CN102219284B - 一种机械搅拌内循环树脂离子交换与吸附反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机械搅拌内循环树脂离子交换与吸附反应器，旨在提供一种连续运行、且能充分发挥75~200μm实心粉体树脂或磁性粉体树脂优势的反应器。该反应器主体上部2/3～4/5为敞口圆柱体，下部1/5～1/3为锥体；反应器主体中心设有钟罩形反应槽，钟罩形反应槽内设有涡轮引水搅拌器；反应器主体设有圆柱形导流板；反应器主体的外壳与导流板之间设有集水堰、斜管分离器和环形树脂收集斗；反应器设有进水管和出水管；树脂移出管分别连接形树脂收集斗和树脂脱附槽，再生树脂回流管通向钟罩形反应槽。本发明适用于实心粉体树脂或磁性粉体树脂对废水、生化尾水、中水及给水的深度处理。

Description

一种机械搅拌内循环树脂离子交换与吸附反应器
技术领域
本发明为一种树脂离子交换与吸附设备，特别涉及机械搅拌内循环树脂离子交换与吸附反应设备，尤其是采用直径75-200μm实心粉体树脂或磁性粉体树脂的机械搅拌内循环离子交换与吸附反应器，属于水处理领域。
背景技术
在给水、各类废水及生化尾水的深度处理中，常采用离子交换与吸附树脂对水中的有机物、无机物进行富集分离，以达到对水的脱色、脱臭、软化及去除微量有机物和重金属的目的。然而采用普通离子交换树脂设备，不但存在预处理工序复杂、树脂用量多、设备投资大、运行费用高的问题，而且单体设备难以连续运行，同时树脂再生液使用量大，再生效率较低。粉体树脂是一种颗粒平均粒径为75-200μm的固体丙烯酸高分子材料，含有丰富的孔结构和离子基团，具有电化学吸附及离子交换双重作用；新型粉体树脂或磁性粉体树脂具有粒径小、比表面积大、反应动力学效能高的特点；在实际应用中，粉体树脂可与所需处理的废水混合搅拌一定时间，后将树脂与废水分离，使其富集水中有机物、无机物所需时间短、树脂用量少，具有明显的抗污染、使用寿命长、脱附液产量少的优点。然而，由于粉体树脂或磁性粉体树脂的粒径小且相对密度较小，采用传统固定床或悬浮床时，树脂床层阻力较大，树脂易压实、破碎，反洗时树脂易带出反应器，且无法实现连续运行，严重影响了粉体树脂性能的发挥。针对粉体树脂或磁性粉体树脂的小粒径、低密度，及优良的流体力学性能的特点，有必要开发出适用于该类树脂的新型树脂反应器，以充分发挥该类树脂的优势。
       目前，澳大利亚Orica公司开发的MIEX ?树脂及其应用技术，已广泛使用于给水的深度处理；其采用强碱离子交换丙烯酸树脂并使用机械搅拌及斜管分离方式对水中硝酸根、硫酸根、磷酸根、砷酸根等多种阴离子，以及溶解性有机污染物去除具有良好的效果；国内，南京中电联环保工程有限公司亦开发了穿孔水力射流磁性树脂反应器；然而上述反应器采用树脂全混方式，树脂在反应器中分布较为平均，反应器使用时树脂投加量较大，且树脂分离出反应器困难；同时，上述反应器单体处理水量较小，在大型水处理时所需反应器数量较多，所以有必要开发新型反应器改善上述困难。
发明内容
1、所要解决的技术问题
针对实心粉体树脂或磁性粉体树脂的小粒径、低密度且流体力学性能优的特点，本发明提供一种机械搅拌内循环树脂离子交换与吸附反应器，适用于粉体树脂的离子交换与吸附反应的装置，可以充分发挥该类树脂的优势，并实现树脂反应装置的连续运行。该反应器既可适用于实心粉体树脂或磁性粉体树脂对废水、生化尾水及中水的深度处理，亦可用于给水的深度处理。
2、技术方案
本发明的技术方案如下：本发明的一种机械搅拌内循环树脂离子交换与吸附反应器，反应器主体上部2/3～4/5为敞口圆柱体，下部1/5～1/3为锥体，锥体坡度为30°±10°；反应器主体中心设有钟罩形反应槽，钟罩形反应槽内设有涡轮引水搅拌器；反应器主体设有圆柱形导流板；反应器主体的外壳与导流板之间设置有集水堰和斜管分离器；反应器主体的外壳与导流板之间下部设有环形树脂收集斗；反应器设有进水管，进水管设在钟罩形反应槽下部的圆台体区；出水管设在集水堰出水处；树脂移出管分别连接形树脂收集斗和树脂脱附槽，再生树脂回流管通向钟罩形反应槽下部的圆台体区。
所述的钟罩形反应槽为组合空心回转体，其轴心与反应器主体一致，该钟罩形反应槽上部1/3～1/2为空心圆柱体，下部1/2～2/3为空心圆台体结构；钟罩形反应槽底端距反应器主体底端0.2～0.8m，钟罩形反应槽上端距反应器主体顶端0.5～1.0m；空心圆柱体直径为反应器主体外径的1/5～1/3，圆台体下端直径与空心圆柱体直径相同，圆台体上端直径为反应器主体外径的1/4～1/2；空心圆柱体与圆台体之间设有隔水挡板，隔水挡板中心开孔，开孔直径为空心圆柱体直径的1/4～1/2。
所述的钟罩形反应槽中设置的涡轮引水搅拌器由涡轮、涡轮上部搅拌桨以及涡轮下部搅拌桨构成，搅拌器转速为2~50r/min；涡轮直径为钟罩形反应槽上部空心圆柱体横截面直径的1/4～1/3，涡轮外缘线速度为0.1～1.5m/s；涡轮上部搅拌桨和下部搅拌桨均由2～6片桨叶组成，搅拌桨桨叶外缘线速度为0.2～2.0m/s。
所述的导流板为空心圆柱体，其轴心与反应器主体一致，其直径为反应器主体直径的1/2～3/4；导流板上端与反应器主体上端平齐，下端距反应器主体底端1.5～2.5m。导流板用于改变钟罩形反应槽4出水水流方向，并使树脂沉淀于反应器底部。
所述的集水堰设置在反应器主体的外壳与导流板之间距顶端下方0.3～0.5m处，集水堰由4～12组集水堰组成，以轮辐形式安装于反应器主体外壳与导流板之间，集水堰采用锯齿形集水堰或孔口集水堰。
所述的斜管分离器设置在反应器主体的外壳与导流板之间距顶端下方1.5～3.5m处，斜管分离器由单孔直径50mm～80mm的斜管构成，斜管采用PP、UPVC、PE或玻璃钢材质中的一种，斜管倾角45°～60°，斜管管长0.8m～1.2m，斜管表面负荷3～6m3/(m2·h)。
所述的环形树脂收集斗底距反应器底部0.5～2.0m，环形树脂收集斗的总高为0.5～1.0m，环形树脂收集斗上部环直径为反应器主体直径的1/8～1/4。
3、有益效果
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明特别适合于小粒径的实心粉体树脂或磁性粉体树脂的离子交换与吸附反应，能充分发挥该类树脂的优势；
（2）实心粉体树脂或磁性粉体树脂与水接触程度及内循环量可通过改变涡轮引水搅拌器的转速及进水流量进行动态控制；
（3）实心粉体树脂或磁性粉体树脂主要集中于钟罩形反应槽，树脂与水接触充分，离子交换与吸附所需时间短，所需树脂量少，占地面积小，处理水量较大；
（4）反应器为敞口常压容器，可采用金属、有机复合材料或钢砼混凝土制造，制造成本低；
（5）实心粉体树脂或磁性粉体树脂与水分离充分，树脂流失率低，设备运行成本低；
（6）反应器可以连续运行，失活树脂可以在反应器不停止进水情况下连续移出再生，再生树脂可连续回流至设备主体，设备利用率高；
（7）反应器工艺简单，不需设置复杂的进水、反洗管路等，操作简便，可方便实现自动化运行。
 附图说明
附图1是本发明的一种机械搅拌内循环树脂离子交换与吸附反应器的结构示意图，
图中：反应器主体 1、锥体 2、圆柱体 3、钟罩形反应槽 4、涡轮引水搅拌器 5、下部搅拌桨 6、涡轮 7、上部搅拌桨 8、导流板 9、环形树脂收集斗 10、斜管分离器 11、集水堰 12、进水管 13、出水管 14、再生树脂回流管 15、树脂移出管 16、树脂脱附槽 17。
具体实施方式
 下面结合附图对本发明作进一步的描述。
本发明的一种机械搅拌内循环树脂离子交换与吸附反应器，反应器主体1上部为敞口圆柱体3，下部为锥体2。反应器主体1中心安装有钟罩形反应槽4，钟罩形反应槽4为组合空心回转体，其轴心与反应器主体1一致，该钟罩形反应槽4上部为空心圆柱体，下部为空心圆台体结构，空心圆柱体与圆台体之间设有隔水挡板，隔水挡板中心开孔；钟罩形反应槽4内安装有涡轮引水搅拌器5，涡轮引水搅拌器5由涡轮7、涡轮上部搅拌桨8以及涡轮下部搅拌桨6构成。导流板9为空心圆柱体，其轴心与反应器主体1一致。反应器主体1的外壳与导流板9之间安装有集水堰12和斜管分离器11，集水堰12以轮辐形式安装于反应器主体1外壳与导流板9之间，出水管14安装在集水堰12出水处。反应器主体1的外壳与导流板9之间下部设有环形树脂收集斗10。反应器设有进水管13，进水管13安装在钟罩形反应槽4下部的圆台体区；树脂移出管16分别连接形树脂收集斗10和树脂脱附槽17，再生树脂回流管15通向钟罩形反应槽4下部的圆台体区。
本发明的一种机械搅拌内循环树脂离子交换与吸附反应器的使用过程如下：钟罩形反应槽4内填充2～15%体积百分数的实心粉体树脂或磁性粉体树脂，粉体树脂直径介于75～200μm。来水通过进水管14进入钟罩形反应槽4下部圆台区，沉积于反应器主体1底部的实心粉体树脂或磁性粉体树脂在搅拌浆作用下与水充分混合，同时钟罩形反应槽4中的涡轮7进一步将水与树脂混合液送入钟罩形反应槽4上部圆柱区，水中各类有机物与无机物通过离子交换与吸附作用被富集于树脂表面。通过调节涡轮引水搅拌器5的转速可控制钟罩形反应槽4内混合剧烈程度及钟罩形反应槽4内的液体上升流速，同时控制树脂反应的回流比。
反应器主体1中设置的导流板9将钟罩形反应槽4流出的树脂与水混合物导流至反应器主体1下部，从而实现树脂的快速沉降分离，并重新循环进入钟罩形反应槽4中。反应器主体1外壳与导流板9之间设有斜管沉淀器11，进一步促进水中树脂的沉降分离。反应器出水经反应器主体1顶部，从介于反应器主体1外壳与导流板9之间的集水堰12收集排放。失效树脂经反应器的环形树脂收集斗10收集，用泵送入树脂脱附槽17进行再生，再生后的树脂由再生树脂回流管1流至钟罩形反应槽4中。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1 ：
本发明的一种机械搅拌内循环树脂离子交换与吸附反应器，反应器主体1上部2/3为敞口圆柱体3，下部1/3为锥体2，锥体2坡度为20°，反应器主体1为钢制结构。
钟罩形反应槽4上部1/3为空心圆柱体，下部2/3为空心圆台体结构；钟罩形反应槽4底端距反应器主体1底端0.2m，钟罩形反应槽4上端距反应器主体1顶端0.5m；空心圆柱体直径为反应器主体1外径的1/5，圆台体下端直径与空心圆柱体直径相同，圆台体上端直径为反应器主体1外径的1/4；空心圆柱体与圆台体之间设有隔水挡板，隔水挡板中心开孔，开孔直径为空心圆柱体直径的1/4。
钟罩形反应槽4内安装的搅拌器转速为10r/min；涡轮7直径为钟罩形反应槽4上部空心圆柱体横截面直径的1/4，涡轮7外缘线速度为0.5m/s；涡轮上部搅拌桨8和下部搅拌桨6均由2片桨叶组成，搅拌桨桨叶外缘线速度为0.5m/s。
反应器主体1安装的圆柱形导流板9，其直径为反应器主体1直径的1/2；导流板9上端与反应器主体1上端平齐，下端距反应器主体1底端1.5m。集水堰12设置在反应器主体1的外壳与导流板9之间距顶端下方0.3m处，集水堰12由6组集水堰12组成，以轮辐形式安装于反应器主体1外壳与导流板9之间，集水堰12采用锯齿形集水堰。斜管分离器11设置在反应器主体1的外壳与导流板9之间距顶端下方1.5m处，斜管分离器11由单孔直径50mm的斜管构成，斜管采用管长为1m的PP材质，斜管倾角45°，斜管管长0.8m，斜管表面负荷3m3/(m2·h)。
环形树脂收集斗10底距反应器底部0.5m，环形树脂收集斗10的总高为0.5m，环形树脂收集斗10上部环直径为反应器主体1直径的1/8。反应器设有进水管13，进水管13设在钟罩形反应槽4下部的圆台体区；出水管14设在集水堰12出水处；树脂移出管16分别连接形树脂收集斗10和树脂脱附槽17，再生树脂回流管15通向钟罩形反应槽4下部的圆台体区。
采用该设备作为某印染园区废水生化后尾水的深度处理装置，采用实心粉体树脂吸附处理前水质指标及处理量如表1。
表1 处理前水质指标及处理量
该废水与再生回流树脂混合后进入反应器的钟罩形反应槽4中，树脂量为钟罩形反应槽4体积的5%体积分数，废水在钟罩形反应槽4中停留时间30min，通过调节搅拌机转速实现树脂与废水的充分接触，并保持钟罩形反应槽4上部出水流速3m/h。
从反应器环形树脂收集斗10收集的树脂经管道输送至树脂脱附槽17内动态再生，再生液采用10%NaCl溶液，再生后的树脂回流至反钟罩形反应槽4中；移出的树脂量控制比例为反应器中树脂量的10%，补充的再生树脂量与移出再生的树脂量相一致。处理结果如表2所示。
表2 处理后水质指标
Figure 2011101259128100002DEST_PATH_IMAGE002
。
 实施例2 ：
本发明的一种机械搅拌内循环树脂离子交换与吸附反应器，反应器主体1上部4/5为敞口圆柱体3，下部1/5为锥体2，锥体2坡度为30°，反应器主体1为钢制结构。
钟罩形反应槽4上部1/2为空心圆柱体，下部1/2为空心圆台体结构；钟罩形反应槽4底端距反应器主体1底端0.6m，钟罩形反应槽4上端距反应器主体1顶端0.8m；空心圆柱体直径为反应器主体1外径的1/4，圆台体下端直径与空心圆柱体直径相同，圆台体上端直径为反应器主体1外径的1/3；空心圆柱体与圆台体之间设有隔水挡板，隔水挡板中心开孔，开孔直径为空心圆柱体直径的1/3。
钟罩形反应槽4内安装的搅拌器转速为35r/min；涡轮7直径为钟罩形反应槽4上部空心圆柱体横截面直径的1/3，涡轮7外缘线速度为1.0m/s；涡轮上部搅拌桨8和下部搅拌桨6均由4片桨叶组成，搅拌桨桨叶外缘线速度为1.0m/s。
反应器主体1安装的圆柱形导流板9，其直径为反应器主体1直径的2/3；导流板9上端与反应器主体1上端平齐，下端距反应器主体1底端2.0m。集水堰12设置在反应器主体1的外壳与导流板9之间距顶端下方0.4m处，集水堰12由8组集水堰12组成，以轮辐形式安装于反应器主体1外壳与导流板9之间，集水堰12采用孔口集水堰。斜管分离器11设置在反应器主体1的外壳与导流板9之间距顶端下方2.5m处，斜管分离器11由单孔直径60mm的斜管构成，斜管采用管长为1m的PE材质，斜管倾角50°，斜管管长1.0m，斜管表面负荷4m3/(m2·h)。
环形树脂收集斗10底距反应器底部1.0m，环形树脂收集斗10的总高为0.8m，环形树脂收集斗10上部环直径为反应器主体1直径的1/6。其他同实施例1，处理结果同表2所示。
实施例3 ：
本发明的一种机械搅拌内循环树脂离子交换与吸附反应器，反应器主体1上部4/5为敞口圆柱体3，下部1/5为锥体2，锥体2坡度为40°，反应器主体1为钢制结构。
钟罩形反应槽4上部1/2为空心圆柱体，下部1/2为空心圆台体结构；钟罩形反应槽4底端距反应器主体1底端0.8m，钟罩形反应槽4上端距反应器主体1顶端1.0m；空心圆柱体直径为反应器主体1外径的1/3，圆台体下端直径与空心圆柱体直径相同，圆台体上端直径为反应器主体1外径的1/2；空心圆柱体与圆台体之间设有隔水挡板，隔水挡板中心开孔，开孔直径为空心圆柱体直径的1/2。
钟罩形反应槽4内安装的搅拌器转速为45r/min；涡轮7直径为钟罩形反应槽4上部空心圆柱体横截面直径的1/3，涡轮7外缘线速度为1.5m/s；涡轮上部搅拌桨8和下部搅拌桨6均由6片桨叶组成，搅拌桨桨叶外缘线速度为1.5m/s。
反应器主体1安装的圆柱形导流板9，其直径为反应器主体1直径的3/4；导流板9上端与反应器主体1上端平齐，下端距反应器主体1底端2.5m。集水堰12设置在反应器主体1的外壳与导流板9之间距顶端下方0.5m处，集水堰12由10组集水堰12组成，以轮辐形式安装于反应器主体1外壳与导流板9之间，集水堰12采用孔口集水堰。斜管分离器11设置在反应器主体1的外壳与导流板9之间距顶端下方3.0m处，斜管分离器11由单孔直径70mm的斜管构成，斜管采用管长为1m的玻璃钢材质，斜管倾角55°，斜管管长1.2m，斜管表面负荷5m3/(m2·h)。
环形树脂收集斗10底距反应器底部1.8m，环形树脂收集斗10的总高为1.0m，环形树脂收集斗10上部环直径为反应器主体1直径的1/5。其他同实施例1，处理结果同表2所示。

Claims (6)

1.一种机械搅拌内循环树脂离子交换与吸附反应器，其特征是：反应器主体（1）上部2/3～4/5为敞口圆柱体（3），下部1/5～1/3为锥体（2），锥体（2）坡度为30°±10°；反应器主体（1）中心设有钟罩形反应槽（4），钟罩形反应槽（4）内设有涡轮引水搅拌器（5）；反应器主体（1）设有圆柱形导流板（9）；反应器主体（1）的外壳与导流板（9）之间设置有集水堰（12）和斜管分离器（11）；反应器主体（1）的外壳与导流板（9）之间下部设有环形树脂收集斗（10）；反应器设有进水管（13），进水管（13）设在钟罩形反应槽（4）下部的圆台体区；出水管（14）设在集水堰（12）出水处；树脂移出管（16）分别连接环形树脂收集斗（10）和树脂脱附槽（17），再生树脂回流管（15）通向钟罩形反应槽（4）下部的圆台体区；上述的钟罩形反应槽（4）为组合空心回转体，其轴心与反应器主体（1）一致，该钟罩形反应槽（4）上部1/3～1/2为空心圆柱体，下部1/2～2/3为空心圆台体结构；钟罩形反应槽（4）底端距反应器主体（1）底端0.2～0.8m，钟罩形反应槽（4）上端距反应器主体（1）顶端0.5～1.0m；空心圆柱体直径为反应器主体（1）外径的1/5～1/3，圆台体下端直径与空心圆柱体直径相同，圆台体上端直径为反应器主体（1）外径的1/4～1/2；空心圆柱体与圆台体之间设有隔水挡板，隔水挡板中心开孔，开孔直径为空心圆柱体直径的1/4～1/2。
2.根据权利要求1所述的一种机械搅拌内循环树脂离子交换与吸附反应器，其特征是钟罩形反应槽（4）中设置的涡轮引水搅拌器（5）由涡轮（7）、涡轮上部搅拌桨（8）以及涡轮下部搅拌桨（6）构成，搅拌器转速为2~50r/min；涡轮（7）直径为钟罩形反应槽（4）上部空心圆柱体横截面直径的1/4～1/3，涡轮（7）外缘线速度为0.1～1.5m/s；涡轮上部搅拌桨（8）和下部搅拌桨（6）均由2～6片桨叶组成，搅拌桨桨叶外缘线速度为0.2～2.0m/s。
3.根据权利要求1所述的一种机械搅拌内循环树脂离子交换与吸附反应器，其特征是导流板（9）为空心圆柱体，其轴心与反应器主体（1）一致，其直径为反应器主体（1）直径的1/2～3/4；导流板（9）上端与反应器主体（1）上端平齐，下端距反应器主体（1）底端1.5～2.5m。
4.根据权利要求1所述的一种机械搅拌内循环树脂离子交换与吸附反应器，其特征是，集水堰（12）设置在反应器主体（1）的外壳与导流板（9）之间距顶端下方0.3～0.5m处，集水堰（12）由4～12组集水堰（12）组成，以轮辐形式安装于反应器主体（1）外壳与导流板（9）之间，集水堰（12）采用锯齿形集水堰或孔口集水堰。
5.根据权利要求1所述的一种机械搅拌内循环树脂离子交换与吸附反应器，其特征是，斜管分离器（11）设置在反应器主体（1）的外壳与导流板（9）之间距顶端下方1.5～3.5m处，斜管分离器（11）由单孔直径50mm～80mm的斜管构成，斜管采用PP、UPVC、PE或玻璃钢材质中的一种，斜管倾角45°～60°，斜管管长0.8m～1.2m，斜管表面负荷3～6m3/(m2·h)。
6.根据权利要求1所述的一种机械搅拌内循环树脂离子交换与吸附反应器，其特征是，环形树脂收集斗（10）底距反应器底部0.5～2.0m，环形树脂收集斗（10）的总高为0.5～1.0m，环形树脂收集斗（10）上部环直径为反应器主体（1）直径的1/8～1/4。
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