CN103288174A - 一种经济环保离子交换工艺 - Google Patents

Abstract

本发明离子交换工艺由5支或5支以上离子交换柱组成，前柱出水管和后柱进水管相接，最后柱的出水管和最前柱的进水管相接形成一个封闭系统。离子交换过程由两柱(或以上)形成一组，前柱工作，后柱起保护作用。当前柱吸附饱和后即退出离子交换过程，由后柱及后柱的下一柱形成两个柱为一组的交换与保护的离子交换工作状态，交换过程如此类推；吸附饱和的柱子等待再生，再生过程由三柱(或以上)形成一组，前两柱工作，第三柱起保护作用。当再生完成后即退出，并立即由第四柱与前两柱重新组成一组进行工作，如此类推；再生完成的交换柱即可作为吸附柱使用，吸附与再生同时进行，首尾相接，周而复始。

Description

一种经济环保离子交换工艺

技术领域

本发明涉及一种有机胺废水的处理工艺，用离子交换法回收废水中的有机胺，是一种经济、高效、环保的离子交换工艺。

背景技术

常规离子交换工艺存在以下缺点：

（1）树脂工作交换容量远小于其饱和交换容量，造成树脂利用率低；

（2）阳离子树脂再生需过量的盐酸或硫酸，排放时还需要用碱中和，造成盐酸或硫酸及碱的用量过大，并且会带来污染环境；

（3）阴离子树脂再生时，需要用过量的氢氧化钠，与(2)相似，排放时还需要用酸中和，造成碱及盐酸或硫酸的用量过大，且带来污染环境；

（4）如果离子交换用于再生液中回收产品时，由于阳离子树脂再生过程使用过量HCl或H₂SO₄，给后续用阴树脂提纯带来阴树脂利用率降低的问题。

以某含碱性有机胺废水用离子交换工艺回收有机胺（MOH）为例，其过程说明如下：

        阳离子吸附：R-H + MOH → R-M + H₂O

        再生：R-M + HCl(过量) → R-H + MCl(HCl)

        中和：MCl(HCl) + NaOH → MCl + NaCl + H₂O

        阴离子还原：R-OH + MCl(NaCl) → R-Cl + MOH(NaOH)

        阴离子再生：R-Cl + NaOH(过量) → R-OH + NaCl + NaOH

        中和：NaCl + NaOH + HCl → NaCl(排放)

        本发明工艺通过巧妙设计后可克服上述缺点，交换过程中大大减少过量酸碱的用量，是一种经济、高效环保的离子交换工艺。这方面内容将在发明内容中详述。

发明内容

本发明是一种经济环保的离子交换工艺，离子交换柱由5支(或以上)组成，通过特殊安排的水流方向与在线分析仪器的控制，达到了经济、高效和环保工艺处理要求。本发明工艺包括：①阳离子吸附操作过程与控制；②阳离子再生过程与控制；③阴离子吸附操作过程与控制；④阴离子再生过程与控制。

在以下举例细述中，本发明内容不受其具体工艺说明的限制，下述具体工艺说明只是体现本发明的思想而已。

在阳离子、阴离子交换与阳离子、阴离子再生过程中，如果交换柱中树脂即将达到工作交换容量，出水pH值或COD或电导将会有一个突变，根据这一特点，在出水和再生液出水管道上安装在线pH计，在线COD仪，在线电导仪来控制出水质量。

离子交换工艺流程图中A₁、B₁、C₁、D₁、E₁为在阴、阳树脂吸附与阴、阳树脂再生倒换时用于排尽交换柱存水的自动阀。

A₅、B₅、C₅、D₅、E₅为备用自动阀，在阴、阳树脂吸附与再生倒换时用于排尽交换柱存水的进气阀。

通过自动阀A₂、B₂、C₂、D₂、E₂开关配合，可控制进水进入柱A或柱B或柱C或柱D或柱E及或它们的组合。

通过自动阀A₇、B₇、C₇、D₇、E₇开关配合，可控制经过吸附交换后的进水即出水从柱A或柱B或柱C或柱D或柱E及或它们的组合经出水总管排放。

通过自动阀A₄、B₄、C₄、D₄、E₅开关配合，可控制再生液进入柱A或柱B或柱C或柱D或柱E及或它们的组合。

通过自动阀A₈、B₈、C₈、D₈、E₈开关配合，可控制再生液的出水从柱A或柱B或柱C或柱D或柱E及或它们的组合经再生液出水总管排放。

1 阳离子交换过程与控制

        阳离子交换柱中树脂初始为H态。

自动阀A₂开启，B₂、C₂、D₂、E₂关闭，进水进入柱A，经A₆出来从B₃进入柱B，出水由柱B顶部经B₇到出水总管，外排。在此，阳离子交换过程中，柱A、柱B二柱为一组：柱A工作，柱B保护，柱A顶部出口装有线pH计或在线COD仪或在线电导仪等，当某仪表值出现突跃后，柱A的进水自动阀A₂关闭，这时柱A处于工作吸附饱和状态，即柱A退出交换吸附待再生，由于此时柱B处于不饱和状态，出水质量得到了保障。

柱A退出后，立即由柱B与柱C二柱组成一组：柱A的进水自动阀A₂关闭，同时进水阀B₂开启，C₂、D₂、E₂ 、A₂关闭，进水进入柱B，经B₆出来从C₃进入柱C，出水由柱C顶部经C₇到出水总管，外排。

同理，后面的吸附交换过程可由柱C和柱D；柱D和柱E；柱E和柱A两两形成一组离子交换组合，前柱吸附，后柱保证出水质量。

由上述过程可知，在离子交换过程中5个交换柱形成了一个封闭循环。

2 阳离子再生过程与控制

       吸附时两柱形成一组，而再生时三柱形成一组。柱A、柱B、柱C吸附饱和后再生开始：开A₅、 B₅、 C₅排空阀经A₁、 B₁、 C₁排尽柱A、柱B、柱C中残存的进水，排尽残存的进水后关A₅、 B₅、 C₅ 、A₁、 B₁、 C₁自动阀，自动阀A₄开启，B₄、C₄、D₄、E₄关闭，再生液进入柱A，经A₆出来从B₃进入柱B，经B₆出来从C₃进入柱C，再生液出水由柱C顶部经C₈到再生液出水总管，外排。在此阳离子再生过程中，柱A、柱B、柱C三柱为一组：柱A、柱B再生，柱C保护。

柱A顶部出口装有线pH计或在线COD仪或在线电导仪等，当某仪表值出现突跃后，柱A的再生进水自动阀A₄关闭，这时柱A处于再生交换完成状态，即柱A退出再生，由于此时柱B、柱C处于不饱和状态，再生液出水质量得到了保障。

柱A退出后，立即由柱B、柱C与柱D三柱组成一组：柱A的再生液进水自动阀A₄关闭，同时再生液进水阀B₄开启， C₄、D₄、E₄ 、A₄关闭，再生液进水进入柱B，经B₆出来从C₃进入柱C，经C₆出来从D₃进入柱D，出水由柱D顶部经D₈到出水总管，外排。

同理，后面的交换过程可由柱C、柱D与柱E；柱D、柱E与柱A；柱E、柱A与柱B三三形成一组再生组合，前二柱再生，最后一柱保证再生液出水质量。

由上述过程可知，5个离子交换柱(或以上)串联在一起并首尾相连，即它们形成了一个封闭循环体系。

通过自动阀控制，柱A再生完成后退出再生过程并作为交换柱待用，这样就形成了二柱在进行离子交换过程，三柱在进行再生过程，首尾相接，依次推进。这是本发明的重要内容之一。

3 阴离子交换过程与控制

         阴离子交换柱中树脂初始为OH态。

自动阀A₂开启，B₂、C₂、D₂、E₂关闭，进水(此时进水指的是：经过上述1交换和2再生过程的再生液出水)进入柱A，经A₆出来从B₃进入柱B，出水由柱B顶部经B₇到出水总管，总管出水即为回收的产品。在此，阴离子交换过程中，柱A、柱B二柱为一组：柱A工作，柱B保护：柱A顶部出口装有线pH计或在线COD仪或在线电导仪等，当某仪表值出现突跃后，柱A的进水自动阀A₁关闭，这时柱A处于工作吸附饱和状态，即柱A退出交换吸附待再生，由于此时柱B处于不饱和状态，出水质量得到了保障。

柱A退出后，立即由柱B与柱C二柱组成一组：柱A的进水自动阀A₂关闭，同时进水阀B₂开启， C₂、D₂、E₂ 、A₂关闭，进水进入柱B，经B₆出来从C₃进入柱C，出水由柱C顶部经C₇到出水总管，外排。

同理，后面的交换过程由柱C与柱D; 柱D与柱E；柱E与柱A两两形成一组交换组合，前柱吸附，后柱保证出水质量。

由上述过程可知，在离子交换过程中5个交换柱形成了一个封闭循环。

4 阴离子再生过程与控制

        吸附时二柱形成一组，而再生时三柱形成一组。柱A、柱B、柱C吸附饱和后再生开始：开A₅、 B₅、 C₅排空阀经A₁、 B₁、 C₁排尽柱A、柱B、柱C中残存的进水，排尽残存的进水后关A₅、 B₅、 C₅ 、A₁、 B₁、 C₁自动阀，自动阀A₄开启，B₄、C₄、D₄、E₄关闭，再生液进入柱A，经A₆出来从B₃进入柱B，经B₆出来从C₃进入柱C，再生液出水由柱C顶部经C₈到再生液出水总管，外排。在此阴离子再生过程中，柱A、柱B、柱C三柱为一组：柱A、柱B再生，柱C保护。

柱A顶部出口装有线pH计或在线COD仪或在线电导仪等，当某仪表值出现突跃后，柱A的再生进水自动阀A₄关闭，这时柱A处于再生交换完成状态，即柱A退出再生，由于此时柱B、柱C处于不饱和状态，再生液出水质量得到了保障。

柱A退出后，立即由柱B、柱C与柱D三柱组成一组：柱A的再生液进水自动阀A₄关闭，同时再生液进水阀B₄开启， C₄、D₄、E₄ 、A₄关闭，再生液进水进入柱B，经B₆出来从C₃进入柱C，经C₆出来从D₃进入柱D，出水由柱D顶部经D₈到出水总管，外排。

同理，后面的交换过程可由柱C、柱D与柱E; 柱D、柱E与柱A；柱E、柱A与柱B三柱形成一组再生组合，前二柱再生，最后一柱保证再生液出水质量。

 经过上述工艺设计，从理论上讲，交换过程不需要过量的酸或碱，做到了即经济又环保。

附图说明

附图1为离子交换过程工艺流程图。

附图2为1号柱离子交换过程中COD随排水量的变化趋势图。

附图3为2号柱离子交换过程中COD随排水量的变化趋势图。

具体实施方式

 以1号柱、2号柱的吸附为例，某有机胺废水的COD为1.96×10⁴mg/L，其中的有机胺会对生化产生不利影响，不宜直接利用生化反应降解COD。可利用本发明离子交换树脂工艺进行有机胺的吸附，回收其中的有机胺，经吸附后的出水再进入生化系统进行微生物降解，处理效果十分理想。

取一定量的阳离子交换树脂，放到交换柱中，通入废水，每流出150mL检测不同阶段的COD值变化。

实验结果数据表

        由附图数据曲线图可以看出，当1号柱吸附接近饱和时，出水COD有一个突变点，COD迅速上升；结合表中出水pH的变化，可知在吸附接近饱和时，出水pH也开始变大，因此可根据出水COD和pH两个指标来判断吸附是否达到饱和。

当1号柱吸附接近饱和，COD上升并超出有关指标时，2号柱的出水依然可以达到指标，主要起保护1号柱出水的作用。

当1号柱吸附饱和停止工作后，原水直接进2号柱，此时，3号柱便起了保护2号柱的作用，以此循环进行工作。

Claims (7)

1.本发明公开了一种经济环保的离子交换工艺，其特征在于：

     本离子交换工艺由5支或5支以上离子交换柱组成，首尾相接形成一个封闭的系统。

2.离子交换过程由两柱(或以上)形成一组，前柱工作，后柱起保护作用；当前柱吸附饱和后退出，立即由后柱及后柱的下一柱又形成二个柱为一组进行离子交换工作；如此类推。

3.再生过程由三柱(或以上)形成一组，前两柱工作，后一柱子起保护作用；当前柱再生饱和后即退出，并立即由第三柱的下柱与前两柱重新组成一组进行工作；如此类推。

4.吸附由两柱组成，再生由三柱组成，整个系统形成前两柱在吸附，后三柱在再生，再生的第一个柱完成后退出即可作为吸附柱，这样，吸附与再生同时进行，首尾相接，周而复始。

5.在吸附、再生变换前需排尽柱中存水。

6.排出的进水作为进水使用，排出的再生液作为再生液进水使用。

7.在阳离子、阴离子交换与阳离子、阴离子再生过程中，如果交换柱中树脂即将达到工作交换容量，出水pH值或COD或电导将会有一个突变，根据这一特点，在出水和再生液出水管道上安装在线pH计，在线COD仪，在线电导仪来控制出水质量。

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