CN112516977A - 一种磁性树脂的高效脱附系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁性树脂的高效脱附系统及方法，属于树脂再生领域。本发明的脱附系统包括磁性树脂滤池和蒸汽分布器，蒸汽分布器设置在磁性树脂滤池底部，并且磁性树脂滤池内部垂直设置有锌棒，通过蒸汽分布器将水蒸汽通入磁性树脂滤池，在锌棒的催化作用下，使水蒸汽解离成氢离子和氢氧根离子，氢离子置换氨氮吸附饱和的磁性树脂中的铵根离子，得到氢型磁性树脂。采用水蒸汽和锌代替氯化钠溶液进行磁性树脂的脱附，脱附后不产生高浓的含盐废水，避免了后续的含盐废液的处理，且氢型磁性树脂保持对氨氮的高吸附能力。

Description

一种磁性树脂的高效脱附系统及方法
技术领域
本发明属于树脂再生领域，更具体地说，涉及一种磁性树脂的高效脱附系统及方法。
背景技术
传统的树脂再生方法大多数采用液态脱附剂酸碱或者氯化钠进行处理，实现树脂中吸附物的脱附，但传统方法会导致脱附后产生大量高盐废水，而该类含有脱附物的高盐废水后续处理比较困难。除了液态脱附剂再生外，还可以采用气态的蒸汽脱附剂再生。
经检索发现，申请号201010294942.7，申请日为2010年9月29日的中国发明专利申请公开了一种脱附剂得到再利用的脱附方法，该方法包括用吸附树脂对废水进行吸附处理，吸附达到穿透点的树脂采用一定压力的蒸汽进行脱附再生，与另一个脱附塔联合进行脱附操作，树脂的蒸汽脱附过程分为两段，先进行一次脱附，后进行二次脱附，二次脱附产生的尾气用于一次脱附。但该方法主要用于吸附树脂在处理了含有有机物污染物的废水后达到穿透点的树脂的蒸汽脱附再生过程。
此外，申请号201911365953.7，申请日为2019年12月26日的中国发明专利申请公开了一种吸附有机物的树脂脱附再生方法，该方法包括将吸附有机物的树脂采用预混的氮气与水蒸汽的混合气体脱附再生；混合气体中的水蒸汽与树脂上吸附的有机物形成共沸物，使有机物随混合气体排出树脂塔。该方法与相同压力的全水蒸汽脱附相比，采用较少量的蒸汽即可达到与全水蒸汽脱附效果相当的水平。该方法可充分利用水蒸汽的脱附作用，但也仅适用于对与水蒸汽、氮气形成的特定混合气体形成共沸物的有机物的吸附树脂进行脱附再生。
发明内容
1.要解决的问题
针对采用传统液态脱附剂对磁性树脂进行脱附再生的过程中存在脱附效率低，脱附后磁性树脂吸附能力下降，以及脱附后废水处理难度大等问题，本发明提供一种磁性树脂的高效脱附系统及方法。本发明的脱附系统包括磁性树脂滤池和蒸汽分布器，蒸汽分布器设置在磁性树脂滤池底部，并且磁性树脂滤池内部垂直设置有锌棒，通过蒸汽分布器将水蒸汽通入磁性树脂滤池，在锌棒的催化作用下，使水蒸汽解离成氢离子和氢氧根离子，氢离子置换氨氮吸附饱和的磁性树脂中的铵根离子，得到氢型磁性树脂。所述氢型磁性树脂不仅保持对氨氮的高吸附能力，而且脱附过程不产生高浓的含盐废水，避免了后续的含盐废液的处理。
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：
本发明的一种磁性树脂的高效脱附系统，包括磁性树脂滤池和蒸汽分布器，所述蒸汽分布器设置在磁性树脂滤池底部，并且所述磁性树脂滤池内部垂直设置有锌棒。
优选地，所述蒸汽分布器上方设置有振动滤网。
优选地，本发明的一种磁性树脂的高效脱附系统还包括冷凝装置，所述冷凝装置通过管道与磁性树脂滤池顶部的排气口相连接。
优选地，所述磁性树脂滤池的顶部设置有喷淋装置，用于自上而下对磁性树脂滤池进行喷淋洗涤。
优选地，所述磁性树脂滤池内部垂直设置有1～3根锌棒/平方米的磁性树脂滤池底面积，并且所述锌棒的高度与磁性树脂滤池的深度相同，锌棒的直径为5～15cm。
本发明的一种磁性树脂的高效脱附方法，包括使水蒸汽自下而上通入磁性树脂滤池，其中所述磁性树脂滤池内填充有氨氮吸附饱和的磁性树脂，并且磁性树脂滤池内部垂直设置有锌棒；在锌棒的催化作用下，使水蒸汽解离成氢离子和氢氧根离子，氢离子置换氨氮吸附饱和的磁性树脂中的铵根离子，从而得到脱附后的氢型磁性树脂。
优选地，本发明的一种磁性树脂的高效脱附方法还包括在水蒸汽通入磁性树脂滤池的过程中，采用振动滤网进行振动，加速水蒸汽与氨氮吸附饱和的磁性树脂混合。
优选地，在水蒸汽通入结束后，采用磁性树脂滤池顶部设置的喷淋装置自上而下进行纯水喷淋洗涤。
优选地，将磁性树脂滤池中的水蒸汽停留时间控制为6～8h。
优选地，水蒸汽的通入量为每小时每吨树脂2～4m3，并且水蒸汽的压力范围为0.2～0.3MPa。
优选地，振动滤网的振动频率为30～60Hz。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的一种磁性树脂的高效脱附方法，采用水蒸汽和锌代替氯化钠溶液进行磁性树脂的脱附，脱附后不产生高浓的含盐废水，避免了后续的含盐废液的处理，且氢型磁性树脂保持对氨氮的高吸附能力；
(2)本发明的一种磁性树脂的高效脱附系统，在蒸汽分布器上方设置有振动滤网，可有效提高水蒸汽和磁性树脂的混合效率，使脱附反应更加充分、高效；
(3)本发明的一种磁性树脂的高效脱附系统，包括冷凝装置，所述冷凝装置通过管道与磁性树脂滤池顶部的排放口相连接，用于将随水蒸汽向上流动排出磁性树脂滤池的氢氧化铵，共同冷凝形成稀氨水；
(4)本发明的一种磁性树脂的高效脱附系统，结构简单，设计合理，易于制造。
附图说明
图1为本发明的一种磁性树脂的高效脱附系统的结构示意图；
图中：
100、磁性树脂滤池；110、蒸汽分布器；120、锌棒；
130、振动滤网；140、排气口；150、喷淋装置；
160、磁性树脂；170、排水口；200、冷凝装置。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
如图1所示，本发明的一种磁性树脂的高效脱附系统，包括磁性树脂滤池100和蒸汽分布器110，所述蒸汽分布器110设置在磁性树脂滤池100底部，用于将118～122℃的高温水蒸汽自下而上通入磁性树脂滤池100，其中水蒸汽的通入量控制为每小时每吨树脂2～4m3，水蒸汽的压力控制为0.2～0.3MPa，并且保证磁性树脂滤池100中水蒸汽的停留时间为6～8h。
在蒸汽分布器110上方设置有振动滤网130，优选地变频振动滤网，使变频振动滤网以30～60Hz的振动频率进行振动，加速水蒸汽与磁性树脂滤池100内填充的氨氮吸附饱和的磁性树脂160混合，水蒸汽被分布较多的小颗粒树脂不断分割；并且在磁性树脂滤池100内部垂直设置有1～3根锌棒120/平方米的磁性树脂滤池底面积，并且锌棒120的高度与磁性树脂滤池100的深度相同，锌棒120的直径为5～15cm，在锌棒120(锌-氧化锌复合物，其中氧化锌存在于锌棒120表面)的催化作用下，水蒸汽解离形成氢离子和氢氧根离子，氢离子置换氨氮吸附饱和的磁性树脂160中的铵根离子，从而得到脱附后的氢型磁性树脂。
氢氧根离子与铵根离子结合形成氢氧化氨(即一水合氨)，氢氧化氨随水蒸汽向上流动，从磁性树脂滤池顶部的排气口140排出系统；在磁性树脂滤池100外部设置有冷凝装置200，排出的氢氧化氨与水蒸汽一同经由管道进入冷凝装置200中，冷凝形成稀氨水。具体化学反应如下所示。
H2O→H++OH-
R-SO3NH4+H+→R-SO3H+NH4 +
NH4 ++OH-→NH3·H20→NH3+H2O
此外，磁性树脂滤池100顶部设置有一个或多个喷淋装置150，优选喷淋头，用于自上而下对磁性树脂滤池100进行喷淋洗涤。在水蒸汽通入结束后，采用磁性树脂滤池100顶部设置的喷淋装置150自上而下进行纯水喷淋洗涤，洗涤水的流量控制为2.5～5.5BV/h，优选地3BV/h，喷淋洗涤的时间控制为2～4h，优选3h。清洗后，停止纯水喷淋和底部的振动，完成磁性树脂的脱附再生，清洗后的水通过磁性树脂滤池100底部设置的排水口170排出。
需要说明的是，本发明的一种磁性树脂的高效脱附方法，以锌为催化剂，加速高温水蒸汽解离出氢离子和氢氧根离子，利用氢离子置换树脂中的铵根离子，并将氢氧根离子与铵根离子结合形成氢氧化铵，最终脱除排除系统，实现树脂的脱附，得到氢型磁性树脂，所述氢型磁性树脂对氨氮的吸附能力较钠型磁性树脂更强，并且再生后的树脂仍能保持对氨氮的高吸附能力。
实施例1
本实施例的一种磁性树脂的高效脱附方法，包括在填充有氨氮吸附饱和的磁性树脂滤池中垂直设置有锌棒，其中锌棒的高度与树脂滤池的深度相同，树脂滤池中每平米设置有直径为10cm的锌棒1根。开启蒸汽分布器，将水蒸汽自下而上通入吸附氨氮饱和的磁性树脂滤池，控制水蒸汽压力为0.2MPa，水蒸汽均匀通过磁性树脂及锌棒，水蒸汽的停留反应时间为6h。在蒸汽通入过程中，将振动滤网以30Hz的频率进行振动，加速水蒸汽与磁性树脂的混合。在锌的催化作用下，水蒸汽解离形成氢离子和氢氧根离子，氢离子置换氨氮吸附饱和的磁性树脂中的铵根离子，从而得到脱附后的氢型磁性树脂；氢氧根离子与铵根离子结合形成氢氧化氨，水蒸汽和氢氧化铵经过外部冷凝装置，冷凝后形成稀氨水。
水蒸汽通入结束后，采用磁性树脂滤池顶部设置的喷淋装置自上而下进行纯水喷淋洗涤，洗涤水的流量为3BV/h，清洗3h后，停止纯水喷淋和底部的振动滤网振动，完成磁性树脂的脱附再生。
脱附再生后，根据回收的氨氮计算得到本实施例中磁性树脂的氨氮脱附率为99％。将再生后的树脂进行氨氮饱和吸附试验，再生树脂吸附氨氮的总量为树脂初次吸附氨氮总量的98％。
实施例2
本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：本实施例的一种磁性树脂的高效脱附方法，包括在填充有氨氮吸附饱和的磁性树脂滤池中垂直设置有锌棒，其中锌棒的高度与树脂滤池的深度相同，树脂滤池中每平米设置有直径为5cm的锌棒3根。开启蒸汽分布器，将水蒸汽自下而上通入吸附氨氮饱和的磁性树脂滤池，控制水蒸汽压力为0.3MPa，水蒸汽均匀通过磁性树脂及锌棒，水蒸汽的停留反应时间为8h。在蒸汽通入过程中，将振动滤网以60Hz的频率进行振动，加速水蒸汽与磁性树脂的混合。在锌的催化作用下，水蒸汽解离形成氢离子和氢氧根离子，氢离子置换氨氮吸附饱和的磁性树脂中的铵根离子，从而得到脱附后的氢型磁性树脂；氢氧根离子与铵根离子结合形成氢氧化氨，水蒸汽和氢氧化铵经过外部冷凝装置，冷凝后形成稀氨水。
水蒸汽通入结束后，采用磁性树脂滤池顶部设置的喷淋装置自上而下进行纯水喷淋洗涤，洗涤水的流量为2.5BV/h，清洗2h后，停止纯水喷淋和底部的振动滤网振动，完成磁性树脂的脱附再生。
脱附再生后，根据回收的氨氮计算得到本实施例中磁性树脂的氨氮脱附率为96％。将再生后的树脂进行氨氮饱和吸附试验，再生树脂吸附氨氮的总量为树脂初次吸附氨氮总量的94％。
实施例3
本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：本实施例的一种磁性树脂的高效脱附方法，包括在填充有氨氮吸附饱和的磁性树脂滤池中垂直设置有锌棒，其中锌棒的高度与树脂滤池的深度相同，树脂滤池中每平米设置有直径为15cm的锌棒2根。开启蒸汽分布器，将水蒸汽自下而上通入吸附氨氮饱和的磁性树脂滤池，控制水蒸汽压力为0.25MPa，水蒸汽均匀通过磁性树脂及锌棒，水蒸汽的停留反应时间为7h。在蒸汽通入过程中，将振动滤网以45Hz的频率进行振动，加速水蒸汽与磁性树脂的混合。在锌的催化作用下，水蒸汽解离形成氢离子和氢氧根离子，氢离子置换氨氮吸附饱和的磁性树脂中的铵根离子，从而得到脱附后的氢型磁性树脂；氢氧根离子与铵根离子结合形成氢氧化氨，水蒸汽和氢氧化铵经过外部冷凝装置，冷凝后形成稀氨水。
水蒸汽通入结束后，采用磁性树脂滤池顶部设置的喷淋装置自上而下进行纯水喷淋洗涤，洗涤水的流量为5.5BV/h，清洗4h后，停止纯水喷淋和底部的振动滤网振动，完成磁性树脂的脱附再生。
脱附再生后，根据回收的氨氮计算得到本实施例中磁性树脂的氨氮脱附率为98％。将再生后的树脂进行氨氮饱和吸附试验，再生树脂吸附氨氮的总量为树脂初次吸附氨氮总量的96％。
对比例1
本对比例的基本内容同实施例1，不同之处在于：在填充有氨氮吸附饱和的磁性树脂滤池中未设置有锌棒。
在氨氮吸附饱和的磁性树脂滤池中，将水蒸汽自下而上通入磁性树脂滤池，控制水蒸汽压力0.2MPa，水蒸汽均匀通过磁性树脂，水蒸汽的停留反应时间为6h。水蒸汽和氢氧化铵经过外部冷凝装置，冷凝后形成稀氨水。磁性树脂滤池底部设置变频振动滤网，在蒸汽通入过程中，变频振动滤网以30Hz的频率进行振动，加速水蒸汽与磁性树脂的混合。蒸汽通入结束后，从树脂滤池顶部自上而下进行纯水喷淋洗涤，洗涤水流量为3BV/h，清洗3h后，停止纯水喷淋和底部的振动，完成磁性树脂的脱附再生。
脱附再生后，根据回收的氨氮计算得到本对比例中磁性树脂的氨氮脱附率为78％。将再生后的树脂进行氨氮饱和吸附试验，再生树脂吸附氨氮的总量为树脂初次吸附氨氮总量的76％。
对比例2
本对比例的基本内容同实施例1，不同之处在于：采用传统的氯化钠溶液进行磁性树脂脱附。
在氨氮吸附饱和的磁性树脂滤池中，加入10％氯化钠溶液浸泡再生30min，将从树脂与氯化钠溶液进行分离，再将树脂转移至变频振动滤网上，从顶部自上而下进行纯水喷淋洗涤，洗涤水流量为3BV/h，清洗3h后，停止纯水喷淋和底部的振动，完成磁性树脂的脱附再生。
脱附再生后，根据回收的氨氮计算得到本对比例中磁性树脂的氨氮脱附率为75％。将再生后的树脂进行氨氮饱和吸附试验，再生树脂吸附氨氮的总量为树脂初次吸附氨氮总量的72％。
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，所用的数据也只是本发明的实施方式之一，实际的数据组合并不局限于此。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于该技术方案相似的实施方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种磁性树脂的高效脱附系统，其特征在于：包括磁性树脂滤池(100)和蒸汽分布器(110)，所述蒸汽分布器(110)设置在磁性树脂滤池(100)底部，并且所述磁性树脂滤池(100)内部垂直设置有锌棒(120)。
2.根据权利要求1所述的一种磁性树脂的高效脱附系统，其特征在于：所述蒸汽分布器(110)上方设置有振动滤网(130)。
3.根据权利要求1所述的一种磁性树脂的高效脱附系统，其特征在于：还包括冷凝装置(200)，所述冷凝装置(200)通过管道与磁性树脂滤池(100)顶部的排气口(140)相连接。
4.根据权利要求1所述的一种磁性树脂的高效脱附系统，其特征在于：所述磁性树脂滤池(100)的顶部设置有喷淋装置(150)，用于自上而下对磁性树脂滤池(100)进行喷淋洗涤。
5.根据权利要求1所述的一种磁性树脂的高效脱附系统，其特征在于：所述磁性树脂滤池(100)内部垂直设置有1～3根锌棒(120)/平方米的磁性树脂滤池底面积，并且所述锌棒(120)的高度与磁性树脂滤池(100)的深度相同，锌棒(120)的直径为5～15cm。
6.一种磁性树脂的高效脱附方法，包括使水蒸汽自下而上通入磁性树脂滤池(100)，其中所述磁性树脂滤池(100)内填充有氨氮吸附饱和的磁性树脂(160)，并且磁性树脂滤池(100)内部垂直设置有锌棒(120)；在锌棒(120)的催化作用下，使水蒸汽解离成氢离子和氢氧根离子，氢离子置换氨氮吸附饱和的磁性树脂(160)中的铵根离子，从而得到脱附后的氢型磁性树脂。
7.根据权利要求6所述的一种磁性树脂的高效脱附方法，其特征在于：还包括在水蒸汽通入磁性树脂滤池(100)的过程中，采用振动滤网(130)进行振动，加速水蒸汽与氨氮吸附饱和的磁性树脂(160)混合。
8.根据权利要求6所述的一种磁性树脂的高效脱附方法，其特征在于：将磁性树脂滤池(100)中的水蒸汽停留时间控制为6～8h。
9.根据权利要求6所述的一种磁性树脂的高效脱附方法，其特征在于：水蒸汽的通入量为每小时每吨树脂2～4m3，并且水蒸汽的压力范围为0.2～0.3MPa。
10.根据权利要求7所述的一种磁性树脂的高效脱附方法，其特征在于：振动滤网(130)的振动频率为30～60Hz。
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