CN105858809B - 一种离子交换树脂连续再生装置及离子交换树脂连续再生方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离子交换树脂连续再生装置及离子交换树脂连续再生方法，属于树脂再生技术领域。本发明的再生装置在同一个塔床内设置反洗、再生置换、慢洗、洗净等不同的功能区段，树脂流动经过这些功能区从而完成相应的反洗、再生置换、慢洗、洗净等步骤，本发明中不同阶段再生废水被充分重复利用，相比传统再生方式有很的大节水优势，大大减少水的消耗量，节省成本。在再生过程中，再生液与树脂逆向流动接触，使含有不同浓度再生剂的再生液与不同再生程度的树脂接触反应直至被排出，再生剂利用率高，耗量小，节约成本且再生废药排放量少。
Description
技术领域
本发明属于树脂再生技术领域，更具体地说，涉及一种离子交换树脂连续再生装置及离子交换树脂连续再生方法。
背景技术
离子交换树脂是带有官能团(有交换离子的活性基团)、具有网状结构、不溶性的高分子化合物，通常是球形颗粒物。离子交换树脂中化学活性基团的种类决定了树脂的主要性质和类别。首先区分为阳离子树脂和阴离子树脂两大类，它们可分别与溶液中的阳离子和阴离子进行离子交换。阳离子树脂又分为强酸性和弱酸性两类，阴离子树脂又分为强碱性和弱碱性两类。在净水处理技术领域经常通过阳离子交换树脂和阴离子交换树脂来去除水中的阳离子和阴离子，进而对水进行纯净化处理，但是随着使用时间的延长及使用次数的增加，当阳离子和阴离子树脂吸附饱和后，就失去了继续吸附离子的能力，此时必须利用再生液对阳离子和阴离子树脂进行再生处理后，才能恢复其吸附能力。
离子交换树脂再生通常发生在树脂厂出厂时的转型再生或者离子交换系统的运行失效后再生。离子交换树脂的再生方式主要分为顺流再生和逆流再生两种。顺流再生时原水与再生液流过交换剂层的方向相同。因此在再生液流过交换剂层时首先接触到的是交换剂层上部完全失效的已包含上部交换剂层被置换出来的离子，影响交换剂层下部的再主度(再生度指离子交换剂层中已再生离子量与全部交换容量的比值)，造成处理水质降低、再生剂耗量增加。逆流再生时原水从交换器上部进人与再生液的方向相反，由于逆流再生方法相比顺流再生的方法具有再生高质量，再生效果好等优点，成为常用的再生方法，但是现有的逆流再生设备结构复杂，再生时间较长，再生效率低且再生成本高，药品消耗量高，废水产生量大。例如，中国专利申请号为201410264988.2，申请公布日为2014年8月27日的专利文件公开了一种离子交换树脂的体外逆流再生工艺，按以下步骤进行：A.在生产软水的同时，从离子交换器下部连续排出失效的树脂；B.失效树脂经喷射输送进入收集罐，输送液从收集罐的上部排出，失效树脂从收集罐的底部排出，进入再生罐；C.向再生罐下部通入再生液，失效树脂进行逆流再生，再生树脂从再生罐的底部排出，进入清洗罐；D.从清洗罐的下部进水，反向清洗掉再生树脂上残留的再生液，清洗后的再生树脂从清洗罐底部排出，经喷射输送回到离子交换器。又如，中国专利申请号为201520285410.5，申请公布日为2015年9月30日的专利文件公开了一种吸附树脂逆流清洗装置，包括吸附树脂清洗罐，吸附树脂清洗罐上部设有树脂进口、排液口和排气口，吸附树脂清洗罐下部设有树脂排出口、进液口、和出液口，吸附树脂清洗罐上端还装有转动轴和用于驱动转动轴转动的驱动装置，转动轴的下端连接转动叶片；吸附树脂清洗罐的罐体外侧还设有两对超声波发生器。
传统的再生方式为在一个再生容器内分批次，依次按照反洗、注药(再生置换)、慢洗、清洗一步一步进行再生。存在以下问题：1.再生步骤复杂；2.再生剂利用率低，药剂浪费严重；3.再生耗水量大，不但需要大量的用水费用，再生废水处理同样也需要花费很大的费用；4.通常完成一次再生需要花较长的时间，再生时间效率低。因此需要研究一种经济实用的树脂连续再生装置。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有的树脂逆流再生装置均存在结构复杂、占地面积大、再生效率低、经济效益差等问题，本发明提供一种离子交换树脂连续再生装置及离子交换树脂连续再生方法，在同一个塔床内设置反洗、再生置换、慢洗、洗净等不同的功能区段，树脂流动经过这些功能区从而完成相应的反洗、再生置换、慢洗、洗净等步骤，提高再生剂的利用效率，减少水耗和废水排放、节约成本。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种离子交换树脂连续再生装置，包括罐体、树脂注入口、反洗水进水口、进药口、清洗水排出口、树脂排出口、清洗进水口和再生废液排出口，所述的再生废液排出口设置在罐体的顶部，所述的树脂注入口设置在罐体的上部，所述的进药口设置在罐体的中部，所述的反洗水进水口设置在树脂注入口和进药口之间，所述的树脂排出口设置在罐体的下部，所述的清洗水排出口设置在进药口和树脂排出口之间，所述的慢洗水进出口设置在进药口和清洗水排出口之间，靠近清洗水排出口的位置，所述的清洗进水口设置在罐体的底部。
优选地，所述的反洗水进水口与罐体顶部之间的区域为树脂反洗区，其高度H1为0.6～1.2m；所述的树脂注入口距离反洗水进水口的高度H2＝H1/3，树脂反洗区的上部还设有树脂层高检测装置。
优选地，所述的进药口与反洗水进水口之间的区域为再生置换区，其高度H3＝LV1*T1，其中，LV1为树脂注入罐体的线性流速，T1为树脂在再生置换区内的停留时间。
优选地，所述的清洗水排出口距离进药口之间的区域为慢洗区，其高度H4＝SRV*V1/V4，其中，SRV为慢洗区内树脂的慢洗水量，V1为树脂注入罐体的体积流速，V4为慢洗区内水的体积流速。
优选地，所述的清洗水排出口距离罐体底部的区域为树脂洗净区，其高度H5为0.6～1.5m。
优选地，所述的树脂反洗区的直径D1与再生置换区的直径D满足以下关系：D1≤D。
优选地，当再生液需要加热时，在慢洗区的下部设置慢洗进水口，慢洗进水口位置在清洗排水口上方。
优选地，当再生废液的流量满足树脂反洗区的反洗流量要求时，反洗水进水口的进水流量为0。
优选地，当树脂洗净区中的水流速和慢洗区中的水流速相等时，清洗水排出口的出水流速为0，慢洗区和树脂洗净区合二为一，以树脂洗净区命名。
上述的离子交换树脂连续再生装置用于再生树脂的方法，其步骤为：
(1)启动连续再生装置：
注满待再生的失效树脂至再生置换区上部高度后停止补入树脂；按照传统再生模式从连续再生装置底部清洗进水口注入再生剂和水，依次经过反洗、注药、慢洗步骤，并根据树脂再生时的反洗流速、再生剂量、再生液浓度、再生液注药流速、慢洗和洗净水量等参数来确定每一步骤的流速、注药量、注药浓度以及时间等参数，所有再生废液从罐体上部再生废液排出口排出；当慢洗步骤完成后系统开始按正常清洗进水量对树脂进行清洗；调整清洗进水和清洗排水流量至设计正常范围；根据慢洗水水量需求，调整清洗水排水流量，使得一部分清洗水从清洗水排水口排出，一部分满足慢洗流量需求的清洗水进入慢洗区作为慢洗水继续向上运行；在正式启动清洗水进水的同时再生注药即可同时启动，即从进药口按照设计的进药流速注入再生剂；当清洗水进水总流量达到树脂洗净区树脂洗净需求量又或者是通过树脂排出点仪表检测树脂已洗净时，再生树脂即可排出，同时，待再生树脂持续补入，树脂反洗正式启动，连续再生装置正式进入连续再生状态；
(2)连续再生过程：
(2.1)树脂补入及运行：失效树脂由树脂注入口补入，并缓慢向下部运行，自上而下分别经过树脂反洗区、再生置换区、慢洗区、树脂洗净区最终完成再生后从树脂排放口排出；在树脂反洗区内通过树脂层高检测装置检测树脂的实际高度并以此控制树脂的补入和排出速度，失效树脂注入的线性流速控制在0.5m/Hr-5m/Hr(主罐体内流速，不含反洗区)之间；
(2.2)反洗进水和排水：反洗水从反洗水进水口注入，和再生废液混合在一起成为反洗水，对注入的树脂进行反洗后从顶部再生废液排出口排出，反洗水在反洗区中的线性流速控制在10～15m/Hr之间；
(2.3)再生注药：当停止从清洗进水口注入再生剂后开始由进药口注入再生剂，与上行的慢洗水混合成再生液后向上部缓慢运行并对再生置换区的树脂进行再生，直至进入树脂反洗区和反洗进水混合并对新注入的失效树脂反洗后从再生废液排出口排出，再生液在再生置换区的线性流动速度控根据树脂的再生流速及树脂注入速度不同，一般制在1～8m/Hr之间；
(2.4)清洗进水和排水：清洗进水自树脂洗净区下部清洗进水口注入，向上部运行对树脂进行清洗，到达树脂洗净区顶部时，根据慢洗水水量需求，一部分清洗水进入慢洗区，作为慢洗水继续上行，对树脂进行慢洗，多余的清洗水从清洗水排出口排出，慢洗水和清洗水在罐体中的线性流速分别控制在1～8m/Hr和2～50m/Hr之间。
本发明的再生装置详细结构说明如表1所示：
表1本发明中的树脂连续再生装置的配置说明
本发明的再生装置的各部分的运行功能说明如下：
(1)树脂补入及运行：失效树脂由树脂注入口101从反洗区1中部补入，并缓慢向下部运行，自上而下分别经过树脂反洗区1、再生置换区2、慢洗区3、树脂洗净区4最终完成再生后由树脂排出口402排出。
(2)反洗进水和排水：反洗水从树脂反洗区1底部由反洗水进水口102注入，和再生装置中再生置换区2中由下向上流动的再生置换废药混合在一起成为反洗水，对注入的树脂进行反洗，最后从顶部再生废液排放口6排出。
(3)再生注药：再生剂由设置在再生置换区2底部的进药口201注入，和来自慢洗区3上行的慢洗水混合成再生液，然后缓慢向上部运行，对再生置换区2内部的树脂进行再生，最后成为再生置换废药进入反洗区。
(4)清洗进水和排水：清洗进水由设置在树脂洗净区4下部的清洗水进水口5注入，向上部运行对树脂洗净区4内的树脂进行清洗，到达树脂洗净区4上部时，一部分清洗水从清洗水排出口401排出，另一部分清洗水进入慢洗区3，作为慢洗水继续上行，对树脂进行慢洗；而从清洗水排出口401排出的水可以通过加压后优先用于反洗进水。
(5)树脂反洗区1：失效树脂从此区域内补入，树脂和流速相对较快的反洗水逆向接触，完成反洗步骤，树脂中污染物杂质可被有效去除。并且由于反洗水是由再生置换区的废液和反洗进水混合而成，含有一定浓度的再生剂。此时的树脂在完成反洗的同时，也可利用反洗水中的低浓度药剂完成部分再生，并消耗掉反洗水中的再生剂，使得反洗水中药品浓度降到最低后作为再生废液排放。(应用在阴、阳离子树脂用酸碱再生的系统当中时可以通过检测再生废液排放PH的方式来控制再生剂注入量，以达到再生剂利用率最高的效果。)
由于本再生装置的应用成败与否和装置内树脂层高度的控制有着极其密切的关联，因此本设计将树脂层高检测作为一项重要配置设置在本装置当中。
(6)再生置换区2：树脂进入再生置换区后在自上而下的运行过程中和再生液发生逆向流动接触，树脂越往下运行，接触到的再生液中再生剂浓度和纯度越高，树脂完成的再生比例越大；而再生液则是越向上运行，接触到的树脂失效程度越高，再生液中再生剂被逐步消耗直至浓度降到极低水平。在进药处(进药口201上方位置)，此时，因为经历之前的逐步再生过程，树脂已几乎完全被再生；而在此处，树脂处于浓度最高最纯净的再生液当中，确保树脂可达到最佳再生效果。
(7)慢洗区3：在树脂在向下移动过程中，当越过进药口时，树脂即进入慢洗区；此时的树脂已经完成再生置换，但树脂内部和周围的水中含有很高浓度的再生剂。在慢洗区3中树脂和慢洗水发生逆向运行接触；在慢洗水的清洗作用下，树脂中所含的再生剂含量逐步降低，树脂被逐步洗净；
(8)树脂洗净区4：通常情况下树脂再生后需要使用一定的清洗水量来将树脂洗净，而慢洗水由于流量较小，往往不能满足树脂完全洗净的要求。因此通常在慢洗之外还需要对树脂进行加强清洗，因此需要在此设置树脂洗净区4。在洗净区4内树脂和大流量的清洗水发生逆向运行接触，直至被完全洗净后排出再生装置(应用在阴、阳离子树脂用酸碱再生的系统当中时可以通过检测树脂排出点上方清洗水的PH的方式来确认树脂被洗净的程度，同时也可以防止清洗水过量或不足，从而达到最佳的节水及清洗效果)。
(9)当待再生树脂进行再生时需要对再生液进行加热时，本发明的树脂再生装置需要在慢洗区底部设置慢洗进水口301。再生时，清洗水全部从清洗水排出口401排出；从慢洗进水口301注入经过加热的慢洗水，并同时对从进药口201注入的再生剂进行加热。
(10)当树脂洗净区4中的水流速和慢洗区3中的水流速相等时，清洗水排出口401可以取消，慢洗区3和树脂洗净区4合二为一。
(11)本发明的离子交换树脂连续再生装置可以通过缩小树脂反洗区的直径的方法来提高再生废液进入树脂反洗区的线性流速从而减少反洗水进水流量，当再生废液进入反洗区时线性流速可以达到反洗流速需求时，在此情况下，反洗进水口102则可以取消，此时可按照直径的不同来对再生置换区和反洗区进行区分。
本发明中再生装置设计的重要参数如表2所示：
表2本发明中再生装置的重要参数设计
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明在同一个塔床内实现了反洗、再生置换、慢洗、洗净不同功能的集合，树脂流动经过这些功能区从而完成相应的反洗、再生置换、慢洗、洗净等步骤，相比于传统再生方式，单位时间内可再生树脂量更大，在再生过程中，再生液与树脂逆向流动接触，使不同浓度的再生液与不同再生程度的树脂接触反应(再生程度最高的树脂和最高浓度再生液接触，再生程度最低的树脂和最低浓度再生液接触)直至被排出，再生剂利用率高，耗量小，节约成本且再生废药排放量少；
(2)本发明在树脂再生和洗净过程中，总是用最干净的水清洗最干净的树脂，而含药量较高的水被用于清洗含药量更高的树脂，可达到最佳的清洗效果；同时可以做到不同阶段的水被重复利用(清洗水出水作为慢洗水的水源，慢洗水出水作为注药稀释用水，再生废液被用作对树脂进行反洗，整个过程中不但水本身被重复利用，水中含有的药剂也得到最大限度的回收利用)，相比传统再生方式有很大的节水优势，大大减少水的消耗量，节约用水成本；
(3)本发明中，由于再生废水及废药排放量少，因此，在再生废液的处理上所需要花的成本也大大降低；
(4)本发明中，再生过程中的反洗、再生置换、慢洗、洗净几个步骤在塔内同时进行，再生时间效率变高；
(5)本发明的再生装置与结合离子交换系统应用时，树脂再生时离子交换塔本身可持续采水，可以避免塔床中树脂整体失效的情况，产水水质更有保证，可大大减少树脂量，与之同时，投入成本、空间可相应减小；
(6)本发明中可通选用合理的运行流速以及过对各功能区的直径、高度进行合理的设计调整，达到结构最简单、再生效果最好、耗水耗药量最低的效果。
四、附图说明
图1为本发明中树脂再生装置的基本结构示意图；
图2为本发明中树脂再生时再生液需要加热时的再生装置结构示意图；
图3为本发明的慢洗区中的水流速等于树脂洗净区中的水流速时取消清洗水排水的装置结构示意图；
图4为本发明中取消反洗水进水的结构示意图；
图5为本发明中取消反洗水进水和清洗水排水的结构示意图；
图6为实例1中所采用的系统设计结构示意图；
图7为本发明的再生装置与浮式床离子交换系统组合应用时的结构示意图；
图8为实例2中本发明的再生装置与浮式床离子交换系统组合应用时的结构示意图；
图9为实例3中本发明的再生装置作为多套离子交换系统再生装置集中替代的组合应用时的结构示意图。
图中：1、树脂反洗区；2、再生置换区；3、慢洗区；4、树脂洗净区；5、清洗进水口；6、再生废液排出口；7、树脂层高检测点；101、树脂注入口；102、反洗水进水口；201、进药口；301、慢洗进水口；401、清洗水排出口；402、树脂排出口；8、浮式床离子交换塔；801、出水口；802、再生树脂注入口；803、树脂失效检测点；804、失效树脂排出口；805、进水口；9、离子交换塔；901、离子交换塔进水口；902、离子交换塔树脂排出口；903、离子交换塔树脂注入口；904、离子交换塔出水口。
五、具体应用实施方式
本设计的离子交换树脂连续再生装置主要可用于树脂厂的出厂再生转型；或者和离子交换系统连续一对一配合使用，达到离子交换系统连续运行的效果；又或者作为传统离子交换系统的再生装置集中替代。
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
5.1实施例1
本实施例对一批树脂需要进行再生转型工作，树脂形式为阴离子型树脂，交换容量为1.2eq，使用40％(质量分数)的NaOH再生剂，每天需要转型生产250m3离子交换树脂。
表3本实施例中离子交换树脂主要技术设计参数：
表4本实施例中离子交换树脂连续再生装置设计参数：
根据上述计算，可以选用如附图1所示的连续离子交换装置进行再生，包括罐体、树脂注入口101、反洗水进水口102、进药口201、清洗水排出口401、树脂排出口402、清洗进水口5和再生废液排出口6，再生废液排出口6设置在罐体的顶部，所述的树脂注入口101设置在罐体的上部，进药口201设置在罐体的中部，反洗水进水口102设置在树脂注入口101和进药口201之间，树脂排出口402设置在罐体的下部，清洗水排出口401设置在进药口201和树脂排出口402之间，清洗进水口5设置在罐体的底部，清洗进水口5与进药口201之间设有连通管，再生装置的尺寸设计参数如表4所示。由于本方案设计为使用清洗水排水对补入的树脂进行反洗，因此在附图1所示的再生装置设计基础上增加了清洗水加压泵并将清洗水加压输送到清洗进水管路当中，最终形成了如图6所示的设计。据树脂厂商推荐参数再生操作步骤如下：
连续再生运行：失效树脂由树脂注入口101补入，并缓慢向下部运行，树脂补入的体积流速为25m3/Hr，再生装置直径为3.6m，树脂在连续再生装置主桶体内(反洗区除外)向下运行的线性流速为2.5m/Hr；反洗水从反洗区底部反洗水进水口102注入，和再生置换废药混合在一起成为反洗水，反洗水的线性流速为12.7m/Hr，反洗区直径设计为3.2米，反洗水体积流速为102m3/Hr，其中有23.7m3/Hr的反洗水来自于再生置换废药，78.3m3/Hr来自于清洗排水，树脂反洗区1高度为1.2m；再生剂自进药口201注入，和上行的慢洗水混合成再生液后向上部缓慢运行并对再生置换区的树脂进行再生，再生液浓度为5％，再生液体积流速为23.76m3/Hr，其中稀释进水(慢洗水)体积流速为21.7m3/Hr，其余来自再生药品。再生置换区高度为1.5m，树脂在再生置换区和再生液的接触时间为36分钟，再生剂过量系数为10％，完成再生置换的树脂下行进入慢洗区3；慢洗区的慢洗水流速和稀释水流速相同为21.7m3/Hr，根据树脂资料，该树脂的慢洗水体积为2BV，因此慢洗区3高度为2.3m；树脂经过慢洗区3后进入树脂洗净区4，根据树脂资料，此树脂的快洗(清洗)水量体积为3-6BV，此处按5BV设计，树脂洗净区4设计高度为1.25m，因此树脂的清洗水量为100m3/Hr。清洗水对树脂进行洗净后其中流量21.7m3/Hr的进入了慢洗区作为慢洗水对慢洗区的树脂进行慢洗；而多余的78.3m3/Hr的水则被加压后用于树脂的反洗。
从以上计算可以得出：使用连续再生装置对这些树脂进行再生时再生剂消耗量为33000Kg(40％)，废水排放总量为1000m3，总耗时为10小时。分别相当于使用传统再生方式再生时的0.7倍、0.4倍和0.6倍左右。因此可以看出使用离子交换树脂连续再生装置的节水节药效果十分显著，且再生速度也远快于传统再生方式。
5.2实施例2
本实施例中处理的树脂为某水处理系统阳塔(罗门哈斯1200Na)，处理量为240m3/Hr，水中的阳离子负荷为10mmol/L(即10mol/m3)。
表5实例2离子交换树脂主要技术设计参数：
根据前面参数可以算出：
树脂运行失效的速度为
240m3/Hr*10mol/m3/1.2eq＝2000L/Hr
根据本发明，可以考虑如附图7所示：设计一套阳离子交换系统并配套设计1台再生速度为2000L/Hr的离子交换树脂连续再生装置和来为离子交换系统提供配套再生，组合成一套可不间断运行的连续离子交换系统。
其中连续再生装置详细设计参数如下：
表6实例2离子交换树脂连续再生装置设计参数：
根据上述计算，由于反洗水和清洗水的体积流速分别可设计成和再生液以及慢洗水流速相同，因此，可以选用如图5所示的取消清洗排水和反洗进水的离子交换树脂连续再生装置。即可以将附图7中所示的系统简化成附图8中所示的离子交换塔和连续离子交换装置组合，包括罐体、树脂注入口101、进药口201、树脂排出口402、清洗进水口5和再生废液排出口6，再生废液排出口6设置在罐体的顶部，所述的树脂注入口101设置在罐体的上部，进药口201设置在罐体的中部，树脂排出口402设置在罐体的下部，清洗进水口5设置在罐体的底部，清洗进水口5与进药口201之间设有连通管；浮式床离子交换塔8上设有出水口801、再生树脂注入口802、树脂失效检测点803、失效树脂排出口804和进水口805，进水口位于浮式床离子交换塔8的底部，出水口801位于浮式床离子交换塔8的顶部。
注：如果在设计计算过程发生有清洗水体积流速等于慢洗水体积流速而再生液体积流速小于反洗所需体积流速时则可按照图3所示方案设计；而当清洗水体积流速大于慢洗水体积流速而再生液体积流速等于反洗所需体积流速时则可按照图4所示方案设计。据树脂厂商推荐参数运行及再生操作步骤如下：
离子交换树脂塔在运行过程中，原水从离子交换树脂塔进水口805进入，和离子交换树脂塔8中离子交换树脂发生交换后产水从离子交换树脂塔的出水口801流出。由于原水最先接触到的是进水端的树脂，因此进水端的树脂首先失效，随着离子交换塔的持续运行，树脂失效点逐渐向产水端推进。在本应用中，在离子交换塔的塔身中部设置两个离子交换树脂失效监测点803。当检测到靠近产水端的监测点树脂已经失效时连续再生装置开始启动运行连续再生状态。当检测到靠近进水端的树脂失效监测点的树脂未失效时，连续再生装置暂停运行。通过这种方法始终确保离子交换系统处于有效产水状态，同时确保进水端的树脂被充分交换利用。离子交换树脂连续再生装置的再生能力要求大于等于离子交换树脂塔中的树脂失效速度。
连续再生装置启动时，离子交换树脂塔进水端失效树脂被树脂抽出泵从失效树脂排出口804抽出并注入连续再生装置的树脂注入口101，并缓慢向下部运行，树脂补入的体积流速为2m3/Hr，再生装置直径为0.8m，树脂在连续再生装置主桶体内(反洗区除外)向下运行的线性流速为4m/Hr；连续再生装置的树脂反洗区内1反洗水的线性流速为12m/Hr，反洗区直径设计为0.5米，反洗水体积流速为2.4m3/Hr，反洗水全部来自于再生置换废药，树脂反洗区1高度为1m；再生剂自进药口201注入，和上行的慢洗水混合成再生液后向上部缓慢运行并对再生置换区的树脂进行再生，再生液浓度为4％，再生液体积流速为2.4m3/Hr，其中稀释进水(慢洗水)体积流速为2.16m3/Hr，其余来自再生药品。再生置换区高度为2m，树脂在再生置换区和再生液的接触时间为30分钟，再生剂过量系数为10％，完成再生置换的树脂下行进入慢洗区3；慢洗区的流速和稀释水流速相同为2.16m3/Hr，根据树脂资料，该树脂的慢洗水体积为2BV，因此慢洗区3高度为1.9m；树脂经过慢洗区3后进入树脂洗净区4根据树脂资料，此树脂的快洗水量体积为1-3BV，此处设计为1BV，树脂洗净区4设计高度为1m，因此树脂的快洗水量为2m3/Hr，为满足慢洗水量要求，将清洗水量设计为2.16m3/Hr；树脂在洗净区洗净后再次通过树脂回送泵注入到离子交换树脂塔的产水端中参与运行，同时，新注入的再生树脂将树脂塔内原有树脂推向进水端，确保产水端中充填的始终是完成再生的树脂，确保产水水质。
当使用连续离子交换树脂再生装置配和离子交换树脂配套使用时可以大大的减少系统的设计树脂量，从而使得设备投入成本降低；而在设备运行过程中其再生剂消耗量和耗水量也将远低于使用传统再生方式时的再生剂耗量和耗水量。在本实例中再生剂耗量和耗水量将分别是传统再生方式的1/2和1/4，节水节药效果十分显著。
5.3实施例3
本实施例中处理的是某水处理系统阳塔(罗门哈斯4200Cl)，处理量为500m3/Hr，水中的阳离子负荷为5mmol/L(即5mol/m3)，考虑到再生除硅的问题需要对树脂再生进行加热。
表7实例3离子交换树脂主要技术设计参数：
按照传统的设计可选用的设计为：
设计11套离子交换系统，10用1倍设计，每套树脂量12000L，运行再生周期为24小时。
在本实例中我们推荐的设计方案为用离子交换树脂连续再生装置作为传统离子交换系统再生系统集中替代的方案，如附图9所示。
离子交换系统仍按照，10用1倍设计，每套树脂量12000L，此外设计一套再生能力大于等于整套系统树脂失效速度的离子交换树脂连续再生装置为设计的11套离子交换树脂塔做配套再生。
其再生能力为：500*5/0.5＝5000L/Hr。
表8实例3离子交换树脂连续再生装置设计参数：
根据上述计算，可以选用如附图2所示的连续离子交换装置进行再生，和离子交换系统组成如图9所示的设计组合。包括罐体、树脂注入口101、反洗水进水口102、进药口201、慢洗进水口301、清洗水排出口401、树脂排出口402、清洗进水口5和再生废液排出口6，再生废液排出口6设置在罐体的顶部，所述的树脂注入口101设置在罐体的上部，反洗水进水口102设置在树脂注入口101和进药口201之间，进药口201设置在罐体的中部，慢洗进水口301设置在罐体的中部慢洗区3的下部位置，树脂排出口402设置在罐体的下部，清洗水排出口401设置在进药口201和树脂排出口402之间，清洗进水口5设置在罐体的底部；离子交换系统包括离子交换塔9，离子交换塔9上设有离子交换塔进水口901(顶部)、离子交换塔树脂排出口902(上部)、离子交换塔树脂注入口903(下部)和离子交换塔出水口904(底部)。据树脂厂商推荐参数运行及再生操作步骤如下：
当在运行过程中的套离子交换塔9其中的1套检测到运行失效后，该套离子交换树脂塔停止运行，备用的离子交换塔投入运行；
当前失效的离子交换树脂塔9和离子交换树脂塔连续再生装置通过阀门切换组合成成1对1连续再生循环模式。失效树脂由离子交换塔树脂排出口排出，经树脂抽出泵加压后由离子交换树脂连续再生装置树脂注入口101注入离子交换树脂连续再生装置当中，并缓慢向下部运行，树脂注入的体积流速为5m3/Hr，再生装置直径为1.8m，树脂在连续再生装置主桶体内(反洗区除外)向下运行的线性流速为2m/Hr；反洗水从反洗区底部反洗水进水口102注入，和再生置换废药混合在一起成为反洗水，反洗水的线性流速为12m/Hr，反洗区直径设计为1.4米，反洗水体积流速为15.5m3/Hr，其中有5.5m3/Hr的反洗水来自于再生置换废药，10m3/Hr来自于清洗排水，树脂反洗区1高度为1.2m；再生剂自进药口201注入，和上行的慢洗水混合成再生液后向上部缓慢运行并对再生置换区的树脂进行再生，再生液浓度为2％，再生液体积流速为5.5m3/Hr，其中稀释进水(慢洗水)体积流速为5.3m3/Hr，其余来自再生药品。再生置换区高度为2m，树脂在再生置换区和再生液的接触时间为60分钟，再生剂过量系数为10％，完成再生置换的树脂下行进入慢洗区3；慢洗区的流速和稀释水流速相同为5.3m3/Hr，根据树脂资料，该树脂的慢洗水体积为2BV，因此慢洗区3高度为1.9m；由于本设计树脂再生液需要加热，因此需要设置慢洗进水口301，所有慢洗水从慢洗进水口注入。树脂经过慢洗区3后进入树脂洗净区4，根据树脂资料，此树脂的快洗水量体积为3-6BV，此处按5BV设计，树脂洗净区4设计高度为1m，因此树脂的快洗水量为25m3/Hr，清洗水对树脂完成清洗并从清洗水排出口401提出后，其中有10m3/Hr的清洗水排水可经过加压泵加压后用于对反洗区1树脂进行反洗，5.3m3/Hr的清洗水排水可经过加压加温后作为慢洗水注入慢洗进水口301对慢洗区树脂进行慢洗。完成再生后的树脂经过树脂回送泵加压后输送回到离子交换树脂塔内。
由于离子交换系统在运行失效时其出水端通常仍有很多树脂没有完全失效，在使用此设计时，每次只对离子交换树脂塔内进水端70％左右的树脂进行再生，这样可以确保所有树脂都得到充分利用，降低再生操作运行费用。
在本实例中，初次投入时需要多增加一个离子交换树脂连续再生装置以及用于循环的树脂以及树脂泵；同时，对于每个离子交换树脂塔由于不需要考虑再生，其罐体尺寸可以大幅减小，并且再生的管路和阀门方面的成本也将大幅减少；因此总的来说应用离子交换树脂连续再生装置的离子交换系统，和传统设计的初次投入成本基本相近。但其再生剂耗量和耗水量将分别是传统再生方式的1/2和1/3左右，节水节能效果十分显著。根据计算，应用离子交换树脂连续再生装置的离子交换系统和传统设计相比，1-2年时间内即可节约出整套体统的投入成本，经济效益十分可观。
Claims (9)
1.一种离子交换树脂连续再生装置，其特征在于：包括罐体、树脂注入口(101)、反洗水进水口(102)、进药口(201)、清洗水排出口(401)、树脂排出口(402)、清洗进水口(5)和再生废液排出口(6)，所述的再生废液排出口(6)设置在罐体的顶部，所述的树脂注入口(101)设置在罐体的上部，所述的进药口(201)设置在罐体的中部，所述的反洗水进水口(102)设置在树脂注入口(101)和进药口(201)之间，所述的树脂排出口(402)设置在罐体的下部，所述的清洗水排出口(401)设置在进药口(201)和树脂排出口(402)之间，慢洗水进水口(301)设置在进药口(201)和清洗水排出口(401)之间，靠近清洗水排出口(401)的位置，所述的清洗进水口(5)设置在罐体的底部。
2.根据权利要求1所述的一种离子交换树脂连续再生装置，其特征在于：所述的反洗水进水口(102)与罐体顶部之间的区域为树脂反洗区(1)，其高度H1为0.6～1.2m；所述的树脂注入口(101)距离反洗水进水口(102)的高度H2＝H1/3，树脂反洗区(1)的上部还设有树脂层高检测装置(7)。
3.根据权利要求2所述的一种离子交换树脂连续再生装置，其特征在于：所述的进药口(201)与反洗水进水口(102)之间的区域为再生置换区(2)，其高度H3＝LV1*T1，其中，LV1为树脂注入罐体的线性流速，T1为树脂在再生置换区(2)内的停留时间。
4.根据权利要求3所述的一种离子交换树脂连续再生装置，其特征在于：所述的清洗水排出口(401)距离进药口(201)之间的区域为慢洗区(3)，其高度H4＝SRV*V1/V4，其中，SRV为慢洗区(3)内树脂的慢洗水量，V1为树脂注入罐体的体积流速，V4为慢洗区(3)内水的体积流速。
5.根据权利要求4所述的一种离子交换树脂连续再生装置，其特征在于：所述的清洗水排出口(401)距离罐体底部的区域为树脂洗净区(4)，其高度H5为0.6～1.5m。
6.根据权利要求3所述的一种离子交换树脂连续再生装置，其特征在于：所述的树脂反洗区(1)的直径D1与再生置换区(2)的直径D满足以下关系：D1≤D。
7.根据权利要求2所述的一种离子交换树脂连续再生装置，其特征在于：当再生废液的流量满足树脂反洗区(1)的反洗流量要求时，反洗水进水口(102)的进水流量为0，反洗水进水口(102)可取消。
8.根据权利要求5所述的一种离子交换树脂连续再生装置，其特征在于：当树脂洗净区(4)中的水流速和慢洗区(3)中的水流速相等时，清洗水排出口(401)的出水流速为0，慢洗区(3)和树脂洗净区(4)合二为一。
9.权利要求5中所述的离子交换树脂连续再生装置用于再生树脂的方法，其特征在于，其步骤为：
(1)启动连续再生装置：
注满待再生的失效树脂至再生置换区(2)上部高度后停止补入树脂；按照传统再生模式从连续再生装置底部清洗进水口(5)注入再生剂和水，依次经过反洗、注药、慢洗步骤，并根据树脂技术参数来确定每一步骤的流速、注药量、注药浓度以及时间，所有再生废液从罐体上部再生废液排出口(6)排出；当慢洗步骤完成后系统开始按正常清洗进水量对树脂进行清洗；调整清洗进水和清洗排水流量至设计正常范围，一部分清洗水进入慢洗区作为慢洗水继续向上运行，余下的清洗水从清洗水排出口(401)排出，在正式启动清洗水进水的同时再生注药即可同时启动，即从进药口(201)按照设计的进药流速注入再生剂；当清洗水进水总流量达到树脂洗净区树脂洗净需求量又或者是通过树脂排出点仪表检测树脂已洗净时，再生树脂即可排出，同时，待再生树脂持续补入，树脂反洗正式启动，连续再生装置正式进入连续再生状态；
(2)连续再生过程：
(2.1)树脂补入及运行：失效树脂由树脂注入口(101)补入，并缓慢向下部运行，自上而下分别经过树脂反洗区(1)、再生置换区(2)、慢洗区(3)、树脂洗净区(4)最终完成再生后从树脂排出口(402)排出；在树脂反洗区(1)内通过树脂层高检测装置(7)检测树脂的实际高度并以此控制树脂的补入和排出速度；
(2.2)反洗进水和排水：反洗水从反洗水进水口(102)注入，和上行的再生废液混合在一起成为反洗水，对刚注入的失效树脂进行反洗后从顶部再生废液排出口(6)排出；
(2.3)再生注药：再生剂由进药口(201)注入连续再生装置，与上行的慢洗水混合成再生液后向上部缓慢运行并对再生置换区的树脂进行再生，直至进入树脂反洗区(1)和反洗进水混合并对新注入的失效树脂反洗后从再生废液排出口(6)排出；
(2.4)清洗进水和排水：清洗进水自树脂洗净区(4)下部清洗进水口(5)注入，向上部运行对树脂进行清洗，到达树脂洗净区(4)顶部时，根据慢洗水水量需求，一部分清洗水进入慢洗区(3)，作为慢洗水继续上行，对树脂进行慢洗，多余的清洗水从清洗水排出口(401)排出。
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