CN110526335A - 离子交换树脂的再生方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种离子交换树脂的再生方法和装置。该方法包括以下步骤：检测所述离子交换树脂进行再生时的再生洗脱液的当前pH值；比较当前pH值与第一阈值；当所述当前pH值大于或等于所述第一阈值时，收集所述再生洗脱液用于金属回收；当所述当前pH值小于所述第一阈值时，收集所述再生洗脱液作为再生剂循环利用或者排放所述再生洗脱液。

Description

离子交换树脂的再生方法和装置

技术领域

本发明主要涉及离子交换树脂的再生技术，尤其涉及一种离子交换树脂的再生方法和装置。

背景技术

离子交换是借助于固体离子交换剂中的离子与稀溶液中的离子进行交换，以达到提取或去除溶液中某些离子的目的。

离子交换剂在长时间使用后，失去继续交换水中离子的能力称为失效。这时，需将离子交换剂进行再生。用一常定浓度的再生剂溶液顺流或逆流通过失效的交换剂层，使交换剂经过再生还原成原型。

典型的固体离子交换剂为离子交换树脂。目前离子交换树脂再生大多采用固定再生剂用量法，即固定使用同一剂量的再生剂。发现这种再生工艺不仅导致再生酸碱消耗普遍偏高，而且再生后排出来的再生废液的pH值合格率偏低，需加酸或碱进行中和，这样就增加了运行费用。并且，用离子交换技术回收金属时，如果用固定再生剂用量法，不仅回收到的金属溶液浓度低，而且得到的再生洗脱液pH值低，对于后续进一步处理带来麻烦。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种离子交换树脂的再生方法和装置，可以控制再生洗脱液中金属离子的浓度。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种离子交换树脂的再生方法，包括以下步骤：检测所述离子交换树脂进行再生时的再生洗脱液的当前pH值；比较当前pH值与第一阈值；当所述当前pH值大于或等于所述第一阈值时，收集所述再生洗脱液用于金属回收；当所述当前pH值小于所述第一阈值时，收集所述再生洗脱液作为再生剂循环利用或者排放所述再生洗脱液。

在本发明的一实施例中，上述的离子交换树脂的再生方法还包括当所述当前pH值小于所述第一阈值时，比较所述当前pH值与第二阈值，当所述当前pH值小于所述第二阈值时，判定再生结束；其中所述第一阈值大于所述第二阈值。

在本发明的一实施例中，收集所述再生洗脱液用于金属回收的步骤包括：将所述再生洗脱液输送到第一储存容器。

在本发明的一实施例中，收集所述再生洗脱液用于金属回收的步骤包括：将所述再生洗脱液输送到金属回收设备。

在本发明的一实施例中，收集所述再生洗脱液作为再生剂循环利用的步骤包括，将所述再生洗脱液输送到第二储存容器。

本发明还提出一种离子交换树脂的再生装置，包括：第一接口，适于与包含离子交换树脂的离子交换柱的输入口连接；再生剂管路，连接所述第一接口；第二接口，适于与包含离子交换树脂的离子交换柱的输出口连接；输出管路，连接所述第二接口；pH传感器，设于所述输出管路上；控制阀，设于所述输出管路上；以及控制器，连接所述pH传感器和所述控制阀，所述控制器比较所述当前pH值与第一阈值，并根据比较结果输出第一控制信号，所述第一控制信号输出至所述控制阀。

在本发明的一实施例中，上述的离子交换树脂的再生设备还包括：再生剂泵，设于所述再生剂管路上；其中所述控制器连接所述再生剂泵，所述控制器比较所述当前pH值与第二阈值，并根据比较结果输出第二控制信号，所述第二控制信号传输至所述再生剂泵。

在本发明的一实施例中，所述控制阀连接第一支路和第二支路，当所述pH值大于或等于所述第一阈值时，所述第一控制信号使得所述控制阀连通所述输出管路和所述第一支路，当所述pH值小于所述第一阈值时，所述第一控制信号使得所述控制阀连通所述输出管路和所述第二支路；其中所述第一支路用于收集所述再生洗脱液用于金属回收，所述第二支路用于收集所述再生洗脱液作为再生剂循环利用或者排放所述再生洗脱液。

在本发明的一实施例中，当所述当前pH值大于或等于所述第二阈值时，所述第二控制信号使得所述再生剂泵打开，当所述当前pH值小于所述第二阈值时，所述第二控制信号使得所述再生剂泵关闭。

在本发明的一实施例中，所述第一支路连接到第一储存容器，所述第二支路连接到第二储存容器。

与现有技术相比，本发明可以根据再生洗脱液的pH值变化来判断再生进行的程度，从而估计再生洗脱液中金属离子的浓度，据此决定如何利用再生洗脱液。这种方法可以避免再生剂的过量使用。

附图说明

图1是本发明一实施例的离子交换树脂的再生装置示意图。

图2是本发明一实施例的控制器的控制逻辑。

图3是本发明一实施例的离子交换树脂的再生方法流程图。

图4是本发明另一实施例的离子交换树脂的再生方法流程图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

本发明的实施例描述离子交换树脂的再生方法和装置，尤其是再生过程中对于再生洗脱液中金属浓度的控制。

离子交换树脂的再生装置

图1是本发明一实施例的离子交换树脂的再生装置示意图。参考图1所示，本实施例的离子交换树脂的再生装置100，包括第一接口101和第二接口111。第一接口101适于与包含离子交换树脂的离子交换柱110的输入口连接，第二接口111适于与包含离子交换树脂的离子交换柱110的输出口连接，由此将离子交换柱110接入再生装置100。离子交换柱110中的离子交换树脂可以是各种类型。可以理解，离子交换柱110可以是一个，也可以是多个。再生剂管路102连接第一接口101，从而引入再生剂对离子交换柱110内的离子交换树脂进行再生。再生剂泵103设于再生剂管路102上。再生剂泵103可连接再生剂源，例如再生剂槽104。输出管路112连接第二接口，以输出再生洗脱液。pH传感器113和控制阀115设于输出管路112上。pH传感器113可以检测输出管路112中的再生洗脱液的pH值。控制阀115可控制输出管路112中的再生洗脱液之后的流向。控制阀115可以是一个三通阀，具有一个输入端和2个输出端。2个输出端分别连接第一支路和第二支路。

控制器114连接pH传感器113、再生剂泵103和控制阀115。控制器114可以分别比较当前pH值与第一阈值和第二阈值，并根据比较结果输出第一控制信号S1和第二控制信号S2。第一控制信号S1传输至控制阀115，第二控制信号S2输出至再生剂泵103。在此，第一阈值大于第二阈值。

在一个实施例中，控制器114可以设置在装置100的仪表箱内。

通过第一控制信号S1，可以指令控制阀115选择再生洗脱液的流向，从而决定之后如何利用再生洗脱液。通过第二控制信号S2，可以控制再生剂泵103是否向离子交换柱110提供再生剂，从而可以控制再生的开始和结束。

在本实施例中，可以根据再生洗脱液的pH值变化来判断再生进行的程度，从而估计再生洗脱液中金属离子的浓度，据此决定如何利用再生洗脱液以及何时结束再生。这种方法可以避免再生剂(例如酸)的过量使用。

具体地说，在实际应用中，离子交换树脂绝大多数采用连续动态的再生方法，即再生剂顺流或逆流经过装填离子交换树脂的柱体。最常用的再生方法，根据对再生洗脱液成分的要求，常采用H₂SO₄或HCl溶液来洗脱失效的阳离子交换树脂，发生如下交换反应：

R-M+H⁺＝R-H+M⁺

式中：R—离子交换树脂基团；H⁺—再生剂HCl或H₂SO₄；M—离子交换树脂吸附的金属离子；R-H—再生后转为H型的离子交换树脂。

吸附金属离子而饱和的离子交换树脂，进入再生程序，再生剂(例如盐酸)会进入交换柱，顺流(或逆流)通过树脂层，按上述原理进行再生。在工艺规定的流速下，再生剂几乎全部消耗于再生，并形成再生交换带，在交换带内的树脂已完成再生，而离开交换带的是再生反应的生成物——金属离子。随着再生的继续，再生交换带逐渐向下推移，直至再生完成。可以将再生过程分为二个阶段：

第一阶段：离子交换树脂再生过程中，刚开始进再生剂时，，树脂床内失效树脂较多，交换反应容易进行，树脂易于吸收再生剂，再生剂中的氢离子(H+)全部用于交换金属离子，没有多余的氢离子流出，因此再生洗脱液pH值较高，交换下来的金属离子不断流出离子交换柱，随着越来越多的金属离子被交换，再生洗脱液中的金属离子浓度不断提高。

第二阶段：随着再生过程的进行，越来越多的失效树脂得以再生，树脂吸收再生剂的能力下降，再生剂中的氢离子开始富余的越来越多，多余的氢离子将随着再生洗脱液流出离子交换柱，因此再生洗脱液的pH值逐渐降低。这时洗脱液中的金属离子浓度达到最高点后，之后交换下来的金属离子慢慢减少，再生洗脱液中的金属离子浓度不断降低，流出的再生洗脱液pH值不断降低。

在本发明的实施例中，pH值的第一阈值对应第二阶段中金属离子浓度的临界点，可用于决定是否回收再生洗脱液中的金属离子。根据本发明的一实施例，再生装置的工作过程如下：

第一阶段，再生开始期间，输出的再生洗脱液的pH值较高(大于第一阈值Th1)，对应的金属离子浓度较高，可对该部分的再生洗脱液进行回收，此时控制阀115会将输出管路112与第一支路连通，输出再生洗脱液被送去进行金属回收。举例来说，可以将第一支路连接到第一储存容器(图未示)，以便之后用于金属回收。又如，可以将第一支路连接到金属回收设备(图未示)，以便直接用于金属回收。

第二阶段，随着再生的进行，氢离子开始泄漏，pH值不断降低，而金属离子浓度随着再生的进行不断累积达到最高值，之后就迅速降低，根据金属离子的浓度，确定对应的此时的pH值为第一阈值Th1，仍可对该部分再生洗脱液进行回收。当pH<Th1时，离子交换树脂中流出的再生洗脱液不宜进行金属离子回收，但可以收集起来在下次再生时利用，或者直接作为废水排放。此时控制阀115会将输出管路112与第二支路连通，输出再生洗脱液被送去进行收集或者排放。举例来说，可以将第二支路连接到第二储存容器(图未示)，以便之后用于金属回收。又如，可以将第二支路连接到废水排放管路(图未示)，以便直接排放进入废水处理系统。

在一实施例中，为了使树脂的再生尽可能充分，当流出的再生洗脱液pH<Th1时还需要延时一定的时间，至当pH下降到接近第二阈值Th2时即判定再生完成。在此，第二阈值Th2可以参考再生剂的pH值来设定。例如第二阈值Th2设定得略高于再生剂的pH值。在再生在进行时，控制阀115可输出第二控制信号S2使得再生剂泵103打开；而在判断再生完成时，控制阀115可输出第二控制信号S2使得再生剂泵关闭103关闭。

尽管上述实施例中描述根据pH值来判定再生终点，但这并非作为本发明的限制，本领域技术人员可以使用其他方式来决定再生终点，从而决定何时关闭再生剂泵103。

上述实施例中的控制器114可以使用图2所示的控制逻辑。在比较器21，可以将传感器113所检测的再生洗脱液的pH值与第一阈值Th1比较，当pH值大于或等于第一阈值Th1时，比较器21输出高电平，高电平可使得控制阀115将输出管路112与第一支路连通。同时高电平也可使得或门23输出高电平，保持再生剂泵103打开。当pH值小于第一阈值Th1时，比较器21输出低电平。低电平可使得控制阀115将输出管路112与第二支路连通。在比较器22，可以进一步将传感器113所检测的再生洗脱液的pH值与第二阈值Th2比较，当pH值低于第二阈值Th2时，比较器22也输出低电平，此时或门23的两个输入端都为低电平，使得再生剂泵103关闭。可以理解，在此描述的控制逻辑及其电平设置均为示例，本领域技术人员可根据前文描述的控制方法设计其他控制逻辑。

离子交换树脂的再生方法

图3是本发明一实施例的离子交换树脂的方法流程图。参考图3所示，本实施例的方法可包括如下步骤。

在步骤301，检测离子交换树脂进行再生时的再生洗脱液的当前pH值；

在步骤302，比较当前pH值与第一阈值；当pH值大于或等于第一阈值时，进入步骤303；当pH值小于第一阈值时，进入步骤304；

在步骤303，收集再生洗脱液用于金属回收；

在步骤304，收集再生洗脱液作为再生剂循环利用或者排放再生洗脱液。

在一个实施例中，收集再生洗脱液用于金属回收的步骤包括：将再生洗脱液输送到第一储存容器。

在另一个实施例中，收集再生洗脱液用于金属回收的步骤包括：将再生洗脱液输送到金属回收设备。

在一个实施例中，收集再生洗脱液作为再生剂循环利用的步骤包括，将再生洗脱液输送到第二储存容器。

图4是本发明另一实施例的离子交换树脂的方法流程图。参考图4所示，本实施例的方法可包括如下步骤。

在步骤401，检测离子交换树脂进行再生时的再生洗脱液的当前pH值；

在步骤402，比较当前pH值与第一阈值；当pH值大于或等于第一阈值时，进入步骤403；当pH值小于第一阈值时，进入步骤404；

在步骤403，收集再生洗脱液用于金属回收；

在步骤404，收集再生洗脱液作为再生剂循环利用或者排放再生洗脱液。

在步骤405，比较当前pH值与第二阈值，如果当前pH值大于或等于第二阈值，返回步骤404，如果当前pH值小于或等于第二阈值，进入步骤406；

在步骤406，判定再生结束。

在此，第一阈值大于第二阈值。

上述各实施例的方法的其他细节可参考前文结合再生装置的描述，在此不再展开。

在此使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的方法所执行的操作。应当理解的是，前面的操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，或将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。例如，对本申请而言，步骤405可以在步骤402之后立即执行。

实施示例

根据一个示例，取吸附镍饱和的离子交换树脂若干加入离子交换柱，配置HCl溶液(pH＝0.6)，自上而下通过装填树脂的离子交换柱，每流出30mL再生洗脱液取样检测pH值，数据如表1。

pH值	镍离子浓度g/l
		4.8	12.9
4.1	20.5
		3.06	29.7
2.12	34.0
		1.2	5.7
0.78	3.7
		0.64	0.1
0.62	0.01

表1

数据表明，树脂再生过程中，流出的再生洗脱液不同的pH值对应不同的镍离子浓度，从数据可以判断，当pH≥1.2时，镍离子浓度较高，根据需要再生洗脱液可以全部收集起来回收，当pH<1.2时，镍离子浓度较低，再生洗脱液pH较低，回收价值不大，但是可以收集起来作为再生剂循环使用，或者直接进入废水处理系统。当pH≤0.64时，再生洗脱液中仅含微量的镍，可以认为再生结束。

试验数据表明，可以利用再生过程中的再生洗脱液的pH值的变化来控制回收金属离子的浓度和再生的终点。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种离子交换树脂的再生方法，包括以下步骤：

检测所述离子交换树脂进行再生时的再生洗脱液的当前pH值；

比较当前pH值与第一阈值；

当所述当前pH值大于或等于所述第一阈值时，收集所述再生洗脱液用于金属回收；

当所述当前pH值小于所述第一阈值时，收集所述再生洗脱液作为再生剂循环利用或者排放所述再生洗脱液。

2.如权利要求1所述的离子交换树脂的再生方法，其特征在于，还包括当所述当前pH值小于所述第一阈值时，比较所述当前pH值与第二阈值，当所述当前pH值小于所述第二阈值时，判定再生结束；

其中所述第一阈值大于所述第二阈值。

3.如权利要求1所述的离子交换树脂的再生方法，其特征在于，收集所述再生洗脱液用于金属回收的步骤包括：将所述再生洗脱液输送到第一储存容器。

4.如权利要求1所述的离子交换树脂的再生方法，其特征在于，收集所述再生洗脱液用于金属回收的步骤包括：将所述再生洗脱液输送到金属回收设备。

5.如权利要求1所述的离子交换树脂的再生方法，其特征在于，收集所述再生洗脱液作为再生剂循环利用的步骤包括，将所述再生洗脱液输送到第二储存容器。

6.一种离子交换树脂的再生装置，包括：

第一接口，适于与包含离子交换树脂的离子交换柱的输入口连接；

再生剂管路，连接所述第一接口；

第二接口，适于与包含离子交换树脂的离子交换柱的输出口连接；

输出管路，连接所述第二接口；

pH传感器，设于所述输出管路上；

控制阀，设于所述输出管路上；

控制器，连接所述pH传感器和所述控制阀，所述控制器比较所述当前pH值与第一阈值，并根据比较结果输出第一控制信号，所述第一控制信号输出至所述控制阀。

7.如权利要求6所述的离子交换树脂的再生设备，其特征在于，还包括：

再生剂泵，设于所述再生剂管路上；

所述控制器连接所述再生剂泵，所述控制器比较所述当前pH值与第二阈值，并根据比较结果输出第二控制信号，所述第二控制信号传输至所述再生剂泵。

8.如权利要求6所述的离子交换树脂的再生设备，其特征在于，所述控制阀连接第一支路和第二支路，当所述pH值大于或等于所述第一阈值时，所述第一控制信号使得所述控制阀连通所述输出管路和所述第一支路，当所述pH值小于所述第一阈值时，所述第一控制信号使得所述控制阀连通所述输出管路和所述第二支路；

其中所述第一支路用于收集所述再生洗脱液用于金属回收，所述第二支路用于收集所述再生洗脱液作为再生剂循环利用或者排放所述再生洗脱液。

9.如权利要求7所述的离子交换树脂的再生装置，其特征在于，当所述当前pH值大于或等于所述第二阈值时，所述第二控制信号使得所述再生剂泵打开，当所述当前pH值小于所述第二阈值时，所述第二控制信号使得所述再生剂泵关闭。

10.根据权利要求7所述的离子交换树脂的再生装置，其特征在于，所述第一支路连接到第一储存容器，所述第二支路连接到第二储存容器。