专利名称：一种高填充度混合床离子交换器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及离子交换法水处理工艺中的主体设备混合床离子交换器及其再生方法。
众所周知混合床离子交换器是离子交换法水处理工艺中的常用设备，具有出水水质高、水质稳定的优越性，但由于强酸性阳离子交换树脂与强碱性阴离子交换树脂两种树脂同装于一个交换器内，使其再生过程变的操作复杂，体外再生时增加了专用的再生柱和树脂贮存柱，体内再生时交换器内部结构复杂、构件多，交换器的内部空间利用率低，再生过程繁琐，酸碱耗高、时间长，树脂损耗大等缺点，由于以上诸多原因混合床离子交换器主要用于水的深度处理和除盐水用量少的用户的纯水制备。
本实用新型是一种新型混合床离子交换器，并提供了一种新的再生方法，克服了现有混合床离子交换器体外再生设备多，体内再生交换器内部结构复杂，空间利用率低，再生过程繁琐等缺点。具有高树脂填充度。体内再生时，无须对混合的阴阳树脂进行分层和再度混合，即可完成树脂的加酸加碱再生过程。且内部结构简单，无中部排水装置和再生布碱装置。为实现本实用新型功能，采用如下方案。
1．混合床离子交换器的结构如
图1。
图1是高充填度混合床离子交换器的结构示意图其中1-上接管口法兰；2-上布水装置；3-入孔；4-阴阳离子交换树脂；5-下排水装置；6-下接管法兰；7-树脂下卸口；8-树脂反洗槽接。
9-碟形封头；10-筒体2．所用树脂为弱酸性阳离子交换树脂和弱碱性阴离子交换树脂。
3．再生过程为上酸→置换1→上碱→置换2→清洗。
整个制水过程为运行→停止→上酸→置换1→上碱→置换2→清洗。采用本方案的理论依据制水过程弱酸树脂由于交换基团为R-COOH，具有弱酸性，在所处理中只能与碳酸盐硬度起作用，除去水中的暂硬，其化学反应为
而弱酸阳离子交换树脂无法除去水中的永硬(即CaCl2、CaSO4、MgCl2、MgSO4等盐)。这是因为
生成的HCl、H2SO4为强酸，电离出的H+抑制了R-COOH的H+离解，使上述反应不能进行下去的缘故，要使反应进行下去，可相应减少或消除生成的HCl、H2SO4，以利于上述各反应向右移动，实现利用弱酸性阳树脂除去永硬。要实现上述目的，可在弱酸性阳树脂中混入弱碱性阴树脂，让弱碱性树脂与水中的强酸根CI-、SO42-、NO3-反应并放出OH-以中和掉弱酸性阳离子交换树脂与Ca2+Mg2+反应所放出的H+，使整个反应平衡向右移动，从而实现用弱酸性阳树脂除去水中永硬的目的，此种方法不仅除去了水中的钙镁离子，同时也相应除去了水中的各种强酸根，如CI-、SO42-、NO3-等。具有部分脱盐的能力。再生过程混合床离子交换器运行一定时间后，H型阳离子交换树脂将逐步转化为钙型和镁型树脂，OH型阴离子交换树脂将逐步转化为氯型和硫酸型树脂，混合床离子交换器将逐渐失去对水的软化能力，需要对混合床离子交换器进行再生。现有混合床离子交换器由于采用强酸强碱树脂再生时需要对阴阳树脂进行水力分层，交换器内树脂层上部都留有相当大的反洗空间，用于阴阳树脂的反洗分层。然后对阴阳树脂分别用碱和酸进行再生，再生结束后，又要对分层的阴阳树脂进行空气混合。而采用弱酸弱碱的混和床离子交换器，不仅可以采用常规混床的再生方法再生该混床，也可树脂不分层，用固定床顺流再生和逆流再生的方法进行该混床的酸碱再生。
因为弱酸树脂具有对H+强亲合力大于其他金属阳离子的特性，弱碱树脂具有对OH+的强亲合力大于其他酸性阴离子的特性。同时由于R-COOH型树脂与强碱性物质反应的速度缓慢这一特性。
如达90％平衡时所用时间为7天，而达到90％平衡时所用时间表为1-3分。
综合以上弱酸和弱碱树脂的特性，首先对失效的混合床离子交换器加酸，再生其弱酸性阳树脂，这是因为如果对失效的树脂先上碱，发生如下反应
生成的Mg(OH)2极难容于水(25℃时在水中的饱和浓度为64mg/L)，且易形成胶体会阻塞树脂交换孔道造成树脂污染，因此采用先加酸对弱酸性阳树脂进行再生，上酸发生如下反应(以HCI为例)
通过上酸即可完成对混合床离子交换器内失效的弱酸性阳树脂的再生。
也可用H2SO4再生，但由于失效时弱酸性阳离子交换树脂，转化为钙型的比例较大，用硫酸再生浓度大时生成的CaSO4易析出，沉积在树脂颗粒的网孔内或树脂颗粒的表面，造成树脂的钙污染，因此用硫酸再生时浓度不宜过高，可以控制较低浓度0.5-1.0％。
再对上酸再生过的混合床离子交换器进行加碱再生，将发生如下3个反应
(1)(2)(3)在上面的三个反应中，(1)(2)二个反应达到平衡时间极短约1-3分钟，且反应进行较彻底，而反应(3)要达到90％平衡时需时间很长约7天。因此上碱时的化学反应主要是(1)(2)。虽然反应(3)的反应比较缓慢，但该反应毕竟是存在的，其生成物R-COONa运行时将与水中的Ca2+Mg2+发生如下反应
R-COONa能够除去水中的硬度，对该混床的除硬效果毫无影响，但是该反应的存在将消耗一定量的NaOH，使再生阴树脂的碱量有所减少，因此再生加碱时应适当提高加碱总量，以保证阴树脂的再生效果。
通过上碱即可完成对混合床离子交换器内失效的弱碱性阴树脂完成再生，但为防止加酸后直接加碱，碱与管道及交换器的余酸发生反应，降低酸碱的利用率，因此在加酸和加碱两步间加一定时间的水，置换酸再生过程的余酸，因此再生程序应为如下步骤上酸→置换1→上碱→置换2→清洗清洗合格后即可投入运行。省去了原混床体内再生工艺中的反洗分层，混脂前排水，分层树脂的再度空气混合和排气等过程。该混合床离子交换器与现行体内再生混床相比较，省去了中部排水装置和再生布碱装置，同时由于再生时无需反洗分层，交换器内也就无需留有树脂的反洗膨胀空间，因此可将树脂尽量装满交换器，仅留树脂的转型膨胀空间即可，使交换器内空间利用率大大提高。以下通过实例来进一步说明本发明已知原水中总硬度含量为295mg/L(以CaCO3计)，暂时硬度为185mg/L(CaCO3计)，永久硬度为110mg/L(以CaCO3计)，另外HCO3为225.7mg/L，CI-为38.34mg/L,SO42-为57.64mg/L,NO3-为10mg/L。混合床交换器的直径为2200mm，树脂装填量总量为15m3(其中阴树脂为D301 6.5m3，阳树脂为D113 8.5m3)树脂混合填装总高为3.94m、交换器总有效空间为4.4m。树脂填充度为89.5％。
该混合床的制水过程分以下几步操作程序时间(分) 参数 流量(吨/时)运行 120停止上酸 60 0.80％(H2SO4)108置换1 10 108上碱 40 1.0％(NaOH)42置换2 40 42清洗 20 108清洗步检测出水水质，合格后即可投入运行。
其清洗和运行时出水硬度曲线如图2
其中t0-投运时刻；t1-出水硬度≥控制值的时刻(即混床停运时刻)y2-硬度控制值该混床的运行监控指标主要是硬度。
现以清洗转投运的控制指标为出水硬度≤2mg/L(以CaCO3计)；运行转停止的控制指标为出水硬度≥2mg/L(以CaCO3计)。
以上述再生方式再生混床，投运后各周期的产水量统计如表1。表1
从上面的周期产水量统计表可以看出，经过多个周期的运行与再生，该混合床离子交换器在上述原水水质和再生方法下的出水水质稳定，运行正常，其运行出水的硬度可在1.5mg/L以下(以CaCO3计)，CI-可在20mg/L,SO42-可在10mg/L，碱度有所降低，不仅可以达到Na离子交换器的出水的硬度指标。该混合床离子交换器不仅是对硬水的软化而是直接脱硬，且脱除一定量的强酸根，使总含盐量大大降低，具有部分脱盐的能力，其出水水质比Na钠离子软化器或H-Na串级软化都好，而且设备制造简单，再生方便，同时由于采用了弱型离子交换树脂，较钠离子软化器再生剂利用率高，树脂本身的工作交换容量也大，易再生。是一种很好的水处理装置，可用于水的软化和部分脱盐。
权利要求1．一种新型混合床离子交换器，该混合床离子交换器为高填充度混合床离子交换器，其特征在于壳体为圆柱形筒体，两端为碟形封头，两端封头中心留有流体进出管口，内部构件只有布水装置和排水装置，其布水装置同时是再生时的布酸装置和布碱装置；该混合床离子交换器所用离子交换树脂为弱酸性阳离子交换树脂和弱碱性阴离子交换树脂，阴阳树脂均匀混合装满交换器内。
专利摘要一种高充填度混合床离子交换器,该混合床离子交换器内仅有布水装置和排水装置,阴阳树脂均匀混合装满交换器内部,仅仅留有树脂的转型膨胀空间。具有高树脂填充度,体内再生无须对混合的阴阳树脂进行分层和再度混合,即可完成树脂的加酸加碱再生过程。克服了现有混合床离子交换器体外再生设备多,体内再生交换器内部结构复杂,空间利用率低,再生过程繁琐等缺点。该混床可用于水的脱盐和软化,尤其用于永久硬度含量高的水的处理。
文档编号B01J47/02GK2455356SQ9924715
公开日2001年10月24日 申请日期1999年11月18日 优先权日1999年11月18日
发明者李循 申请人:李循