一種軟化/除鹽水的離子交換預處理方法

2023-07-01 16:12:41 1

專利名稱：一種軟化/除鹽水的離子交換預處理方法
技術領域：
本發明涉及一種用離子交換方法對需軟化或者除鹽的水進行預處理的方法。
背景技術：
天然的水中含有溶解的電解質，以離子形式存在，如鈣離子Ca2+、鎂離子Mg2+、氯離子Cl'重碳酸根HCCV等。鍋爐、換熱器等熱工設備，為了防止水中電解質在濃縮或者受熱時沉澱，給傳熱造 成不利影響或電解質腐蝕金屬材料，給水、循環冷卻水中通常要求完全或部分除去電解質，這個過程稱為除鹽或脫鹽，相應地水稱為除鹽水；對要求不高的場合，只需將水中易於沉澱的鈣鎂離子(硬度)交換成不易沉澱鈉離子，即軟化。獲得除鹽水常用的方法是離子交換法或者反滲透法。離子交換除鹽的工藝通常是，先用H型陽離子交換樹脂交換水中的陽離子，替換成H+離子，H+離子與水中的重碳酸根HC03_或碳酸根C032_結合產生游離的CO2,借CO2在水中溶解度較低的原理，用鼓風機將CO2吹脫，經CO2吹脫的水再用中間水泵打入OH型陰離子交換樹脂進行交換，陰離子交換樹脂吸附水中的陰離子，釋放出0H_離子，並與H+離子結合成H2O,從而達到除鹽目的。之所以需吹脫水中的CO2，是因為CO2在水中水解最終會為陰離子交換樹脂吸附，增加陰離子交換樹脂的負荷。反滲透法則給水加壓並流經反滲透膜，施加的壓力大於該水質滲透壓，在反滲透膜的另一側獲得純水，滲透壓與進水的含鹽量成正比，含鹽量越大，意味著更高的能耗，反滲透出水電導率一般還不能達到用水設備要求，故多在後續離子交換進一步除鹽。反滲透膜不能阻擋氣體分子，所以出水中CO2含量較高，通常需除碳器除掉，否則會增加後續離子交換處理的負荷。水的軟化一般也用離子交換的方法，含有鈣鎂離子的硬水經過Na型陽離子交換樹脂，樹脂將水中的鈣鎂離子替換成鈉離子，使硬水變成軟水。離子交換樹脂吸附一定量的離子後，就不再有交換功能了，即樹脂「失效」，需進行「再生」恢復交換功能。對除鹽水系統，陽離子交換樹脂需用酸來再生；陰離子交換樹脂用鹼再生。因而酸鹼消耗是離子交換除鹽水系統的主要運行成本，含鹽量越高，消耗的酸鹼越高；對軟水系統，離子交換樹脂需用鹽(NaCl)再生，硬度越大，消耗的鹽也就越多；對反滲透系統，作為二級處理的離子交換系統需少量的酸鹼再生，但反滲透膜不需再生，只需定期地將沉澱(濃縮後在膜上形成鈣鎂的碳酸鹽沉澱)清洗，同時為了減少沉澱，需向進水中添加阻垢劑。綜上所述，如果能降低進水的含鹽量或者硬度，無論對於離子交換法除鹽還是反滲透除鹽，或者鈉離子交換軟化水系統，都是有益的。為了降低含鹽量和硬度，傳統上的做法是石灰軟化法，即向水中加入石灰(Ca (OH)2)，其中的OF與水中的重碳酸根HCCV反應形成碳酸根CO廣，最終形成碳酸鈣沉澱，從而降低了硬度，含鹽量也相應降低。中國專利94108062公開了一種石灰軟化的工藝，沉澱的碳酸鈣在過濾設備中過濾並重新煅燒形成石灰加以利用。也有用弱鹼性離子交換法進行處理的。中國專利申請201010574977公開了一種離子交換的除鹽工藝，利用弱鹼性陰離子交換樹脂只交換強酸性陰離子的特性處理進水，在出水呈鹼性的情況下使重碳酸根轉換成碳酸根，最終形成碳酸鈣沉澱，降低含鹽量、硬度。上述專利公開的工藝，基於石灰軟化的方法，需溶解、攪拌等設備，設備龐大，系統複雜，去除的硬度受水中重碳酸根含量限制。弱鹼性樹脂預處理的除鹽量受限於水中強酸性陰離子的含量，在強酸性陰離子含量較低的情況下，效果就比較差。

發明內容
本發明提供一種離子交換法預處理工藝，可解決除鹽水、軟化水系統進水預處理過程複雜、效果欠佳等缺點。為達到上述目的，本發明提供了一種離子交換預處理方法，其步驟為I)需處理的水分二部分，一部分經強鹼性陰離子交換樹脂進行交換；2)另一部分不作處理；3)兩部分混合；4)對混合的水進行沉澱和過濾。強鹼性離子交換樹脂失效後用燒鹼再生，作為軟化水系統的預處理時，強鹼性陰離子交換的再生廢液引到鈉離子交換軟化樹脂進行再生。所述強鹼性陰離子交換樹脂為強鹼性苯乙烯系I型陰離子交換樹脂、強鹼性苯乙烯系II型陰離子交換樹脂、或強鹼性丙烯酸系陰離子交換樹脂中的一種。進水經I)處理後，水中的陰離子(SO42-、cr 'HCO3-等)交換成or,即R-OH + SO 廣、cr、HC(V = R-SO42- ,CF、HCOf + OFR代表強鹼樹脂步驟2)水中含有HC03_，水中的陽離子Ca2+ Mg2+未參與交換，經步驟3)後，有如下反應HCO3- + or = CO 廣 + H2OCO廣 + Ca2+、Mg2+ = CaCO3、MgCO3 I鈣鎂的碳酸鹽(鎂的碳酸鹽實際水解為更難溶的Mg (OH)2)為難溶電解質，經步驟4)排出系統外。即進水經過上述處理後，水中的含鹽量降低了，離子總數減少了，減少的量與水中的重碳酸根、I丐鎂尚子的量有關。強鹼性離子交換樹脂失效後用燒鹼再生R-SO廣、Cr、HC(V + NaOH = R-OH + NaCl、Na2SO4、NaHCO3作為軟化水的預處理時，因上述再生廢液含有NaCl、似2504、似!10)3等鈉鹽，因此用以再生軟化水的失效樹脂R-Ca2+、Mg2+ + Na. = R-Na+ + Ca2+、Mg2+從上述反應式知，Imol的氫氧化鈉可除去2mol的鹽(按水處理習慣均以I價計)，在傳統離子交換除鹽系統(陽床-除碳器-陰床)中除去等量的鹽則需要2mol的酸和至少 O. 23mol (水中電解質全部為碳酸氫鹽時耗鹼最低,O. 23mol即5mg為普通除碳器的殘餘CO2量)的氫氧化鈉。同樣，Imol的氫氧化鈉可除去2mol的硬度，同時再生廢液又能作為軟化水樹脂的再生劑(Imol氫氧化鈉中的鈉離子可以除去Imol硬度)，即Imol的氫氧化鈉可除去3mol的硬度。可見，相比傳統除鹽系統和軟化系統，本方案具有較低的處理成本，適合作為一種預處理方法。相比石灰軟化預處理，本方案沒有複雜的石灰溶解、攪拌系統，設備簡單，對於硬度為a，重碳酸根含量為b，含鹽量為C，強酸性陰離子含量d的進水，石灰軟化出水的強酸性陰離子含量與進水一樣為d，最大除鹽量(硬度)等於進水a與b的最小者；本方案出水強酸性陰離子含量為Ο-d之間，可根據需要調整，最大除鹽量a與2bc/(b+c)的最小者，由於c>b，所以2 b c/(b+c) >b，故有，無論水質如何，用本方案最大的除鹽量大於等於石灰軟化法。對於上述水質，使用弱鹼性樹脂預處理時，出水強酸性陰離子含量為0，最大除鹽量為a，2b與2d的最小者。即在強酸性陰離子含量較小時，沒有足夠的0H_與水中的HC03_反應生成C032_以沉澱鈣鎂離子，此時本方案可克服此缺陷，除鹽量更多。
0032]無論何種水質，通過調整處理水量的比例，均可使重碳酸根、碳酸根完全沉澱，意味著後續的系統不需要除碳器及中間水泵，降低運行成本。而弱鹼性樹脂預處理方法，僅在硬度、重碳酸根、強酸性陰離子含量適當時，才能達到這個效果。同時由於本技術方案只有一部分的進水流經交換器，處理同樣流量的水，相比弱鹼性樹脂預處理方法，需要的交換器直徑可相應地縮小，需要的樹脂量也較少。對於水量很大的循環水系統，部分處理也利於降低設備投資。本發明的有益效果是部分進水經強鹼性陰離子交換樹脂交換，釋放的OH一離子與未經處理的另一部分進水中的重碳酸根hco3_結合成碳酸根co32_，後者與水中的鈣鎂離子形成難溶電解質，從而部分除掉了水中的溶解的電解質，相比傳統除鹽模式，除掉等量的鹽只消耗少量的鹼。作為軟化水系統的預處理時，再生廢液還可以用以再生離子交換軟化樹脂，不但降低再生劑的消耗，還降低了水的含鹽量。採用這種方法的優勢是用低成本的預處理方法，減輕後續處理工藝的成本。


下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。圖1，可實現本發明工藝的一套裝置示意圖。圖中I.強鹼性陰離子交換器，2.旁流管，3.過濾器。
具體實施例方式附圖I中，強鹼性陰離子交換器(I)內裝強鹼性陰離子交換樹脂，水流經離子交換樹脂時，其中的陰離子(S042_、C1_、N03_、HC03_等)為樹脂吸附，交換出0H_離子，與流經旁流管(2)的水中的重碳酸根HC03_結合成碳酸根C032_，後者與Ca2+、Mg2+離子形成沉澱，進入過濾器(3)，過濾器通過反洗將沉澱排出，降低了水中的電解質。出水進入離子交換除鹽系統、反滲透系統或者軟化水系統或者直接作為循環水系統的補充水。強鹼性陰離子交換器(I)內的離子交換樹脂失效後，用燒鹼再生，再生廢液為鈉鹽。作為軟化水系統的預處理時，強鹼性陰離子交換器(I)的再生廢液進入後續的鈉離子交換器，將其中的陽離子交換樹脂再生。根據水中重碳酸根含量、硬度，調整流經旁流管(2)的流量，就可以控制混合後的水中的OH—的含量，也就可調節除鹽量或者出水的碳酸根、重碳酸根含量。以下是幾個實施例實施例I :進水陽離子總數3. 5mmol/l(等於含鹽量，下同)，其中Ca2+、Mg2+含量(硬度)為3. 2mmol/l,陰離子總數3. 5mmol/l，其中強酸性陰離子(S042_、CF、N03_等)含量為O. 8mmol/l，重碳酸根HC03_含量為2. 7mmol/l (單位均以水處理中常用的一價離子計，下同)。出水100t/h，作為離子交換除鹽系統進水。強鹼性陰離子交換器(I)直徑1200mm，內裝201 X7強鹼性苯乙烯系陰離子交換樹脂1200L。旁流量為56. 5t/h，流經強鹼性陰離子交換器的流量為43. 5t/h。混合後Ca2+、Mg2+含量為3. 2mmol/l，強酸性陰離子(S042—、C1_、N03_等)含量約為O. 45mmol/l，重碳酸 根HC03_含量約為1.52_01/1，OH-含量約為1.52_1ο/1。經反應、沉澱後，出水陽離子含量為O. 45mmol/l,陰離子含量為O. 45mmol/l,不含重碳酸根及碳酸根,後續離子交換除鹽系統不需除碳器及中間水泵。與其他方法的對比
權利要求
1.ー種軟化、除鹽水的離子交換預處理方法，其特徵是其步驟為 1)需處理的水分二部分，一部分經強鹼性陰離子交換樹脂進行交換； 2)另一部分不作處理； 3)兩部分混合； 4)對混合的水進行沉澱和過濾。
2.根據權利要求I所述的離子交換預處理方法，其特徵是強鹼性離子交換樹脂失效後，用燒鹼再生。
3.根據權利要求I所述的離子交換預處理方法，其特徵是作為軟化水系統預處理時，強鹼性陰離子交換的再生廢液引到鈉離子交換軟化樹脂進行再生。
4.根據權利要求I所述的離子交換預處理方法，其特徵是所述強鹼性陰離子交換樹脂為強鹼性苯こ烯系I型陰離子交換樹脂、強鹼性苯こ烯系II型陰離子交換樹脂、或強鹼性丙烯酸系陰離子交換樹脂中的ー種。
全文摘要
一種軟化、除鹽水的離子交換預處理方法。將部分進水用強鹼性陰離子交換樹脂把其中的陰離子交換成OH-離子，與未處理的部分進水中的重碳酸根HCO3-反應成碳酸根CO32-，碳酸根與水中的鈣鎂離子形成難溶電解質過濾除掉，從而降低或除掉鈣鎂鹽的含量；當這種方法用於鈉離子交換軟化水系統的預處理時，強鹼性陰離子交換樹脂的再生廢液又可以作為後續鈉離子交換樹脂的再生劑，降低了再生劑的消耗。採用這種方法的優勢是用低成本的預處理方法，減輕後續處理工藝的成本。
文檔編號C02F9/04GK102659264SQ20121015993
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月22日 優先權日2012年5月22日
發明者麻克棟 申請人:麻克棟