海水淡化水的兩級(jí)床去離子方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種海水淡化水的兩級(jí)床去離子方法和裝置。由填充強(qiáng)酸及弱堿樹脂的混床、填充弱堿樹脂的陰床串聯(lián)而成。水除鹽時(shí)，海水淡化水通過混床，水中Na+被強(qiáng)酸樹脂吸附，部分Cl-被弱堿樹脂吸附，其余Cl-以HCl形式存在于出水；出水通過陰床，HCl被弱堿樹脂吸收，制得產(chǎn)品水。樹脂再生時(shí)，對混床施加高壓直流電，水電離產(chǎn)生H+及OH-來再生混床樹脂，并形成含NaOH及NaCl的堿性再生液通過陰床，對弱堿樹脂進(jìn)行化學(xué)再生。再生濃縮液pH呈中性，回用至反滲透等除鹽設(shè)備。本發(fā)明水除鹽時(shí)，以混床發(fā)揮出陰床的交換能力，保證出水水質(zhì)；樹脂再生時(shí)，以混床的電再生推動(dòng)陰床的化學(xué)再生，陰床再生無需能耗，可降低樹脂電再生成本。
【專利說明】海水淡化水的兩級(jí)床去離子方法和裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及海水淡化方法及裝置，尤其是涉及一種海水淡化水的兩級(jí)床去離子方 法和裝置。 技術(shù)背景
[0002] 因淡水資源短缺，蒸餾法及膜分離法被廣泛用于從海水中制取初級(jí)淡水。海水蒸 餾法產(chǎn)水電導(dǎo)率一般在10-70 μ S/cm，海水膜法產(chǎn)水的電導(dǎo)率可低至10-50 μ S/cm水平(二 級(jí)反滲透）;上述海水淡化水的主要鹽類均為NaCl，電導(dǎo)率為數(shù)十μ S/cm，pH呈弱酸性。為 獲得高純水，須對該類初級(jí)產(chǎn)水作進(jìn)一步除鹽處理。離子交換混床或電去離子（EDI)要求 進(jìn)水電導(dǎo)較低，往往不適合直接處理該電導(dǎo)水平的進(jìn)水，因而工程上需要一種可將進(jìn)水電 導(dǎo)從數(shù)十μ S/cm處理至數(shù)個(gè)μ S/cm的除鹽方法，布置于混床或EDI之前來延長混床運(yùn)行 周期、保證EDI出水水質(zhì)。
[0003] 離子交換復(fù)床可以實(shí)現(xiàn)上述功能，但失效的陰陽樹脂需分別以堿液和酸液再生， 存在著藥劑浪費(fèi)嚴(yán)重、操作繁瑣、酸堿廢液易污染環(huán)境、需配套廢水處理設(shè)備等不足。因 而，若能提出一種新型高效的綠色除鹽技術(shù)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)復(fù)床功能，則將具有廣闊的應(yīng)用市 場。已授權(quán)的發(fā)明專利（專利號(hào)201210016704. 9)報(bào)道了一種氫氧氣體直接外排的無膜電 去離子方法與系統(tǒng)，并在文章（W.Q. Su, R.Y. Pan, Y. Xiao, X.M. Chen. Membrane-free electrodeionization for high purity water production. Desalination, 2013， 329: 86-92.)中對其運(yùn)行工藝做了詳細(xì)描述。該技術(shù)將純水制備過程和樹脂再生過程在同一樹 脂柱中交替進(jìn)行，即在樹脂運(yùn)行失效后，采用高壓直流電來再生樹脂，以自上而下的水流帶 走再生出的離子，之后再進(jìn)行水處理，依次循環(huán)。該技術(shù)能夠?qū)㈦妼?dǎo)率20 μ S/cm以下的進(jìn) 水直接處理為高純水，但在處理更高電導(dǎo)率(如50 μ S/cm)進(jìn)水時(shí)能耗很高、經(jīng)濟(jì)性不佳， 并不適合上述海水淡化水的除鹽；且該技術(shù)為了兼顧處理及再生效果，裝置內(nèi)搭配使用弱 酸、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等三種樹脂，在處理海水淡化水等偏酸性水時(shí)，弱酸樹脂交換容量難以有效 發(fā)揮，顯著降低設(shè)備運(yùn)行性能。針對海水淡化水含鹽量為數(shù)十μ S/cm、pH呈弱酸性的特點(diǎn)， 擬采用強(qiáng)酸、弱堿搭配組合，構(gòu)造一種兩級(jí)床無膜電去離子新工藝，以實(shí)現(xiàn)對海水淡化水或 其他類似特征介質(zhì)的除鹽處理。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種海水淡化水的兩級(jí)床去離子方法和裝置，水處理階 段，以混床除去海水淡化水中的陽離子及少量陰離子，以陰床除去水中剩余陰離子；再生階 段，對混床進(jìn)行原位電再生，以其堿性再生液對陰床進(jìn)行化學(xué)再生。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是： 一、一種海水淡化水的兩級(jí)床去離子方法： 由混床和陰床串聯(lián)而成；混床中的混床樹脂層兩端安裝有一對正負(fù)電極，交替進(jìn)行水 除鹽及樹脂再生；水除鹽階段，海水淡化水通過混床，水中Na+被混床樹脂中的強(qiáng)酸樹脂吸 附，部分cr被混床樹脂中的弱堿樹脂吸附，其余cr以HC1形式存在于出水；該出水通過陰 床，HC1被弱堿樹脂吸收后，制得產(chǎn)品水；樹脂再生階段，對混床施加高壓直流電，產(chǎn)品水電 離產(chǎn)生礦及0Γ來再生混床樹脂，混床樹脂中的弱堿樹脂再生時(shí)能夠促進(jìn)強(qiáng)酸樹脂的電再 生；再生出的Na+離子、Cr離子及多余的0!Γ離子由自上而下的產(chǎn)品水流帶走,形成含NaOH 及NaCl的堿性再生液；將堿性再生液通過陰床，對弱堿樹脂進(jìn)行化學(xué)再生；含NaCl的再生 濃縮液pH呈中性，回用至反滲透除鹽設(shè)備入口。
[0006] 所述混床中的混床樹脂為強(qiáng)酸樹脂與弱堿樹脂以體積比2?8:1混合而成；所述 陰床中的陰床樹脂為弱堿樹脂。
[0007] 所述混床及陰床中，強(qiáng)酸樹脂總交換容量與弱堿樹脂總交換容量之比為1: 1. 1 ?2. 5。
[0008] 二、一種海水淡化水的兩級(jí)床去離子裝置： 本發(fā)明是由混床和陰床串聯(lián)而成；其中： 混床：包括帶排氣口的混床頂蓋、帶出水口的混床絕緣筒體和帶進(jìn)水口的混床底蓋組 成；混床頂蓋與混床絕緣筒體上端之間設(shè)有混床上密封圈，混床底蓋與混床絕緣筒體下端 之間設(shè)有混床下密封圈，混床絕緣筒體內(nèi)從上至下依次設(shè)有壓力彈簧、上多孔支撐板、上電 極、混床樹脂、下電極與下多孔支撐板；上電極固定于上多孔支撐板下部，下電極固定于下 多孔支撐板上部；上電極與高壓直流電源的正極相連，下電極與高壓直流電源的負(fù)極相連； 排氣口與排氣閥相連；出水口與混床出水閥及再生進(jìn)水閥相連；進(jìn)水口與進(jìn)水閥及混床再 生液出口閥相連； 陰床：包括帶上接口的陰床頂蓋、陰床絕緣筒體和帶下接口的陰床底蓋組成；陰床頂 蓋與陰床絕緣筒體上端之間設(shè)有陰床上密封圈，陰床底蓋與陰床絕緣筒體下端之間設(shè)有陰 床下密封圈，陰床絕緣筒體中填充陰床樹脂，上接口與陰床出水閥和混床再生液出口閥相 連，陰床出水閥出口接產(chǎn)水箱，產(chǎn)水箱經(jīng)再生泵與出水口相連；下接口與混床出水閥和陰床 再生液出口閥相連。
[0009] 所述上電極和下電極均采用孔尺寸小于樹脂顆粒粒徑的微孔網(wǎng)狀電極。
[0010] 所述高壓直流電源是能為混床樹脂層供給電流密度100?500A/m2,電壓 500-1500V的直流電源。
[0011] 本發(fā)明具有的有益效果是： 強(qiáng)酸樹脂除鹽能力強(qiáng)，但再生能力弱（需電再生)，而弱堿樹脂易被再生，但除鹽能力較 弱(適合酸性環(huán)境下除鹽)。本發(fā)明借助強(qiáng)/弱樹脂的處理能力與再生特點(diǎn)，在混床中填充大 量強(qiáng)酸樹脂及少量弱堿樹脂，陰床中填充弱堿樹脂。在水處理階段，混床中強(qiáng)酸樹脂起主要 作用，將水中NaCl轉(zhuǎn)化為HC1，海水淡化水通過樹脂層后呈酸性，利于后續(xù)弱堿樹脂交換容 量的發(fā)揮；而在再生階段，僅需對混床樹脂進(jìn)行電再生，此時(shí)混床中少量的弱堿樹脂可顯著 促進(jìn)強(qiáng)酸樹脂的再生，產(chǎn)生含NaOH及NaCl的堿性再生液，將堿性再生液通過陰床，對弱堿 樹脂進(jìn)行化學(xué)再生。該工藝特點(diǎn)可以概括為：水處理階段，以混床發(fā)揮出陰床的交換能力， 可保證產(chǎn)水水質(zhì)；樹脂再生階段，以混床的電再生實(shí)現(xiàn)陰床的化學(xué)再生，陰床樹脂無需電再 生，可顯著降低樹脂再生能耗。
[0012] 本發(fā)明搭配使用強(qiáng)酸樹脂與弱堿樹脂，不使用弱酸樹脂，適合海水淡化水等弱酸 性介質(zhì)的除鹽處理；混床填充大量強(qiáng)酸樹脂及少量弱堿樹脂，因強(qiáng)酸樹脂的優(yōu)良導(dǎo)電性，混 床的導(dǎo)電能力強(qiáng)，故其再生能耗很低；同時(shí)，大量強(qiáng)酸樹脂搭配少量弱堿樹脂，使得混床在 除鹽處理時(shí)能夠達(dá)到很高的飽和度，因而再生液濃度也較高，故十分適合對數(shù)十μ S/cm的 海水淡化水或其他類似特性介質(zhì)進(jìn)行電去離子處理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0014] 圖2是圖1混床的A-A剖面圖。
[0015] 圖3是圖1陰床的A-A剖面圖。
[0016] 圖中：1.排氣口，2.混床頂蓋，3.出水口，4.混床絕緣筒體，5.進(jìn)水口，6.混床底 蓋，7.混床上密封圈，8.混床下密封圈，9.壓力彈簧，10.上多孔支撐板，11.上電極，12.下 多孔支撐板，13.下電極，14.混床樹脂，15.上接口，16.陰床頂蓋，17.下接口，18.陰床底 蓋，19.陰床絕緣筒體，20.陰床上密封圈，21.陰床下密封圈，22.陰床樹脂，23.高壓直流電 源，24.產(chǎn)水箱，25.進(jìn)水閥，26.混床出水閥，27.陰床出水閥，28.再生泵，29.再生進(jìn)水閥， 30.排氣閥，31.混床再生液出口閥，32.陰床再生液出口閥，33.混床，34.陰床。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0018] 如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明它由混床33和陰床34串聯(lián)而成；其中： 混床33 :包括帶排氣口 1的混床頂蓋2、帶出水口 3的混床絕緣筒體4和帶進(jìn)水口 5的 混床底蓋6組成；混床頂蓋2與混床絕緣筒體4上端之間設(shè)有混床上密封圈7,混床底蓋6 與混床絕緣筒體4下端之間設(shè)有混床下密封圈8,混床絕緣筒體4內(nèi)從上至下依次設(shè)有壓 力彈簧9、上多孔支撐板10、上電極11、混床樹脂14、下電極13與下多孔支撐板12 ;上電極 11固定于上多孔支撐板10下部，下電極13固定于下多孔支撐板12上部；上電極11與高 壓直流電源23的正極相連，下電極13與高壓直流電源23的負(fù)極相連；排氣口 1與排氣閥 30相連；出水口 3與混床出水閥26及再生進(jìn)水閥29相連；進(jìn)水口 5與進(jìn)水閥25及混床再 生液出口閥31相連； 陰床34 :包括帶上接口 15的陰床頂蓋16、陰床絕緣筒體19和帶下接口 17的陰床底蓋 18組成；陰床頂蓋16與陰床絕緣筒體19上端之間設(shè)有陰床上密封圈20,陰床底蓋18與 陰床絕緣筒體19下端之間設(shè)有陰床下密封圈21，陰床絕緣筒體19中填充陰床樹脂22,上 接口 15與陰床出水閥27和混床再生液出口閥31相連，陰床出水閥27出口接產(chǎn)水箱24,產(chǎn) 水箱24經(jīng)再生泵28與出水口 3相連；下接口 17與混床出水閥26和陰床再生液出口閥32 相連。
[0019] 所述上電極11和下電極13均采用孔尺寸小于樹脂顆粒粒徑的微孔網(wǎng)狀電極。 [0020] 所述高壓直流電源23是能為混床樹脂層供給電流密度100?500A/m2,電壓 500-1500V的直流電源。
[0021] 所述混床中的混床樹脂為強(qiáng)酸樹脂與弱堿樹脂以體積比2?8:1混合而成；所述 陰床中的陰床樹脂為弱堿樹脂。
[0022] 所述混床及陰床中，強(qiáng)酸樹脂總交換容量與弱堿樹脂總交換容量之比為1: 1. 1 ?2. 5。
[0023] 本發(fā)明的處理及再生過程如下： 兩級(jí)床無膜電去離子方法的除鹽過程及電再生過程交替進(jìn)行。
[0024] 進(jìn)行海水淡化水除鹽處理時(shí)，關(guān)閉再生進(jìn)水閥29、排氣閥30、混床再生液出口閥 31、陰床再生液出口閥32,打開進(jìn)水閥25、混床出水閥26、陰床出水閥27,海水淡化水通過 進(jìn)水閥25進(jìn)入混床33,自下而上通過混床樹脂14 ;水中Na+被混床樹脂14中的強(qiáng)酸樹脂 吸附，部分Cr被混床樹脂14中的弱堿樹脂吸附，其余Cr以HC1形式存在于出水，使混床 出水呈酸性；混床出水從出水口 3排出，經(jīng)混床出水閥26流向陰床34,自下而上通過陰床 樹脂22 ;該階段陰床樹脂22將水中HC1吸收，制得產(chǎn)品水；產(chǎn)品水經(jīng)陰床出水閥27流入產(chǎn) 水箱24。
[0025] 進(jìn)行樹脂原位電再生時(shí)，關(guān)閉進(jìn)水閥25、混床出水閥26、陰床出水閥27,打開再生 進(jìn)水閥29、排氣閥30、混床再生液出口閥31、陰床再生液出口閥32 ;打開再生泵28將產(chǎn)水 箱24中的產(chǎn)品水通過再生進(jìn)水閥29從出水口 3進(jìn)入混床33 ;打開高壓直流電源23,對混 床樹脂14施加高壓直流電，樹脂表面的水電離產(chǎn)生H+及0Γ，促使混床樹脂14的再生；混床 樹脂14吸附的離子將從樹脂相轉(zhuǎn)移至水相，而被自上而下的水流經(jīng)混床再生液出口閥31 帶出，混床33中樹脂得到高效再生；再生過程中，上電極11產(chǎn)生的氣體依靠自身浮力由排 氣口 1經(jīng)排氣閥30排出，下電極13產(chǎn)生的氣體由自上而下的水流攜帶出混床33 ;含NaOH 及NaCl而呈堿性的混床再生液從上接口 15流入陰床34,自上而下通過陰床樹脂22,對陰 床樹脂22進(jìn)行化學(xué)再生，陰床34中弱堿樹脂得到高效再生，含NaCl的再生液經(jīng)下接口 17 通過陰床再生液出口閥32排出。再生液可回用至反滲透等除鹽裝置入口。
[0026] 實(shí)施例： 電導(dǎo)率約50 μ S/cm的海水淡化水采用圖1所示的兩級(jí)床去離子方法進(jìn)行除鹽處理?；?床填充按體積比4:1混合的強(qiáng)酸陽樹脂與弱堿陰樹脂，陰床填充弱堿陰樹脂，混床樹脂層 高50cm，陰床樹脂層高80cm。操作條件如下：再生電流密度200A/m 2、再生水流流速20m/h， 再生時(shí)間30min，再生后處理流速為25m/h。運(yùn)行結(jié)果如下：再生過程平均電壓為680V，再 生液平均電導(dǎo)為442 μ S/cm，pH為6. 0 ;處理出水平均電導(dǎo)為1. 1 μ S/cm，除鹽率為97. 8%， 水回收率為88. 7%，能耗0. 81KWh/m3。
【權(quán)利要求】
1. 一種海水淡化水的兩級(jí)床去離子方法，其特征在于：由混床和陰床串聯(lián)而成；混床 中的混床樹脂層兩端安裝有一對正負(fù)電極，交替進(jìn)行水除鹽及樹脂再生；水除鹽階段，海水 淡化水通過混床，水中Na+被混床樹脂中的強(qiáng)酸樹脂吸附，部分cr被混床樹脂中的弱堿樹 脂吸附，其余Cr以HC1形式存在于出水；該出水通過陰床，HC1被弱堿樹脂吸收后，制得產(chǎn) 品水；樹脂再生階段，對混床施加高壓直流電，產(chǎn)品水電離產(chǎn)生H+及0Γ來再生混床樹脂，混 床樹脂中的弱堿樹脂再生時(shí)能夠促進(jìn)強(qiáng)酸樹脂的電再生；再生出的Na+離子、Cr離子及多 余的0Γ離子由自上而下的產(chǎn)品水流帶走，形成含NaOH及NaCl的堿性再生液；將堿性再生 液通過陰床，對弱堿樹脂進(jìn)行化學(xué)再生；含NaCl的再生濃縮液pH呈中性，回用至反滲透除 鹽設(shè)備入口。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海水淡化水的兩級(jí)床去離子方法，其特征在于：所述混 床中的混床樹脂為強(qiáng)酸樹脂與弱堿樹脂以體積比2?8:1混合而成；所述陰床中的陰床樹 脂為弱堿樹脂。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海水淡化水的兩級(jí)床去離子方法，其特征在于：所述混 床及陰床中，強(qiáng)酸樹脂總交換容量與弱堿樹脂總交換容量之比為1: 1. 1?2. 5。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法的一種海水淡化水的兩級(jí)床去離子裝置，其特征在于，它 由混床（33)和陰床（34)串聯(lián)而成；其中： 混床（33):包括帶排氣口（ 1)的混床頂蓋（2)、帶出水口（ 3)的混床絕緣筒體（4)和帶 進(jìn)水口（ 5 )的混床底蓋（6 )組成；混床頂蓋（2 )與混床絕緣筒體（4)上端之間設(shè)有混床上密 封圈（7 )，混床底蓋（6 )與混床絕緣筒體（4 )下端之間設(shè)有混床下密封圈（8 )，混床絕緣筒體 (4)內(nèi)從上至下依次設(shè)有壓力彈簧（9)、上多孔支撐板（10)、上電極（11)、混床樹脂（14)、下 電極（13)與下多孔支撐板（12);上電極（11)固定于上多孔支撐板（10)下部，下電極（13) 固定于下多孔支撐板（12)上部；上電極（11)與高壓直流電源（23)的正極相連，下電極（13) 與高壓直流電源（23)的負(fù)極相連；排氣口（1)與排氣閥（30)相連；出水口（3)與混床出水 閥（26)及再生進(jìn)水閥（29)相連；進(jìn)水口（5)與進(jìn)水閥（25)及混床再生液出口閥（31)相 連； 陰床（34):包括帶上接口（ 15)的陰床頂蓋（16)、陰床絕緣筒體（19)和帶下接口（ 17)的 陰床底蓋（18)組成；陰床頂蓋（16)與陰床絕緣筒體（19)上端之間設(shè)有陰床上密封圈（20)， 陰床底蓋（18)與陰床絕緣筒體（19)下端之間設(shè)有陰床下密封圈（21)，陰床絕緣筒體（19) 中填充陰床樹脂（22 )，上接口（ 15 )與陰床出水閥（27 )和混床再生液出口閥（31)相連，陰床 出水閥（27)出口接產(chǎn)水箱（24)，產(chǎn)水箱（24)經(jīng)再生泵（28)與出水口（3)相連；下接口（17) 與混床出水閥（26 )和陰床再生液出口閥（32 )相連。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種海水淡化水的兩級(jí)床去離子裝置，其特征在于：所述上 電極（11)和下電極（13)均采用孔尺寸小于樹脂顆粒粒徑的微孔網(wǎng)狀電極。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種海水淡化水的兩級(jí)床去離子裝置，其特征在于：所述高 壓直流電源（23)是能為混床樹脂層供給電流密度100?500A/m 2,電壓500-1500V的直流 電源。
【文檔編號(hào)】C02F103/04GK104085955SQ201410197346
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月12日
【發(fā)明者】陳雪明, 胡家元 申請人:浙江大學(xué)