双层床与多层床MFEDI技术制备高纯水研究

【摘要】无膜电去离子(MFEDI)是本课题组研发的一项全新电去离子技术,其特征是在树脂层两端安放一对阴阳电极,采取交换处理与电再生交替操作。处理时,如同普通离子交换一样,依靠树脂的强交换能力除去水中的杂质离子；电再生时,对树脂层施加直流电使离子交换平衡朝着再生反应的方向移动,同时通以纯水将再生出来的离子排出树脂层。MFEDI工艺清洁,操作简便,因此在高纯水制备领域拥有十分广阔的应用前景。离子交换树脂是MFEDI的核心,树脂的特性和填充方式对MFEDI的净化效果和电再生性能影响很大。目前,MFEDI采用单层床弱酸强碱树脂制备高纯水存在净化效果不佳、再生电压过高等问题,限制了该技术在高纯水制备领域的推广应用。因此,进行MFEDI树脂选择及其床层结构优化研究,进而提高MFEDI制备高纯水性能,对该技术的发展具有重要意义。本论文系统地研究了适用于高纯水制备的双层床与多层床MFEDI技术。双层床是在MFEDI中,下层填充弱酸强碱树脂,上层填充强酸强碱树脂。多层床是在MFEDI中,树脂层每隔10cm插入一层强碱树脂。研究工作主要包括三部分：树脂选择、双层床MFEDI制备高纯水性能考察、多层床MFEDI制备高纯水性能考察。研究结果表明,弱酸强碱树脂和强酸强碱树脂均具备良好的去离子能力、电再生性能和导电性,适用于MFEDI制备高纯水研究。弱酸强碱树脂失效后容易获得电再生,但去离子能力和导电性不如强酸强碱树脂,可填充于MFEDI的进水端用以除去水中的大部分离子,并提高再生效果；强酸强碱树脂具有极佳的去离子能力和导电性,但电再生效果较差,可填充于MFEDI的出水端用以保证出水水质,并提高树脂层导电性。双层床MFEDI能有效地电再生失效离子交换树脂,经多次电再生后树脂仍然保持良好的处理效果,出水电导率为0.056～0.059μS/cm,满足高纯水水质要求。电再生过程,倒极可有效抑制离子的逆向电迁移,并使再生液pH值趋于中性。与单层术MFEDI相比,双层床MFEDI的净化效果和电再生性能均显著提高。电再生机理研究证实,树脂电再生所需H+和OH-离子主要由树脂间的水分解反应和电极的电解反应提供,前者贡献高于80%,后者贡献低于20%。利用强碱树脂层的阻断作用,多层床MFEDI可有效抑制阳离子的逆向电迁移,避免了MFEDI因频繁倒极导致再生液电导率下降、再生电压升高和电极损坏等问题。多层床MFEDI可长期稳定制备高纯水,30个制水周期内,出水电导率保持在0.055～0.060μS/cm之间,未出现水质恶化的趋势,水回收率90%,再生能耗0.71kWh/m3。
【作者】苏文湫；
【导师】陈雪明；
【作者基本信息】浙江大学，环境工程，2014，博士
【关键词】无膜电去离子(MFEDI)；高纯水；离子交换树脂；电再生；树脂选择；水回收率；再生能耗；

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