專利名稱：一種失效離子交換樹脂的電再生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及離子交換樹脂的再生領(lǐng)域，尤其涉及一種逆流操作的超純水制造中失 效離子交換樹脂的電再生裝置。
背景技術(shù)：
超純水作為高品質(zhì)的生產(chǎn)工藝用水、生產(chǎn)設(shè)備(高壓鍋爐)配套用水和分析實驗 用水，大量用于制藥、生物、化工、電子、電力等工業(yè)部門，以及大學(xué)、醫(yī)院、科研院所、生物技 術(shù)公司、各類檢測中心等社會發(fā)展領(lǐng)域。超純水廣泛用于分析實驗室、生物化工、微電子工 業(yè)、半導(dǎo)體工業(yè)、發(fā)電工業(yè)、制藥行業(yè)和醫(yī)院。離子交換樹脂體外電再生是現(xiàn)有離子交換 水處理的綠色工藝變革，非常適合于許多老廠改造和傳統(tǒng)一次性使用的拋光樹脂的回收利 用。目前，制備超純水的主流工藝是“反滲透和混床離子交換深度除鹽”集成工藝，混 床離子交換柱都需要一用一備，以便有足夠時間再生因離子吸附飽和而失效的混床樹脂。 再生過程為先用純水對失效的混床離子交換樹脂反洗，讓混床樹脂中的陽樹脂和陰樹脂 因比重差異而分層；接著分別用酸再生陽樹脂，用堿再生陰樹脂；之后，分別用純水沖洗干 凈陽、陰樹脂，再用純水將兩種樹脂混合；最后還需要用大量純水正洗(從上到下流)混床 樹脂3至10小時以上，才能逐步達到5 18M Ω · cm水質(zhì)要求。因此，傳統(tǒng)工藝設(shè)備的生 產(chǎn)過程不連續(xù)，其超純水水質(zhì)不穩(wěn)定、酸堿環(huán)境污染和設(shè)備腐蝕嚴(yán)重(因濃鹽酸揮發(fā)和堿 腐蝕)、化學(xué)品(試劑級)和水資源(純水)浪費突出的固有缺陷無法避免。對于沒有專業(yè) 人員和較大使用場地的用戶，使用傳統(tǒng)工藝設(shè)備十分不便。電去離子EDKElectrodeionization的縮寫)是將電滲析和離子交換技術(shù)有機結(jié) 合的深度除鹽新工藝，是利用混合離子交換樹脂吸附給水中的陰陽離子，同時這些被吸附 的離子又在直流電壓的作用下，分別透過陰陽離子交換膜而被去除的過程。這一過程中離 子交換樹脂是被電連續(xù)再生的。由于膜對兩邊加有電壓，水分子被電解為氫離子和氫氧根 離子去再生樹脂，同時，被氫離子和氫氧根離子交換下的離子在電流的作用下，被遷移到濃 水室而排放，從而實現(xiàn)連續(xù)再生連續(xù)使用的目的。因此不需要使用酸和堿再生混床樹脂，生 產(chǎn)過程和環(huán)境清潔，節(jié)約水資源和化學(xué)品。這一新技術(shù)可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的離子交換(DI)裝 置，生產(chǎn)出10 18ΜΩ · cm高品質(zhì)超純水。EDI過程去離子的基本原理主要包括離子交換、直流電場下離子的選擇性遷移及 樹脂的電再生三個方面。當(dāng)進水流經(jīng)樹脂再生室時，水中雜質(zhì)離子與樹脂上的離子發(fā)生交 換，吸附在樹脂顆粒上，由于每個樹脂顆粒和其它的樹脂顆粒緊挨著，使得樹脂再生室中的 雜質(zhì)離子可以在電場作用下遷移到膜表面，并透過膜進入濃水室，從而達到除去雜質(zhì)離子 的目的。與此同時水解離生成的IT和OH—與失效樹脂的離子發(fā)生交換，使樹脂再生為H型 和OH型。申請?zhí)枮?6120791. 4的中國實用新型專利公開了一種離子交換樹脂的電再生裝 置，采用的是螺旋式結(jié)構(gòu)。
中國實用新型專利ZL200420009028. 3公開了一種復(fù)床離子交換樹脂失效后電再 生的裝置，采用了膜法水處理和離子交換相結(jié)合的技術(shù)，在膜對構(gòu)成中添加了雙極膜，再生 裝置中設(shè)有同時存在的陰樹脂再生室、陽樹脂再生室。上述裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作使用不夠方便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種逆流操作的離子交換樹脂電再生裝置，結(jié)構(gòu)簡單，處理樹脂再 生效果明顯。一種離子交換樹脂電再生裝置，包括膜堆、電極裝置和夾緊裝置，所述的膜堆由若 干組膜對組成，每組膜對包括依次排列的下述組件裝填有內(nèi)部填充物的濃水室隔板、陰離 子交換膜、裝填有失效樹脂的樹脂再生室隔板和陽離子交換膜；濃水室隔板的頂端設(shè)有濃 水室出水孔，底端設(shè)有濃水室進水孔；樹脂再生室隔板的頂端設(shè)有樹脂進口和固定用的螺 栓孔，可用樹脂進口密封塞封?。粯渲M口密封塞上設(shè)有帶過濾網(wǎng)的樹脂再生室進水孔和 固定用的螺栓孔；樹脂再生室隔板的底端設(shè)有樹脂再生室出水孔；濃水室隔板為板框式結(jié) 構(gòu)，該結(jié)構(gòu)內(nèi)部空間與濃水室隔板兩側(cè)的陰離子交換膜、陽離子交換膜構(gòu)成濃水室，樹脂再 生室隔板也是板框式結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部空間與兩側(cè)的陰離子交換膜、陽離子交換膜構(gòu)成樹脂再 生室，即淡水室。若干個膜對組成膜堆，膜堆最外側(cè)的陽離子交換膜外設(shè)有濃水室隔板。膜 堆兩側(cè)的濃水室隔板又可分別稱為正電極室隔板和負(fù)電極室隔板；電極裝置包括正電極和 負(fù)電極，分別設(shè)置在正電極室隔板和負(fù)電極室隔板外側(cè)；電極裝置兩端外側(cè)設(shè)有夾緊裝置， 包括左夾緊板和右夾緊板。電極室隔板內(nèi)部空間構(gòu)成極水室；濃水室、淡水室、極水室的進 出水兩端都分別設(shè)有常規(guī)要求的均勻布水器。所述的失效樹脂為混床樹脂、陽樹脂、或陰樹脂中的一種所述的內(nèi)部填充物為塑料導(dǎo)流網(wǎng)或離子交換樹脂，以減小膜堆電阻。所述的樹脂再生室隔板的厚度為10-100mm。所述的濃水室隔板、正電極室隔板和負(fù)電極室隔板的厚度為2-10mm。所述的樹脂再生室隔板和濃水室隔板的材質(zhì)為塑料。所述的樹脂再生室和濃水室內(nèi)的水流方向相反，并且樹脂再生室內(nèi)的水流可以部 分或全部循環(huán)回流，可以節(jié)約水資源和避免結(jié)垢。在使用本發(fā)明逆流操作的離子交換樹脂電再生裝置時，可以將失效的離子交換樹 脂通過樹脂再生室隔板的樹脂進口處填入樹脂再生室中，或用管道將失效的離子交換樹脂 與再生室隔板的樹脂進口處相連，用純水按水力輸送將失效樹脂分一次或多次抽吸入樹脂 再生室中，將樹脂電再生室填滿，然后用螺栓將樹脂進口密封塞固定住，封住樹脂進口。然 后給樹脂電再生裝置通電，通電后，樹脂再生室中的極少量的水在離子交換膜及樹脂表面 發(fā)生水解離，電離出足夠數(shù)量的H+和0H—，在樹脂周圍邊界層中與失效樹脂發(fā)生再生反應(yīng)， 將鹽型樹脂轉(zhuǎn)換為H型和OH型，從而使樹脂得以再生。而從失效樹脂上交換下來的電解質(zhì) 離子，在外加電場的作用下，分別透過陰、陽膜遷移進入濃水室中排出。因此，在樹脂再生室 內(nèi)發(fā)生的陰、陽離子交換樹脂的再生反應(yīng)僅是一般用酸堿再生樹脂發(fā)生的再生反應(yīng)?？梢?， 此時反應(yīng)中H+和0H_，不是來于化學(xué)藥劑酸堿，而是來于普通的水。這種再生反應(yīng)只在樹脂 再生室中進行，它不是電極反應(yīng)，而僅僅是普通的酸堿再生反應(yīng)，再生反應(yīng)也只是消耗了電能。樹脂再生室和濃水室、極水室的水流采用逆流操作，這種逆流操作一方面可以減 輕由于樹脂再生室和濃水室、極水室的水流并行而引起的樹脂再生室和濃水室、極水室的 出口處的濃差極化現(xiàn)象，防止樹脂再生室出口處樹脂再次失效，另一方面也可以減輕濃水 室出口端的陰膜側(cè)發(fā)生的Ca2+、Mg2+與0H_結(jié)合生成沉淀而堵塞膜的可能，因此逆流操作的 離子交換樹脂電再生裝置可長期穩(wěn)定運行，樹脂再生效果好。本發(fā)明逆流操作的離子交換樹脂電再生裝置，除有再生效果好這一優(yōu)點外，還有 運行不消耗酸堿化學(xué)藥劑，不存在廢液和廢水排放，只消耗少量電能，能耗低，操作簡單，使 用方便。


圖1為本發(fā)明裝置中離子交換樹脂電再生過程示意圖。圖2為本發(fā)明裝置的剖面示意圖。圖3為本發(fā)明裝置的部分結(jié)構(gòu)示意圖。圖中各標(biāo)記號說明如下1左夾緊板3電極室隔板5陰離子交換膜7陽離子交換膜9失效樹脂11負(fù)電極13 膜對
15樹脂再生室樹脂進口17樹脂再生室進水孔19濃水室進水孔21正電極室進水孔23負(fù)電極室進水孔25螺栓孔
具體實施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例。如圖2、圖3所示，一種逆流操作的離子交換樹脂電再生裝置，主要包括膜堆、電極 裝置和夾緊裝置。膜堆由若干組膜對13組成，每組膜對13包括依次排列的下述組件濃水室隔板 8、陰離子交換膜5、樹脂再生室隔板6和陽離子交換膜7，濃水室隔板8為板框式結(jié)構(gòu)，其 內(nèi)部空間與兩側(cè)的陰離子交換膜5、陽離子交換膜7構(gòu)成濃水室，濃水室內(nèi)填充有塑料導(dǎo)流 網(wǎng)；樹脂再生室隔板6也是板框式結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部空間與兩側(cè)的陰離子交換膜5、陽離子交換 膜7構(gòu)成樹脂再生室，即淡水室，其內(nèi)部填充有混床樹脂；濃水室隔板8的頂端設(shè)有濃水室 出水孔20，底端設(shè)有濃水室進水孔19 ；樹脂再生室隔板6的頂端設(shè)有樹脂進口 15和兩個固
2電極
4內(nèi)部填充物 6樹脂再生室隔板 8濃水室隔板 10負(fù)電極室隔板 12右夾緊板 14螺栓
16樹脂進口密封塞 18樹脂再生室出水孔 20濃水室出水孔 22正電極室出水孔 24負(fù)電極室出水孔定用的螺栓孔26，可用樹脂進口密封塞16封?。粯渲M口密封塞16上設(shè)有帶過濾網(wǎng)的樹 脂再生室進水孔17和兩個與樹脂再生室隔板6上的螺栓孔26相配合的螺栓孔25 ；樹脂再 生室隔板6的底端設(shè)有樹脂再生室出水孔18，濃水室隔板8和樹脂再生室隔板6的進出水 孔位置設(shè)置相反，使得濃水室和淡水室的水流形成逆流。樹脂再生室隔板6的厚度為10mm，濃水室隔板8的厚度為5mm。若干組膜對組合成一個膜堆，膜對最外側(cè)的陽離子交換膜7外設(shè)有濃水室隔板。 由于膜堆最外側(cè)的兩塊濃水室隔板8分別與正電極2和負(fù)電極11相鄰，故這兩塊濃水室隔 板又可分別稱為正電極室隔板3和負(fù)電極室隔板10，正電極室隔板3和負(fù)電極室隔板10均 為板框式，其內(nèi)部空間構(gòu)成極水室。正電極2和負(fù)電極11外側(cè)分別設(shè)置左夾緊板1和右夾 緊板10，兩塊夾緊板上設(shè)有螺栓孔，螺栓孔上安裝螺栓14，用螺母將膜堆、電極裝置和夾緊 裝置連成逆流操作的離子交換樹脂電再生裝置。濃水室、淡水室、極水室的進出水兩端都可設(shè)置常規(guī)要求的均勻布水器(圖中未 畫)。在使用本發(fā)明逆流操作的離子交換樹脂電再生裝置時，可以將失效的離子交換樹 脂通過樹脂進口 15填入樹脂再生室中，或用管道將失效的離子交換樹脂與樹脂進口 15相 連，用純水按水力輸送將失效樹脂分一次或多次抽吸入樹脂再生室中，將樹脂再生室填滿， 然后用螺栓將樹脂進口密封塞16固定在樹脂再生室隔板6上，封住樹脂進口 15。然后給樹 脂電再生裝置通電，通電后，樹脂再生室中的極少量的水在離子交換膜及樹脂表面發(fā)生水 解離，電離出足夠數(shù)量的H+和0H—，在樹脂周圍邊界層中與失效樹脂發(fā)生再生反應(yīng)，將鹽型 樹脂轉(zhuǎn)換為H型和OH型，從而使樹脂得以再生。而從失效樹脂上交換下來的電解質(zhì)離子， 在外加電場的作用下，分別透過陰、陽膜遷移進入濃水室中排出。因此，在樹脂再生室內(nèi)發(fā) 生的陰、陽離子交換樹脂的再生反應(yīng)僅是一般用酸堿再生樹脂發(fā)生的再生反應(yīng)?？梢姡藭r 反應(yīng)中H+和0H_，不是來于化學(xué)藥劑酸堿，而是來于普通的水。這種再生反應(yīng)只在樹脂再生 室中進行，它不是電極反應(yīng)，而僅僅是普通的酸堿再生反應(yīng)，再生反應(yīng)也只是消耗了電能。樹脂再生室和濃水室內(nèi)的水流采用逆流操作樹脂再生室中的水流從樹脂進口密 封塞16上的進水孔17進入，再從樹脂再生室隔板6出水孔18流出；而濃水室中的水流從 濃水室進水孔19進入，從濃水室出水孔20流出；樹脂再生室和濃水室內(nèi)的水流方向相反， 形成逆流。裝置的逆流操作既可以減輕由于樹脂再生室和濃水室的水流并行而引起的樹脂 再生室和濃水室的出口處的濃差極化現(xiàn)象，防止樹脂再生室出口處樹脂再次失效，又也可 以減輕濃水室出口端的陰膜側(cè)發(fā)生的Ca2+、Mg2+與0H_結(jié)合生成沉淀而堵塞膜的可能，因此 逆流操作的離子交換樹脂電再生裝置可長期穩(wěn)定運行，樹脂再生效果好。并聯(lián)的膜對13越多，逆流操作的離子交換樹脂電再生裝置可再生失效離子交換 樹脂的數(shù)量就越大。
權(quán)利要求
一種失效離子交換樹脂的電再生裝置，包括膜堆、電極裝置和夾緊裝置，其特征在于所述的膜堆由若干組膜對(13)組成，每組膜對(13)由裝填有內(nèi)部填充物(4)的濃水室隔板(8)、陰離子交換膜(5)、裝填有失效樹脂(9)的樹脂再生室隔板(6)、陽離子交換膜(7)依次排列而成，膜堆最外側(cè)的陽離子交換膜(7)外設(shè)有填充有內(nèi)部填充物(4)的濃水室隔板(8)；濃水室隔板(8)的頂端設(shè)有濃水室出水孔(20)，底端設(shè)有濃水室進水孔(19)；樹脂再生室隔板(6)的頂端設(shè)有樹脂進口(15)，底端設(shè)有樹脂再生室出水孔(18)；膜堆兩側(cè)設(shè)有電極裝置，電極裝置外側(cè)設(shè)有夾緊裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的失效離子交換樹脂的電再生裝置，其特征在于樹脂進口 (15)設(shè)有樹脂進口密封塞(16)；樹脂進口密封塞(16)上設(shè)有帶過濾網(wǎng)的樹脂再生室進水 孔(17)和螺栓孔(25)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的失效離子交換樹脂的電再生裝置，其特征在于所述的內(nèi)部 填充物(4)為塑料導(dǎo)流網(wǎng)或離子交換樹脂。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的失效離子交換樹脂的電再生裝置，其特征在于所述的失效 樹脂(9)為混床樹脂、陽樹脂或陰樹脂。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的失效離子交換樹脂的電再生裝置，其特征在于所述的樹脂 再生室隔板(6)的厚度為10-100mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的失效離子交換樹脂的電再生裝置，其特征在于所述的濃水 室隔板⑶的厚度為2-10mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的失效離子交換樹脂的電再生裝置，其特征在于所述的樹脂 再生室隔板(6)和濃水室隔板(8)的材質(zhì)為塑料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種逆流操作的板框式失效離子交換樹脂電再生裝置，包括膜堆、電極裝置和夾緊裝置。膜堆由若干組膜對組成，每組膜對包括陽離子交換膜、樹脂再生室隔板、陰離子交換膜、濃水室隔板，膜堆兩側(cè)設(shè)置電極裝置，外部再用夾緊裝置將膜堆和電極裝置壓緊，組裝成板框式離子交換樹脂電再生裝置。裝置中樹脂再生室和濃水室的水流采用逆流操作方式，可長期穩(wěn)定運行，樹脂再生效果好，同時裝置運行不消耗酸堿化學(xué)藥劑，不存在廢液和廢水排放，只消耗少量電能，能耗低，操作簡單，使用方便，可廣泛用于各種混床樹脂、拋光樹脂、軟化樹脂及陰、陽樹脂的失效再生。
文檔編號B01J49/00GK101880074SQ201010212950
公開日2010年11月10日 申請日期2010年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月28日
發(fā)明者周志軍, 王斌斌 申請人:浙江大學(xué)