離子交換裝置運行方式和再生方法
運行方式:
1.固定床
固定床的構造與壓力濾罐相似,是離子交換裝置中基本的也是常用的一種形式,其特點是交換與再生兩個過程均在交換器中進行,根據交換器內裝填樹脂種類及交換時樹脂在交換器中的位置的不同,又可分為單層床、雙層床和混合床三種。
1-單層床是在離子交換器中只裝填一種樹脂,如果裝填的是陽樹脂,稱為陽床;如果裝填的是陰樹脂,稱為陰床。
2-雙層床是離子交換器內按比例裝填強、弱兩種同性樹脂,由于強弱兩種樹脂的密度不同,密度小的弱型樹脂在上,密度大的強型樹脂在下,在交換器內形成上下兩層。
除此之外,還有混合床和三層床樹脂裝填方式。
根據固定床原水與再生液的流動方向不同,又分為兩種形式,原水與再生液分別從上而下以同一方向流經離子交換器的,稱為順流再生固定床,原水與再生液流向相反的,稱為逆流再生固定床。
順流再生固定床的優點在于:構造簡單,運行方便;
但是也存在幾個缺點:
1-在通常生產條件下,即使再生劑單位耗量2~3倍于理論值,再生效果也不太理想;
2-樹脂層上部再生程度高,而下部再生程度差;工作期間,原水中被去除的離子首先被上層樹脂所吸附,置換出來的反離子隨水流流經底層時與未再生好的樹脂起逆交換反應,上一周期再生時未被洗脫出來的被去除的離子,作為泄露離子出現在本周期的出水中,所以出水剩余被去除的離子較多;而到了工作后期,由于樹脂層下半部原先再生不好,交換能力低,難以吸附水中所有被去除的離子,出水水質提前超出規定,導致離子交換過程提早結束,降低了工作效率。
因此,順流再生固定床只選用與設備出水較小,原水中需要被去除的離子較少和原水含鹽量較低的場合。
逆流再生固定床的再生有兩種操作方式:
一種是水流向下流的方式;
一種是水流向上流的方式;
逆流再生可以彌補順流再生的缺點,而且出水質量顯著提高,原水水質適用范圍擴大,對于硬度較高的水,仍能保證出水水質,所以目前采用該法較多。
2.連續床
連續床又分移動床和流動床
移動床的特點是樹脂顆粒不是固定在交換器內的,而是處于一種連續的循環運動過程中;離子交換樹脂在交換器、再生器和清洗塔之間,周期性流動;樹脂用量可相對固定床減少1/3~2/3,設備單位溶劑的處理水量還可以得到提高,如雙塔移動床系統和三塔移動床系統。
流動床一般分壓力式和重力式兩種類型:
1-重力式。由交換塔和和再生清洗塔組成,原水從交換塔頂進入,在下落過程中與下落的樹脂接觸反應,得到軟化處理的軟水由塔頂流出。再生后的樹脂又交換塔頂進入,在下落過程中進行交換處理并逐漸飽和失效落入交換塔底部,之后利用水射器不斷吸并輸送到再生清洗塔進行再生,如此不斷循環進行。
2-壓力式。主要由交換塔和再生清洗塔組成,交換塔內分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ室,樹脂逐層靠水射器輸送下落。再生好的樹脂用水射器送入塔頂,原水從交換塔底部進入,逐次通過Ⅲ室、Ⅱ室、Ⅰ時,即成軟水,由塔頂排出。每室中內水與樹脂為同向流,而室之間則為逆向流。每室中樹脂的交換能力可得到更大利用。水與樹脂均靠壓力輸送。這種連續式離子交換高樹脂可保證生產連續進行,樹脂可邊失效邊再生,并可提高樹脂層使用的均勻性,但仍存在適應能力差、樹脂磨損大、自動化程度要求高、管理復雜等問題。
流動床是完全連續的離子交換系統,但其操作管理復雜,廢水處理中較少應用。
再生方法:
(1)離子交換樹脂的再生原則和目的:樹脂盡可能的回復或接近原來樹脂的工作狀態
(2)再生過程可分為7個連續步驟:
1-再生劑離子從溶液中擴散到離子交換樹脂顆粒的表面;
2-再生劑離子透過離子交換樹脂顆粒表面的邊界膜;
3-再生劑粒子在離子交換樹脂顆粒的內部孔隙中擴散,并達到交換點;
4-離子交換反應進行;
5-交換后的離子在離子交換樹脂顆粒的內部孔隙中擴散,并擴散到樹脂表面;
6-交換后的離子透過離子交換樹脂顆粒表面的邊界膜;
7-向外擴散到溶液中,離子交換過程完成;
在這7個連續的步驟中:
1-3是再生劑離子向離子交換樹脂顆粒內部進入的過程;
5-7是再生劑再生后置換出來的離子向溶液中擴散的過程;
綜上所述,離子交換的擴散過程在很大程度上決定了離子交換過程的快慢,。
(3)樹脂失效后的再生方式大致可分為靜態再生和動態再生兩種
1-靜態再生:即讓容器內用再生液浸泡樹脂,使之恢復到原來的工作狀態的方法;
2-動態再生:即讓再生劑不斷流過裝有樹脂的容器內,使之恢復到原來的工作狀態的方法,流動再生的方法有順流再生、逆流再生、對流再生。
(4)再生劑用量:再生劑用量與樹脂再生效果和運行費用密切相關,再生劑用量還與再生方式,樹脂類型和再生劑種類有關。
(5)再生液的濃度:再生液濃度與再生方式、樹脂類型有關;
值得一提的是,用硫酸作再生液時,建議分三步逐次再生,效果較好。

(6)再生液溫度:在樹脂允許的范圍內,再生溫度越高,分子熱運動加快,再生效果就越好。為節省運行費用,一般選擇在常溫下再生;若有需要去除樹脂中一些特殊物質或者再生困難的離子,再生液可加熱到35~40℃。
(7)再生液流速:再生液流速涉及再生液和樹脂接觸的時間,直接影響再生效果。在離子交換柱中,通常再生液的流速一般控制在4~8m/h。
(8)樹脂再生后清洗:樹脂再生后,樹脂層內殘留一定量的再生劑,需要用產品水(或去離子水)進行正洗或反洗,清洗水量可以通過計算確定,在一般小型軟化或純水系統中,清洗水量約占總產品水量的10%~20%,也有采用清洗至出水pH為中性或者接近于中性的辦法。
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