CN210875374U - 双室离子交换器就地再生装置以及水处理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种双室离子交换器就地再生装置以及水处理系统，解决了现有技术进行双室离子交换器再生时，强酸强碱会腐蚀设备、影响人体健康、造成环境污染等问题。该再生装置包括双极膜电渗析器、料液罐、料液泵、稀酸罐、稀酸泵、稀碱罐、稀碱泵、极水罐、极水泵、酸浓度调节单元、碱浓度调节单元；双极膜电渗析器包括料液室、极水室、稀酸室、稀碱室；料液室、料液罐、料液泵形成料液循环回路；极水室、极水罐、极水泵形成极水循环回路；稀酸室、稀酸罐、稀酸泵形成稀酸循环回路；稀碱室、稀碱罐、稀碱泵形成稀碱循环回路；酸浓度调节单元、碱浓度调节单元分别用于调低稀酸溶液或稀碱溶液浓度并通过管道提供给双室离子交换器。
Description
技术领域
本实用新型属于离子交换水处理领域，具体涉及一种双室离子交换器就地再生装置以及水处理系统。
背景技术
在电力、化工、治金、轻纺多种工业领域的水处理中，其纯水的制备主要是应用离子交换树脂或反渗透物理等方式，把水中含有的阳、阴离子去除到要求的含量，这种去除水中溶解盐类的技术，是从上世纪50年代开始，但是由于当时我国技术基础差，大都沿用了美国、日本、德国的离子交换技术进行水处理工作。
自上世纪80年代我国成功研发出双室离子交换器以后，我国也有了自主创新的先进水处理设备，且该设备具有独特的一项自洁净功能，即树脂再生时，不需要像其它工艺那样，进行一次或二次反洗操作。
由于取消了反洗操作，就能节省5％的自用水量和节省11％的树脂损耗量。节省了5％的自来水量意味着不需要再对5％的废水进行处理。因为所用的自用水最终都是会变成废水的。与其它除盐水处理工艺相比，它的自用水量、树脂损耗量和操作程序最少，运行流速最高，投资费用和运行费用最低。
但双室离子交换器运行一段时间后会存在树脂失效问题，目前解决树脂失效问题的办法是使用强酸(Hcl)溶液和强碱(NaOH)溶液对树脂进行再生；
但是这一解决办法存在一定的问题：
1、强酸(Hcl)溶液和强碱(NaOH)溶液均属于危险性运输品，采购时，需经有关部门审批，才能用特种的防护车辆运输到现场，存放在酸碱贮存罐内由此可见采购强酸和强碱，手续复杂，并且运输成本很高，运输风险较大。
2、由于强酸(Hcl)溶液和强碱(NaOH)溶液浓度都比较高，会对人体和设备造成腐蚀，尤其是强酸(Hcl)溶液在使用时会挥发出Hcl气体，从而影响着人体健康和环境的污染。
实用新型内容
为了解决现有技术进行双室离子交换器再生工艺时，强酸强碱会腐蚀设备、影响人体健康、造成环境污染以及前期强酸强碱运输和采购成本高等问题，本实用新型提供了一种双室离子交换器再生装置。
同时，基于上述再生装置，本实用新型还提供了一套水处理系统。
为了解决所存在的问题，本实用新型提出的具体技术方案是：
本实用新型提供了一种双室离子交换器就地再生装置，包括双极膜电渗析器、料液罐、料液泵、稀酸罐、稀酸泵、稀碱罐、稀碱泵、极水罐、极水泵、酸浓度调节单元、碱浓度调节单元；
所述双极膜电渗析器包括料液室、极水室、稀酸室、稀碱室；
所有料液室的入口与出口分别通过管道连通料液罐、料液泵，从而形成料液循环回路；
所有极水室的入口与出口分别通过管道连通极水罐、极水泵，从而形成极水循环回路；
所有稀酸室的入口与出口分别通过管道连通稀酸罐、稀酸泵，从而形成稀酸循环回路；
所有稀碱室的入口与出口分别通过管道连通稀碱罐、稀碱泵，从而形成稀碱循环回路；
酸浓度调节单元用于调低稀酸罐中稀酸溶液浓度并通过管道提供给阳双室离子交换器；
碱浓度调节单元用于调低稀碱罐中稀碱溶液浓度并通过管道提供给阴双室离子交换器。
进一步地，上述酸浓度调节单元包括酸计量箱、酸喷射器、第一水泵；
稀酸罐通过管道与所述酸计量箱入液口连通，酸计量箱出液口通过与所述酸喷射器与阳双室离子交换器底部连通；第一水泵通过管道将外部水注入酸喷射器内；
所述碱浓度调节单元包括碱计量箱、碱喷射器、第二水泵；
稀碱罐通过管道与所述碱计量箱入液口连通，碱计量箱出液口通过与所述碱喷射器与阴双室离子交换器底部连通；第二水泵通过管道将外部水注入碱喷射器内。
进一步地，上述双极膜电渗析器包括阳电极板、阴电极板、膜堆以及夹紧装置；阳电极板、阴电极板分别与外部直流电源正、负极连接；膜堆设置在阳电极板、阴电极板之间；
膜堆包括多个阴膜、多个阳膜和多个双极膜；采用阴膜、阳膜、双极膜交替出现的方式排序；各个膜之间均用一隔板隔开；
夹紧装置将阳电极板、阴电极板、膜堆连成整体；
最前端阴膜和阳电极板之间构成阳极水室；最后端阳膜和阴电极板之间构成阴极水室；
阴膜和阳膜之间构成料液室；
阳膜和双极膜之间构成稀碱室；
双极膜和阴膜之间构成稀酸室；
进一步地，上述阳电极板为钛涂钌或钛涂铂板，阴电极板为二氧化钌或不锈钢板。
本实用新型基于上述再生装置还提供一种水处理系统，该处理系统包括上述再生装置以及除盐设备；所述除盐设备包括阳双室离子交换器和阴双室离子交换器；
阳双室离子交换器的底部与所述装置中酸浓度调节单元出口通过管道连通；阴双室离子交换器的底部与所述装置中碱浓度调节单元出口通过管道连通；
阳双室离子交换器的出水口与阴双室离子交换器的进水口通过管道连通。
本实用新型的优点：
1、本实用新型采用由Nacl料液通过双极膜电渗析器就地制取的稀酸液和稀碱液，并且分别利用酸浓度调节单元和碱浓度调节单元再次对稀酸液和稀碱液进行二次稀释生成再生酸碱溶液，避免了由外地采购、运输强酸、强碱溶液来进行双室离子交换器再生所带来的危险性，并且也不会存在具有发挥性的Hcl气体，而污染环境、腐蚀设备和影响人体健康的问题，通过核算采用本实用新型制出的再生酸碱溶液，经济性好，可比之前采购来的酸碱价格降低一半以上。
2、双极膜电渗析器制取酸碱，尤其适用于运输酸碱更为困难的边远地区和海水淡化的沿海地区，因为这些地区的应用将可以带来更多的环保、经济和社会效益。例如进行海水淡化工作，首先要对反渗透的进水进行pH的调节，由本工艺制出的稀Hcl可以作为调节pH的用酸，另外，反渗透在除盐过程中，排除的废浓海水，可以作为一种资源，作为本工艺的原料盐液。对于其他凡是采用反渗透预脱盐的工艺，都是可以用本工艺制出的稀Hcl来调节pH的，同样可以避免使用浓Hcl而带来的上述问题。
3、阳阴双室离子交换器可以设计为同步再生，可以使阳阴床再生时排出废酸、废碱同时进行酸碱中和，这样不但可以节省酸碱中和费用，又可以防止环境污染。
附图说明
图1是双室离子交换器就地再生装置的结构示意图。
附图标记如下：
1-料液罐、2-料液泵、3-稀酸罐、4-稀酸泵、5-稀碱罐、6-稀碱泵、7-极水罐、8-极水泵、9-双极膜电渗析器、10-酸浓度调节单元、11-碱浓度调节单元、12-阳电极板、13-阴电极板、14-阴膜、15-阳膜、16-双极膜、17-阳极水室、18-阴极水室、19-料液室、20-稀碱室、21-稀酸室、22-酸计量箱、23-酸喷射器、24-第一水泵、25-阳双室离子交换器、26碱计量箱、27-碱喷射器、28-第二水泵、29-阴双室离子交换器、30-第一筒体、31-进水装置、32-弱酸树脂层、33-多孔板、34-强酸树脂层、35-石英砂垫层、36-第二筒体、37-弱碱树脂层、38-强碱树脂层。
A1-1级阴膜、B1-1级阳膜、C1-双极膜、A2-2级阴膜、B2-2级阳膜、C2-2级双极膜、A3-3级阴膜、B3-3级阳膜、C3-3级双极膜、AN-N级阴膜、BN-N级阳膜。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行说明。
由实用新型人经过大量试验得出了以下的优化数据：再生阳双室离子交换器所用的Hcl浓度为2.6～3.1％，再生阴双室离子交换器所用的NaOH浓度为1.9～2.2％，就能再生好树脂，同时又能够防止阴双室离子交换器在再生时产生胶体硅的沉积。
基于此优化数据提供一种双室离子交换器再生工艺，其具体执行步骤如下：
步骤1：制备浓度为6～11％的稀酸溶液和稀碱溶液；
步骤1.1：向双极膜电渗析器持续供给Nacl料液；双极膜电渗析器分离出浓度为6～11％的Hcl溶液和NaOH溶液；
步骤1.2：通过管道将Hcl溶液和NaOH溶液分别输送至稀酸罐和稀碱罐；
需要说明的是：在制取酸碱时，选用的原料液只能是Nacl，不能用Na2SO4,如果用了Na2SO4，则制出的强酸就是H2SO4,而不是Hcl。采用H2SO4来再生阳双室离子交换器，是容易产生CaSO4沉积物的，如果树脂层内沉积了CaSO4，则阳双室离子交换器所具有的自洁净功能等多项优势将不再存在，而带来的是危害。
步骤2：制备更低浓度的Hcl溶液和NaOH溶液：在此工艺过程中更低浓度的Hcl溶液和NaOH溶液分别为2.6～3.1％Hcl溶液和1.9～2.2％的NaOH溶液效果最佳；
将稀酸罐内的浓度为6～11％的Hcl溶液通过管道依次输送至酸计量箱和酸喷射器进行二次稀释，得到浓度为2.6～3.1％的Hcl溶液；
同时，将稀碱罐内的浓度为6～11％的Hcl溶液通过管道依次输送至碱计量箱和碱喷射器进行二次稀释，得到浓度为1.9～2.2％的NaOH溶液；
步骤3：树脂再生；
更低浓度的Hcl溶液(2.6～3.1％)从阳双室离子交换器的底部以4～5m/h的速度进入，自下而上依次对阳双室离子交换器下、上室内的阳性树脂层进行再生；
更低浓度的浓度NaOH溶液(1.9～2.2％)从阴双室离子交换器的底部以4～5m/h的速度进入，自下而上依次对阴双室离子交换器下、上室内的阴性树脂层进行再生。
另外，上述工艺过程还对再生后的废液进行了合理的处理，即步骤4：当阳性树脂层和阴性树脂层为同步再生时，可将阳双室离子交换器和阴双室离子交换器的废Hcl溶液和废NaOH溶液中和，然后排出。
在实际的生产过程中，还可以在执行步骤【2】之前，将步骤【1】得到的浓度为6～11％的Hcl溶液和NaOH溶液储存起来以便后期直接使用，无需在耗费多余时间进行生产。
基于上述工艺过程的描述，本实用新型还提供了一种实现该工艺过程的双室离子交换器再生装置；如图1所示，该再生装置包括料液罐1、料液泵2、稀酸罐3、稀酸泵4、稀碱罐5、稀碱泵6、极水罐7、极水泵8、双极膜电渗析器9、酸浓度调节单元10、碱浓度调节单元11以及若干管道(图中未示出)；
其中，双极膜电渗析器9的具体结构如下：
双极膜电渗析器9包括膜堆、极区、夹紧装置三大部件；
极区包括阳电极板12和阴电极板13，阳电极板12、阴电极板13分别与外部直流电源正、负极连接；常用的阳电极板12为钛涂钌或钛涂铂板，阴电极板13为二氧化钌或不锈钢板。
膜堆设置在阳电极板12、阴电极板13之间，其为阳电极板12和阴电极板13之间膜对的总和；一般情况下双极膜电渗析器所用的膜对数量小于180对。
膜堆包括多个阴膜14、多个阳膜15和多个双极膜16；采用阴膜14、阳膜15、双极膜16交替出现的方式排序；各个膜之间均用一隔板隔开；本实施例提供的极区和膜堆的具体组装如图1所示，排列次序为：第1级为：阳电极板12、1级阴膜A1、1级阳膜B1和1级双极膜C1，第2级为：2级阴膜A2、2级阳膜B2和2级双极膜C2，第3级为：3级阴膜A3、3级阳膜B3和3级双极膜C3，……第N级为N级阴膜AN、N级阳膜BN和阴电极板13；
其中，1级阴膜A1和阳电极板12之间构成阳极水室17；N级阳膜BN和阴电极板13之间构成阴极水室18；各级阴膜14和阳膜15之间构成料液室19；各级阳膜15和双极膜16之间构成稀碱室20；上级双极膜16和下级阴膜14之间构成稀酸室21。
运行系统有料液、极水、稀酸、稀碱4个循环回路；
双极膜电渗析器9中所有料液室19的入口与出口分别通过管道连通料液罐1、料液泵2，从而形成料液循环回路；
双极膜电渗析器9中极水室18的入口与出口分别通过管道连通极水罐7、极水泵8，从而形成极水循环回路；
双极膜电渗析器9中所有稀酸室21的入口与出口分别通过管道连通稀酸罐3、稀酸泵4，从而形成稀酸循环回路；
双极膜电渗析器9中所有稀碱室20的入口与出口分别通过管道连通稀碱罐5、稀碱泵6，从而形成稀碱循环回路；
酸浓度调节单元10用于调低稀酸罐3中稀酸溶液浓度并通过管道提供给阳双室离子交换器25；此处酸浓度调节单元的具体结构为：包括酸计量箱22、酸喷射器23、第一水泵24；
稀酸罐3通过管道与所述酸计量箱22入液口连通，酸计量箱22出液口通过与所述酸喷射器23与外部阳双室离子交换器25底部连通；第一水泵24通过管道将外部水注入酸喷射器23内；
碱浓度调节单元11用于调低稀碱罐5中稀碱溶液浓度并通过管道提供给阴双室离子交换器29；此处碱浓度调节单元的具体结构为：包括碱计量箱26、碱喷射器27、第二水泵28；
稀碱罐5通过管道与所述碱计量箱26入液口连通，碱计量箱26出液口通过与所述碱喷射器27与阴双室离子交换器29底部连通；第二水泵28通过管道将外部水注入碱喷射器27内。
在该装置中使用双极膜电渗析器，与常规的电解水相比，在双极膜电场作用下，水解离速度可提高5千万倍，因而能耗可以大大降低。据估算针对300MW火力发电厂，每年消耗的酸碱费用约250万元，如果改用双极膜电渗析器制取稀酸、稀碱，则每年的运行费用可以降低至130万元左右。
基于上述再生装置，本实用新型还提供了一种水处理系统，
该系统包括上述再生装置以及除盐设备；除盐设备包括阳双室离子交换器25和阴双室离子交换器29；
阳双室离子交换器25的底部与所述再生装置中所述酸喷射器23通过管道连通；阴双室离子交换器29的底部与所述再生装置中所述碱喷射器27通过管道连通；
阳双室离子交换器25的出水口与阴双室离子交换器29的进水口通过管道连通。
具体来说，阳双室离子交换器包括第一筒体30以及第一筒体30内自上而下依次设置的进水装置31、弱酸或强酸树脂层32、多孔板33、强酸树脂层34、石英砂垫层35；阴双室离子交换器29包括第二筒体36以及第二筒体36内自上而下依次设置的进水装置31、弱碱或强碱树脂层37、多孔板33、强碱树脂层38、石英砂垫层35。(该结构为现有技术此处只是进行简单介绍，不对结构进行过多的赘述)。
该水处理系统集制出纯水、就地制取再生酸碱溶液、树脂再生的功能为一体。其具体的工作过程如下所述：
1、制造纯水：原水进入第一筒体30(即进入阳双室离子交换器)的进水装置31开始布水，调整所需水流速，水流从上向下通过上室的弱酸或强酸树脂层32、多孔板33、下室的强酸树脂层34，石英砂垫层35后通过出水口流至阴双室离子交换器29。
再经过第二筒体36(即进入阴双室离子交换器)的进水装置31、弱碱或强碱树脂层37、多孔板33、下室的强碱树脂层38，石英砂垫层35后制造出纯水，直至出水接近超标时，开始使用启动再生装置进行阳双室离子交换器和阴双室离子交换器内的树脂再生工序；
2、再生：启动再生装置，从而使稀碱泵6、极水罐7、极水泵8、双极膜电渗析器9、酸计量箱22、酸喷射器23、第一水泵24、碱计量箱26、碱喷射器27、第二水泵28开始工作；制造出的浓度为2.6～3.1％的Hcl溶液以及浓度为1.9～2.2％的NaOH溶液，作为再生溶液，并分别以4～5m/h的速度进入第一筒体30(即进入阳双室离子交换器)和第二筒体36(即进入阴双室离子交换器)，从而分别对第一筒体30和第二筒体36内的弱酸或强酸树脂层32、强酸树脂层34、弱碱或强碱树脂层37、强碱树脂层38进行再生，当进入的再生液量到达要求，再生装置停止工作；
3、置换：仍以4～5m/h流速分别从阳双室离子交换器25和阴双室离子交换器29底部供入纯水，清洗阳双室离子交换器25和阴双室离子交换器29内的树脂层，达到规定指标要求后，停止供给纯水；
4、正洗：原水分别进入阳双室离子交换器25和阴双室离子交换器29，自上而下通过上室树脂层、多孔板、下室树脂层以及石英砂垫层后进行正洗，当出水水质达到标准(一级除盐出水电导率小于5μS/cm，二级除盐出水电导率小于0.1～0.2μS/cm)后，阳双室离子交换器和阴双室离子交换器做备用或投入运行。
基于此水处理可以不再使用二级除盐混床水处理工艺，而使用先进的双室离子交换器，因为该工艺的使用，可以解决混床在运行时所带来的多项缺陷。
本工艺的综合优势，双室离子交换器具有操作程序最少，运行流速最高(达40m/h大)，没有反洗操作，自用水耗最低(<5％)，节省树脂损耗11％，运行费用和投资费用最低，这是具有国际领先水平的运行技术指标。
Claims (5)
1.一种双室离子交换器就地再生装置，其特征在于：包括双极膜电渗析器(9)、料液罐(1)、料液泵(2)、稀酸罐(3)、稀酸泵(4)、稀碱罐(5)、稀碱泵(6)、极水罐(7)、极水泵(8)、酸浓度调节单元(10)、碱浓度调节单元(11)；
所述双极膜电渗析器(9)包括料液室(19)、极水室、稀酸室(21)、稀碱室(20)；
所有料液室(19)的入口与出口分别通过管道连通料液罐(1)、料液泵(2)，从而形成料液循环回路；
所有极水室的入口与出口分别通过管道连通极水罐(7)、极水泵(8)，从而形成极水循环回路；
所有稀酸室(21)的入口与出口分别通过管道连通稀酸罐(3)、稀酸泵(4)，从而形成稀酸循环回路；
所有稀碱室(20)的入口与出口分别通过管道连通稀碱罐(5)、稀碱泵(6)，从而形成稀碱循环回路；
酸浓度调节单元(10)用于调低稀酸罐(3)中稀酸溶液浓度并通过管道提供给阳双室离子交换器；
碱浓度调节单元(11)用于调低稀碱罐(5)中稀碱溶液浓度并通过管道提供给阴双室离子交换器。
2.根据权利要求1所述一种双室离子交换器就地再生装置，其特征在于：
所述酸浓度调节单元(10)包括酸计量箱(22)、酸喷射器(23)、第一水泵(24)；
稀酸罐(3)通过管道与所述酸计量箱(22)入液口连通，酸计量箱(22)出液口通过与所述酸喷射器(23)与阳双室离子交换器(25)底部连通；第一水泵(24)通过管道将外部水注入酸喷射器(23)内；
所述碱浓度调节单元(11)包括碱计量箱(26)、碱喷射器(27)、第二水泵(28)；
稀碱罐(5)通过管道与所述碱计量箱(26)入液口连通，碱计量箱(26)出液口通过与所述碱喷射器(27)与阴双室离子交换器(29)底部连通；第二水泵(28)通过管道将外部水注入碱喷射器(27)内。
3.根据权利要求2所述一种双室离子交换器就地再生装置，其特征在于：
所述双极膜电渗析器(9)包括阳电极板(12)、阴电极板(13)、膜堆以及夹紧装置；阳电极板(12)、阴电极板(13)分别与外部直流电源正、负极连接；膜堆设置在阳电极板(12)、阴电极板(13)之间；
膜堆包括多个阴膜(14)、多个阳膜(15)和多个双极膜(16)；采用阴膜(14)、阳膜(15)、双极膜(16)交替出现的方式排序；各个膜之间均用一隔板隔开；
夹紧装置将阳电极、阴电极板(13)、膜堆连成整体；
最前端阴膜(14)和阳电极板(12)之间构成阳极水室(17)；最后端阳膜(15)和阴电极板(13)之间构成阴极水室(18)；
阴膜(14)和阳膜(15)之间构成料液室(19)；
阳膜(15)和双极膜(16)之间构成稀碱室(20)；
双极膜(16)和阴膜(14)之间构成稀酸室(21)。
4.根据权利要求3所述一种双室离子交换器就地再生装置，其特征在于：所述阳电极板为钛涂钌或钛涂铂板，阴电极板为二氧化钌或不锈钢板。
5.一种水处理系统，其特征在于：包括除盐设备以及如权利要求1或2或3或4所述的装置；
所述除盐设备包括阳双室离子交换器(25)和阴双室离子交换器(29)；
阳双室离子交换器(25)的底部与所述装置中酸浓度调节单元(10)出口通过管道连通；阴双室离子交换器(29)的底部与所述装置中碱浓度调节单元(11)出口通过管道连通；
阳双室离子交换器(25)的出水口与阴双室离子交换器(29)的进水口通过管道连通。
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