離子交換部分除鹽二氧化碳再生工藝的製作方法

2023-05-03 16:20:16 1

專利名稱：離子交換部分除鹽二氧化碳再生工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於給水或廢水處理領域，尤其涉及離子交換除鹽再生方法與設備。
去除水中低濃度鹽份國內一般均採用強型樹脂作為吸附材料的傳統的離子交換工藝，使水部分或全部脫鹽滿足生產和生活需求。離子交換技術的優點在於保留水中有益物質的同時，能有效地去除水中影響生活飲用和生產應用的各類物質。樹脂失效後可以投加再生劑，使之恢復到初始狀態。樹脂幾乎可以無限制地重複使用。其缺點則表現在，用強酸再生陽樹脂時，僅H+離子起作用，用強鹼再生陰樹脂時僅OH-離子起置換反應，再生劑中其餘組成部分並未被利用，使再生劑中含鹽量增加了一倍。加之，強型樹脂對質子和羥基離子的親和力很小，需要投加比化學計算量高100-200%的再生劑，才能使樹脂再生完全。這樣既消耗了大量做為化工原料的酸或鹼，導致再生劑消耗費用提高，水環境鹽鹼化，加劇了我國化工酸鹼原料的供需緊張局勢;同時某些化工企業生產工藝尾氣二氧化碳排入大氣也汙染環境。
國外去除水中低濃鹽份的方法基本上也是採用常規離子交換法，與國內一樣，也面臨著同樣的問題和保護水資源的挑戰。為了降低復甦離子交換樹脂的再生劑用量，近年來主要應用弱型樹脂或強型與弱型樹脂的組合從水中脫鹽。除此而外，還開發了Sul-bisnl法，熱再生法和電解水做為再生劑等，目前均處於應用研究階段，尚未付諸生產實施。
西德自1985年始採用CARIX(用二氧化碳再生離子交換樹脂)技術用於再生從飲用水中去除部分硬度和硝酸鹽的失效樹脂。工藝及設備設計均屬西德專利。選用Amberlite IRC-50和IRA 458樹脂按5∶6容積比均勻混合組成的離子交換過濾器，以7米/小時流過制水，最大產水量44床體積，原水硬度由10.8毫克當量/升降低到5.4毫克當量/升，硝酸鹽由40毫克/升減少到25毫克/升。再生採用逆流操作，二氧化碳在6kg/cm2壓力下溶解於原水中製備或再生液貯存於60米3容器中以2.5米/小時流速湍流再生3小時。單位體積樹脂洗脫硬度量為237.6毫克當量/升。CARIX生產流程中存在三個缺點(1)採用了價格昂貴的甲基丙烯酸型樹脂;(2)湍流方式再生破壞了樹脂的保護層，樹脂破損率大;(3)再生液貯存容器過大需用耐高壓不鏽鋼材;(4)局限於處理生活用水。
本發明的目的在於提供一種以二氧化碳作為再生劑，再生失效離子交換樹脂，從水中部分脫鹽或予脫鹽的工藝方法。採用國產離子交換樹脂作為吸附材料，國產標準部件和普通碳鋼作為設備材料，具有簡單易行，投資少，節省化工原料酸和鹼、運行費用低，不汙染環境的優點。本工藝方法應用於維環冷卻水，尤其適用於有二氧化碳來源的工廠企業，大、小、中化肥化工企業，生產維環冷卻水;啤酒釀造用水等，以及含有有高碳酸鹽硬度與高強酸鹽的原水的予脫鹽處理。該技術還可應用於苦鹹水的處理和從廢水中去除重金屬。
本發明的主要特徵是用二氧化碳再生離子交換樹脂從水、廢水中除鹽、除重金屬。採用廉價的丙烯酸型弱酸陽離子交換樹脂，苯乙烯強鹼Ⅰ型陰離子交換樹脂分別從水中部分脫硬除鹼去除強酸鹽，或採用苯乙烯強鹼Ⅰ型陰離子交換樹脂與丙烯酸型弱酸陽離交換樹脂組合的混合樹脂，從水中部分脫硬除鹼去除強酸鹽。以二氧化碳與水經兩級混合器。一級為文吐裡式蒸汽噴射器與水混合，二級混合器採用填充具有增大氣-水混合的填料的壓力罐，使二氧化碳與水在5～6公斤/釐米2壓力下充分混合溶解達到飽合，所製備的碳酸溶液對失效樹脂進行再生，再生方式採用推流操作使樹脂層保持相對穩定，不亂層。
本發明方法是根據離子交換的可逆平衡原理，利用在一定壓力下溶解於水中的二氧化碳形成的碳酸電離產物H+與HCO-3離子的置換反應，使樹脂恢復到初始狀態。
本發明的技術方案是這樣的利用弱酸陽樹脂子單床，強鹼陰樹脂單床以及由弱酸強鹼按1∶1容積比組合的離子交換混床在選定的最佳流速下制水，水質符合維環冷卻水補水和啤酒釀造用水要求，併入生產用水系統。樹脂耗竭到控制失效點後，利用在一定壓力下溶解於水中的二氧化碳經二級混合器充分混合溶解達到飽和後，再以選定以最佳流速推流方式進行再生，使樹脂恢復到初始狀態，樹脂床經反洗後投入制水循環。再生廢液通過下水管網直接排入水體。


附圖為離子交換除鹽二氧化碳再生生產裝置流程圖[1]、[2]、[3]進、出水閥門，[4]升壓泵，[5]、[6]、[7]文吐裡混合噴射器，[8]混合罐，[9]離子交換器。
本發明具有的優點在於本發明用產價的丙烯酸型LewatitCNP-80和國產D113與201×7苯乙烯強鹼Ⅰ型和D251樹脂代替價格昂貴的進口甲基丙烯酸型Amber-LiteIRC-50和IRA458樹脂，為本項發明技術在國內推廣應用鋪平道路。
按本發明的要求，再生過程中二氧化碳氣體(壓力為6公斤/釐米2)與原水混合製備再生劑系通過文吐裡一級混合器混合後再經填充有聚氯乙烯空心球的二級混合器充分混合溶解達到飽和代替CARIX裝置中一級混合罐通過泵送循環使二氧化碳達到飽和溶解，其優點是可採用國產標準部件和普通碳鋼罐做氣-水混合容器。投資少，動力消耗低。
按本發明的方法，再生時以5.6米/時的流速，保持樹脂層處於相對穩定器狀態下以推流再生方式取代CARIX流程中的湍流再生，從而使每個制水周期中樹脂都保持有一定高度的保護層，比在相同二氧化碳壓力條件下湍流再生的產水水質提高，單位體積吸附硬度量可達328.6毫克當量/升比CARIX工藝單位體積樹脂吸附硬度量237.6毫克當量/升高出近35%。
本發明的優點在於，再生過程中產生的廢液不需加酸或/和鹼中和，可直接排入水體，不增加水域的鹽負荷，同時省去了中和調節池、酸或/和鹼貯罐及相應的運輸車輛。
本發明的優點還在於，操作安全性好，生產過程對設備腐蝕性很小，免去了防止酸減燒傷事故的勞動保護措施與特殊防腐蝕措施。
實施例1維環冷卻水除鹽再生生產裝置由一臺交換器、一臺二氧化碳混合罐、3隻水射混合器、一臺原水升壓泵組成，交換器直徑φ1500，筒體高度H4000，斷面面積1.76米2，內裝Lewatit CNP-80弱酸陽樹脂3米3，床層高度為1.7米。混合罐內裝填聚氯乙烯空心球，增加氣水混合流程，二氧化碳不設貯罐，直接從管網引用。制水過程中原水通過水泵升壓送入離子交換器，以11米/小的經濟流速通過離子交換樹脂層，原水硬度由5.0毫克當量/升降低到2.5毫克當量/升(50%);鹼度由4.0毫克當量/升減少到1.29毫克當量/升(68%)，最大產水量100床體積，產水併入循環冷卻水補水系統。再生時，引自管網的壓力為6公斤/釐米2的二氧化碳氣體通過文吐裡一級混合器初步混合，再經二級混合罐進一步混合溶解達到飽和，以5.6米/小時的流速，在樹脂層保持相對穩定狀態下推流再生，使樹脂保持一定高度保護層，提高制水水質。
單位體積樹脂洗脫硬度量達321毫克當量/升，再生廢液直接排入水體，不需加鹼中和。
實施例2用國產丙烯酸型D113弱酸樹脂去除水中硬度和鹼度離子交換柱規格為φ114×H1200，填充3升D113樹脂，樹脂層高度為82.6毫米，制水流速7±0.2米/小時，原水總硬度由6.6毫克當量/升降低近一半時，最大產水量達到100床體積，當水平均硬度3.7毫克當量/升，鹼度1.3毫克當量/升，制水過程硬度脫除45.5%，鹼度脫除78%，再生時，壓力5.2公斤/釐米2的二氧化碳經氣-水混合罐混合達到飽和後以3.2米/時流速保持樹脂層相對穩定逆流再生，單位樹脂洗脫硬度量為287.5毫克當量/升。再生廢液直接排入下水道。
實施例3用國產D251強鹼Ⅰ型陰離子交換樹脂脫除水中強酸陰離子。
根據離子交換可逆平衡原理可知，單獨用二氧化碳再生陰樹脂時需加入適量的碳酸鈣來中和反應過程中生成的強酸，提高陰樹脂的再生效率。再生時，向配製好的濃度為0.15%的碳酸鈣溶液中通入壓力為2公斤/釐米2的二氧化碳氣體至飽和，以3.2米/時流速逆流再生失效的0.5升D251樹旨，3小時，經反洗後，投入制水運行，產水量為60床體積時可去除Ce-離子42.46%，SO2-4離子91.80%，和NO-347.56%。碳酸鈣投加量以取比理論計算量低為佳，有利於充分利用樹脂的有效交換容量。
實施例4用國產D113弱酸樹脂與201×7苯乙烯強鹼Ⅰ型陰樹脂按容積比1∶1組成的離子交換混床從啤酒釀造用水中部分脫除硬度與硝酸鹽。制水流速7.2米/時，最大產水量達100床體積時，硬度平均去除35.7%，硝酸鹽去除35.9%，硫酸鹽脫除70.1%。
權利要求
1.一種用二氧化碳再生離子交換樹脂的方法，其特徵在於採用丙烯酸型弱酸陽離子交換樹脂，苯乙烯強鹼I型陽離子樹脂分別從水中部分脫硬除鹼去除強酸鹽，或採用丙烯酸弱酸陽離子交換樹脂與苯乙烯強鹼I型陰離子交換樹脂組合的混合樹脂從水中部分脫硬除鹼去除強酸鹽、以二氧化碳與水經兩級混合器，一級為文吐裡式蒸汽噴射器，二級混合器採用填充有增大氣-水混合填料的壓力罐，使二氧化碳與水充分混合溶解達到飽合，所製備的碳酸溶液對失效樹脂進行再生，再生方式採用使樹脂層保持相對穩定不亂層的推流操作。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於制水的流速為7～12米/小時。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所說的二級混合器壓力罐材質為碳鋼，填料為聚氯乙烯空心球。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所說的丙烯酸型樹脂採用Lewatit CNP-80或國產丙烯酸型D113陽離子交換單床。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所說的混合樹脂，採用Lewatit CNP-80或國產丙烯型D113陽離子交換樹脂與苯乙烯強鹼I型陽離子交換樹脂按容積1∶1混合組成混床從水中脫硬除鹼去除強酸鹽。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所說的再生方式也可採用逆流方式操作。
全文摘要
本發明以二氧化碳作為再生劑，再生失效離子交換樹脂，從水中部分脫鹽或予脫鹽。採用國產離子交換樹脂為吸附材料，標準部件和普通碳鋼為設備材料，簡單易行，節省化工原料酸和鹼，運行費低，不汙染環境，適用於大中小化肥化工企業生產維環冷卻水，啤酒釀造用水，及含有高碳酸鹽硬度與高強酸鹽的原水的予脫鹽，該技術還可用於苦鹹水的處理和從廢水中去除重金屬。
文檔編號C02F1/42GK1039569SQ89103379
公開日1990年2月14日 申請日期1989年5月25日 優先權日1989年5月25日
發明者雲桂春, 趙模堂 申請人:清華大學, 齊魯石油化工公司第二化肥廠