專(zhuān)利名稱(chēng)：氫氧氣體直接外排的無(wú)膜電去離子方法與系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電去離子方法與系統(tǒng)，尤其是涉及陰陽(yáng)電極上產(chǎn)生的氫氣與氧氣不會(huì)在樹(shù)脂層積累的一種無(wú)離子交換膜的電去離子方法與系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電去離子(Electrodeionization，EDI)是一種只消耗電,而無(wú)需消耗化學(xué)藥劑的綠色去離子技術(shù)。自1987年美國(guó)的Millipore公司率先推出商業(yè)化的EDI裝置以來(lái)，EDI 便受到用戶(hù)歡迎，應(yīng)用日趨增加。如今，EDI已在電力、半導(dǎo)體、醫(yī)藥、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、納濾、電滲析等其他環(huán)境友好型方法所無(wú)法企及的。EDI雖具有高效、環(huán)境友好等突出優(yōu)點(diǎn)，但目前還存在裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、拆裝麻煩、易極化結(jié)垢等缺陷。這些缺陷實(shí)際上均與EDI需使用大量離子交換膜有關(guān)。已授權(quán)的實(shí)用新型專(zhuān)利(專(zhuān)利號(hào)201120051095. I)與已公開(kāi)的發(fā)明專(zhuān)利(專(zhuān)利號(hào) 201110048386. X)介紹了一種無(wú)離子交換膜的電去離子方法與系統(tǒng)。與傳統(tǒng)EDI相比，這種無(wú)膜EDI具有裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝方便、不易極化結(jié)垢等優(yōu)點(diǎn)。但在離子交換樹(shù)脂的電再生過(guò)程中，底部電極上產(chǎn)生的微氣泡需穿越整個(gè)離子交換樹(shù)脂層。由于氣泡的導(dǎo)電性極差，因此樹(shù)脂層的電阻在再生過(guò)程中會(huì)明顯上升，導(dǎo)致單位樹(shù)脂層高度所需的再生電壓上升，浪費(fèi)能耗。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服以上背景技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種陰陽(yáng)電極上產(chǎn)生的氫氣與氧氣直接在兩端外排的無(wú)膜電去離子方法與系統(tǒng)，以用于分離水或廢水中的離子。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一、一種氫氧氣體直接外排的無(wú)膜電去離子方法
在離子交換樹(shù)脂層的兩端安裝一對(duì)陰陽(yáng)電極；采取交換處理與電再生交替操作；利用電流密度為100 500A/m2的直流電促進(jìn)離子交換平衡朝著再生反應(yīng)的方向大幅移動(dòng)，吸附于樹(shù)脂中的離子便從樹(shù)脂內(nèi)部快速轉(zhuǎn)向水流，陰、陽(yáng)樹(shù)脂因此而獲得高效再生；上電極上產(chǎn)生的氣體依靠氣泡的浮力作用自行上浮外排，下電極上產(chǎn)生的氣體則依靠水流的夾帶作用與再生過(guò)程中產(chǎn)生的濃水一起向下外排，從而確保再生過(guò)程中上下兩電極上產(chǎn)生的氣體不會(huì)進(jìn)入樹(shù)脂層，避免這些氣體在樹(shù)脂層中積累。二、一種氫氧氣體直接外排的無(wú)膜電去離子系統(tǒng)
本發(fā)明包括上端開(kāi)有排氣口的頂蓋、筒狀外殼與帶有三通的底蓋圍成的絕緣腔體；排氣口與排氣閥連接，絕緣腔體內(nèi)自上而下依次安放彈簧、上多孔支撐板、上電極、帶有微孔的布水器、下電極與下多孔支撐板，布水器出口經(jīng)凈水閥與凈水箱連接；離子交換樹(shù)脂填充于上電極與下電極之間；上電極固定在上多孔支撐板下面，下電極固定在下多孔支撐板上面；頂蓋與筒狀外殼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； 上多孔支撐板與筒狀外殼上端面之間用中密封圈密封；上電極與下電極分別接電流密度為 100 500A/m2的直流電源。所述的上電極采用孔尺寸小于離子交換樹(shù)脂顆粒粒徑的微孔網(wǎng)狀電極；下電極采用孔尺寸小于離子交換樹(shù)脂顆粒粒徑的微孔網(wǎng)狀電極，或采用孔尺寸大于離子交換樹(shù)脂顆粒粒徑的微孔網(wǎng)狀電極，但需在下電極上面添加f 2層孔徑小于離子交換樹(shù)脂顆粒粒徑的過(guò)濾網(wǎng)。所述的上電極與下電極中的其中一個(gè)為陽(yáng)極，另一個(gè)為陰極。所述的離子交換樹(shù)脂為陰陽(yáng)混合離子交換樹(shù)脂、兩性型離子交換樹(shù)脂、單一的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂或單一的陰離子交換樹(shù)脂。本發(fā)明具有的有益效果是
I)再生過(guò)程中上下兩電極上產(chǎn)生的氣體從無(wú)膜電去離子裝置的兩端直接外排，氣體產(chǎn)物不會(huì)在離子交換樹(shù)脂層內(nèi)積累，因此單位樹(shù)脂層高度所需的再生電壓可顯著下降，節(jié)省再生能耗。2)再生水流可均勻流過(guò)離子交換樹(shù)脂層，有利于離子交換樹(shù)脂的再生。3)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。本發(fā)明適用于高純水制備、電鍍漂洗等含重金屬離子的廢水的凈化以及以去除離子性雜質(zhì)為目的的其他水與廢水的處理。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理圖。圖2是圖1的A-A剖面圖。圖中1.排氣口，2.頂蓋,3.彈簧,4.上密封圈，5.筒狀外殼,6.上多孔支撐板， 7.中密封圈，8.上電極，9.布水器，10.凈水閥，11.離子交換樹(shù)脂，12.下電極，13.下多孔支撐板，14.下密封圈，15.底蓋，16.三通，17.排水閥，18.進(jìn)水閥，19.直流電源，20.排氣閥，21.凈水箱。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括上端開(kāi)有排氣口 I的頂蓋2、筒狀外殼5與帶有三通 16的底蓋15圍成的絕緣腔體；排氣口 I與排氣閥20連接，絕緣腔體內(nèi)自上而下依次安放彈簧3、上多孔支撐板6、上電極8、帶有微孔的布水器9、下電極12與下多孔支撐板13，布水器9出口經(jīng)凈水閥10與凈水箱21連接；離子交換樹(shù)脂11填充于上電極8與下電極12之間；上電極8固定在上多孔支撐板6下面，下電極12固定在下多孔支撐板13上面；頂蓋2 與筒狀外殼5之間用上密封圈4密封,底蓋15與筒狀外殼5下端面之間用下密封圈14密封；上多孔支撐板6與筒狀外殼5上端面之間用中密封圈7密封；上電極8與下電極12分別接電流密度為100 500A/m2的直流電源19。電流密度與樹(shù)脂層高度與所用樹(shù)脂種類(lèi)有關(guān)。所述彈簧用3于壓緊離子交換樹(shù)脂層11，并使樹(shù)脂層11與上下電極保持緊密接觸，以便一方面減小上下電極間的電阻，降低再生能耗，另一方面防止處理時(shí)樹(shù)脂層發(fā)生松動(dòng)，穩(wěn)定處理效果。所述的上電極8采用孔尺寸小于離子交換樹(shù)脂顆粒粒徑的微孔網(wǎng)狀電極；下電極 12采用孔尺寸小于離子交換樹(shù)脂顆粒粒徑的微孔網(wǎng)狀電極，或采用孔尺寸大于離子交換樹(shù)脂顆粒粒徑的微孔網(wǎng)狀電極，但需在下電極12上面添加f 2層孔徑小于離子交換樹(shù)脂11 顆粒粒徑的過(guò)濾網(wǎng)。所述的上電極8與下電極12中的其中一個(gè)為陽(yáng)極，另一個(gè)為陰極。所述的離子交換樹(shù)脂11為陰陽(yáng)混合離子交換樹(shù)脂、兩性型離子交換樹(shù)脂、單一的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂或單一的陰離子交換樹(shù)脂。
所述的布水器9為帶有微孔或狹縫的魚(yú)骨狀管道系統(tǒng)，但也可為由多個(gè)相互連通的凈間距為5-lOcm的水帽構(gòu)成的集配水系統(tǒng)，各水帽的外接口穿越上電極8后可通過(guò)螺紋連接方式固定在上多孔支撐板6上，各外接口相互連通后再接可伸縮的軟管，最終通過(guò)在頂蓋2 或筒狀外殼5的上端面上開(kāi)設(shè)連接口與凈水閥10相連。所述頂蓋2與筒狀外殼5的上端面之間以及底蓋15與筒狀外殼5的下端面之間采用可拆卸的方式進(jìn)行連接，但其中底蓋15與筒狀外殼5的下端面之間也可通過(guò)粘結(jié)、焊接等措施采用永久性密封的方式進(jìn)行連接。本發(fā)明的處理與再生過(guò)程如下
采取交換處理與電再生交替操作。處理時(shí)，關(guān)閉排氣閥20與排水閥17，打開(kāi)進(jìn)水閥18 與凈水閥10，水流通過(guò)進(jìn)水閥18進(jìn)入，自下而上流過(guò)離子交換樹(shù)脂層11，依靠離子交換樹(shù)脂的強(qiáng)交換吸附能力來(lái)去除水與廢水中的離子態(tài)物質(zhì)，處理后的凈水先后流過(guò)布水器9與凈水閥10，最終流入凈水箱21。再生時(shí)，關(guān)閉進(jìn)水閥18，打開(kāi)排氣閥20、排水閥17與凈水閥10，凈水從布水器進(jìn)入，自上而下向流過(guò)離子交換樹(shù)脂層11 ;與此同時(shí)，對(duì)樹(shù)脂層施加強(qiáng)直流電，以此促進(jìn)離子交換平衡朝著再生反應(yīng)的方向大幅移動(dòng)，吸附于樹(shù)脂中的離子便從樹(shù)脂內(nèi)部快速轉(zhuǎn)向水流，陰、陽(yáng)樹(shù)脂因此而獲得高效再生。再生過(guò)程中，上電極8上產(chǎn)生的氣體從排氣口 I排出，下電極上產(chǎn)生的氣體則與接納再生出來(lái)的離子后的濃水一起從排水閥17排出。實(shí)施例
電導(dǎo)率約15Ps/cm的反滲透出水采用圖I所示的氫氧氣體直接外排的無(wú)膜電去離子裝置進(jìn)行處理。采用陰陽(yáng)混合樹(shù)脂，陰、陽(yáng)樹(shù)脂的體積比為3:1，樹(shù)脂層高度為O. 88m。操作條件如下再生用直流電的電流密度為200A/m2 ;平均電壓為1100V ;再生水流速度15 m/h ;再生歷時(shí)I. Oh ;處理水流速度15m/h。運(yùn)行結(jié)果如下處理后出水電導(dǎo)率O. 057-0. 067 Ps/cm ； 再生過(guò)程中產(chǎn)生的濃水平均電導(dǎo)率255Ps/cm ;水回收率約94%。
權(quán)利要求
1.一種氫氧氣體直接外排的無(wú)膜電去離子方法，其特征在于在離子交換樹(shù)脂層的兩端安裝一對(duì)陰陽(yáng)電極；采取交換處理與電再生交替操作；利用電流密度為100 500A/m2的直流電促進(jìn)離子交換平衡朝著再生反應(yīng)的方向大幅移動(dòng)，吸附于樹(shù)脂中的離子便從樹(shù)脂內(nèi)部快速轉(zhuǎn)向水流，陰、陽(yáng)樹(shù)脂因此而獲得高效再生；上電極上產(chǎn)生的氣體依靠氣泡的浮力作用自行上浮外排，下電極上產(chǎn)生的氣體則依靠水流的夾帶作用與再生過(guò)程中產(chǎn)生的濃水一起向下外排，從而確保再生過(guò)程中上下兩電極上產(chǎn)生的氣體不會(huì)進(jìn)入樹(shù)脂層，避免這些氣體在樹(shù)脂層中積累。
2.按權(quán)利要求所述方法的一種氫氧氣體直接外排的無(wú)膜電去離子系統(tǒng)，其特征在于 包括上端開(kāi)有排氣口(I)的頂蓋(2)、筒狀外殼(5)與帶有三通(16)的底蓋(15)圍成的絕緣腔體；排氣口(I)與排氣閥(20)連接，絕緣腔體內(nèi)自上而下依次安放彈簧(3)、上多孔支撐板(6)、上電極(8)、帶有微孔的布水器(9)、下電極(12)與下多孔支撐板(13)，布水器 (9)出口經(jīng)凈水閥(10)與凈水箱(21)連接；離子交換樹(shù)脂(11)填充于上電極(8)與下電極(12)之間；上電極(8)固定在上多孔支撐板(6)下面，下電極(12)固定在下多孔支撐板 (13)上面；頂蓋(2)與筒狀外殼(5)之間用上密封圈(4)密封，底蓋(15)與筒狀外殼(5)下端面之間用下密封圈(14)密封；上多孔支撐板(6)與筒狀外殼(5)上端面之間用中密封圈 (7)密封；上電極(8)與下電極(12)分別接電流密度為100 500A/m2的直流電源(19)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種氫氧氣體直接外排的無(wú)膜電去離子系統(tǒng)，其特征在于 所述的上電極(8)采用孔尺寸小于離子交換樹(shù)脂顆粒粒徑的微孔網(wǎng)狀電極；下電極(12)采用孔尺寸小于離子交換樹(shù)脂顆粒粒徑的微孔網(wǎng)狀電極，或采用孔尺寸大于離子交換樹(shù)脂顆粒粒徑的微孔網(wǎng)狀電極，但需在下電極(12)上面添加f 2層孔徑小于離子交換樹(shù)脂(11)顆粒粒徑的過(guò)濾網(wǎng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種氫氧氣體直接外排的無(wú)膜電去離子系統(tǒng)，其特征在于 所述的上電極(8)與下電極(12)中的其中一個(gè)為陽(yáng)極，另一個(gè)為陰極。
5 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種氫氧氣體直接外排的無(wú)膜電去離子系統(tǒng)，其特征在于 所述的離子交換樹(shù)脂(11)為陰陽(yáng)混合離子交換樹(shù)脂、兩性型離子交換樹(shù)脂、單一的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂或單一的陰離子交換樹(shù)脂。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種氫氧氣體直接外排的無(wú)膜電去離子方法及系統(tǒng)。排氣口與排氣閥連接，絕緣腔體內(nèi)自上而下依次安放彈簧、上多孔支撐板、上電極、帶有微孔的布水器、下電極與下多孔支撐板，布水器出口經(jīng)凈水閥與凈水箱連接；離子交換樹(shù)脂填充于兩電極之間；上電極固定在上多孔支撐板下面，下電極固定在下多孔支撐板上面；頂蓋與筒狀外殼之間密封，底蓋與筒狀外殼下端面之間密封；上多孔支撐板與筒狀外殼上端面之間密封；兩電極分別接直流電源。再生過(guò)程中兩電極上產(chǎn)生的氣體從無(wú)膜電去離子裝置的兩端外排，氣體產(chǎn)物不會(huì)在樹(shù)脂層內(nèi)積累。本發(fā)明適用于高純水制備、電鍍漂洗等含重金屬離子的廢水的凈化以及以去除離子性雜質(zhì)為目的的其他水與廢水的處理。
文檔編號(hào)B01J49/00GK102583646SQ20121001670
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者申小蘭, 肖艷, 陳雪明 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)