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離子交換樹脂的再生工藝

來源:上海景純水處理技術(shù)有限公司   2010年06月13日 13:21  

 

作者在研究電去離子(EDI)工作過程時發(fā)現(xiàn),在EDI凈水設(shè)備中,在直流電場作用下,水被電離為HOH離子,并被利用來再生填充在其底層的樹脂,因此,這部分樹脂是不斷得到電再生的新鮮樹脂,從而,保證出水水質(zhì)很好。由此聯(lián)想到,利用EDI凈水設(shè)備中這一電再生過程來再生混床中的混合離子交換樹脂,結(jié)果發(fā)明了離子交換樹脂電再生方法及裝置,開創(chuàng)性地找到了對環(huán)境無污染的離子交換樹脂綠色再生工藝[
混床樹脂電再生
    為了將EDI凈水設(shè)備中樹脂可自再生的現(xiàn)象利用來再生普通混床樹脂,作者設(shè)計了一個結(jié)構(gòu)類似于EDI凈水設(shè)備的樹脂體外電再生器,只要*將普通混床中的失效樹脂,從原混床中抽出,再從體外電再生器進(jìn)口送入,在直流電場的作用下,就有再生好的樹脂從其出口連續(xù)流出。在體外再生器內(nèi),進(jìn)行著樹脂的電再生過程。
   
原有混床樹脂的化學(xué)酸堿再生工藝非常復(fù)雜,常有分離、再生、混合、清洗等再生步驟。然而,在混床采用電再生時操作就很簡單,不必將陰、陽樹脂分離,用水力輸送法直接將原混床中失效樹脂送入體外電再生器,一邊將失效樹脂送入進(jìn)行體外電再生,一邊又將再生好的樹脂送回原混床或其他儲器,實(shí)現(xiàn)了體外電再生器中樹脂的流態(tài)化電再生[2]。
   
清華大學(xué)、天津大學(xué)、武漢大學(xué)和華北電力大學(xué)等高等院校與企業(yè)合作,組成五個研究團(tuán)隊(duì),驗(yàn)證了樹脂電再生的可行性。試驗(yàn)證明,失效樹脂經(jīng)電再生后的再生度可達(dá)到與化學(xué)法再生相媲美的程度[2]
復(fù)床樹脂電再生
    復(fù)床是指陽樹脂和陰樹脂分置于兩個設(shè)備中,一為陽床,另一為陰床,以區(qū)別于這兩種樹脂混合同置于一個設(shè)備中的混床。復(fù)床樹脂與混床樹脂相比,其體外電再生裝置的區(qū)別在于:復(fù)床樹脂電再生裝置膜對構(gòu)成中增添了雙極膜,這相當(dāng)于在混床樹脂電再生室中間插了雙極膜,將其一分為二,一變?yōu)閺?fù)床中陽床樹脂電再生室,另一變?yōu)閺?fù)床中陰床樹脂電再生室。這時,在直流電場作用下,水電離所產(chǎn)生的HOH離子,分別進(jìn)入各自的陽、陰離子再生室,與相應(yīng)的失效樹脂發(fā)生交換反應(yīng),使失效樹脂相應(yīng)轉(zhuǎn)化為H型和OH型,實(shí)現(xiàn)電再生。同時,又避免發(fā)生對樹脂電再生過程有危害的副反應(yīng),因?yàn)閺?fù)床位于脫鹽系統(tǒng)的前端,失效陽床樹脂除了吸著了水中所含的大部分Na+ 離子外,還吸著了水中所含的全部Ca2+ Mg2+ 離子,如果將這種樹脂送入原來的混床電再生室中,那么電再生時水電離所生成的H+離子,可與樹脂上所含Ca2+ 、Mg2+ Na+ 離子交換,交換下來的Ca2+ Mg2+ 離子就可能與水電離所生成的OH-離子發(fā)生反應(yīng),生成Ca(OH)2Mg(OH)2沉淀,覆蓋在樹脂或膜的表面,堵塞孔道,影響后續(xù)的離子遷移、擴(kuò)散和交換過程,zui終使樹脂電再生難以持續(xù)下去。
   
所謂雙極膜是由陰離子交換樹脂層、陽離子交換樹脂層和中間界面親水層所組成,在直流電場的作用下,它能將水直接電離為HOH離子,并形成HOH離子彼此反向的離子流。因此,將一張雙極膜插在原一個混床樹脂再生室中間,就可將其分成復(fù)床再生用陰、陽床樹脂各自再生的兩個電再生室。
   
河北建筑科技學(xué)院和華北電力大學(xué)組成的研究團(tuán)隊(duì),分別進(jìn)行了利用雙極膜的復(fù)床樹脂電再生試驗(yàn)。試驗(yàn)表明,可分別將陰、陽失效樹脂電再生至接近化學(xué)再生的程度[2]。本文作者還發(fā)明了一種復(fù)床樹脂電再生的裝置[3]。
樹脂電再生法與化學(xué)再生法的對比評價
3.1 
資源消耗
   
樹脂電再生法要消耗水和電。在樹脂電再生過程中,要用純水水力輸送和不斷沖洗失效樹脂,這部分純水從再生室流出使用后水質(zhì)仍很好,可分離出樹脂后反復(fù)利用。只有占總用水量10% 的濃水室排水,因其含有電極室放出的少量Cl2等氣體,不能直接回用,但這種排水的平均含鹽量為每升幾百毫克,水質(zhì)一般優(yōu)于自來水,可用容器收集后再作它用。因此,樹脂電再生法基本上沒有水的損耗。水還同時作為再生劑用,而消耗于電離的水量就微乎其微了。要注意到,這時水電離的反應(yīng)產(chǎn)物HOH-離子都得到利用,沒有未利用的副產(chǎn)品產(chǎn)生,即使在樹脂電再生中未得到利用的HOH-離子,它們彼此復(fù)合又組成對環(huán)境無危害的水。樹脂電再生法的另一類資源消耗是電能,電能是樹脂電再生法的推動力。在電場的作用下,水電離為HOH離子,用雙極膜使水電離的能耗為79.9 kJ·mol-1,這僅為水電解能耗的1/3,因?yàn)樗婋x時不必耗能在生成H2O2氣體上。至于用于水力輸送樹脂的能耗也不多。因此,樹脂電再生法的能耗很低。
   
樹脂化學(xué)再生法中,酸和堿是再生劑。在樹脂化學(xué)再生時,酸和堿的利用都很不充分,僅利用酸解離出來的H+離子和堿解離出來的OH-離子,其它離子態(tài)解離產(chǎn)物未被利用:以HClH2SO4為例,質(zhì)量百分比占97% Cl-離子或占98% SO42-離子沒有得到利用;以NaOH為例,占58% Na+離子沒有得到利用。同時為達(dá)到滿意的再生效果,還必須采用2~3倍理論量的過量再生劑。酸堿的化學(xué)能是元素自然化合和人為加工制造時儲存起來的,它是樹脂化學(xué)再生法的推動力。因此,根據(jù)粗略估算,樹脂化學(xué)再生法耗能要比樹脂電再生的耗能大一個數(shù)量級。
3.2 
對環(huán)境的影響
   
樹脂電再生法,無廢物排放,不污染環(huán)境,對生態(tài)環(huán)境無危害。樹脂化學(xué)再生法則相反,由于大量廢酸堿排放,嚴(yán)重的污染了環(huán)境,酸性廢水不加治理向自然排放,對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。復(fù)床與混床相比,由于承載負(fù)荷大,再生頻繁,所產(chǎn)生的廢酸堿量約占兩者廢酸堿總量的90%,況且,復(fù)床中陽床和陰床失效樹脂再生的時間往往不同步,有錯位,所以廢酸堿液相互中和的機(jī)會減少,加劇了環(huán)境污染。
3.3 
經(jīng)濟(jì)效益
    
用樹脂電再生法替代樹脂化學(xué)再生法,會獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益,前者用的是少量電和便宜的水,后者消耗的卻是昂貴的酸堿。作者曾對現(xiàn)正在使用樹脂化學(xué)再生法的某火電廠做過粗略的估算,該廠年耗酸堿費(fèi)約300萬元,廢酸堿排放罰款40萬元,如改用樹脂電再生法,年耗電費(fèi)約30萬元,僅是年耗酸堿費(fèi)的10%,還可免去環(huán)保罰款。
3.4 
管理操作
   
用樹脂電再生法替代樹脂化學(xué)再生法,會大大改善勞動條件,取消酸堿儲存和配置溶液系統(tǒng),使系統(tǒng)簡化,減輕系統(tǒng)腐蝕,操作簡便,易于實(shí)現(xiàn)安全文明生產(chǎn)。
結(jié)論
    
在直流電場作用下,利用水作為再生劑,用它代替酸堿再生失效離子交換樹脂的體外電再生工藝,使離子交換水處理變?yōu)橐环N綠色環(huán)保水處理技術(shù)。這種體外電再生工藝,不使用有危險性的酸堿,改善了勞動條件;再生劑充分利用,不產(chǎn)生廢物和有毒、有害的物質(zhì),對生態(tài)環(huán)境無害,從生產(chǎn)工藝的源頭上就消除了污染;只消耗少量電能,使用方便,費(fèi)用低廉,經(jīng)濟(jì)效益*。這一樹脂綠色再生工藝的產(chǎn)業(yè)化,將會使傳統(tǒng)的水處理工藝發(fā)生根本性的變革,也使水處理技術(shù)這一化工應(yīng)用技術(shù)的基礎(chǔ)內(nèi)容得到更新。因此,離子交換樹脂綠色再生工藝將成為綠色化學(xué)化工中新開創(chuàng)的一個重要領(lǐng)域。

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