹(shù)脂處理后做再 生用原水；陰陽(yáng)極導(dǎo)出水的比例及導(dǎo)出順序可依據(jù)擬再生樹(shù)脂和/或螯合樹(shù)脂進(jìn) 行設(shè)定；(5) 采用陰陽(yáng)極完全等同的濾芯電極，通過(guò)倒極的操作方式消除電極的結(jié)垢。所述的再生室進(jìn)水乃系陰極導(dǎo)出水經(jīng)弱酸性樹(shù)脂處理后的原水。一種實(shí)施權(quán)利要求1所述方法的裝置，包括帶絕緣外殼的裝有水與再生樹(shù) 脂和/或螯合樹(shù)脂的容器，其上帶有樹(shù)脂進(jìn)口和樹(shù)脂出口，以及能固定電極的法 蘭蓋板，其特征在于通過(guò)法蘭蓋板可插入微孔濾芯電極，所述電極能構(gòu)成正六 邊形和/或聯(lián)苯結(jié)構(gòu)的陣列，并分別與直流電源和/或化學(xué)電源的正負(fù)極電連接； 再生時(shí)的電壓與電極間距相關(guān)， 一般為40V;所需電流及時(shí)間取決于再生度， 一般為3-5V和3h。所述的再生室的壓力大于濾芯電極的內(nèi)部壓力，電極管的內(nèi)外靜壓差因?yàn)V 芯管內(nèi)部高流速的循環(huán)水或靜壓力而產(chǎn)生。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的積極效果在于1、 基于內(nèi)源即水和反離子的離子交換樹(shù)脂電再生技術(shù)，并通過(guò)將其轉(zhuǎn)化為 具有高應(yīng)用價(jià)值的產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)了污染物的零排放和成本降低。2、 采用等同濾芯電極、單極式結(jié)構(gòu)，直流或化學(xué)電源，更具操作靈活性。3、 簡(jiǎn)化了混合床樹(shù)脂或螯合樹(shù)脂復(fù)蘇再生操作過(guò)程，有利于延長(zhǎng)主體設(shè)備使用壽命和拓寬其適用范圍。


圖1是離子交換樹(shù)脂再生裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是采用6根濾芯電極管時(shí)的電極排列示意圖；圖3是相鄰電極間電場(chǎng)示意圖；圖4是濾芯電極與再生室及物流示意圖；圖5是實(shí)施例一的電極導(dǎo)出水pH值與時(shí)間關(guān)系曲線圖。圖l中l(wèi)一陽(yáng)極導(dǎo)出水、2—陰極導(dǎo)出水、3—電極固定法蘭、4一濾芯電極、5—有機(jī)玻璃外殼、6—樹(shù)脂進(jìn)口、 7—布水器、8—進(jìn)水口、 9一封頭、10—擬再生樹(shù)脂、11—樹(shù)脂出口。
具體實(shí)施方式
如圖1-圖5所示。 一種基于等同濾芯電極的無(wú)膜離子交換樹(shù)脂電再生方法， 其工藝過(guò)程包括將鈦基微孔濾芯電極按一定規(guī)律排列的電極陣列置于帶有絕緣 外殼的水容器中，以及將擬再生樹(shù)脂和/或螯合樹(shù)脂裝入其中的步驟、將濾芯電 極連接直流電源的正負(fù)極，并形成梯度電場(chǎng)和流場(chǎng)的步驟、接通電源，通過(guò)電 極反應(yīng)和解離過(guò)程使產(chǎn)生的OH和H+分別向陽(yáng)極和陰極方向移動(dòng)的步驟，其中 的陽(yáng)極主反應(yīng)為<formula>formula see original document page 6</formula>陽(yáng)極導(dǎo)出水為具有酸性氧化電位的消毒液，具有氧化、殺菌特性，對(duì)人體無(wú)害陰極反應(yīng)為2H20+2e =207T+H2 +朋一 = 油朋陰極導(dǎo)出水為堿性氧化電位水，經(jīng)弱酸性樹(shù)脂處理后做再生用原水，反應(yīng)如下i O90i/ +她朋——+ //2(9 。所述處理裝置采用穩(wěn)壓直流電源或化學(xué)電源供電，濾芯電極為微孔管式電 極結(jié)構(gòu)，電極數(shù)量可采用6或10或16根電極管，排布按照正六邊形6根電極、 聯(lián)苯結(jié)構(gòu)IO根以上的方式。實(shí)施例1:導(dǎo)入用NaCl失效的001 X7苯乙烯系強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂201 X7苯乙烯系強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂600ml。再生條件為電壓40V，電流3~5A， 再生時(shí)間為3、再生結(jié)束后，將樹(shù)脂導(dǎo)出并分離，通過(guò)GB8144-87《陽(yáng)離子交 換樹(shù)脂交換容量測(cè)定方法》測(cè)定陽(yáng)樹(shù)脂交換容量，通過(guò)GB5760-88《陰離子交 換樹(shù)脂交換容量測(cè)定方法》測(cè)定陰樹(shù)脂交換容量。結(jié)果如下陽(yáng)樹(shù)脂交換容量 為3.4 (干)顏?！╣;陰樹(shù)脂交換容量為2.1附卿〃g (干)；均達(dá)到化學(xué)藥劑再 生效果。陽(yáng)極導(dǎo)出液pH值小于3，可殺滅細(xì)菌、病毒等病原微生物。再生過(guò)程 中電極導(dǎo)出水的pH變化如圖5所示。實(shí)施例2:樣品為螯合樹(shù)脂D751，再生工藝為首先是只導(dǎo)出陰極水，一 定時(shí)間后倒極即導(dǎo)出陽(yáng)極水，并持續(xù)到預(yù)定要求。
權(quán)利要求
1、一種基于等同濾芯電極的無(wú)膜離子交換樹(shù)脂電再生方法，其特征在于其過(guò)程包括下述步驟(1)將鈦基微孔濾芯電極按一定規(guī)律排列的電極陣列置于帶有絕緣外殼的容器中，同時(shí)將擬再生樹(shù)脂和/或螯合樹(shù)脂裝于含有電極陣列的再生室內(nèi)；再生時(shí)電極之間產(chǎn)生梯度電場(chǎng)和流場(chǎng)；(2)施加一定電壓或恒定電流，通過(guò)電極反應(yīng)和水解離產(chǎn)生的OH和H+在電場(chǎng)力和曳力的耦合作用下分別向陽(yáng)、陰極方向移動(dòng)，并與陰、陽(yáng)樹(shù)脂上的反離子進(jìn)行交換；(3)被置換下來(lái)的反離子在電場(chǎng)力和曳力的耦合作用下進(jìn)入濾芯電極實(shí)現(xiàn)樹(shù)脂再生；(4)再生時(shí)，樹(shù)脂中的反離子以及電極反應(yīng)產(chǎn)生的氣體被帶出再生室，陽(yáng)極導(dǎo)出水為具有酸性氧化電位的消毒液；陰極導(dǎo)出水經(jīng)弱酸性樹(shù)脂處理后做再生用原水；陰陽(yáng)極導(dǎo)出水的比例及導(dǎo)出順序可依據(jù)擬再生樹(shù)脂和/或螯合樹(shù)脂進(jìn)行設(shè)定；(5)采用陰陽(yáng)極完全等同的濾芯電極，通過(guò)倒極的操作方式消除電極的結(jié)垢。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于等同濾芯電極的無(wú)膜離子交換樹(shù)脂電再生方 法，其特征在于所述再生室進(jìn)水乃系陰極導(dǎo)出水經(jīng)弱酸性樹(shù)脂處理后的原水。
3、 一種實(shí)施權(quán)利要求1所述方法的裝置，包括帶絕緣外殼的裝有水與再生 樹(shù)脂和/或螯合樹(shù)脂的容器，其上帶有樹(shù)脂進(jìn)口和樹(shù)脂出口，以及能固定電極的 法蘭蓋板，其特征在于通過(guò)所述法蘭蓋板可插入微孔濾芯電極，所述電極能構(gòu) 成正六邊形和/或聯(lián)苯結(jié)構(gòu)的陣列，并分別與直流電源和/或化學(xué)電源的正負(fù)極電 連接；再生時(shí)的電壓與電極間距相關(guān)， 一般為40V;所需電流及時(shí)間取決于再 生度， 一般為3-5A和3h。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的實(shí)施權(quán)利要求1所述方法的裝置，其特征在于所 述的再生室的壓力大于濾芯電極的內(nèi)部壓力，電極管的內(nèi)外靜壓差因?yàn)V芯管內(nèi) 部高流速的循環(huán)水或靜壓力而產(chǎn)生。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于等同濾芯電極的無(wú)膜離子交換樹(shù)脂電再生的方法，旨在利用電極反應(yīng)及水解離產(chǎn)生的OH^-和H⁺對(duì)失效的陽(yáng)、陰離子交換樹(shù)脂、螯合樹(shù)脂等進(jìn)行復(fù)蘇和再生。采用了微孔濾芯電極，由直流電源或化學(xué)電源供電。再生時(shí)濾芯電極的外部再生室壓力大于電極濾芯內(nèi)部壓力，被置換的反離子在電場(chǎng)力和水流曳力的耦合作用下進(jìn)入電極濾芯內(nèi)部，并導(dǎo)出電化學(xué)反應(yīng)體系，實(shí)現(xiàn)樹(shù)脂再生。所述陽(yáng)極導(dǎo)出水為具有酸性氧化電位的消毒液，用以再生弱酸性陽(yáng)樹(shù)脂；所述陰極導(dǎo)出水經(jīng)弱酸性樹(shù)脂處理后做再生用原水。本發(fā)明省卻了昂貴的離子交換膜，避免了由于膜本身性質(zhì)導(dǎo)致的諸如堵塞、電極結(jié)垢等缺陷，在污水處理行業(yè)具有廣闊的市場(chǎng)前景。
文檔編號(hào)B01J49/00GK101259440SQ20071015900
公開(kāi)日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2007年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者崔經(jīng)國(guó), 卉 常, 李彥生, 柳志剛 申請(qǐng)人:大連交通大學(xué)