高效钠离子交换器.pdf

本发明涉及一种软化水处理的高效钠离子交换器，它在进再生液和置换水时，能够清除掉上周期进入树脂层内的微粒固体和破碎的树脂。它具有一个筒体，筒体内被多孔板分隔为上下室，顶部设有排空气部件，上室设有进水装置和强酸树脂层，下室设有强酸树脂层和位于强酸树脂层下面的排水装置，排水装置包括石英砂垫层和位于石英砂垫层下面的穹形多孔板；上室的清洗空间高度为上室强酸树脂层高度的70～100％；当下室强酸树脂为失效树脂时，下室强酸树脂与带双头水帽的多孔板之间留有树脂膨胀空间，所述树脂膨胀空间的体积是下室强酸树脂为再生型树脂时的体积的6.5～7.5％。

1.  一种高效钠离子交换器，其特征是具有一个筒体，筒体内被一个带双头水帽的多孔板分隔为上室和下室，筒体顶部设有排空气部件，上室设有进水装置和强酸树脂层，进水装置包括与进水管连通的母管和与母管连通的支管，下室设有强酸树脂层和位于强酸树脂层下面的排水装置，排水装置包括石英砂垫层和位于石英砂垫层下面的穹形多孔板；上室的清洗空间高度为上室强酸树脂层高度的70～100％，所述清洗空间是指上室强酸树脂层上表面与进水装置支管之间的空间；当下室强酸树脂为失效树脂时，下室强酸树脂与带双头水帽的多孔板之间留有树脂膨胀空间，所述树脂膨胀空间的体积是下室强酸树脂为再生型树脂时的体积的6.5～7.5％。

2.  根据权利要求1所述的钠离子交换器，其特征是上室强酸树脂和下室强酸树脂均为同型号的树脂。

3.  根据权利要求1或2所述的钠离子交换器，其特征是上室强酸树脂和下室强酸树脂的粒径相同。

4.  根据权利要求1所述的钠离子交换器，其特征是上室强酸树脂和下室强酸树脂的粒径相同，为0.6～1.25mm，上室强酸树脂装填的高度为0.8～1.4m，下室强酸树脂装填的高度为0.9～2.2m，上下两室强酸树脂的总装填高度为2.3～3.4m。

5.  根据权利要求1所述的钠离子交换器，其特征是排空气部件包括排气管和与排气管联接的筛管，排气管与空气阀连接，排气管接口直径至少为120mm。

6.  权利要求1所述钠离子交换器的制水工艺，其步骤如下：
步骤1.运行：先开空气阀，原水由进水装置进入钠离子交换器内，当有 水流出空气阀后再关空气阀，然后水流由上而下通过进水装置的支管布水，以所需运行流速依次通过上室强酸树脂层、多孔板、下室强酸树脂层，最后通过底部排水装置从出水阀流出，当运行至出水质量接近超过标准时，停止运行，准备再生；
步骤2.再生：关闭进水装置的进水阀，关闭出水阀，打开空气阀，打开再生液来液阀，质量浓度为5～8％的NaC1再生液以4～5m/h的再生流速经底部排水装置由下而上依次通过下室强酸树脂层、多孔板、上室强酸树脂层、进水装置，由再生液排液阀排出，当进完规定的再生液量后，停止进再生液；
步骤3.置换：关闭计量箱出口的再生液阀，以4～5m/h流速的软化水经再生液进液阀由下而上依次通过底部排液装置、下室强酸树脂层、多孔板、上室强酸树脂层，然后通过进水装置和再生液排液阀排出，清洗出水达到规定指标后停止进软化水；
步骤4.正洗：原水由进水装置进入钠离子交换器内，当有水流出空气阀后关闭空气阀，然后水流以35～40m/h的流速依次通过上室强酸树脂层、多孔板、下室强酸树脂层，最后通过底部排液装置和排水阀排出，当出水水质达到规定的标准后关闭排水阀，设备作备用或投入运行。

高效钠离子交换器
技术领域
本发明属于软化水处理设备，具体地说是一种高效钠离子交换器。
背景技术
钠离子交换器是以离子交换树脂中的活性基团钠离子来置换原水中的钙镁离子(即硬度)的软化水设备，它应用于工厂企业的锅炉用水、日常生活中的供暖锅炉的用水以及某些污水领域中的水处理等，所以使用的范围广而多。钠浮动离子交换器(简称钠浮动床)水处理软化设备是上世纪70年代中期由德国发明的，它的出现解决了由美国和日本于60年代发明的钠顺流再生固定床和钠逆流再生固定床存在的出水质量差、再生剂量高以及需要空气顶压再生操作等多项缺陷，尤其是钠浮动床提高了运行流速，由25m/h提高到了40m/h，因而钠浮动床一直沿用至今仍被国内外广泛的推广和应用着。然而，在实际运行中还存在着一些缺陷，例如，每次再生时不能清除掉上周期进入树脂层内的微粒固体和破碎的细树脂，而需要运行约20天将树脂移至体外进行一次大反洗；另外，还需要多设置树脂捕捉器和倒U管，为防止树脂乱层，制水期间不能任意启停和运行，流速要＞20m/h才能启动，树脂浮动运行，增加了树脂损耗量。
发明内容
本发明所要解决的问题是针对现有技术中所存在的问题，而提供一种高效钠离子交换器及其制水工艺，它在每次再生进再生液和置换水时，能够同时清除掉上周期进入树脂层内的微粒固体和破碎的树脂，且运行阻力小，运 行流速高。
解决上述问题的技术方案是：所提供的高效钠离子交换器具有一个筒体，筒体内被一个带双头水帽的多孔板分隔为上室和下室，筒体顶部设有排空气部件，上室设有进水装置和强酸树脂(强酸阳离子交换树脂)层，进水装置包括与进水管连通的母管和与母管连通的支管，下室设有强酸树脂(强酸阳离子交换树脂)层和位于强酸树脂层下面的排水装置，排水装置包括石英砂垫层和位于石英砂垫层下面的穹形多孔板；上室的清洗空间高度为上室强酸树脂层高度的70～100％，所述清洗空间是指上室强酸树脂层上表面与进水装置支管之间的空间；当下室强酸树脂为失效树脂时，下室强酸树脂与带双头水帽的多孔板之间留有树脂膨胀空间，所述树脂膨胀空间的体积是下室强酸树脂为再生型树脂时的体积的6.5～7.5％。
上室设有足够高的清洗空间是为了实现树脂的悬浮再生和悬浮清洗的良好效果；下室留有一定的树脂膨胀空间是为了实现压实再生的目的。
本发明针对现有软化水处理设备中涉及强酸树脂因树脂乱层带来的出水质量差和再生剂量高等问题，采用了上、下室结构的交换器，且上、下室均填装相同的强酸树脂。依据离子交换水处理原理，上室树脂将成为唯一的一种Ca型失效树脂，以此来达到彻底杜绝产生有二种以上失效树脂而出现的树脂乱层问题(一般原水中的Ca⁺⁺含量要比Mg⁺⁺高得多)。另外，筒体内的下室树脂的分布情况则完全不同，失效后的树脂会出现自上而下三种不同形态的三层树脂，即上层是少许的Ca型失效树脂，中间层是全部的Mg型失效树脂，下层是部分再生型Na型树脂，所以，对于已分层的下室树脂在再生时不能乱层，采用压实再生可以避免乱层。为了达到下室树脂的压实再生，本发明在 下室失效树脂表层上方余留一定的树脂膨胀空间，让再生时树脂膨胀的体积正好为树脂因失效而收缩的体积，即再生成为再生型强酸树脂后，又会恢复到原来的体积，这样就可利用树脂收缩膨胀的特性达到压实再生好树脂的目的。对于新投入的钠离子交换器，当装填的树脂为失效型树脂时，如果下室树脂装填得少了，就会引起再生时的树脂乱层；如果装填的太多，则会因树脂膨胀导致其体积过大而损坏多孔板或挤碎树脂。因此，下室树脂的装填量至关重要，它关系到再生的好坏及设备安全。申请人经过大量试验及长期的运行结果得知，强酸树脂失效时收缩的体积是下室强酸树脂成为再生型强酸树脂后所膨胀的体积，再生型强酸树脂失效时收缩的体积为再生型强酸树脂总体积的6.5～7.5％。
上述的上室强酸树脂和下室强酸树脂最好均为同型号的树脂；进一步的优选是：上室强酸树脂和下室强酸树脂的粒径相同，这样，如果上室的树脂因操作或其它原因进入到下室，也不会影响正常的运行。
本申请人经过大量试验得出了以下的优选方案：上室强酸树脂和下室强酸树脂的粒径相同，为0.6～1.25mm，上室强酸树脂装填的高度为0.8～1.4m，下室强酸树脂装填的高度为0.9～2.2m，上下两室强酸树脂的总装填高度为2.3～3.4m。
现有的软化水离子交换器在进再生液和置换水时，要关闭顶部的空气阀，而本发明须开启空气阀，为此，本发明的排空气部件包括排气管和与排气管联接的筛管，排气管与空气阀连接。打开空气阀，空气通过筛管进入排气管，再通过空气阀排出，而筛管可保证树脂不会漏出，从而达到同时悬浮再生、悬浮清洗的良好效果。另外，为了保证运行效果，顶部设置的排气管接口直 径至少为120mm。
因为本发明的上下两室装填的树脂都是相同型号、相同粒径的强酸树脂，即使有少许上室的细树脂漏入下室的树脂层或少许下室的细树脂漏入上室的树脂层，也是不会对运行有影响的，因此，本发明没有设置白球层，不仅简化了结构，方便了操作，同时又可以防止树脂和白球的可能相混而带来运行上的不利和影响出水质量。
本发明提供的制水工艺如下：
步骤1.运行：先开空气阀，原水由进水装置进入钠离子交换器内，当有水流出空气阀后再关空气阀，然后水流由上而下通过进水装置的支管布水，以所需运行流速依次通过上室强酸树脂层、多孔板、下室强酸树脂层，最后通过底部排水装置从出水阀流出，当运行至出水质量接近超过标准时，停止运行，准备再生；
步骤2.再生：关闭进水装置的进水阀，关闭出水阀，打开空气阀，打开再生液来液阀，质量浓度为5～8％的NaC1再生液以4～5m/h的再生流速经底部排水装置由下而上依次通过下室强酸树脂层、多孔板、上室强酸树脂层、进水装置，由再生液排液阀排出，当进完规定的再生液量后，停止进再生液；
步骤3.置换：关闭计量箱出口的再生液阀，以4～5m/h流速的软化水经再生液进液阀由下而上依次通过底部排液装置、下室强酸树脂层、多孔板、上室强酸树脂层，然后通过进水装置和再生液排液阀排出，清洗出水达到规定指标后停止进软化水；
步骤4.正洗：原水由进水装置进入钠离子交换器内，当有水流出空气阀后关闭空气阀，然后水流以35～40m/h的流速依次通过上室强酸树脂层、多 孔板、下室强酸树脂层，最后通过底部排液装置和排水阀排出，当出水水质达到规定的标准后关闭排水阀，设备作备用或投入运行。
本发明与其它类钠离子交换器相比，还具有如下优点：
1、具有最佳的运行再生工艺，由于上室树脂是唯一的一种Ca型失效树脂，而且在该树脂的上部已留有足够的清洗树脂的空间以及进再生液和置换水时筒体顶部的空气门通着大气，有了这三项举措就能同时实现树脂的悬浮再生和悬浮清洗，就可以实现再生时筒体直通大气、液流均匀、阻力小、不会发生偏流和死角，重要的是在进再生液和置换水时能够清洗掉上周期进入树脂层内的微粒固体和破碎的细小树脂。加上为了保持下室树脂能够压实再生，如前所述利用树脂膨胀收缩的性能，达到再生好下室树脂的目的。
2、由于本发明的上室留有足够大的清洗空间及设置了大口径排气管接口，可实现树脂同时悬浮再生和悬浮清洗，因而运行流程中可省略小反洗操作。而其它类工艺都需要在再生时对树脂进行一次或二次小反洗或需要运行约20天进行一次体外大反洗。因而本发明操作程序最少，仅运行、再生、置换、正洗四步操作程序。
3、本发明采用逆流压实再生技术，树脂在再生时，由底部逆向进入的NaC1再生液，会首先经过下室把关的，不会乱层，因而可以取得最好的树脂再生度、好的出水质量和高的周期制水量。
4、本发明和现有的钠浮动床运行流速均能高达40m/h，但钠浮动床必须设置树脂捕捉器和倒U管，需要运行约20天把树脂移至体外进行一次大反洗，制水期间不能任意启停以及运行流速要＞20m/h才能启动设备，而本发明是运行1～3年后才进行体外大反洗。
5、可任意启停，运行费用低，与其它类设备相比，可节省自用水耗约8％，树脂损耗率约可降低5倍。
附图说明
图1是本发明钠离子交换器运行时的结构示意图。
图2是本发明钠离子交换器树脂失效状态时的结构示意图。
图中编号：1-进水装置，1a-母管，1b-支管，2-上室，3-双头水帽，4-多孔板，5-下室，6-排水装置，61-石英砂垫层，62-穹形多孔板，63-排水管，7-再生液进液阀，8-排水阀，9-出水阀，10-下室强酸树脂层，11-上室强酸树脂层，12-清洗空间，13排空气部件，131-排气管，132-筛管，14-空气阀，15-树脂膨胀空间。
具体实施方式
下面结合实例对本发明的内容加以详细描述。
如图1所示，本发明的钠离子交换器的筒体分为上室2和下室5，上室2和下室5都分别装填为强酸树脂11层和强酸树脂层10，上下两室之间装有一块带双头水帽3的多孔板4，用以疏通上、下两室的液流，并隔开上室强酸树脂层11和下室强酸树脂层10。筒体顶部设有排空气部件13，它包括排气管131和筛管132。上室的进水装置1为母管1a和支管1b构成的布水分配装置，它同时还是再生液排液装置。底部排水装置6为石英砂垫层61和穹形多孔板62构成的布水装置，它同时也是再生液分配装置。与设备相关的主要构件有进水装置1入口进水和出水阀9、再生液进液阀7、空气阀14。
进水装置1的支管出水口和上室强酸树脂层11之间的空间为清洗空间12，清洗空间12的高度为上室强酸树脂层11高度的100％。
在上室2和下室5内均装载型号为001X7的强酸树脂，强酸树脂的粒径也相同，为0.6～1.25mm，上室强酸树脂层11的高度为1.2m，下室强酸树脂层10的高度为2.0m。
图2给出了本实例的钠离子交换器在失效状态时下室树脂层的体积收缩情况，即，下室失效树脂层10表层到多孔板4之间有一树脂收缩后所留出空间(即膨胀空间15)，其体积为下室再生型树脂层体积的7％。
本实例的制水完整过程如下：
1、运行：先开空气阀14，原水由进水管通过进水装置1的进水母管1a进入钠离子交换器内，当有水流出空气阀14后再关空气阀14，然后水流由上而下通过进水装置1的布水，再调整所需的运行流速(最高运行流速为40m/h)，再依次通过上室强酸树脂层11、中间多孔板4、下室强酸树脂层10、最后通过底部排水装置6由出水阀9流出。当运行至出水质量接近超过标准时，设备停止运行，准备再生。
2、再生：关闭进水装置1的进水阀，关出水阀9，开空气阀14，开再生液进液阀7，进5～8％质量浓度的NaC1再生液，以4～5m/h的再生流速由下而上依次通过底部排水装置6、下室强酸树脂层10、中间多孔板4、上室强酸树脂层11、进水装置1和再生液排液阀排出，当进完规定的再生液量后，停止进再生液。
3、置换：关闭计量箱出口的再生液阀(图中未画出)，仍保持以4～5m/h流速进软化水，由再生液进液阀7进入，再由下而上依次通过底部排水装置6、下室强酸树脂层10、中间多孔板4、上室强酸树脂层11、进水装置1和再生液排液阀排出，直到清洗出水达到规定指标后，停止进软化水。
4、正洗：原水由进水装置1的进水母管进入钠离子交换器内，当有原水流出空气阀14后再关空气阀14，水流由上而下通过进水装置1的布水，然后以40m/h的流速依次通过上室强酸树脂层11、中间多孔板4、下室强酸树脂层10，最后通过底部排水装置6和下部排水阀8进行正洗，当出水水质达到规定的标准后，关下部排水阀8，设备作备用或投入运行。