CN1039569A - 离子交换部分除盐二氧化碳再生工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明以二氧化碳作为再生剂，再生失效离子交换树脂，从水中部分脱盐或予脱盐。采用国产离子交换树脂为吸附材料，标准部件和普通碳钢为设备材料，简单易行，节省化工原料酸和碱，运行费低，不污染环境，适用于大中小化肥化工企业生产维环冷却水，啤酒酿造用水，及含有高碳酸盐硬度与高强酸盐的原水的予脱盐，该技术还可用于苦咸水的处理和从废水中去除重金属。
Description
本发明属于给水或废水处理领域，尤其涉及离子交换除盐再生方法与设备。
去除水中低浓度盐份国内一般均采用强型树脂作为吸附材料的传统的离子交换工艺，使水部分或全部脱盐满足生产和生活需求。离子交换技术的优点在于保留水中有益物质的同时，能有效地去除水中影响生活饮用和生产应用的各类物质。树脂失效后可以投加再生剂，使之恢复到初始状态。树脂几乎可以无限制地重复使用。其缺点则表现在，用强酸再生阳树脂时，仅H+离子起作用，用强碱再生阴树脂时仅OH-离子起置换反应，再生剂中其余组成部分并未被利用，使再生剂中含盐量增加了一倍。加之，强型树脂对质子和羟基离子的亲和力很小，需要投加比化学计算量高100-200%的再生剂，才能使树脂再生完全。这样既消耗了大量做为化工原料的酸或碱，导致再生剂消耗费用提高，水环境盐碱化，加剧了我国化工酸碱原料的供需紧张局势;同时某些化工企业生产工艺尾气二氧化碳排入大气也污染环境。
国外去除水中低浓盐份的方法基本上也是采用常规离子交换法，与国内一样，也面临着同样的问题和保护水资源的挑战。为了降低复苏离子交换树脂的再生剂用量，近年来主要应用弱型树脂或强型与弱型树脂的组合从水中脱盐。除此而外，还开发了Sul-bisnl法，热再生法和电解水做为再生剂等，目前均处于应用研究阶段，尚未付诸生产实施。
西德自1985年始采用CARIX（用二氧化碳再生离子交换树脂）技术用于再生从饮用水中去除部分硬度和硝酸盐的失效树脂。工艺及设备设计均属西德专利。选用Amberlite IRC-50和IRA 458树脂按5∶6容积比均匀混合组成的离子交换过滤器，以7米/小时流过制水，最大产水量44床体积，原水硬度由10.8毫克当量/升降低到5.4毫克当量/升，硝酸盐由40毫克/升减少到25毫克/升。再生采用逆流操作，二氧化碳在6kg/cm2压力下溶解于原水中制备或再生液贮存于60米3容器中以2.5米/小时流速湍流再生3小时。单位体积树脂洗脱硬度量为237.6毫克当量/升。CARIX生产流程中存在三个缺点：（1）采用了价格昂贵的甲基丙烯酸型树脂;（2）湍流方式再生破坏了树脂的保护层，树脂破损率大;（3）再生液贮存容器过大需用耐高压不锈钢材;（4）局限于处理生活用水。
本发明的目的在于提供一种以二氧化碳作为再生剂，再生失效离子交换树脂，从水中部分脱盐或予脱盐的工艺方法。采用国产离子交换树脂作为吸附材料，国产标准部件和普通碳钢作为设备材料，具有简单易行，投资少，节省化工原料酸和碱、运行费用低，不污染环境的优点。本工艺方法应用于维环冷却水，尤其适用于有二氧化碳来源的工厂企业，大、小、中化肥化工企业，生产维环冷却水;啤酒酿造用水等，以及含有有高碳酸盐硬度与高强酸盐的原水的予脱盐处理。该技术还可应用于苦咸水的处理和从废水中去除重金属。
本发明的主要特征是用二氧化碳再生离子交换树脂从水、废水中除盐、除重金属。采用廉价的丙烯酸型弱酸阳离子交换树脂，苯乙烯强碱Ⅰ型阴离子交换树脂分别从水中部分脱硬除碱去除强酸盐，或采用苯乙烯强碱Ⅰ型阴离子交换树脂与丙烯酸型弱酸阳离交换树脂组合的混合树脂，从水中部分脱硬除碱去除强酸盐。以二氧化碳与水经两级混合器。一级为文吐里式蒸汽喷射器与水混合，二级混合器采用填充具有增大气-水混合的填料的压力罐，使二氧化碳与水在5～6公斤/厘米2压力下充分混合溶解达到饱合，所制备的碳酸溶液对失效树脂进行再生，再生方式采用推流操作使树脂层保持相对稳定，不乱层。
本发明方法是根据离子交换的可逆平衡原理，利用在一定压力下溶解于水中的二氧化碳形成的碳酸电离产物H+与HCO- 3离子的置换反应，使树脂恢复到初始状态。
本发明的技术方案是这样的：利用弱酸阳树脂子单床，强碱阴树脂单床以及由弱酸强碱按1∶1容积比组合的离子交换混床在选定的最佳流速下制水，水质符合维环冷却水补水和啤酒酿造用水要求，并入生产用水系统。树脂耗竭到控制失效点后，利用在一定压力下溶解于水中的二氧化碳经二级混合器充分混合溶解达到饱和后，再以选定以最佳流速推流方式进行再生，使树脂恢复到初始状态，树脂床经反洗后投入制水循环。再生废液通过下水管网直接排入水体。
附图说明：附图为离子交换除盐二氧化碳再生生产装置流程图
[1]、[2]、[3]进、出水阀门，[4]升压泵，[5]、[6]、[7]文吐里混合喷射器，[8]混合罐，[9]离子交换器。
本发明具有的优点在于：
本发明用产价的丙烯酸型Lewatit CNP-80和国产D113与201×7苯乙烯强碱Ⅰ型和D251树脂代替价格昂贵的进口甲基丙烯酸型Amber-Lite IRC-50和IRA458树脂，为本项发明技术在国内推广应用铺平道路。
按本发明的要求，再生过程中二氧化碳气体（压力为6公斤/厘米2）与原水混合制备再生剂系通过文吐里一级混合器混合后再经填充有聚氯乙烯空心球的二级混合器充分混合溶解达到饱和代替CARIX装置中一级混合罐通过泵送循环使二氧化碳达到饱和溶解，其优点是可采用国产标准部件和普通碳钢罐做气-水混合容器。投资少，动力消耗低。
按本发明的方法，再生时以5.6米/时的流速，保持树脂层处于相对稳定器状态下以推流再生方式取代CARIX流程中的湍流再生，从而使每个制水周期中树脂都保持有一定高度的保护层，比在相同二氧化碳压力条件下湍流再生的产水水质提高，单位体积吸附硬度量可达328.6毫克当量/升比CARIX工艺单位体积树脂吸附硬度量237.6毫克当量/升高出近35%。
本发明的优点在于，再生过程中产生的废液不需加酸或/和碱中和，可直接排入水体，不增加水域的盐负荷，同时省去了中和调节池、酸或/和碱贮罐及相应的运输车辆。
本发明的优点还在于，操作安全性好，生产过程对设备腐蚀性很小，免去了防止酸减烧伤事故的劳动保护措施与特殊防腐蚀措施。
实施例1
维环冷却水除盐再生生产装置：由一台交换器、一台二氧化碳混合罐、3只水射混合器、一台原水升压泵组成，交换器直径φ1500，筒体高度H4000，断面面积1.76米2，内装Lewatit CNP-80弱酸阳树脂3米3，床层高度为1.7米。混合罐内装填聚氯乙烯空心球，增加气水混合流程，二氧化碳不设贮罐，直接从管网引用。制水过程中原水通过水泵升压送入离子交换器，以11米/小的经济流速通过离子交换树脂层，原水硬度由5.0毫克当量/升降低到2.5毫克当量/升（50%）;碱度由4.0毫克当量/升减少到1.29毫克当量/升（68%），最大产水量100床体积，产水并入循环冷却水补水系统。再生时，引自管网的压力为6公斤/厘米2的二氧化碳气体通过文吐里一级混合器初步混合，再经二级混合罐进一步混合溶解达到饱和，以5.6米/小时的流速，在树脂层保持相对稳定状态下推流再生，使树脂保持一定高度保护层，提高制水水质。
单位体积树脂洗脱硬度量达321毫克当量/升，再生废液直接排入水体，不需加碱中和。
实施例2
用国产丙烯酸型D113弱酸树脂去除水中硬度和碱度
离子交换柱规格为φ114×H1200，填充3升D113树脂，树脂层高度为82.6毫米，制水流速7±0.2米/小时，原水总硬度由6.6毫克当量/升降低近一半时，最大产水量达到100床体积，当水平均硬度3.7毫克当量/升，碱度1.3毫克当量/升，制水过程硬度脱除45.5%，碱度脱除78%，再生时，压力5.2公斤/厘米2的二氧化碳经气-水混合罐混合达到饱和后以3.2米/时流速保持树脂层相对稳定逆流再生，单位树脂洗脱硬度量为287.5毫克当量/升。再生废液直接排入下水道。
实施例3
用国产D251强碱Ⅰ型阴离子交换树脂脱除水中强酸阴离子。
根据离子交换可逆平衡原理可知，单独用二氧化碳再生阴树脂时需加入适量的碳酸钙来中和反应过程中生成的强酸，提高阴树脂的再生效率。再生时，向配制好的浓度为0.15%的碳酸钙溶液中通入压力为2公斤/厘米2的二氧化碳气体至饱和，以3.2米/时流速逆流再生失效的0.5升D251树旨，3小时，经反洗后，投入制水运行，产水量为60床体积时可去除Ce-离子42.46%，SO2- 4离子91.80%，和NO- 347.56%。碳酸钙投加量以取比理论计算量低为佳，有利于充分利用树脂的有效交换容量。
实施例4
用国产D113弱酸树脂与201×7苯乙烯强碱Ⅰ型阴树脂按容积比1∶1组成的离子交换混床从啤酒酿造用水中部分脱除硬度与硝酸盐。制水流速7.2米/时，最大产水量达100床体积时，硬度平均去除35.7%，硝酸盐去除35.9%，硫酸盐脱除70.1%。
Claims (6)
1、一种用二氧化碳再生离子交换树脂的方法，其特征在于采用丙烯酸型弱酸阳离子交换树脂，苯乙烯强碱I型阳离子树脂分别从水中部分脱硬除碱去除强酸盐，或采用丙烯酸弱酸阳离子交换树脂与苯乙烯强碱I型阴离子交换树脂组合的混合树脂从水中部分脱硬除碱去除强酸盐、以二氧化碳与水经两级混合器，一级为文吐里式蒸汽喷射器，二级混合器采用填充有增大气-水混合填料的压力罐，使二氧化碳与水充分混合溶解达到饱合，所制备的碳酸溶液对失效树脂进行再生，再生方式采用使树脂层保持相对稳定不乱层的推流操作。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于制水的流速为7～12米/小时。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所说的二级混合器压力罐材质为碳钢，填料为聚氯乙烯空心球。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所说的丙烯酸型树脂采用Lewatit CNP-80或国产丙烯酸型D113阳离子交换单床。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所说的混合树脂，采用Lewatit CNP-80或国产丙烯型D113阳离子交换树脂与苯乙烯强碱I型阳离子交换树脂按容积1∶1混合组成混床从水中脱硬除碱去除强酸盐。
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所说的再生方式也可采用逆流方式操作。
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