CN112299527A - 一种新型体内再生三层混床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型体内再生三层混床，涉及水处理设备技术领域，其中具体公开了以下技术方案：所述三层混床从下到上依次装填强阳型离子交换树脂、弱阳型离子交换树脂和强阴型离子交换树脂。本发明提供的三层混床在再生混脂后有利于提高出水水质，且弱阳型离子交换树脂抗有机物污染能力强，不易出现惰性树脂有机物污染后湿密度变小的问题，不会使反洗分层的树脂分离率快速下降。此外，本发明提供的三层混床减少了再生时树脂的交叉污染率能够大大减少了废酸碱量，降低了运行成本，同时具有环保性。并且，本发明不需要增加混床内树脂层总高度，可以直接使用原有的混床设备，有利于促进工业化推广。

Description

一种新型体内再生三层混床

技术领域

本发明涉及水处理设备技术领域，更具体的说是涉及一种新型体内再生三层混床。

背景技术

很多工业如电力、电镀、电子等在生产过程中需要用到除盐水，对水中阴阳离子的含量有严格的要求，现有技术中，离子交换树脂除盐在其中的应用一直占着比较大的比重，混合离子交换器(混床)往往作为最后一级除盐步骤，决定了水处理系统的出水水质。现有技术中为保证其树脂再生度高，再生用酸碱量、再生剂浓度和再生时间都远高于阳床和阴床的再生用量，而这增加了运行成本和废液排放量，也使实际运作中树脂再生度由阴强阳型树脂反洗分层后树脂分离率和再生时酸碱液对中间层树脂的交叉污染量决定，使得混床再生后出水离子含量高。

为提高树脂分离率和避免再生交叉污染，法国Diaprosim公司首先开发了三层混床新工艺，其在混床中加入惰性树脂，反洗分层后作为中间层，提高了阴强阳型树脂分离率和减少了再生液对树脂的交叉污染，但在实际应用中，惰性树脂易吸附油和有机物等杂质，进而使其密度发生变化，影响了惰性树脂在分层中的位置，降低了提高树脂分离率的效果。其次，惰性树脂无交换能力，阻碍了混合离子交换生产水的反应，若混脂后惰性树脂进入混床下部较多，还会产生出水水质变差的技术问题。另外，同样由于惰性树脂无交换能力，现有技术中的三层混床还需增加混床内树脂层高度，改进原有的混床设备。因此，三层混床推广后在现阶段国内外应用并不广泛。

因此，如何提供一种能够避免再生交叉污染，同时能够提高混床的出水水质且使用方便的混床是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种新型体内再生三层混床，能够避免再生交叉污染，同时能够提高混床的出水水质，且该三层混床使用方便，便于工业化推广。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种新型体内再生三层混床，其特征在于，所述三层混床从下到上依次装填强阳型离子交换树脂、弱阳型离子交换树脂和强阴型离子交换树脂。

本发明提供的三层混床，以弱阳型离子交换树脂代替惰性树脂，且弱阳型离子交换树脂可以选择使用市面上出售的弱阳型离子交换树脂。本发明中的弱阳型树脂的密度略小于强阳型树脂，大于强阴型树脂，这样在混床失效后反洗分层时，有助于形成从下到上强阳型、弱阳型、强阴型树脂的分层效果，同时，本发明中的弱阳型树脂表面带有电荷，在水中弱型基团部分能够电离，具有一定的亲水性，因此其具有较强的抗有机物污染能力，不易出现惰性树脂有机物污染后湿密度变小的技术问题。此外，由于同电荷也不易混在强阳型树脂层中，本发明提供的三层混床中也不会出现阳离子交换树脂与阴离子交换树脂的抱团现象，进而促进了不同树脂类型的分离。

优选的，方式一：所述强阳型离子交换树脂为Na型阳离子交换树脂，装入混床后高度低于混床中排装置下沿3-7cm；所述弱阳型离子交换树脂层平于中排装置上沿。

优选的，方式二：所述强阳型离子交换树脂为H型阳离子交换树脂，装入混床后平于混床中排装置下沿；所述弱阳型离子交换树脂层高于中排装置上沿3-7cm。

本发明通过对不同离子型的强阳型离子交换树脂的位置进行限定，同时限定弱阳型离子交换树脂的位置，能够保证树脂转型或略有损失时弱强阳型树脂仍能充满中间排水装置。

优选的，所述弱阳型离子交换树脂层的厚度为10-15cm，且湿真密度和有效粒径介于强阴型离子交换树脂和强阳型离子交换树脂之间。

混床的阴阳树脂湿真密度及有效粒径按照DL/T519-2014进行选择。

本发明中的弱阳型与强阴型树脂混合使用时，树脂能除去部分Na⁺、K⁺等一价离子，因此本发明中混入弱阳型树脂的三层混床能够解决现有技术中惰性树脂会对混床除盐产生不利影响的技术问题。另外本发明通过限定树脂高度，能够使得失效时强阳树脂+弱阳树脂高度略高于中间排水装置上沿，而再生后强阳树脂不高于中间排水装置中间位置，这样能大大降低现有技术中树脂再生时产生树脂交叉污染的技术问题。

优选的，所述三层混床为强阳型离子交换树脂高≥0.5米的混床设备。

由于弱阳型树脂与阴离子交换树脂混合时有一定交换能力，因此本发明无需增加混床内树脂层总高度，改造原有的混床设备。但对于强阳型树脂层高特别低的混床，考虑到加入弱阳型树脂中间层后，阳离子交换树脂层减薄，而阳离子交换树脂与阴离子交换树脂的比率下降不利于提高出水水质，因此，本发明优选强阳型离子交换树脂高≥0.5米的混床设备，以保证离子交换树脂对水中阴阳离子的除杂，提高出水水质。

优选的，所述三层混床采用分步再生的方法为：先使用NaOH溶液再生强阴型离子交换树脂，再使用HCl溶液再生强阳型离子交换树脂。

其中，流动的NaOH溶液会波动会向下接触弱阳型离子交换树脂，但弱阳H型树脂不易与Na+发生反应，树脂失效度不易增高；

其次，流动的HCl溶液会波动会向上接触弱阳型离子交换树脂，而弱阳Na型树脂易与H+发生反应，弱阳Na型树脂被再生。

优选的，所述NaOH溶液浓度为3～5％，所述HCl溶液浓度为3～5％。

现有技术中强阳型树脂与强阴型树脂直接接触，所以混床再生过程中间排水装置层间的阳离子树脂接触NaOH，变成Na型的失效型阳离子树脂，而阴树脂接触HCl，变成Cl型的失效型阴树脂，即中间层的树脂再生时交叉污染的问题，再加上树脂转型体积变化的影响或使用中树脂体积减少的问题，使得中间层被交叉污染的树脂量增加，使出水水质更差，且浪费酸碱。而本发明在强型阴阳离子树脂之间添加了弱阳型树脂，在树脂再生过程中大大降低了NaOH接触阳离子树脂与HCl接触阴离子树脂的几率，节约了酸碱使用量，提高了树脂再生度，使最终出水水质提高。

本发明采用分步再生的方法再生新型的三层混床，酸碱量满足强型树脂再生的要求即可，由此能够大大降低酸碱耗，且树脂的交叉污染率也会大大降低。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种新型体内再生三层混床，具有以下有益效果：

首先，本发明提供的三层混床以弱型阳离子交换树脂代替现有技术中的惰性树脂，在树脂失效后反洗分层时，有助于形成从下到上强阳型、弱阳型、强阴型树脂的分层效果；

其次，本发明中的弱阳型树脂表面带电荷，在水中弱型基团部分电离，有一定的亲水性，因此抗有机物污染能力强，不易出现惰性树脂有机物污染后湿密度变小的问题；

此外，由于本发明中的弱阳型树脂与强阳型树脂具有相同电荷，其不易混在强阳型树脂层中，也不会与强阴型树脂出现抱团现象，由此促进了本发明中不同类型树脂的分离，提高了不同树脂的分离率；

最后，本发明提供的三层混床减少了再生时树脂的交叉污染率，在酸碱耗量低的情况下就能达到需要的树脂再生度，大大减少了废酸碱量，降低了运行成本，同时具有环保性，促进了离子交换除盐的应用。同时本发明不需要增加混床内树脂层总高度，改造原有的混床设备，有利于促进工业化推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明实施例一中三层混床分层后树脂层示意图；

图2附图为本发明中分步再生过程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种新型体内再生三层混床，三层混床从下到上依次装填强阳型离子交换树脂、弱阳型离子交换树脂和强阴型离子交换树脂。

为进一步优化本发明技术方案，采用以下方式进行填装：方式一：所述强阳型离子交换树脂为Na型阳离子交换树脂，装入混床后低于混床中排装置下沿3-7cm；所述弱阳型离子交换树脂平于中排装置上沿。

方式二：所述强阳型离子交换树脂为H型阳离子交换树脂，装入混床后平于混床中排装置下沿；所述弱阳型离子交换树脂层高于中排装置上沿3-7cm。

进一步的，强阳型树脂弱阳型离子交换树脂层的厚度为10-15cm，且湿真密度和有效粒径介于强阴型离子交换树脂和强阳型离子交换树脂之间。

进一步的，三层混床为强阳型离子交换树脂高≥0.5米的混床设备。

进一步的，所述三层混床采用分步再生的方法为：先使用NaOH溶液再生强阴型离子交换树脂，再使用HCl溶液再生强阳型离子交换树脂。

进一步的，所述NaOH溶液浓度为3～5％，所述HCl溶液浓度为3～5％。

下面通过具体实施案例来对本发明中的技术方案进行进一步的解释说明。

实施例1

一种新型体内再生三层混床，树脂装填方法如下：

对于未加入树脂的新混床，参考图1，计算好需要加入的树脂体积，新强阳型树脂以H型湿树脂装入，且强阳型树脂层厚度平于中排装置下沿。接下来装入弱阳H型树脂厚度为10-15cm，此时控制装入混床弱阳型离子交换树脂层高于中排装置3-7cm；最后装入2倍于强阳型树脂体积的强阴OH型湿树脂。树脂均为H型和OH型时，通压缩空气混合树脂后即可进行正洗，正洗至出水水质达到混床运行出水水质标准即可投入运行或停水备用。

设备运行失效停运后对树脂进行体内分步再生，分步再生如图2所示，包括以下步骤：

(1)反洗：如图2A所示，使用反洗水对树脂进行反洗利用水力筛分作用使三种树脂分层；

(2)强阴型树脂再生：如图2B所示，使用3～5％NaOH溶液对上层强阴型树脂进行再生，使氢氧化钠从上方进碱装置进入混床，同时从下方进酸装置通入除盐水，NaOH溶液与除盐水均从中排装置流出，持续40～60分钟后，Cl型的失效型阴离子树脂再生为OH阴离子树脂；此过程中流动的NaOH溶液会波动会向下接触弱阳型离子交换树脂，但弱阳H型树脂不易与Na⁺发生反应，树脂失效度不易增高；

(3)如图2C所示，从混床上方进碱及下方进酸装置同时通入除盐水，洗去树脂中残留的NaOH，并从中排装置流出；

(4)强阳型树脂再生：如图2D所示，使用3～5％HCl溶液对下层强阳型树脂进行再生，使HCl从下方进酸装置进入混床，同时从上方进碱装置通入除盐水，HCl溶液与除盐水均从中排装置流出，持续40～60分钟后，Na型的失效型阳离子树脂再生为H型阳离子树脂；此过程中流动的HCl溶液会波动会向上接触弱阳型离子交换树脂，而弱阳Na型树脂易与H⁺发生反应，弱阳Na型树脂被再生；

(5)如图2E所示，从混床上方进碱及下方进酸装置同时通入除盐水，洗去树脂中残留的HCl，并从中排装置流出，此过程也使弱阳Na型树脂与洗脱的H⁺发生反应，树脂再生度增高；

(6)如图2F所示，从混床下方通入压缩空气，使分层再生好的树脂混合；

(7)如图2G所示，从混床上方进入原水对混脂进行正洗，正洗水从混床下方排出，水质合格即可再次投入运行使用。

实施例2

一种新型体内再生三层混床，树脂装填方法如下：

对于未加入树脂的新混床，计算好需要加入的树脂体积，新强阳型树脂处理后以失效型Na型装入，树脂层高度低于中排装置下沿3-7cm。接下来装入弱阳型树脂厚度为10～15cm，此时控制装入混床弱阳型离子交换树脂与中排装置上沿平齐；最后装入2倍于强阳型树脂体积的强阴Cl型树脂。因装入树脂为失效型的Na型和Cl型树脂，需要按照实施例1中设备运行失效停运后的操作对树脂进行体内分步再生。

实施例3

一种新型体内再生三层混床，树脂装填方法如下：

对于已经使用较长时间的二层混床，先观察树脂污染情况，进行复苏处理后，减少树脂抱团问题，再进行二层混床分步再生后加入树脂，包括以下步骤

(1)反洗：如图2A所示，使用反洗水对树脂进行反洗利用水力筛分作用使二种树脂分层；

(2)强阴型树脂再生：如图2B所示，使用5％NaOH溶液对上层强阴型树脂进行再生，使氢氧化钠从上方进碱装置进入混床，同时从下方进酸装置通入除盐水，NaOH溶液与除盐水均从中排装置流出，持续40～60分钟后，Cl型的失效型阴离子树脂再生为OH阴离子树脂；

(3)如图2C所示，从混床上方进碱及下方进酸装置同时通入除盐水，洗去树脂中残留的NaOH，并从中排装置流出；

(4)强阳型树脂再生：如图2D所示，使用5％HCl溶液对下层强阳型树脂进行再生，使HCl从下方进酸装置进入混床，同时从上方进碱装置通入除盐水，HCl溶液与除盐水均从中排装置流出，持续40～60分钟后，Na型的失效型阳离子树脂再生为H型阳离子树脂；

(5)如图2E所示，从混床上方进碱及下方进酸装置同时通入除盐水，，洗去树脂中残留的HCl，并从中排装置流出；

(6)此时计算好观察树脂层高度，计算需要取出的树脂体积，从人孔取出阴树脂、混合层阴强阳型树脂和多余的强阳型树脂(H型强阳型树脂层厚度平于中排装置下沿)，接下来装入弱阳H型树脂厚度为10～15cm，此时控制装入混床弱阳型离子交换树脂层高于中排装置3～7cm；最后装入2倍于强阳型树脂体积的强阴OH型湿树脂。树脂均为H型和OH型时，通压缩空气混合树脂后即可进行正洗，合格后投入运行。

按照实施例1中设备运行失效停运后的对混床树脂进行体内分步再生。

实施例4

一种新型体内再生三层混床，利用已经使用较长时间的二层混床填装树脂，树脂装填方法如下：

先对树脂进行复苏处理，减少树脂抱团问题，再进行反洗分层处理，观察树脂层高度，计算需要取出的树脂体积，从混床设备的人孔取出阴树脂、混合层阴强阳型树脂和多余的强阳型树脂，使得Na型强阳型树脂层厚度低于中排装置下沿3-7cm，然后，装入弱阳型树脂厚度10～15cm，控制装入混床弱阳型离子交换树脂与中排装置上沿平齐，再装入取出的阴树脂，并补充Cl型阴树脂使强阴型树脂体积为2倍强阳型树脂的体积。树脂装入后，需要按照实施例1中设备运行失效停运后的操作对树脂进行体内分步再生。

实施例5

将再生后的弱阳型与强阴型树脂以两种体积比混合各取50mL用高纯水正洗后与不同浓度NaCl溶液150mL在锥形瓶中做静态交换实验，树脂湿堆积体积V_{弱阳型树脂}：V_{强阴型树脂}分别为1:9和1:6(与新型三层混床中树脂的体积比对应)。

因为混床经常在一级复床和反渗透设备后使用，所以NaCl溶液的浓度分别取50、100、200、400μg/L，考虑1.5米高混床空床流速，混床进水在空床内流动时间约为2～3分钟，在树脂层间流程变长，因此吸附交换实验时间取5分钟，锥形瓶内加入有聚四氟乙烯层的磁子在常温下用磁力搅拌器进行研究，测量Na⁺浓度用雷磁DWS-51型pNa计。

技术效果：

交换实验后测NaCl溶液浓度依次为

V_{弱阳型树脂}：V_{强阴型树脂}＝1:9的混床中：52、74、98、124μg/L；

V_{弱阳型树脂}：V_{强阴型树脂}＝1:6的混床中：49、74、78、94μg/L。

由实验结果可以看出，弱阳型与强阴型树脂混合使用时，能除去部分Na⁺，但除盐效率低于强阳型与强阴型树脂混合使用，因此弱阳型树脂层的厚度不宜过厚，树脂转型或略有损失时仍能充满中间排水装置即可。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种新型体内再生三层混床，其特征在于，所述三层混床从下到上依次装填强阳型离子交换树脂、弱阳型离子交换树脂和强阴型离子交换树脂。

2.根据权利要求1所述的一种新型体内再生三层混床，其特征在于，所述强阳型离子交换树脂为Na型阳离子交换树脂，且其高度低于混床中排装置下沿3-7cm。

3.根据权利要求2所述的一种新型体内再生三层混床，其特征在于，所述弱阳型离子交换树脂层平于中排装置上沿。

4.根据权利要求1所述的一种新型体内再生三层混床，其特征在于，所述强阳型离子交换树脂为H型阳离子交换树脂，且其高度平于混床中排装置下沿。

5.根据权利要求4所述的一种新型体内再生三层混床，其特征在于，所述弱阳型离子交换树脂层高于中排装置上沿3-7cm。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种新型体内再生三层混床，其特征在于，所述弱阳型离子交换树脂层的厚度为10-15cm，且其湿真密度和有效粒径介于强阴型离子交换树脂和强阳型离子交换树脂之间。

7.根据权利要求6所述的一种新型体内再生三层混床，其特征在于，所述三层混床为强阳型离子交换树脂高≥0.5m的混床设备。

8.根据权利要求7所述的一种新型体内再生三层混床，其特征在于，所述三层混床采用分步再生的方法为：先使用NaOH溶液再生强阴型离子交换树脂，再使用HCl溶液再生强阳型离子交换树脂。

9.根据权利要求8所述的一种新型体内再生三层混床，其特征在于，所述NaOH溶液浓度为3～5％，所述HCl溶液浓度为3～5％。

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