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| 電去離子和樹脂電再生技術(shù)的研究進展 |
| 日期:2011年11月25日
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1 電去離子凈水技術(shù)[1,2]
1.1 原理
電去離子（electrodeionization,簡稱EDI）凈水技術(shù)是一種將離子交換和電滲析膜技術(shù)相互有機地結(jié)合在一起、只用電來除去水中離子的脫鹽凈水的新方法，國內(nèi)稱之為填充床電滲析脫鹽法。
現(xiàn)狀
我國開始進入EDI產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化的門檻，EDI產(chǎn)品的最大用戶火力發(fā)電廠剛開始使用，電網(wǎng)內(nèi)有120t/h EDI凈水設(shè)備，寶鋼自備電站有240t/h EDI凈水設(shè)備。山東有6～7家自備電站使用EDI產(chǎn)品。中國是個大國，不是進口幾臺EDI凈水設(shè)備就能滿足要求。市場很大，產(chǎn)品利潤空間還不小。利用國內(nèi)離子交換膜等國產(chǎn)材料批量生產(chǎn)EDI設(shè)備逐步提高市場占有率，生產(chǎn)出價廉性能與國外產(chǎn)品相媲美的產(chǎn)品。
2 離子交換電再生技術(shù)
在EDI凈水設(shè)備運行時膜和樹脂與水的界面上不斷地進行的水的電離，電離所產(chǎn)生的H+和OH—離子不斷地再生著失效的離子交換樹脂，從而使EDI凈水設(shè)備的出水水質(zhì)很好。因此，EDI凈水設(shè)備運行中能再生失效樹脂是其固有的特性，這一特性能否直接加以利用，也就是直接利用EDI凈水設(shè)備來再生普通離子交換器中的失效樹脂。這時，EDI凈水設(shè)備變?yōu)橛脕碓偕渲玫捏w外電再生器，只要源源不斷地將失效樹脂從進口送入，在直流電場的作用的下就有再生好的樹脂從出口連續(xù)流出，在EDI凈水設(shè)備體內(nèi)，進行著樹脂的電再生過程。這樣，就利用這種體外電再生器代替了原來離子交換器再生所用的酸堿再生系統(tǒng)，實現(xiàn)了失效離子交換樹脂的體外電再生。這種體外電再生失效樹脂的系統(tǒng)如圖2所示。
這種離子交換樹脂體外電再生構(gòu)思最初來源于EDI凈水設(shè)備中水的電離，這一體外電再生系統(tǒng)正確性的直接驗證是由目前正在使用的近萬套EDI凈水設(shè)備所提供的，這些EDI凈水設(shè)備能可靠地運行不就是樹脂電再生正在EDI凈水設(shè)備中進行的例證嗎？然而，人們并不滿足于這種驗證，設(shè)計了種種實驗裝置，演示了樹脂電再生過程，測定了有關(guān)數(shù)據(jù)，論證了實施樹脂電再生的可行性。
2.2 可行性論證
1）河北建筑科技學(xué)院
李福勤等[6]受本樹脂電再生法這一發(fā)明的啟發(fā)，設(shè)計了淡水室為200mm×100mm×10mm的 EDI凈水設(shè)備試驗裝置，測定了影響混床離子交換樹脂電再生的有關(guān)參數(shù)。試驗證實，該試驗裝置可使樹脂充分再生，樹脂再生的效果極好，試驗顯示了樹脂電再生技術(shù)有良好的可行性。確定該試驗裝置的再生電壓為30V，再生時間為40min，計算得出淡水室流速為0.5～1.0cm/s。
用雙極膜進行復(fù)床離子交換樹脂電再生的試驗研究，被列為河北省2000年科技攻關(guān)指導(dǎo)計劃項目（00213093）。雙極膜是陽離子交換樹脂層、陰離子交換樹脂層和中間界面親水層所組成，在直流電場的作用下，它能將水直接電離成H+和OH—離子。李福勤等[7]用雙極膜（上海產(chǎn)）將淡水室一分為二，雙極膜兩側(cè)分別填充陰陽樹脂，用該試驗裝置進行復(fù)床離子交換樹脂電再生可行性的試驗研究。試驗結(jié)果表明，當(dāng)再生電壓為60V和再生時間為60min時，該樹脂電再生裝置可將失效樹脂再生至接近化學(xué)再生的程度，顯示了樹脂電再生技術(shù)有良好的可行性。
2）天津大學(xué)
王建友等[8]曾在自制的EDI凈水設(shè)備中填充鹽基型混床樹脂試驗樹脂電再生的可行性，以電導(dǎo)率為10～18μS/cm的RO出水作為該EDI凈水設(shè)備的進水，通電運行約18 h，產(chǎn)品水的電阻率由0.3 MΩ·cm上升至15 MΩ·cm以上，使混床樹脂得到有效的再生。因此，在一定的工藝條件下，用EDI凈水設(shè)備可將Na、Cl型樹脂電再生處理到接近乃至超過酸堿再生的程度[9]。
3）北京國電龍源環(huán)保工程有限公司和華北電力大學(xué)
國家電力公司對離子交換樹脂電再生技術(shù)的研究和開發(fā)工作，是由樹脂電再生專利發(fā)明人王方教授建議、北京國電龍源環(huán)保工程有限公司申辦的，并將它列為2001年國家電力公
司科技基金項目（SP-2001-02-25）。由于某種原因，專利發(fā)明人未參加此研究開發(fā)工作。
用自制的試驗裝置得出的研究結(jié)果表明，離子交換樹脂經(jīng)電再生后其工作交換容量可達到現(xiàn)場使用標準（300 mmol/L以上）。他們還用雙極膜進行復(fù)床離子交換樹脂電再生試驗。試驗表明，國產(chǎn)膜不能滿足使用要求，而用日本膜可得到令人滿意的電再生效果。
他們在實驗中發(fā)現(xiàn)，再生效果的重現(xiàn)性差，在相同的實驗條件重復(fù)6次實驗，所測得的再生后樹脂工作交換容量分別為288, 321, 163, 179, 204, 196 mmol/L。他們還發(fā)現(xiàn)，樹脂破碎程度隨著實驗次數(shù)增多逐漸明顯，而這會影響樹脂再生效果。因此，測定了再生樹脂的耐磨率，一般樹脂的耐磨率的正常值為95%，而再生后的樹脂的測定值僅為19.6%（陽樹脂）和3.7%（陰樹脂）。他們在論文[10]中驚呼：“使用過的樹脂在進行耐磨率實驗時，基本沒有完整的圓形顆粒，絕大部分已成粉末”。他們對造成上述現(xiàn)象的原因分析是：“樹脂顆粒發(fā)生了再生－失效－再生的循環(huán)過程，導(dǎo)致樹脂顆粒無數(shù)次的膨脹－收縮－膨脹，從而使樹脂易破裂，理化性能下降，再生效果不穩(wěn)定�！�
本文作者在用EDI凈水設(shè)備產(chǎn)品進行10余次樹脂電再生試驗時并未觀察實驗數(shù)據(jù)不穩(wěn)定和樹脂破裂等現(xiàn)象。從事水處理的專業(yè)人士都知道，正常的樹脂合格產(chǎn)品，放于固定床水處理設(shè)備中使用時，由于使用損耗，年補充率為7％左右；放于流動床水處理設(shè)備中使用時，年補充率為15％左右。在正常情況下，不會發(fā)生樹脂使用幾次就基本變成粉末的情況。國內(nèi)外有近萬套EDI凈水設(shè)備在運行，也未見經(jīng)短期使用樹脂就變成粉末的報道。所以，從上述電再生試驗中樹脂僅經(jīng)歷6次電再生就破裂成末的現(xiàn)象，不難推斷，上述電再生試驗所用的樹脂可能是偽劣樹脂，或者是再生樹脂（報廢樹脂經(jīng)加工處理后再用）。如果上述電再生試驗中用的樹脂是偽劣產(chǎn)品，那就很容易解釋樹脂破裂和再生效果重現(xiàn)性差等現(xiàn)象了。從另一個角度看，上述電再生試驗中所觀察到的現(xiàn)象正好說明，失效樹脂電再生的可行性，電再生也能使偽劣產(chǎn)品的失效樹脂恢復(fù)一部分交換能力。
4）武漢藝達水處理工程有限公司和武漢大學(xué)
鄒向群等[11]用自制的樹脂電再生裝置進行樹脂電再生的試驗研究。樹脂電再生試驗時，失效樹脂從裝置頂部間斷送入，相應(yīng)的已再生好的樹脂從裝置底部間斷排出。試驗結(jié)果如表1所示。從表1數(shù)據(jù)可見，用直流電對失效離子交換樹脂可以進行一定程度的再生，再生過程中的電流效率隨樹脂再生度的提高而下降。表1中序號2、4、5樹脂再生度的數(shù)據(jù)，還表明樹脂再生度可局部提高，如按序號2中陽樹脂從3.5%提高到44.3％，其次按序號4中陽樹脂從44.4％提高到57.5％，再按序號5中陽樹脂從85.4％提高到88.7％，這樣分三步從很低的再生度3.5％提高到很高的再生度，這也間接說明該試驗裝置高度不夠，樹脂在試驗裝置內(nèi)停留時間不夠長，以致不能一步就實現(xiàn)樹脂徹底再生。
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