專利名稱：一種無離子交換膜的電去離子系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電去離子系統(tǒng)，尤其是涉及一種無離子交換膜的電去離子系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電去離子(Electrodeionization，EDI)是一種只消耗電，而無需消耗化學(xué)藥劑的環(huán)境友好型去離子方法。與離子交換、反滲透、納濾、電滲析、蒸餾、電容去離子(Capacitive deionization,⑶I)等方法相比，EDI同時具備處理效率高、環(huán)境友好、操作簡便等突出優(yōu)點，因此在凈水制備與重金屬廢水的處理中具有良好的工業(yè)化應(yīng)用前景。如今，EDI已在醫(yī)藥、電力、半導(dǎo)體、化學(xué)藥劑生產(chǎn)、食品與飲料等行業(yè)中用于高純水的制備。其出水水質(zhì)可達(dá)到傳統(tǒng)“混床”的水平，甚至更優(yōu)，這是反滲透、電滲析及近年來發(fā)展起來的⑶I等其他環(huán)境友好型方法所無法企及的。EDI雖具有處理效率高、環(huán)境友好、操作簡便等突出優(yōu)點，但目前還存在一些較大缺陷。首先，常規(guī)EDI實際上相當(dāng)于一種在淡水室中填充了離子交換劑的電滲析，需使用大量離子交換膜，其裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作與換膜成本高，安裝與維修極為不便。再一，常規(guī)EDI 在運行過程中常會出現(xiàn)一些與離子交換膜相關(guān)的問題，例如膜污染、濃差極化、結(jié)垢以及處理含Cu2+、Ni2+等離子的重金屬廢水時在膜表面形成氫氧化物沉淀。上述缺陷嚴(yán)重影響了 EDI的推廣應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容為了克服背景技術(shù)中所存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種無需使用離子交換膜的電去離子系統(tǒng)，用于分離水或廢水中的離子。本實用新型采用的技術(shù)方案是一、一種無離子交換膜的電去離子方法在樹脂層的兩端安裝一對陰陽電極；采取交換處理與電再生交替操作；利用高壓直流電促進(jìn)離子交換樹脂顆粒交界面上的水電離，產(chǎn)生大量H+與OH—離子；再利用所產(chǎn)生的 H+或0H_離子對失效的離子交換樹脂進(jìn)行再生，使其轉(zhuǎn)化為RH型或ROH型；在電再生的同時，借助離子交換樹脂間隙中連續(xù)流動的水流，使得被再生下來的離子排出。二、一種無離子交換膜的電去離子系統(tǒng)本實用新型由開有上接口的頂蓋、筒狀外殼與開有下接口的底蓋圍成的絕緣腔體內(nèi)，自上而下依次安放多孔布水板、上電極、離子交換樹脂、下電極與密度小于水的多孔浮塊，頂蓋與筒狀外殼上端面之間用上密封圈密封，底蓋與筒狀外殼下端面之間用下密封圈密封，多孔布水板與上電極固定在頂蓋與筒狀外殼端面之間，下電極固定在多孔浮塊上，多孔浮塊外圓柱面與筒狀外殼內(nèi)圓柱面之間安裝有中密封圈，下電極與多孔浮塊能一起上下自由滑動，上電極與下電極分別接高壓直流電源。所述的上電極與下電極中的其中一個為陽極，另一個為陰極；兩電極采用孔尺寸小于離子交換樹脂顆粒粒徑的微孔網(wǎng)狀電極；或采用孔尺寸大于樹脂顆粒粒徑的網(wǎng)狀電極，但要在上電極與多孔布水板之間以及下電極與多孔浮塊之間各添加廣2層孔徑小于離子交換樹脂顆粒粒徑的過濾網(wǎng)。所述的離子交換樹脂為陰陽混合離子交換樹脂、兩性型離子交換樹脂、單一的陽離子交換樹脂或單一的陰離子交換樹脂。采取交換處理與電再生交替操作。處理時，如同普通的離子交換一樣，依靠離子交換樹脂的強交換吸附能力來去除水與廢水中的離子態(tài)物質(zhì)。再生時，對樹脂層施加強直流電，以此促使離子交換平衡朝著再生反應(yīng)的方向大幅移動；與此同時，連續(xù)以較高流速自下而上向樹脂通純水，使整個離子交換樹脂層與下電極均被托起，并使得上下兩電極與離子交換樹脂層保持緊密接觸。這樣，猶如逆流化學(xué)再生，吸附于樹脂中的離子將從樹脂內(nèi)部快速轉(zhuǎn)向水流，使陰、陽樹脂順著再生水流的方向逐漸轉(zhuǎn)化成為ROH與RH型；另一方面，再生水流接納再生出來的離子后，濃度將不斷升高，最終以濃縮液的形態(tài)排出無膜電去離子系統(tǒng)。本實用新型具有的有益效果是1)無離子交換膜，也無功能類似于離子交換膜的任何其他分隔物，結(jié)構(gòu)簡單。2)有效地克服了現(xiàn)有電去離子因采用離子交換膜而存在的膜污染、濃差極化、結(jié)垢以及處理含Cu2+、Ni2+等離子的重金屬廢水時在膜表面形成氫氧化物沉淀等問題。本實用新型適用于高純水制備、電鍍漂洗等含重金屬離子的廢水的凈化以及其他以去除離子性雜質(zhì)為目的的水與廢水的處理。

圖1是本實用新型流程原理圖。圖2是圖1的A-A剖面圖。圖中1.上接口，2.頂蓋，3.上密封圈，4.筒狀外殼，5.中密封圈，6.下密封圈， 7.底蓋，8.多孔布水板，9.上電極，10.離子交換樹脂層，11.下電極，12.多孔浮塊，13.下接口，14.高壓直流電源。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明。如圖1、圖2所示，本實用新型由開有上接口 1的頂蓋2、筒狀外殼4與開有下接口 13的底蓋7圍成的絕緣腔體內(nèi)，自上而下依次安放多孔布水板8、上電極9、離子交換樹脂 10、下電極11與密度小于水的多孔浮塊12，頂蓋2與筒狀外殼4上端面之間用上密封圈3 密封，底蓋7與筒狀外殼4下端面之間用下密封圈6密封，多孔布水板8與上電極9固定在頂蓋2與筒狀外殼4端面之間，并可靈活拆裝。下電極11固定在多孔浮塊12上，同樣可靈活拆裝。多孔浮塊12外圓柱面與筒狀外殼4內(nèi)圓柱面之間安裝有中密封圈5，緊密度適中， 以便既能有效地截留離子交換樹脂，又能使下電極11與多孔浮塊12 —起上下自由滑動，上電極9與下電極11分別接高壓直流電源14，電源電壓與樹脂層高度與所用樹脂種類有關(guān)。所述的上電極9與下電極11中的其中一個為陽極，另一個為陰極；兩電極采用孔尺寸小于離子交換樹脂10顆粒粒徑的微孔網(wǎng)狀電極；或采用孔尺寸大于樹脂10顆粒粒徑的網(wǎng)狀電極，但要在上電極9與多孔布水板8之間以及下電極11與多孔浮塊12之間各添加廣2層孔徑小于離子交換樹脂10顆粒粒徑的過濾網(wǎng)，以便能有效地截留離子交換樹脂。所述的離子交換樹脂10 —般為陰陽混合離子交換樹脂、但根據(jù)需要也可為兩性型離子交換樹脂，或單一的陽離子交換樹脂，或單一的陰離子交換樹脂。本實用新型的處理與再生過程如下處理時，被處理的水或廢水自上接口 1流入，經(jīng)過多孔布水板8布水后穿過上電極 9，然后進(jìn)入離子交換樹脂層10，在水流作用下多孔浮塊12、下電極11與樹脂層10可一起自行下滑，直至多孔浮塊12底部觸及底蓋7 ；在離子交換樹脂10的作用下，被處理的水或廢水中的離子態(tài)物質(zhì)被有效地除去；凈化后的水再依次經(jīng)過下電極11與多孔浮塊12，最終由下接口 13流出。再生時，用于再生的純水自下接口 13流入，在水流作用下，離子交換樹脂層10、下電極11及多孔浮塊12 —起被托起；樹脂層10的上端與上電極9緊密接觸后，對樹脂層10 施加強直流電，以此促進(jìn)離子交換樹脂交界面上的水電離，產(chǎn)生大量H+與OH—離子，并利用所產(chǎn)生的H+或0H_離子對失效的離子交換樹脂進(jìn)行再生，使其轉(zhuǎn)化為RH型或ROH型；再生出來的離子則隨再生水流一起穿越樹脂層10，然后依次經(jīng)過上電極9與多孔布水板8，最終自上接口 1流出。實施例電導(dǎo)率約lOPs/cm的海水淡化系統(tǒng)的二級反滲透出水采用圖1所示的無膜電去離子系統(tǒng)進(jìn)行處理。系統(tǒng)采用強酸性陽樹脂與強堿性陰樹脂，兩者均勻互混，陽、陰樹脂的體積比為1:2，樹脂層高度為0. 16m。操作條件如下再生電流密度^OA/m2 ；平均電壓340V ； 再生水流速度15 m/h ；再生歷時3. 6h ；處理水流速度15m/h。運行結(jié)果如下再生率90% ；再生過程中產(chǎn)生的濃縮液平均電導(dǎo)率約29(^s/cm ；處理后出水電導(dǎo)率0. 060-0. 070 Ps/cm ； 水回收率97% ；能耗0. 22 kffh/m3水。
權(quán)利要求1.一種無離子交換膜的電去離子系統(tǒng)，其特征在于由開有上接口(1)的頂蓋O)、筒狀外殼(4)與開有下接口(1 的底蓋(7)圍成的絕緣腔體內(nèi)，自上而下依次安放多孔布水板(8)、上電極(9)、離子交換樹脂(10)、下電極(11)與密度小于水的多孔浮塊(12)，頂蓋 ⑵與筒狀外殼⑷上端面之間用上密封圈⑶密封，底蓋(7)與筒狀外殼⑷下端面之間用下密封圈(6)密封，多孔布水板⑶與上電極(9)固定在頂蓋(2)與筒狀外殼⑷端面之間，下電極(11)固定在多孔浮塊(12)上，多孔浮塊(12)外圓柱面與筒狀外殼(4)內(nèi)圓柱面之間安裝有中密封圈(5)，下電極(11)與多孔浮塊(1 能一起上下自由滑動，上電極 (9)與下電極(11)分別接高壓直流電源(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無離子交換膜的電去離子系統(tǒng)，其特征在于所述的上電極(9)與下電極(11)中的其中一個為陽極，另一個為陰極；兩電極采用孔尺寸小于離子交換樹脂(10)顆粒粒徑的微孔網(wǎng)狀電極；或采用孔尺寸大于樹脂(10)顆粒粒徑的網(wǎng)狀電極，但要在上電極(9)與多孔布水板⑶之間以及下電極(11)與多孔浮塊(12)之間各添加廣2層孔徑小于離子交換樹脂(10)顆粒粒徑的過濾網(wǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無離子交換膜的電去離子系統(tǒng)，其特征在于所述的離子交換樹脂(10)為陰陽混合離子交換樹脂、兩性型離子交換樹脂、單一的陽離子交換樹脂或單一的陰離子交換樹脂。
專利摘要本實用新型公開了一種無離子交換膜的電去離子系統(tǒng)。在絕緣腔體內(nèi)，自上而下依次安放多孔布水板、上電極、離子交換樹脂、下電極與密度小于水的多孔浮塊，頂蓋與筒狀外殼上端之間用上密封圈密封，底蓋與筒狀外殼下端之間用下密封圈密封，多孔布水板與上電極固定在頂蓋與筒狀外殼端面之間，下電極固定在多孔浮塊上，多孔浮塊與筒狀外殼間安裝有中密封圈，上、下電極分別接高壓直流電源。本實用新型克服了電去離子因采用離子交換膜而存在的膜污染、濃差極化、結(jié)垢以及處理含Cu2+、Ni2+等離子的重金屬廢水時在膜表面形成氫氧化物沉淀等問題。它適用于高純水制備、電鍍漂洗等含重金屬離子的廢水的凈化以及其他以去除離子性雜質(zhì)為目的的水與廢水的處理。
文檔編號B01J49/00GK202030567SQ20112005109
公開日2011年11月9日 申請日期2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月1日
發(fā)明者申小蘭, 肖艷, 陳雪明 申請人:浙江大學(xué)