一种大孔树脂吸附及脱附一体化装置的制作方法

本发明是一种大孔树脂吸附及脱附一体化装置，属于水处理行业领域。

背景技术：

1、大孔吸附树脂具有物理化学稳定性高、比表面积大、吸附容量大等优点，具有良好的大孔网状结构和较大的比表面积，可以依靠它和吸附质之间的范德华引力，通过它很大的比表面积，通过物理吸附作用吸附分离水溶液中的有机物，已在环保、食品、医药等领域得到了广泛的应用。

2、现有大孔树脂在水处理有机物去除方向上的吸附装置，一般采用与离子交换树脂相同的结构，区别在于大孔树脂吸附塔是根据不同的水质、不同的吸附质的浓度、不同的出水有机物浓度的要求，设计合理的吸附装置的径高比，设计填装的树脂层高度，通过改变吸附溶液流速度等来调整出口水质。

3、当处理水通过吸附装置后，出水水中的有机物含量会降低，在有机物与树脂吸附条件匹配的情况下，出水的有机物含量甚至可以接近于零。

4、当有机物吸附饱和时，需要将树脂吸附的有机物分离出来，树脂则恢复到近似吸附前的状态，然后就可以循环使用，进入下一个吸附的工作环节。这个过程我们称之为大孔树脂的“脱附”，或成为大孔树脂“再生”。

5、大孔树脂的脱附方式有很多，常用的方法包括热法脱附、解析脱附、酸碱脱附等。在水处理方向上，由于大孔树脂吸附的有机物种类多、量大，因此，类似中药成分提取、化工提纯等工艺采用解析和溶剂法脱附使用的比较少，一般以酸碱浸泡和热法处理的比较多。

6、与大孔树脂的优良的吸附功能相反，吸附饱和树脂的再生比较困难：由于该类树脂表面的三维式网状结构孔径的存在，有机物会分别吸附在孔隙深处、中间层及表面层。这些通过电镜放大的照片可以较清楚的观察到。

7、一般脱附再生的原则就是让树脂吸附的有机物再“反溶”到脱附溶剂中，例如，大孔树脂吸附的邻苯二酚有机物，可以利用氢氧化钠溶液或甲醇溶液再生，就是利用了邻苯二酚易溶于氢氧化钠或甲醇溶液的特点。溶剂与大孔树脂进行了对分子态的物质竞争吸附，使物质转为溶解于溶剂，从而被洗脱液带走。

8、现有热法脱附则采用蒸汽或热水对吸附饱和的树脂进行脱附，蒸汽是利用有机物在高温下的挥发性分离。热水是利用热水中有机物分子加快的热运动，抵消树脂的吸附力；同时，热法所造成的树脂颗粒的膨胀，也使有机物容易脱落。

9、但上述方法，除了脱附出有机物的溶剂需要如蒸馏法等特殊的二次处理外，主要还有不能将吸附饱和的大孔树脂脱附完全，尤其是树脂颗粒孔隙深处的有机物难以被脱附出来。

10、为解决上述大孔树脂脱附问题，研究人员采用了生物处理技术、催化氧化技术、电催化氧化技术等，但每种方案都会有限制其推广应用的难点问题：生物处理技术，能耗最低，环境友好性强，但处理周期长、对深度微小孔隙中的有机物处理不彻底；催化氧化技术，需要引入氧化重金属物或引入金属物作为电解阳极，其会溶解水造成二次污染；电催化氧化技术，同样属于环境友好性氧化技术，对有机物的处理彻底，可将其彻底矿化成水、二氧化碳和氮气，且处理速度快。但是，一般矿化彻底去除有机物时，每公斤吸附有机物去除电耗约在40-120千瓦时，能耗过高。

11、为解决电催化氧化法去除有机物电耗过高的问题，研究人员对电催化氧化装置做了广泛且深入的研究，包括在电极材料方面的突破，研究出形稳性dsa电极，相对的工作电压更低、能耗小、电化学催化性能更高；包括相对平板电极缺点研究出的更大的反应面积、更大的电流效率的三维电极，并研究出多种高性能的三维电极粒子。但是在实际应用中，虽然降低了一些能耗，但是由于电催化氧化装置本身电能损耗的基数太大，这些提高的效率并没有从根本上解决问题，高能耗是制约电催化氧化技术推广应用的关键因素之一。

12、综上所述，电催化氧化是树脂高效脱附的有效手段之一；热法脱附也可以实现大孔树脂脱附问题，但更有利于树脂颗粒表面有机物的脱附，对孔隙深处的有机物的脱附效率低；结合大孔树脂在水处理上的应用，主要有下述问题不能有效解决：

13、1、吸附、脱附过程，吸附饱和的树脂需要从吸附装置中倒换出来，送入专门设计的电催化氧化脱附装置中，等再生后，还需要从脱附装置倒换到吸附装置中。

14、多次的倒换不仅增加人工成本，还容易造成大孔树脂颗粒的破碎，增加运行成本；

15、脱附装置需要单独设计安装，大孔树脂吸附/脱附需要两套装置。

16、2、水处理过程，水中的有机物具有多样性，有机物种类多，分子直径差别大。在大孔吸附树脂颗粒上的有机物会分别吸附在孔隙深处、中间层及表面层，孔隙深处的有机物采用热法脱附很难脱附完全，导致脱附后的大孔吸附效率降低。

17、3、现有三维电催化氧化技术，只有在活性炭颗粒吸附处理有机废水技术上的应用。即使随着技术发展，高效催化电极、三维电极粒子的应用提高了电流效率，但使用能耗过大仍然是其工业化应用的限制条件。如南通科技职业学院，乔启成等申请的专利cn104772130 a，“有机废水处理用活性炭原位再生工艺及装置制备”，未详细说明包括布水、电极安装等装置结构，且所有被活性炭吸附的印染废水中的有机物全部需要通过电催化氧化去除，能耗很大。

18、为充分利用大孔树脂对有机物的突出的吸附能力，拓展大孔树脂更多的应用在水处理上，尤其是处理复杂有机物水处理上，需要研究脱附方便、脱附整体能耗低、脱附效果更好的大孔树脂吸附/脱附装置。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种大孔树脂吸附及脱附一体化装置。为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种大孔树脂吸附及脱附一体化装置，包括树脂吸附装置、dsa阳极组件、网状阴极管束、曝气扰动装置与脱附用水加热装置，所述dsa阳极组件与所述网状阴极管束两者位于所述树脂吸附装置内中部，所述dsa阳极组件位于所述网状阴极管束的上方，所述曝气扰动装置与所述脱附用水加热装置位于所述树脂吸附装置的内底部，所述脱附用水加热装置位于所述曝气扰动装置的上方，所述树脂吸附装置包括壳体，所述壳体的上下两端分别设有一个法兰封头，所述壳体的一侧设有阳极外接套筒与阴极外接套筒，所述壳体的另一侧下方设有树脂排放口，顶部所述法兰封头的上方设有电动排气阀，底部所述法兰封头的下端设有产水出口，所述壳体的背面设有仪表接口，所述树脂吸附装置的内部中部对称设有两个网状阴极管束支撑凸台，所述树脂吸附装置的内部底部设有吸附树脂支撑板，所述树脂吸附装置的内顶部设有阳极支撑凸台以及进水布水器。

2、进一步地，所述dsa阳极组件包括电极水平支撑梁，所述电极水平支撑梁位于所述树脂吸附装置内的所述阳极支撑凸台上，所述电极水平支撑梁的一端设有电极密封螺母一与电源接线紧固螺母一。

3、进一步地，所述电极水平支撑梁的上方设有若干个电极水平支梁，所述电极水平支撑梁与所述电极水平支梁两者的底部均设有若干个吊耳，所述吊耳通过电极紧固螺栓与钛基dsa垂直电极连接，所述钛基dsa垂直电极的下方设有电极重锤。

4、进一步地，所述网状阴极管束包括阴极管束定位支撑板，所述阴极管束定位支撑板设置在所述网状阴极管束支撑凸台上，所述阴极管束定位支撑板内设有若干个阴极六边形单元模块，所述阴极六边形单元模块的上下两端分别设有管束加强肋板。

5、进一步地，下端所述管束加强肋板的一侧设有阴电极导电杆，所述阴电极导电杆的一端设有电极密封螺母二与电源接线紧固螺母二。

6、进一步地，所述钛基dsa垂直电极的底端贯穿至所述阴极六边形单元模块延伸至底部所述管束加强肋板的下方与所述电极重锤连接。

7、进一步地，所述树脂吸附装置为圆柱形塔体结构，上下两端所述法兰封头与所述壳体之间均为法兰连接。

8、进一步地，所述壳体的正面设有上人孔与下人孔，所述进水布水器包括入口法兰接口和布水头，所述吸附树脂支撑板上设有水帽。

9、本发明的有益效果：

10、1、吸附、脱附过程一体化装置，不需要单独设计独立的脱附装置，安装操作简单、维护方便。

11、2、本发明适应水处理过程水中的有机物多样性的特点，脱附过程利用热法脱附与电催化氧化法脱附相结合的方式，对大孔吸附树脂颗粒上分别吸附在孔隙深处、中间层及表面层的有机物阶段性脱附。中间层及表面层大量有机物采用热法脱附后续生物法处理方式；孔隙深处的小分子有机物采用三维电催化氧化技术去除。

12、3、本发明装置组合脱附技术，相对全热法脱附，提高了脱附效率；相对全电催化氧化脱附，整体电耗仅为1/3，有效降低脱附能耗。更有利于大孔吸附树脂在水处理上的推广应用。尤其适用于各种复杂有机物水质的处理：包括高盐水质、高生物毒性水质、高酸碱度水质、高浓难降解有机废水等。

13、4、本发明依次通过热水法脱附、电催化氧化法脱附分阶段处理后，将电解质溶液排放，对脱附后的大孔树脂冲洗去除其表面附着的电解质溶液后，按照吸附操作流程进行待处理水的新的吸附工艺流程。

14、5、本发明不需要脱附过程将树脂在吸附与脱附装置间倒换，不使用酸、碱、有机溶剂等脱附剂。发明装置结合了热水脱附法与电催化氧化脱附法特点，优势互补，利用低能耗的热法脱附去除吸附饱和树脂颗粒表层及中间层吸附的有机物，利用电催化氧化技术去除树脂颗粒孔隙深处吸附的有机物，使大孔树脂再生的更为彻底。

15、6、本发明为水处理过程提供工作环境，满足工业生产一般吸附过滤装置的吸附、反洗、带压运行、防止吸附颗粒物逃逸等多种技术指标。所述dsa阳极组件、网状阴极管束、曝气扰动装置功能组合后，可以实现吸附装置内的电催化氧化去除树脂颗粒内吸附有机物的功能环节。所述曝气扰动装置，脱附用水加热装置功能组合后，可以实现吸附装置内树脂的热法脱附功能环节。

16、7、本发明装置根据大孔吸附树脂的特性，通过将树脂吸附、热法脱附树脂颗粒表层及中间层有机物、电催化氧化脱附树脂颗粒孔隙内小分子有机物的一体化装置，实现了低能耗绿色再生大孔吸附树脂的功能。