混床離子交換樹脂電再生技術(shù)_圖文

1、混床離子交換樹脂電再生技術(shù)王方清華大學(xué)熱能工程系摘要：用分子電離所產(chǎn)生的和。離子，用水這一再生劑，代替酸堿再生失效離子交換樹脂的體外電再生技術(shù)，使離子交換水處理變?yōu)橐环N綠色環(huán)保水處理技術(shù)。文中，從電再生系統(tǒng)、原理、驗證和實驗及工程應(yīng)用等幾方面，介紹了這項高科技創(chuàng)新技術(shù)。關(guān)鍵詞：離子交換樹脂電再生電再生混床超純水前言在制備純水或超純水的脫鹽系統(tǒng)中，通常都采用混床作為精處理設(shè)備，而在電子行業(yè)用的超純水制水系統(tǒng)中，更采用專用的拋光混床作為出水水質(zhì)把關(guān)的終端設(shè)備，用拋光混床處理水，使出水電阻率接近理論純水的電阻率。常用混床失效后，要用酸、堿再生失效的樹脂，使其恢復(fù)脫鹽能力。這種再生操作繁瑣，操作中還會

2、排出大量廢酸、堿，這會嚴重污染環(huán)境。隨著人們環(huán)境意識的提高，力圖探求其它無污染的再生樹脂工藝。有人用水蒸汽或高溫水進行樹脂熱再生，也有人將陽極插入陽樹脂和陰極插入陰樹脂來再生失效的樹脂，進行了樹脂電再生的嘗試【。這些沒有采用酸堿化學(xué)再生的方法，再生效果不好，未得到實際應(yīng)用。年筆者在研究電去離子（）凈水技術(shù)時，提出了描述電去離子過程的反應(yīng)疊加模型】，發(fā)明了一種利用水的電離來再生樹脂的新方法【一】，這種樹脂再生法，以電能為推動力，用水作為再生劑，不用酸堿化學(xué)藥劑，操作簡化，也無廢物排放，不污染環(huán)境，稱之為離子交換樹脂電再生法，它是一種無污染的綠色再生工藝。系統(tǒng)離子交換樹脂電再生有復(fù)床和混床電再生兩

3、種方式，復(fù)床電再生時，陽床只利用離子再生失效陽樹脂，陰床只利用離子再生失效陰樹脂，所以，復(fù)床的電再生過程比較單純，比較簡單?；齑搽娫偕鷷r，陰、陽樹脂不分開，電離所產(chǎn)生的和離子自行分別再生失效的陽、陰樹脂，所以，混床電再生過程比較復(fù)雜。因此，討論了混床的電再生，就可以理解復(fù)床的電再生。本文只討論混床的電再生?；齑搽x子交換樹脂體外電再生系統(tǒng)見圖。圖中，體外電再生器的結(jié)構(gòu)類似于裝置，它相當于一個不填裝樹脂的空的裝置。在普通混床失效從脫鹽系統(tǒng)解列后，不必將陰、陽樹脂分開，可直接用純水通過水力噴射器將失效混合樹脂抽吸入體外電再生器。只要源源不斷地將混床中的失效樹脂，從原混床抽出再送入體外電再生器，在直流

4、電場的作用下，就有再生好的樹脂從出口徐徐連續(xù)流出。在體外電再生器內(nèi)進行著樹脂的動態(tài)電再生過程?！蹦X黼！蛩：譬姜田撼床離子交鰣脂悻外電再生系毿這時電再生器內(nèi)樹脂層的再生狀態(tài)見圖。胡膜：陽膜；混床樹脂電再生宣；下部失散捏睞樹脂：沖都部分再生的混床樹脂；上部再生混床樹脂。圈件蝦電再生矗內(nèi)村瞄層的再生機杏圉中，樹脂顆粒下層涂黑色表示完全失效中層涂灰色表示已部分再生，上層空白為已再生。動態(tài)電再生時，樹脂層由完全失效層、部分再生過渡層和完全再生層所組成，在穩(wěn)態(tài)條件下，這種分層分布狀態(tài)基本不變?；齑矂討B(tài)電再生是比較理想的再生方式，由于處在流動狀態(tài)有利于離予擴散傳質(zhì)，也就是樹脂顆粒表面擴散層較薄離子傳質(zhì)速度較

5、快，因此相應(yīng)的再生延續(xù)時間較短另外，由于樹脂電再生是一個連續(xù)過程，電再生室的體積可以設(shè)計的較小，相應(yīng)的利用率較高，體外輸送裝備全部自控，操作極少。凝結(jié)水高速混床體外酸堿再生工藝是一項現(xiàn)在正在使用的成熟技術(shù)，可很方便地將其樹脂體外輸送技術(shù)的引用過來?；齑矘渲o態(tài)電再生是另一種再生方式這時，將失效樹脂分批地從離子交換器中抽吸出米，填滿電再生室后，通電再生如此間歇地進行。靜態(tài)電再生結(jié)構(gòu)簡單，產(chǎn)量低原理離子交換樹脂電再生的原理是基于直流電場作用水的解離；蘭。水電離反應(yīng)中所產(chǎn)生的氫離子礦，可以當作酸使用，將失效陽樹脂再生為型；所產(chǎn)生的氫氧離子，可以當作堿使用，將失效的陰樹脂再生為型，從而完成了失效混床樹

6、脂的再生。電再生過程中所用的再生劑是純水，純水不含雜質(zhì)，又非常純凈。多余的和離子，會相互復(fù)合變成水分子，使水呈中性。同時沒有酸、堿化學(xué)再生時廢酸、廢堿的排放，因此，電再生過程非常單純，又完全環(huán)保，屬于綠色環(huán)保工藝。順便提及，電離所產(chǎn)生的和離子，分別與失效陽、陰樹脂發(fā)生的再生反應(yīng)，是在直流電場的參與下，不需人為干涉而自動進行的。因此電再生時陰、陽樹脂不必預(yù)先分開，這也是電再生技術(shù)能適用于再生拋光陰、陽樹脂的原因。在通常情況下，水電離所產(chǎn)生的和。離子，極易相互復(fù)合而生成分子。因此，水的電離反應(yīng)沒有得到實際的工程應(yīng)用。在凈水設(shè)備中，在樹脂或膜與水界面上電勢梯度超過水的最低熱力勢時，水就會解離成和一離

7、子】，由于水電離發(fā)生在樹脂或膜與水界面上，水電離所生成的和一離子很容易馬上與失效樹脂上的和。離子發(fā)生交換反應(yīng)，它們遷移的路程極短，全部電離離子中發(fā)生復(fù)合的較少，在直流電場的作用下，交換反應(yīng)所產(chǎn)生的產(chǎn)物和廣離子，并不積累，又通過交換膜被迅速地遷移出淡水室，這避免了發(fā)生逆向交換反應(yīng)，使后續(xù)交換反應(yīng)能繼續(xù)進行。最終，使失效樹脂得到再生。因此，在適當?shù)墓に嚄l件下，只要水不斷地電離出和一離子，又不斷地消耗于失效樹脂的再生，就不斷地進行著凈水設(shè)備內(nèi)樹脂的自行再生過程。當然，此時也有會發(fā)生未參與再生過程的十和一離子不斷復(fù)合為分子的過程。由此可見，在凈水設(shè)備中進行著樹脂的自再生過程。只要能制造出一個結(jié)構(gòu)類似于

8、設(shè)備的電再生裝置，它具有容納失效樹脂的空間和電再生樹脂的功能，在適當?shù)墓に嚄l件下，它就可以將送入的其它混床失效樹脂電再生，完成了離子交換樹脂的電再生過程。實驗和驗證凈水設(shè)備已在電子、電力、醫(yī)藥、化工等行業(yè)水處理工程中得到推廣應(yīng)用。大家都知道，正在使用的凈水設(shè)備中同時進行著電滲析、離子交換和電再生這三個過程。在凈水設(shè)備調(diào)試、檢修及其它必要操作時，都免不了用加大操作電流來強化樹脂的自再生過程。這說明樹脂的電再生過程已在凈水操作中得到了應(yīng)用?，F(xiàn)在問題在于，我們對樹脂電再生的機理和過程不夠了解，在應(yīng)用中無法駕馭樹脂電再生這一過程。為此，必須找出控制樹脂電再生過程的工藝條件。筆者】用產(chǎn)水量訛的凈水設(shè)備改

9、裝成樹脂電再生器。為了找出控制樹脂電再生過程的工藝條件，考察了樹脂電再生的全過程，得到了混床樹脂電再生曲線（如圖所示）。通常再生延續(xù)時間為，可將鹽基型失效樹脂完全再生為、型混合樹脂，失效樹脂經(jīng)電再生的再生率可達到與化學(xué)再生法媲美的程度。從圖可見，電再生曲線的前段，再生速率較快，再生延續(xù)時間較短，這時以樹脂本身的水解過程和離子的電滲析遷移過程為主，所以前段稱為水解一電滲析段；電再生曲線的后段，再生速率較低，再生延續(xù)時間較長，這時以水的電離過程和離子交換過程為主，所以后段稱為電離一離子交換段睜。對樹脂電再生全過程的研究為工程應(yīng)用樹脂電再生奠定了基礎(chǔ)。國內(nèi)不少研究者，受樹脂電再生這一發(fā)明的啟示，紛紛

10、分別以不同方式用自制的試驗裝置研究樹脂電再生的工藝條件和實施方案，一般都先驗證樹脂電再生可行性。他們提出了一些實施樹脂電再生的建議，某些開拓性研究還促進了樹脂電再生技術(shù)的應(yīng)用推廣。第十屆海洋科技與經(jīng)濟發(fā)展國際論壇走琵盞走套基箕靜曲卸時間圖混床樹脂電再生時出水電導(dǎo)率與再生延續(xù)時問的關(guān)系曲線李福勤等【的試驗結(jié)果表明，樹脂電再生充分，樹脂電再生效果極好，顯示了樹脂電再生工藝有良好的可行性。確定實驗裝置樹脂再生電壓為，樹脂電再生時間為，計算得出淡水室流速為。王建友等【】的試驗表明，在一定的工藝條件下，用自制的試驗裝置可將、型樹脂電再生處理到接近乃至超過酸、堿再生的程度。趙英等【¨】也得出相類

11、似的結(jié)果，失效的混床離子交換樹脂經(jīng)電再生后，其陰樹脂交換容量可達到現(xiàn)場使用標準。鄒向群等【】用分步再生方案將陽樹脂的再生率從提高；陰樹脂的再生率從提高到。此外，不少研究生都以樹脂電再生相關(guān)題目相繼發(fā)表了他們的碩士學(xué)位論文”】，他們從不同的研究角度驗證了樹脂電再生的可行性，提出了些實施方法和建議，這將會對樹脂電再生的工程應(yīng)用起促進作用。工程應(yīng)用根據(jù)樹脂電再生的試驗研究結(jié)果，可以設(shè)計和制造出適合于各種不同工程應(yīng)用的樹脂電再生器。在確保適用的樹脂再生率的前提下，這種樹脂電再生器的容量和再生延續(xù)時間必須滿足工程應(yīng)用要求?；齑搽x子交換樹脂電再生技術(shù)的工程應(yīng)用可從如下幾個方面著手開發(fā)：首先，應(yīng)應(yīng)用于拋光混

12、床樹脂的再生，因為這種混床的陰、陽樹脂的相對密度相同，陰、陽樹脂混在一起，用水沖法無法將其分離，不能用酸堿分別再生。樹脂失效后，要更換新樹脂，舊樹脂廢棄不再生，填埋或焚燒。根據(jù)電再生試驗結(jié)果推斷，拋光混床樹脂用電再生也會有很好的再生效果。采用樹脂電再生技術(shù)就可以將該失效拋光樹脂再生，變廢為寶，循環(huán)使用，節(jié)約資源。電再生所用的再生劑為高純水，純度極高，不含雜質(zhì)，從而也不往再生樹脂中帶入雜質(zhì)，為避免大氣對樹脂再生品質(zhì)的影響，這種再生系統(tǒng)后段需充惰性氣體加以保護。特別要指出，拋光樹脂價格昂貴，每樹脂要萬左右，所以電再生拋光樹脂的經(jīng)濟效益極好。其次，將樹脂電再生技術(shù)應(yīng)用于電廠凝結(jié)水精處理高速（）混床，

13、現(xiàn)有的高速混床樹脂再生是將失效樹脂用水力輸送至專門酸、堿再生系統(tǒng)去再生，樹脂再生后，再回輸至高速混床使用。這時將酸、堿化學(xué)再生改為樹脂電再生就很方便。因為樹脂輸送系統(tǒng)是現(xiàn)成的，僅需體外電再生器串聯(lián)在樹脂輸送系統(tǒng)中即可。由于電再生時陰、陽樹脂不必分離，所以也消除了酸堿化學(xué)再生時發(fā)生常見的樹脂交叉污染的憂慮。這種工程應(yīng)用系統(tǒng)改造簡單，總體上只需將原體外再生系統(tǒng)與體外電再生裝置相連即可。這時應(yīng)采取措施防止鐵離子對樹脂的污染。最后，再將電再生技術(shù)應(yīng)用于鍋爐補給水處理及其它采用混床的場合，這種工程應(yīng)用市場容量最大，經(jīng)濟和環(huán)保效益都極好。結(jié)語用水電離所產(chǎn)生的和離子，用水這一再生劑，代替酸堿再生離子交換樹脂

14、的體外電再生技術(shù)，使離子交換水處理變?yōu)橐环N綠色環(huán)保水處理技術(shù)。實施這一創(chuàng)新技術(shù)的可行性，已由裝置的工程實踐和許多試驗所驗證。這一離子交換樹脂綠色再生工藝的產(chǎn)業(yè)化，將會使傳統(tǒng)的離子交換技術(shù)發(fā)生根本性的變化，同時產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟和環(huán)保效益。參考文獻【】王方主編國際通用離子交換技術(shù)手冊】北京：科學(xué)技術(shù)文獻出版社，】王方電去離子過程的反應(yīng)疊加的實用模型】清華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），（）；【】王方離子交換樹脂的電再生方法及裝置，】王方混床離子交換樹脂的電再生法陰工業(yè)水處理，（）：【】王方離子交換樹脂的綠色再生工藝】工業(yè)水處理，（）：】（）：藝，（）：】王方，楊斌斌，楊建永，等混床離子交換樹脂靜態(tài)電再生實驗及應(yīng)用叨，凈水技術(shù)，王方混床離子交換樹脂電再生過程解析】電力環(huán)境保護，（）：【】李福勤、李清雪、王冬云混床離子交換樹脂電再生的試驗研究】河北建筑科技學(xué)院學(xué)報，（）：【】王建友電去離子（）高純水新技術(shù)及其研究進展叨上海化工，（）】趙英，路光杰，尹連慶火電廠離子交換樹脂電再生可行性探討們電力科學(xué)與工程，（）：【】鄒向群、錢