CN106881159B - 一种离子交换树脂固定床逆流再生装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离子交换树脂固定床逆流再生装置及其使用方法，属于离子交换树脂再生领域。包括旋流分离器、再生反应器、全混式树脂反应器、脱附液储罐和再生剂储罐，旋流分离器置于再生反应器顶部，旋流分离器上部与全混式树脂反应器连通，旋流分离器底部设置有树脂进口；再生反应器内设置有树脂床和树脂过滤器，底部设置有树脂排口和再生剂入口，树脂排口与全混式树脂反应器连通，再生剂入口分别与脱附液储罐、再生剂储罐相连通，再生反应器的一侧还设置有再生剂出口，该再生剂出口与脱附液储罐相连通。本发明能通过分离器、逆流有效地提高树脂再生效率，减少脱附液产量，避免树脂机械磨损，可配套大规模离子交换树脂应用工程。

Description

一种离子交换树脂固定床逆流再生装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及离子交换树脂再生技术领域，更具体地说，涉及一种离子交换树脂固定床逆流再生装置及其使用方法。

背景技术

随着工业化和城市化不断推进，我国的水资源短缺问题日益凸显，水污染防治工作已经是环境治理的重中之重。

离子交换技术在饮用水源水深度处理、再生水回用领域具有广泛的应用。离子交换树脂有效去除水体有机质的同时，对硝酸根、硫酸根、溴离子等有毒害作用的无机离子也有较好的去除效果，与此同时，能够有效地削减水体消毒副产物和生物毒性。

离子交换树脂吸附饱和之后，需要进行脱附再生。目前使用较多的再生方法是将饱和树脂输送至再生系统，沥干水后将树脂和再生剂按一定比例混合，在机械搅拌的作用下完成再生。现有树脂再生方法具有以下弊端：现有再生方法直接将树脂和水抽至再生反应器，树脂浓度一般小于20％，需要沥干80％以上的水体，树脂沥干时间较长，再生效率低下；机械搅拌的再生方式易破碎树脂，降低树脂的使用寿命，且搅拌过程中会形成死角，树脂和再生剂接触不充分，降低脱附效率；再生剂单次使用，产生较多脱附液，增加脱附液处置难度，且运行成本较高等。

经检索，中国专利申请号：2011104268701，申请日：2011年12月19日，发明名称：一种粉体树脂脱附再生反应器，该申请案公开了一种粉体树脂脱附再生反应器，包括反应器、树脂分离器、脱附液储槽、再生树脂输送系统；树脂分离器的一端连接有脱附液排出管，脱附液排出管的另一端与脱附液储槽循环管水射器的吸入口连接，脱附液储槽循环管水射器安装于脱附液储槽循环管上，脱附液储槽循环管上端出口与脱附液储槽连通，下端出口通过脱附液储槽循环泵与脱附液储槽连通；再生树脂输送系统包括全混式树脂反应器、全混式树脂反应器循环管、全混式树脂反应器循环管水射器和全混式树脂反应器循环泵。该申请案能够实现树脂的连续分离再生，但在反应器内部仍采用搅拌器搅拌的再生方式，树脂的使用寿命和脱附效率均受到不利影响。

又如中国专利申请号：2014107002313，申请日：2014年11月28日，发明名称：弹性满室固定床逆流再生离子交换器，该申请案公开了一种弹性满室固定床逆流再生离子交换器，在交换器罐体的两端分别设有运行进水管和运行出水管，罐体中部设有离子交换树脂层，靠近运行进水管一端的罐体内设置为体积补偿层，包括密排在罐体内的若干体积补偿器，该申请案采用固定床形式避免了机械搅拌对树脂再生的破碎影响，并采借助于体积补偿器的作用，保持树脂球内外稳定的离子浓度梯度，能保证较佳的再生和运行流速，但该申请案仍存在树脂脱附液产生量较大、脱附液处置难度高、反应器内部结构复杂、运行成本较高等不足，难以推广使用。

综上所述，目前关于离子交换树脂的再生技术虽然已有公开，但仍缺乏对树脂再生过程的全面调控，导致在树脂再生过程中仍存在多方面不足，如何在保证离子交换树脂再生使用寿命的前提下，全面提高树脂的再生效率，并同时减少脱附液产生是树脂在饮用水、市政污水深度处理领域的一个难题，有必要开发一种全面系统化、高效化、低机械化以及减量化的树脂再生装置。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

针对传统流化床树脂再生装置再生效率低、机械磨损大、脱附液产量大的问题，本发明提供了一种离子交换树脂固定床逆流再生装置及其使用方法，可以对树脂再生过程进行系统全面性调控，减少树脂磨损，提高树脂的再生效率，并同时有效减少脱附液产生，节约处置成本。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种离子交换树脂固定床逆流再生装置，包括旋流分离器、再生反应器、全混式树脂反应器、脱附液储罐和再生剂储罐，旋流分离器置于再生反应器顶部，旋流分离器上部通过进料口与全混式树脂反应器连通，旋流分离器底部设置有树脂进口；再生反应器内由上向下依次设置有树脂床和树脂过滤器，树脂过滤器的两端分别与清水出口、脱附液储罐相连通，再生反应器底部设置有树脂排口和再生剂入口，树脂排口与全混式树脂反应器连通，再生剂入口分别与脱附液储罐、再生剂储罐相连通，再生反应器的一侧还设置有再生剂出口，该再生剂出口与脱附液储罐相连通。

更进一步地，所述脱附液储罐与树脂过滤器相连通的管道上设置有脱附液储罐水射器。

更进一步地，树脂排口与全混式树脂反应器相连通的管道上设置有全混式反应器水射器。

更进一步地，所述旋流分离器上部为圆柱体结构，下部为圆锥体结构，且该圆锥体的锥角为10°～45°。

更进一步地，所述再生反应器为顶部敞口的圆柱体结构，该圆柱体的高径比不超过3:1。

更进一步地，所述再生反应器底部为倒锥体结构，该倒锥体结构的母线与水平面之间的夹角为10°～15°。

更进一步地，所述树脂过滤器为2～4个两端封闭的中空圆柱体，且树脂过滤器与再生反应器径向平行，树脂过滤器外部沿周向紧密缠绕有筛网。

更进一步地，所述再生剂出口上设置有过滤筛网，该过滤筛网的材质为不锈钢绕丝网。

一种离子交换树脂固定床逆流再生装置的使用方法，按照以下步骤进行：

步骤一、将全混式树脂反应器中吸附饱和的树脂和水的混合物排入旋流分离器，树脂富集后进入再生反应器内，剩余水分通过树脂过滤器并从清水出口排出；

步骤二、向再生反应器内注入再生剂储罐中的再生剂或脱附液储罐内的脱附液，再生剂逆流通过树脂床完成树脂再生；

步骤三、树脂再生完成后，将再生反应器中剩余的脱附液沥干，向树脂床注入清水清洗树脂，利用树脂过滤器将清水沥干；

步骤四、将再生反应器产生的树脂排出送入全混式树脂反应器内，完成整个再生过程。

更进一步地，所述树脂床与再生剂的接触时间为10～30min。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种离子交换树脂固定床逆流再生装置，包括相互配合的旋流分离器、再生反应器、全混式树脂反应器、脱附液储罐和再生剂储罐，通过各部件的协同作用，实现了对树脂再生效率、使用寿命、脱附液高效处理等方面的全面调控，保障了树脂再生的全面高效应用，且整体结构简单，设计合理，适宜广泛推广。

(2)本发明的一种离子交换树脂固定床逆流再生装置，树脂再生采用固定床的方式，树脂是固定不动的，没有机械磨损，且树脂输送借助水力实现，有效地避免了树脂搅拌再生过程中的机械磨损。

(3)本发明的一种离子交换树脂固定床逆流再生装置，通过旋流分离器实现了树脂和水的快速分离，有效地提高了树脂的再生效率。

(4)本发明的一种离子交换树脂固定床逆流再生装置，将树脂脱附液进行套用，实现脱附液减量化，节约了运行成本。

(5)本发明的一种离子交换树脂固定床逆流再生装置，采用逆流再生的方式，有效地提升了树脂再生效果。

(6)本发明的一种离子交换树脂固定床逆流再生装置，易于实现自动化，可配套大规模离子交换树脂应用工程。

附图说明

图1是本发明的一种离子交换树脂固定床逆流再生装置的结构示意图。

图中标号为：1、旋流分离器；2、再生反应器；3、全混式树脂反应器；4、脱附液储罐；5、再生剂储罐；6、树脂床；7、清水入口；8、清水出口；9、树脂过滤器；10、进料口；11、溢流口；12、树脂进口；13、再生剂出口；14、再生剂入口；15、脱附液储罐水射器；16、脱附液储罐循环泵；17、再生剂泵；18、全混式反应器水射器；19、全混式反应器循环泵；20、树脂排口。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

如图1所示，本实施例的一种离子交换树脂固定床逆流再生装置，包括旋流分离器1、再生反应器2、全混式树脂反应器3、脱附液储罐4和再生剂储罐5，旋流分离器1置于再生反应器2顶部，旋流分离器1顶部设置有溢流口11，旋流分离器1上部通过进料口10与全混式树脂反应器3下端相连通，进料口10与旋流分离器1相切，利用水压将全混式树脂反应器3内的树脂和水输送至旋流分离器1，利用离心力实现固液分离。旋流分离器1底部设置有树脂进口12，树脂即是通过树脂进口12进入再生反应器2内，剩余水体从溢流口11排出。

本实施例中旋流分离器1上部为圆柱体结构，下部为圆锥体结构，且该圆锥体的锥角为10°，便于对内部物料的流动导向，利于树脂的富集，旋流分离器1的内衬为橡胶等耐磨材质。再生反应器2的上部和下部还分别设置有清水入口7和清水出口8，再生反应器2内由上向下依次设置有树脂床6和树脂过滤器9，树脂过滤器9的两端分别与清水出口8、脱附液储罐4相连通，再生反应器2底部设置有树脂排口20和再生剂入口14，树脂排口20与全混式树脂反应器3连通，再生剂入口14分别与脱附液储罐4、再生剂储罐5相连通，其中再生剂入口14通过再生剂泵17与再生剂储罐5相连通。再生反应器2的一侧还设置有再生剂出口13，该再生剂出口13与脱附液储罐4相连通。具体地，如图1中管道连接所示，本实施例中全混式树脂反应器3的一侧设置有第一循环管道，进料口10与第一循环管道相连通，该第一循环管道的上端通过全混式反应器循环泵19与全混式树脂反应器3上部相连通，该第一循环管道的下端与全混式树脂反应器3下部相连通，该第一循环管道上还安装有全混式反应器水射器18，且树脂排口20与全混式反应器水射器18相连。再生反应器2内产生的树脂在全混式反应器循环泵19和全混式反应器水射器18的作用下，输送至全混式树脂反应器3内，此处的循环设置可以对全混式树脂反应器3内底部淤积的树脂进行反冲洗，使树脂呈蓬松状态，加强树脂的循环效果。同理，脱附液储罐4的一侧设置有第二循环管道，再生剂出口13、再生剂入口14分别与该第二循环管道相连通，该第二循环管道的上端与脱附液储罐4上部相连通，该第二循环管道的下端通过脱附液储罐循环泵16与脱附液储罐4下部相连通，该第二循环管道上还安装有脱附液储罐水射器15，树脂过滤器9的一端即与脱附液储罐水射器15相连。再生剂通过再生剂泵17的作用自下而上缓慢经过树脂床6，再由再生剂出口13排出。脱附液在脱附液储罐循环泵16的作用下，从脱附液储罐4底部流出，从脱附液储罐4顶部流入，形成内循环，在脱附液储罐水射器15出产生负压，利用树脂过滤器9将再生反应器2中剩余再生剂沥干至脱附液储罐4中，脱附液储罐4中的脱附液可循环使用。

本实施例中再生反应器2为顶部敞口的圆柱体结构，该圆柱体的高径比不超过3:1，防止产生较大的柱压，避免树脂在再生反应器2内板结，避免影响再生效果。再生反应器2底部为倒锥体结构，该倒锥体结构的母线与水平面之间的夹角为10°～15°，能对树脂进行有效导流，且再生反应器2底部内壁采用光滑材料，进一步便于树脂流动。树脂过滤器9为4个两端封闭的中空圆柱体，且树脂过滤器9与再生反应器2径向平行，树脂过滤器9外部沿周向紧密缠绕有筛网，该筛网的孔径略小于所再生的树脂，起到截留树脂与透水的作用，筛网的材质可选用不锈钢绕丝网。同样地，再生剂出口13上设置有过滤筛网，该过滤筛网的孔径略小于所再生树脂，且材质也可采用为不锈钢绕丝网。

本实施例的再生装置通过旋流分离器、再生反应器、全混式树脂反应器、脱附液储罐和再生剂储罐的相互协同配合，对树脂再生过程进行全面性、系统性调控，在树脂再生效率、树脂使用寿命、脱附液循环套用处理等方面均有显著提高，更适宜在生产实践中推广应用；且本实施例的各部件设置互为依托，结构分布精巧明确，最大化地减少了空间占用，使用过程行云流水一气呵成，极大地便利了生产操作，具体的使用方法如下：

本实施例的一种离子交换树脂固定床逆流再生装置的使用方法，按照以下步骤进行：

步骤一、利用水压将全混式树脂反应器3中吸附饱和的树脂和水的混合物沿切线方向排入旋流分离器1，在离心力作用下，树脂富集后进入再生反应器2内，剩余少量水分通过树脂过滤器9并从清水出口8排出；

步骤二、通过再生剂泵17向再生反应器2内注入再生剂储罐5中的新鲜再生剂(质量浓度为15％的NaCl溶液)或脱附液储罐4内的脱附液，再生剂逆流缓慢通过树脂床6完成树脂再生；树脂床6与再生剂的接触时间为10～30min，再生剂逆流速度为4BV/h；

步骤三、树脂再生完成后，开启脱附液储罐循环泵16，利用脱附液储罐水射器15产生的负压将再生反应器2中剩余的脱附液沥干，然后向树脂床6注入清水清洗树脂，利用树脂过滤器9将清洗后的水分沥干；

步骤四、向再生反应器2内注入少量清水，开启全混式反应器循环泵19，利用全混式反应器水射器18产生的负压将再生反应器2产生的树脂排出送入全混式树脂反应器3内，完成整个再生过程。

实施例2

本实施例的一种离子交换树脂固定床逆流再生装置，基本同实施例1，进一步地，再生反应器2为直径1.5m，高2m的玻璃钢材质结构；旋流分离器1的内径为250mm，旋流分离器1下部圆锥体的锥角为20°，进料口10直径为75mm，溢流口11直径为100mm，树脂进口12直径为35mm；树脂过滤器9为2个两端封闭的中空圆柱体，树脂过滤器9外围紧密缠绕的筛网孔径为150μm，再生剂出口13距离再生反应器2上沿60cm。

离子交换树脂经过该装置再生后，再生后树脂的吸附平衡量大于新树脂吸附平衡量的95％。

实施例3

本实施例的一种离子交换树脂固定床逆流再生装置，基本同实施例2，所不同的是，本实施例中再生反应器2为直径2.0m，高2.5m的玻璃钢材质结构；旋流分离器1的内径为300mm，旋流分离器1下部圆锥体的锥角为45°，进料口10直径为50mm，树脂进口12直径为38mm；树脂过滤器9为3个两端封闭的中空圆柱体，树脂过滤器9外围紧密缠绕的筛网孔径为150μm，再生剂出口13距离再生反应器2上沿60cm。

本实施例使用时，通过再生剂泵17向再生反应器2内注入再生剂储罐5中的新鲜再生剂(质量浓度为15％的NaCl+质量浓度为1％的NaOH溶液)或脱附液储罐4内的脱附液，再生剂逆流缓慢通过树脂床6完成树脂再生；再生剂逆流速度为4BV/h。

离子交换树脂经过该装置再生后，再生后树脂的吸附平衡量大于新树脂吸附平衡量的98％。

实施例4

本实施例的一种离子交换树脂固定床逆流再生装置，基本同实施例2，所不同的是，本实施例中再生剂采用26％NaCl溶液，离子交换树脂经过该装置再生后，再生后树脂的吸附平衡量大于新树脂吸附平衡量的98％。

实施例5

本实施例的一种离子交换树脂固定床逆流再生装置，基本同实施例4，所不同的是，本实施例中，对再生剂进行重复利用，使用前向脱附液储罐4内补充5％的NaCl粉末，脱附液重复使用4次后，再生后树脂的吸附平衡量大于新树脂吸附平衡量的70％，脱附液产量仅为传统再生方式的1/4，且节约大量的盐。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种离子交换树脂固定床逆流再生装置，其特征在于：包括旋流分离器(1)、再生反应器(2)、全混式树脂反应器(3)、脱附液储罐(4)和再生剂储罐(5)，旋流分离器(1)置于再生反应器(2)顶部，旋流分离器(1)上部通过进料口(10)与全混式树脂反应器(3)连通，旋流分离器(1)底部设置有树脂进口(12)；再生反应器(2)内由上向下依次设置有树脂床(6)和树脂过滤器(9)，树脂过滤器(9)的两端分别与清水出口(8)、脱附液储罐(4)相连通，再生反应器(2)底部设置有树脂排口(20)和再生剂入口(14)，树脂排口(20)与全混式树脂反应器(3)连通，再生剂入口(14)分别与脱附液储罐(4)、再生剂储罐(5)相连通，再生反应器(2)的一侧还设置有再生剂出口(13)，该再生剂出口(13)与脱附液储罐(4)相连通。

2.根据权利要求1所述的一种离子交换树脂固定床逆流再生装置，其特征在于：所述脱附液储罐(4)与树脂过滤器(9)相连通的管道上设置有脱附液储罐水射器(15)。

3.根据权利要求1或2所述的一种离子交换树脂固定床逆流再生装置，其特征在于：树脂排口(20)与全混式树脂反应器(3)相连通的管道上设置有全混式反应器水射器(18)。

4.根据权利要求1或2所述的一种离子交换树脂固定床逆流再生装置，其特征在于：所述旋流分离器(1)上部为圆柱体结构，下部为圆锥体结构，且该圆锥体的锥角为10°～45°。

5.根据权利要求4所述的一种离子交换树脂固定床逆流再生装置，其特征在于：所述再生反应器(2)为顶部敞口的圆柱体结构，该圆柱体的高径比不超过3:1。

6.根据权利要求5所述的一种离子交换树脂固定床逆流再生装置，其特征在于：所述再生反应器(2)底部为倒锥体结构，该倒锥体结构的母线与水平面之间的夹角为10°～15°。

7.根据权利要求6所述的一种离子交换树脂固定床逆流再生装置，其特征在于：所述树脂过滤器(9)为2～4个两端封闭的中空圆柱体，且树脂过滤器(9)与再生反应器(2)径向平行，树脂过滤器(9)外部沿周向紧密缠绕有筛网。

8.根据权利要求7所述的一种离子交换树脂固定床逆流再生装置，其特征在于：所述再生剂出口(13)上设置有过滤筛网，该过滤筛网的材质为不锈钢绕丝网。

9.一种如权利要求1所述的离子交换树脂固定床逆流再生装置的使用方法，其特征在于，按照以下步骤进行：

步骤一、将全混式树脂反应器(3)中吸附饱和的树脂和水的混合物排入旋流分离器(1)，树脂富集后进入再生反应器(2)内，剩余水分通过树脂过滤器(9)并从清水出口(8)排出；

步骤二、向再生反应器(2)内注入再生剂储罐(5)中的再生剂或脱附液储罐(4)内的脱附液，再生剂逆流通过树脂床(6)完成树脂再生；

步骤三、树脂再生完成后，将再生反应器(2)中剩余的脱附液沥干，向树脂床(6)注入清水清洗树脂，利用树脂过滤器(9)将清水沥干；

步骤四、将再生反应器(2)产生的树脂排出送入全混式树脂反应器(3)内，完成整个再生过程。

10.根据权利要求9所述的一种离子交换树脂固定床逆流再生装置的使用方法，其特征在于：所述树脂床(6)与再生剂的接触时间为10～30min。