专利名称：一种氢氧气体直接外排的无膜电去离子系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电去离子系统，尤其是涉及阴阳电极上产生的氢气与氧气不会在树脂层积累的一种无离子交换膜的电去离子系统。
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绿色去离子技术。自1987年美国的Millipore公司率先推出商业化的EDI装置以来，EDI便受到用户欢迎，应用日趋增加。如今，EDI已在电力、半导体、医药、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、纳滤、电渗析等其他环境友好型方法所无法企及的。EDI虽具有高效、环境友好等突出优点，但目前还存在装置结构复杂、拆装麻烦、易 极化结垢等缺陷。这些缺陷实际上均与EDI需使用大量离子交换膜有关。已授权的实用新型专利(专利号201120051095. I)与已公开的发明专利(专利号201110048386. X)介绍了一种无离子交换膜的电去离子方法与系统。与传统EDI相比，这种无膜EDI具有装置结构简单、拆装方便、不易极化结垢等优点。但在离子交换树脂的电再生过程中，底部电极上产生的微气泡需穿越整个离子交换树脂层。由于气泡的导电性极差，因此树脂层的电阻在再生过程中会明显上升，导致单位树脂层高度所需的再生电压上升，浪费能耗。
发明内容为了克服以上背景技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种阴阳电极上产生的氢气与氧气直接在两端外排的无膜电去离子系统，以用于分离水或废水中的离子。本实用新型采用的技术方案是一、一种氢氧气体直接外排的无膜电去离子方法在离子交换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；利用电流密度为100 500A/m2的直流电促进离子交换平衡朝着再生反应的方向大幅移动，吸附于树脂中的离子便从树脂内部快速转向水流，阴、阳树脂因此而获得高效再生；上电极上产生的气体依靠气泡的浮力作用自行上浮外排，下电极上产生的气体则依靠水流的夹带作用与再生过程中产生的浓水一起向下外排，从而确保再生过程中上下两电极上产生的气体不会进入树脂层，避免这些气体在树脂层中积累。二、一种氢氧气体直接外排的无膜电去离子系统本实用新型包括上端开有排气口的顶盖、筒状外壳与带有三通的底盖围成的绝缘腔体；排气口与排气阀连接，绝缘腔体内自上而下依次安放弹簧、上多孔支撑板、上电极、带有微孔的布水器、下电极与下多孔支撑板，布水器出口经净水阀与净水箱连接；离子交换树脂填充于上电极与下电极之间；上电极固定在上多孔支撑板下面，下电极固定在下多孔支撑板上面；顶盖与筒状外壳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；上多孔支撑板与筒状外壳上端面之间用中密封圈密封；上电极与下电极分别接电流密度为100 500A/m2的直流电源。所述的上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；下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，或采用孔尺寸大于离子交换树脂颗粒粒径的微孔网状电极，但需在下电极上面添加f 2层孔径小于离子交换树脂颗粒粒径的过滤网。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。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。本实用新型具有的有益效果是I)再生过程中上下两电极上产生的气体从无膜电去离子装置的两端直接外排，气体产物不会在离子交换树脂层内积累，因此单位树脂层高度所需的再生电压可显著下降，节省再生能耗。2)再生水流可均匀流过离子交换树脂层，有利于离子交换树脂的再生。3)装置结构简单，维修方便。本实用新型适用于高纯水制备、电镀漂洗等含重金属离子的废水的净化以及以去除离子性杂质为目的的其他水与废水的处理。
图I是本实用新型结构原理图。图2是图I的A-A剖面图。图中1.排气口，2.顶盖，3.弹簧，4.上密封圈，5.筒状外壳，6.上多孔支撑板，7.中密封圈，8.上电极，9.布水器，10.净水阀，11.离子交换树脂，12.下电极，13.下多孔支撑板，14.下密封圈，15.底盖，16.三通，17.排水阀，18.进水阀，19.直流电源，20.排气阀，21.净水箱。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。如图I、图2所示，本实用新型包括上端开有排气口 I的顶盖2、筒状外壳5与带有三通16的底盖15围成的绝缘腔体；排气口 I与排气阀20连接，绝缘腔体内自上而下依次安放弹簧3、上多孔支撑板6、上电极8、带有微孔的布水器9、下电极12与下多孔支撑板13，布水器9出口经净水阀10与净水箱21连接；离子交换树脂11填充于上电极8与下电极12之间；上电极8固定在上多孔支撑板6下面，下电极12固定在下多孔支撑板13上面；顶盖2与筒状外壳5之间用上密封圈4密封，底盖15与筒状外壳5下端面之间用下密封圈14密封；上多孔支撑板6与筒状外壳5上端面之间用中密封圈7密封；上电极8与下电极12分别接电流密度为100 500A/m2的直流电源19。电流密度与树脂层高度与所用树脂种类有关。所述弹簧用3于压紧离子交换树脂层11，并使树脂层11与上下电极保持紧密接触，以便一方面减小上下电极间的电阻，降低再生能耗，另一方面防止处理时树脂层发生松动，稳定处理效果。所述的上电极8采用孔尺寸小于离子交换树脂颗粒粒径的微孔网状电极；下电极12采用孔尺寸小于离子交换树脂颗粒粒径的微孔网状电极，或采用孔尺寸大于离子交换树脂颗粒粒径的微孔网状电极，但需在下电极12上面添加f 2层孔径小于离子交换树脂11颗粒粒径的过滤网。所述的上电极8与下电极12中的其中一个为阳极，另一个为阴极。所述的离子交换树脂11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。所述的布水器9为带有微孔或狭缝的鱼骨状管道系统，但也可为由多个相互连通 的净间距为5-lOcm的水帽构成的集配水系统，各水帽的外接口穿越上电极8后可通过螺纹连接方式固定在上多孔支撑板6上，各外接口相互连通后再接可伸缩的软管，最终通过在顶盖2或筒状外壳5的上端面上开设连接口与净水阀10相连。所述顶盖2与筒状外壳5的上端面之间以及底盖15与筒状外壳5的下端面之间采用可拆卸的方式进行连接，但其中底盖15与筒状外壳5的下端面之间也可通过粘结、焊接等措施采用永久性密封的方式进行连接。本实用新型的处理与再生过程如下采取交换处理与电再生交替操作。处理时，关闭排气阀20与排水阀17，打开进水阀18与净水阀10，水流通过进水阀18进入，自下而上流过离子交换树脂层11，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，处理后的净水先后流过布水器9与净水阀10，最终流入净水箱21。再生时，关闭进水阀18，打开排气阀20、排水阀17与净水阀10，净水从布水器进入，自上而下向流过离子交换树脂层11 ;与此同时，对树脂层施加强直流电，以此促进离子交换平衡朝着再生反应的方向大幅移动，吸附于树脂中的离子便从树脂内部快速转向水流，阴、阳树脂因此而获得高效再生。再生过程中，上电极8上产生的气体从排气口 I排出，下电极上产生的气体则与接纳再生出来的离子后的浓水一起从排水阀17排出。实施例电导率约15Ps/cm的反渗透出水采用图I所示的氢氧气体直接外排的无膜电去离子装置进行处理。采用阴阳混合树脂，阴、阳树脂的体积比为3:1，树脂层高度为O. 88m。操作条件如下再生用直流电的电流密度为200A/m2 ;平均电压为1100V ;再生水流速度15 m/h ;再生历时l.Oh ;处理水流速度15m/h。运行结果如下处理后出水电导率O. 057-0. 067Ps/cm ;再生过程中产生的浓水平均电导率255Ps/cm ;水回收率约94%。
权利要求1.一种氢氧气体直接外排的无膜电去离子系统，其特征在于包括上端开有排气口(I)的顶盖(2)、筒状外壳(5)与带有三通(16)的底盖(15)围成的绝缘腔体；排气口(I)与排气阀(20)连接，绝缘腔体内自上而下依次安放弹簧(3)、上多孔支撑板(6)、上电极(8)、带有微孔的布水器(9)、下电极(12)与下多孔支撑板(13)，布水器(9)出口经净水阀(10)与净水箱(21)连接；离子交换树脂(11)填充于上电极(8)与下电极(12)之间；上电极(8)固定在上多孔支撑板(6)下面，下电极(12)固定在下多孔支撑板(13)上面；顶盖(2)与筒状外壳(5)之间用上密封圈(4)密封,底盖(15)与筒状外壳(5)下端面之间用下密封圈(14)密封；上多孔支撑板(6)与筒状外壳(5)上端面之间用中密封圈(7)密封；上电极(8)与下电极(12)分别接电流密度为100 500A/m2的直流电源(19)。
2.根据权利要求I所述的一种氢氧气体直接外排的无膜电去离子系统，其特征在于 所述的上电极(8)采用孔尺寸小于离子交换树脂颗粒粒径的微孔网状电极；下电极(12)采用孔尺寸小于离子交换树脂颗粒粒径的微孔网状电极，或采用孔尺寸大于离子交换树脂颗粒粒径的微孔网状电极，但需在下电极(12)上面添加f 2层孔径小于离子交换树脂(11)颗粒粒径的过滤网。
3.根据权利要求I所述的一种氢氧气体直接外排的无膜电去离子系统，其特征在于所述的上电极(8)与下电极(12)中的其中一个为阳极，另一个为阴极。
4.根据权利要求I所述的一种氢氧气体直接外排的无膜电去离子系统，其特征在于所述的离子交换树脂(11)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。
专利摘要本实用新型公开了一种氢氧气体直接外排的无膜电去离子系统。排气口与排气阀连接，绝缘腔体内自上而下依次安放弹簧、上多孔支撑板、上电极、带有微孔的布水器、下电极与下多孔支撑板，布水器出口经净水阀与净水箱连接；离子交换树脂填充于两电极之间；上电极固定在上多孔支撑板下面，下电极固定在下多孔支撑板上面；顶盖与筒状外壳之间密封，底盖与筒状外壳下端面之间密封；上多孔支撑板与筒状外壳上端面之间密封；两电极分别接直流电源。再生过程中两电极上产生的气体从无膜电去离子装置的两端外排，气体产物不会在树脂层内积累。本实用新型适用于高纯水制备、电镀漂洗等含重金属离子的废水的净化以及以去除离子性杂质为目的的其他水与废水的处理。
文档编号B01J49/00GK202542919SQ20122002473
公开日2012年11月21日 申请日期2012年1月19日 优先权日2012年1月19日
发明者申小兰, 肖艳, 陈雪明 申请人:浙江大学