[发明专利]一种无离子交换膜的电去离子方法与系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种电去离子方法与系统，尤其是涉及一种无离子交换膜的电去离子方法与系统。

背景技术

电去离子（Electrodeionization, EDI）是一种只消耗电，而无需消耗化学药剂的环境友好型去离子方法。与离子交换、反渗透、纳滤、电渗析、蒸馏、电容去离子（Capacitive deionization, CDI） 等方法相比，EDI同时具备处理效率高、环境友好、操作简便等突出优点，因此在净水制备与重金属废水的处理中具有良好的工业化应用前景。如今，EDI已在医药、电力、半导体、化学药剂生产、食品与饮料等行业中用于高纯水的制备。其出水水质可达到传统 “混床”的水平，甚至更优，这是反渗透、电渗析及近年来发展起来的CDI等其他环境友好型方法所无法企及的。

EDI虽具有处理效率高、环境友好、操作简便等突出优点，但目前还存在一些较大缺陷。首先，常规EDI实际上相当于一种在淡水室中填充了离子交换剂的电渗析，需使用大量离子交换膜，其装置结构复杂，制作与换膜成本高，安装与维修极为不便。再一，常规EDI在运行过程中常会出现一些与离子交换膜相关的问题，例如：膜污染、浓差极化、结垢以及处理含Cu²⁺、Ni²⁺等离子的重金属废水时在膜表面形成氢氧化物沉淀。上述缺陷严重影响了EDI的推广应用。

发明内容

为了克服背景技术中所存在的问题，本发明的目的在于提供一种无需使用离子交换膜的电去离子方法与系统，用于分离水或废水中的离子。

本发明采用的技术方案是：

一、一种无离子交换膜的电去离子方法：

在树脂层的两端安装一对阴阳电极；采取交换处理与电再生交替操作；利用高压直流电促进离子交换树脂颗粒交界面上的水电离，产生大量H⁺与OH^-离子；再利用所产生的H⁺或OH^-离子对失效的离子交换树脂进行再生，使其转化为RH型或ROH型；在电再生的同时，借助离子交换树脂间隙中连续流动的水流，使得被再生下来的离子排出。

二、一种无离子交换膜的电去离子系统：

本发明由开有上接口的顶盖、筒状外壳与开有下接口的底盖围成的绝缘腔体内，自上而下依次安放多孔布水板、上电极、离子交换树脂、下电极与密度小于水的多孔浮块，顶盖与筒状外壳上端面之间用上密封圈密封，底盖与筒状外壳下端面之间用下密封圈密封，多孔布水板与上电极固定在顶盖与筒状外壳端面之间，下电极固定在多孔浮块上，多孔浮块外圆柱面与筒状外壳内圆柱面之间安装有中密封圈，下电极与多孔浮块能一起上下自由滑动，上电极与下电极分别接高压直流电源。

所述的上电极与下电极中的其中一个为阳极，另一个为阴极；两电极采用孔尺寸小于离子交换树脂颗粒粒径的微孔网状电极；或采用孔尺寸大于树脂颗粒粒径的网状电极，但要在上电极与多孔布水板之间以及下电极与多孔浮块之间各添加1~2层孔径小于离子交换树脂颗粒粒径的过滤网。

所述的离子交换树脂为阴阳混合离子交换树脂、两性型离子交换树脂、单一的阳离子交换树脂或单一的阴离子交换树脂。

采取交换处理与电再生交替操作。处理时，如同普通的离子交换一样，依靠离子交换树脂的强交换吸附能力来去除水与废水中的离子态物质。再生时，对树脂层施加强直流电，以此促使离子交换平衡朝着再生反应的方向大幅移动；与此同时，连续以较高流速自下而上向树脂通纯水，使整个离子交换树脂层与下电极均被托起，并使得上下两电极与离子交换树脂层保持紧密接触。这样，犹如逆流化学再生，吸附于树脂中的离子将从树脂内部快速转向水流，使阴、阳树脂顺着再生水流的方向逐渐转化成为ROH与RH型；另一方面，再生水流接纳再生出来的离子后，浓度将不断升高，最终以浓缩液的形态排出无膜电去离子系统。

本发明具有的有益效果是：

1）无离子交换膜，也无功能类似于离子交换膜的任何其他分隔物，结构简单。

2）有效地克服了现有电去离子因采用离子交换膜而存在的膜污染、浓差极化、结垢以及处理含Cu²⁺、Ni²⁺等离子的重金属废水时在膜表面形成氢氧化物沉淀等问题。

本发明适用于高纯水制备、电镀漂洗等含重金属离子的废水的净化以及其他以去除离子性杂质为目的的水与废水的处理。

附图说明

图1是本发明流程原理图。

图2是图1的A-A剖面图。