一種海水淡化水的兩級(jí)床去離子裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種海水淡化水的兩級(jí)床去離子裝置。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(duì)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(duì)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。本裝置水除鹽時(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】一種海水淡化水的兩級(jí)床去離子裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及海水淡化裝置，尤其是涉及一種海水淡化水的兩級(jí)床去離子裝置。
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(duì)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(zhǎng)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(chǎng)。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-freeelectrode1nizat1n for high purity water product1n.Desalinat1n, 2013， 329:86-92.)中對(duì)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(duì)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(duì)海水淡化水或其他類似特征介質(zhì)的除鹽處理。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種海水淡化水的兩級(jí)床去離子裝置，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(duì)混床進(jìn)行原位電再生，以其堿性再生液對(duì)陰床進(jìn)行化學(xué)再生。
[0005]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:
[0006]本實(shí)用新型是由混床和陰床串聯(lián)而成；其中:
[0007]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。
[0008]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。
[0010]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?
2.5ο
[0011]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。
[0012]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。
[0013]本實(shí)用新型具有的有益效果是:
[0014]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)。本實(shí)用新型借助強(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(duì)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(duì)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。
[0015]本實(shí)用新型搭配使用強(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(duì)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】
[0016]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0017]圖2是圖1混床的A-A剖面圖。
[0018]圖3是圖1陰床的A-A剖面圖。
[0019]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】
[0020]以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0021]如圖1、圖2、圖3所示，本實(shí)用新型它由混床33和陰床34串聯(lián)而成；其中:
[0022]混床33:包括帶排氣口 I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 I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。
[0023]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。
[0024]所述混床33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。
[0025]所述混床33及陰床34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。
[0026]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。
[0027]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。
[0028]本實(shí)用新型的處理及再生過程如下:
[0029]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。
[0030]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Cl—被混床樹脂14中的弱堿樹脂吸附，其余Cl—以HCl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HCl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。
[0031]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(duì)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OH_，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 I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 ;含似0!1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(duì)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。
[0032]實(shí)施例:
[0033]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?；齑蔡畛浒大w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/m2、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442μ 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(I)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(I)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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海水淡化水的兩級(jí)床去離子裝置，其特征在于:所述混床(33)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)床去離子裝置，其特征在于:所述混床(33)及陰床(34)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。
5.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/m2，電壓500-1500V的直流電源。
【文檔編號(hào)】C02F9/04GK203855477SQ201420239465
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)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(qǐng)人:浙江大學(xué)