专利名称：电解阴阳离子交换废水再利用方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明属于离子交换技术领域，具体的说是一种将阴阳离子交换废水经中和、除硬、电解成酸与碱，用作离子交换再生剂的方法与设备。
背景技术：
现有技术中，采用离子交换技术生产纯水，具有水的利用率高，原水水质要求低，水质好而稳定，投资省，但因酸、碱消耗而使运用费用昂贵，另外，阴阳离子交换再生时所产生的废水均被排入下水道，增加了水体含氯化钠量，造成环境的污染。为此，而有在其前增加反渗透或电渗析者，但二者投资大，水的利用率低，且反渗透尚需投药。
发明内容
本发明的目的在于提供一种将阴阳离子交换废水经中和、除硬、电解成酸与碱，用作离子交换再生剂的方法与设备，从而降低阴阳离子交换技术的运用费用，同时减轻工业废水对环境的污染。
为实现上述目的，本发明采取的技术措施是一种电解阴阳离子交换废水再利用方法，其特征在于将阴阳离子交换废水经中和-除硬-电解成酸与碱，用作离子交换再生剂，经电解后废水剩余的氯化钠用作转型混床再生剂，实现流程分为两种一是前转型流程，也叫做原水转型流程，即在原水进入阴、阳床产水之前，先经转型混床进行转型，转型剂采用的是氯化钠，转型混床的再生废水和清洗废水均排掉；原水经转型混床转型后，水中硬度应≤0.001mmol/l，转型后的水再去阳床与阴床产生纯水；当阴、阳床树脂失效后再生，再生所用的酸与碱来自电解器电解废水所得，阳床与阴床的再生废水流入中和池中和，废水中的氯化钠浓度在3％～12％，而废水硬度≤0.08mmol/l，阳床和阴床的清洗废水排掉，以保持再生废水的浓度；废水经电解后氯化钠浓度降至1％～3％时流出，用作转型混床的再生剂；进入电解器产酸间及产碱间可以是纯水，但以进入浓度为1％～3％的稀酸、稀碱更好，从电解器流出的酸、碱浓度为为4％～10％，用作阴阳床的再生剂。
二是后转型流程，也叫废水转型流程，即原水经过阳床、阴床，制得纯水，阴阳床树脂失效后再生，再生废水流入中和池，其氯化钠浓度应在3％～12％，阴阳床清洗废水则排掉；在中和池中，加入石灰乳初步除硬、沉淀过滤后，硬度应≤2mmol/l，浊度应≤1°，沉淀和过滤的废水均排掉；初步除硬后的废水进入转型混床，转型后硬度应≤0.08mmol/l，转型后的再生废水经电解器电解氯化钠浓度降至1％～3％流出，用作转型混床的再生剂，转型混床的再生废水与清洗废水均排掉；为降低电阻，进入电解器产酸间及产碱间可以是纯水，但以进入浓度为1％～3％的稀酸、稀碱更好，从电解器流出时的酸、碱浓度为4％～10％，用作阴阳床再生剂。
一种电解阴阳离子交换废水再利用设备即电解器，它是由阴阳离子交换膜交替排列，阴阳离子交换膜之间距在0.1～1.0cm之间，阴阳离子交换膜对之间分别为产碱间、纯水间、产酸间、废水间…如此循环，在纯水间填充有OH-型阴树脂及H+型阳树脂，填充树脂的目的是为产碱间提供OH-离子、为产酸间提供H+离子，同时降低纯水间的电阻，OH-、H+离子主要不是在纯水中传递，而是在阴阳树脂中传递，所以极大地减少了电阻，在电流作用下，废水间Na+穿过阳离子交换膜进入产碱间，废水间Cl-穿过阴离子交换膜进入产酸间，纯水间H+离子穿过阳离子交换膜进入产酸间，而OH-离子则穿过阴离子交换膜进入产碱间，因而产酸间、产碱间中的酸、碱浓度升高，废水间中氯化钠的浓度降低，从产酸间、产碱间流出的酸、碱用作阴阳床的再生剂，从废水间流出的含低浓度氯化钠的废水，则用作转型混床再生剂。我们将产碱间-纯水间-产酸间-废水间称为一个电解单元，电解器是由数十个乃至数百个电解单元并联组成，电解器两外侧为极板及极水区。
本发明提供的电解阴阳离子交换废水再利用方法及其设备，能将阴阳离子交换废水再利用，不仅降低了运用费用，而且防止污染。
图1为前转型流程示意2为后转型流程示意3为电解器原理图具体实施方式
实施例1前转型流程如图1、图3所示，水量Q＝50t/h、总含盐量10mmol/l，其中硬度4mmol/l的原水在进入阴、阳床产水之前，先经转型混床进行转型，转型剂采用的是氯化钠(NaCl)，原水经转型混床转型后，水中硬度应≤0.001mmol/l。转型混床失效后再生，再生剂氯化钠来自贮氯化钠罐，需氯化钠量50×4×1.4＝280mol/h(式中1.4为混床再生效率)，转型混床的再生废水和清洗废水均排掉。原水经过混床后，进入阳床与阴床产生纯水，阳床与阴床失效后再生，再生用酸、碱来自贮酸罐和贮碱罐，需酸、碱量为50×10×1.2＝600mol/h(式中1.2为阴阳床再生效率)。阴阳床再生时，先以空气挤出阴、阳床的再生废水，使其流入中和池中和，硬度≤0.08mmol/l，再生时采用浓度为8％的酸碱，阳床再生废水中氯化钠浓度应为12.8％左右，阴床再生废水中氯化钠浓度应为11.7％左右，实际上为阴阳床罐体中的水所稀释，再生废水中的氯化钠浓度约为6％，阴床、阳床再生废水含氯化钠量各为600mol/h，总量为1200mol/h，清洗阴阳床时，清洗废水排掉，以保证再生废水浓度，清洗废水带走了约20％的氯化钠量，实际进入中和池废水的含氯化钠量为1200×(1-20％)＝960mol/h，电解器电解废水时，需氯化钠量为600×1.1＝660mol/h(式中1.1为电解过程氯化钠的利用效率)，电解后流出的废水剩余氯化钠量为960-660＝300mol/h，大于混床转型需氯化钠量280mol/h，故不必加氯化钠。
上述工艺中的电解器是由阴、阳离子交换膜交替排列，阴阳离子交换膜之间距为0.15cm，阴阳离子膜的有效面积为8000m2，阴阳离子交换膜对之间分别为产碱间、纯水间、产酸间、废水间…如此循环，在纯水间填充有OH-型阴树脂及H+型阳树脂，填充树脂的目的是为产碱间提供OH-离子、为产酸间提供H+离子，同时降低纯水间的电阻，OH-、H+离子主要不是在纯水中传递，而是在阴阳树脂中传递，所以极大地减少了电阻。在电流作用下，废水间Na+离子穿过阳离子交换膜进入产碱间，废水间Cl-离子穿过阴离子交换膜进入产酸间，纯水间中树脂上H+离子穿过阳离子交换膜进入产酸间，而OH-离子则穿过阴离子交换膜进入产碱间，因而产酸间、产碱间中的酸、碱浓度升高，废水间中氯化钠的浓度降低。我们将产碱间-纯水间-产酸间-废水间称为一个电解单元，电解器是由80个电解单元并联组成，电解器两外侧为极板及极水区。
中和后的再生废水含氯化钠量为960mol/h，其浓度为6％(相当于1mol/l)，进入电解器废水间的废水量为960L/h÷1mol/l＝960L/h，流出废水间的氯化钠浓度为6％×(300÷960)＝1.87％，含低浓度氯化钠的废水流入贮氯化钠罐，用作转型混床再生剂。进入电解器产酸间、产碱间的稀酸、稀碱浓度为2％、流出的酸碱浓度8％，从产酸间、产碱间流出的酸、碱分别流入贮酸罐、贮碱罐，用作阴阳床的再生剂。在电解器产酸间、产碱间内酸碱浓度升高6％(浓度为6％酸相当于1.67mol/l、浓度为6％碱相当于1.5mol/l)，则进入电解器的稀酸量为600÷1.67＝359L/h、进入电解器的稀碱量为600÷1.5＝400L/h，每生产1mol的酸、碱需要1mol的水，电解器生产600mol/h的酸、碱，需要的纯水量为600mol/h(约相当于11L/h)，纯水来自阴阳床生产的纯水。
下面为电工计算由80个电解单元并联组成的电解器，阴阳离子膜的有效面积为8000m2、膜间距0.15cm①总电流(600×26.8)÷80＝201A式中每小时生产1mol的酸、碱需要的电流为26.8A②电流强度201÷8000＝0.025A
表中700Ω为纯水间填充阴阳树脂后的电阻率，纯水在进入时可适当加温不超过70℃，以减少电阻。
③单元面电阻(33+21+28+700)×1.7×1.2×0.15＝239Ωcm2式中1.7为水层电阻系数；1.2为膜电阻系数④单元电压239×0.025＝5.98V⑤总电压80×5.98+15＝493.4V式中15V为极电压⑥小时耗电(201×493.4)÷1000＝99.2kw⑦吨水耗电99.2÷50＝2.0度/吨实施例2后转型流程原水同实施例1，原水经过阴床和阳床制得纯水，阴阳床树脂失效后再生，所需酸、碱量为600mol/h，阴阳床再生时，先以空气挤出再生废水，再生废水流入中和池，阴阳床的清洗废水排掉，以保证再生废水浓度。再生时采用浓度为8％的酸碱，阳床再生废水中氯化钠浓度应在12.8％，阴床再生废水中氯化钠浓度应在11.7％，实际上为阴阳床罐体中的水所稀释，氯化钠浓度约为6％、含量为1200-50×4＝1000mmol(50×4为废水中的硬度总量)，阴阳床清洗废水带走约20％的氯化钠量，实际进入中和池废水的含氯化钠量为1000×(1-20％)＝800mol/h，在中和池中和并加入石灰乳初步除硬，需要石灰量为(50×4×74)÷1000＝14.8kg/h(式中74为石灰的分子量)，在中和池中搅拌沉淀后，进入过滤器过滤，硬度应≤2mmol/l，浊度应≤1°，沉淀和过滤的废水均排掉；然后进入转型混床，转型后硬度应≤0.08mmol/l；然后进入电解器电解，需氯化钠量为660mol/h，从电解器废水间流出的废水剩余氯化钠量为800-660＝140mol/h，再生废水进入电解器废水间时含氯化钠量为800mol/h，氯化钠浓度为6％(相当于1mol/l)，那么进入电解器废水间的废水量为800÷1＝800l/h＝0.8t/h，转型混床再生时需要的氯化钠来自贮氯化钠罐，其量为0.8×2×1.8≈2.88mol/h(式中1.8为混床转型效率)，从电解器废水间流出进入贮氯化钠罐的废水，剩余氯化钠量140mol/h，大于转型混床需氯化钠量2.88mol/h，故不必另加氯化钠，另外，转型混床的再生废水与清洗废水均排掉。
从电解器产酸间、产碱间流出的酸、碱分别流入贮酸罐、贮碱罐，用作阴阳床的再生剂。电解器酸、碱需要的纯水来自阴、阳床生产的纯水。
电解器生产酸、碱时的工作状况与实施例1基本相同，不再叙述。
权利要求
1.一种电解阴阳离子交换废水再利用方法，其特征在于将阴阳离子交换废水经中和—除硬—电解成酸与碱，用作离子交换再生剂，经电解后废水中剩余的氯化钠用作转型混床再生剂，实现流程为前转型流程，也叫做原水转型流程，即在原水进入阴、阳床产水之前，先经转型混床进行转型，转型剂采用的是氯化钠，转型混床的再生废水和清洗废水均排掉；原水经转型混床转型后，水中硬度应≤0.001mmol/l，转型后的水再去阳床与阴床产生纯水；当阴、阳床树脂失效后再生，再生所用的酸与碱来自电解器电解废水所得；阳床与阴床的再生废水流入中和池中和，废水中的氯化钠浓度在3％～12％，而废水硬度≤0.08mmol/l，阳床和阴床的清洗废水排掉，以保持再生废水的浓度；废水经电解后氯化钠浓度降至1％～3％时流出，用作转型混床的再生剂；进入电解器产酸间及产碱间的可以是浓度为1％～3％的稀酸、稀碱，也可以是纯水，从电解器流出的酸、碱浓度为4％～10％，用作阴阳床的再生剂。
2.另一种电解阴阳离子交换废水再利用方法，其特征在于将阴阳离子交换废水经中和—除硬—电解成酸与碱，用作离子交换再生剂，经电解后废水中剩余的氯化钠用作转型混床再生剂，实现流程为后转型流程，也叫废水转型流程，即原水经过阳床、阴床，制得纯水，阴阳床树脂失效后再生，再生废水流入中和池，其氯化钠浓度应在3％～12％，阴阳床清洗废水则排掉；在中和池中，加入石灰乳初步除硬、沉淀过滤后，硬度应≤2mmol/l，浊度应≤1°，沉淀和过滤的废水均排掉；初步除硬后的废水进入转型混床，转型后硬度应≤0.08mmol/l，转型后的再生废水经电解器电解氯化钠浓度降至1％～3％流出，用作转型混床的再生剂，转型混床的再生废水与清洗废水均排掉；进入电解器产酸间及产碱间的可以是浓度为1％～3％的稀酸、稀碱，也可以是纯水，从电解器流出时的酸、碱浓度为4％～10％，用作阴阳床再生剂。
3.一种如权利要求1或2所述方法中所用电解器，其特征在于它是由阴阳离子交换膜交替排列，阴阳离子交换膜之间距在0.1～1.0cm之间，阴阳离子交换膜对之间分别为产碱间、纯水间、产酸间、废水间…如此循环，在纯水间填充有OH-型阴树脂及H+型阳树脂，所述产碱间—纯水间—产酸间—废水间被称为一个电解单元，电解器是由数十个乃至数百个电解单元并联组成，电解器两外侧为极板及极水区。
全文摘要
一种电解阴阳离子交换废水再利用方法，它将阴阳离子交换废水中和—除硬—电解成酸与碱，用作离子交换再生剂，经电解后废水中剩余氯化钠用作转型混床再生剂，实现流程分为两种原水转型流程和废水转型流程。所用电解器是由阴阳离子交换膜交替排列，阴阳离子交换膜对之间分别为产碱间、纯水间、产酸间、废水间…如此循环，在纯水间填充有OH
文档编号C02F1/461GK1569664SQ20041003663
公开日2005年1月26日 申请日期2004年4月23日 优先权日2004年4月23日
发明者邓佑 申请人:邓佑