發(fā)布時(shí)間：2021-10-18
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離子交換是可逆的，離子交換劑失效后理論上再生1 mol離子量需要再生劑的摩爾量稱為再生比耗(或稱再生水平)，以100%純度再生劑表示
離子交換劑失效后通過再生來恢復(fù)離子交換能力，常用再生方式有順流再生與逆流再生。
(一)順流再生
順流再生時(shí)原水與再生液流過交換劑層的方向相同。因此在再生液流過交換劑層時(shí)首先接觸到的是交換劑層上部完全失效的已包含上部交換劑層被置換出來的離子，影響交換劑層下部的再主度(再生度指離子交換劑層中已再生離子量與全部交換容量的比值)，造成處理水質(zhì)降低、再生劑耗量增加。順流再生離子交換設(shè)備簡單，工作可靠，但受原水水質(zhì)組分影響大，再生效果換容量不能得到充分利用。而再生后，下部再生度最低，為了提高出水質(zhì)量和工作交換容量，必須增加再生劑的耗量。
(二)逆流再生
原水從交換器上部進(jìn)人與再生液的方向相反，逆流再生(也稱對流再生)過程中交換劑層的離子分布狀態(tài)見圖3-6 (b) 。
1.逆流再生的優(yōu)點(diǎn)
與順流再生比較，采用逆流再生提高了再生劑利用率，降低再生劑耗量30%-50%提高出水質(zhì)量;降低清洗水耗量30%~50%降低再生廢液排放量與排放濃度，排放再生廢液中酸、堿濃度小于1%，
采用逆流再生原水含鹽量500mg/L時(shí)，仍能保持出水質(zhì)量;由丁辱部交換劑再生徹底，增加交換劑工作層，同時(shí)原水先接觸上部未徹底再生交換劑，減少了反離子效應(yīng)，提高了交換劑工作交換容量。
2.逆流再生設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
在運(yùn)行中，如采用強(qiáng)酸陽樹脂、強(qiáng)堿陰樹脂，當(dāng)由H型樹脂轉(zhuǎn)為Na型，由。H型樹脂轉(zhuǎn)為Cl型時(shí)，體積收縮，交換劑層孔隙率逐漸減少，實(shí)際樹脂失效時(shí)體積縮小80一l00mm。逆流再生時(shí)，再生液從底部進(jìn)人，需要保持交換劑層穩(wěn)定，壓實(shí)狀態(tài)，因此需要增加壓實(shí)層與頂壓措施。壓實(shí)層的作用能截留懸浮雜質(zhì)，使頂壓的空氣或水通過壓實(shí)層能均勻分布于整個(gè)床層，保持床層在逆流再生時(shí)床層不上升或流動(dòng)。頂壓措施有氣頂壓(在底部進(jìn)再生液，同時(shí)在上部進(jìn)凈化壓縮空氣)、水頂壓(在底部進(jìn)再生液，同時(shí)在上部小流量進(jìn)水)及無頂壓(再生液在底部低速進(jìn)人)三種方式。壓實(shí)層高度一般在中間排液管上面150~200mm。采用壓實(shí)層可以防止交換劑層上升或流動(dòng)并截留進(jìn)水中雜質(zhì)。壓實(shí)層材料曾經(jīng)采用過白球等，當(dāng)前都采用與其相同的離子交換樹脂。無頂壓(再生液低速進(jìn)人)操作簡單已廣泛應(yīng)用，采用無頂壓逆流再生壓實(shí)層可適當(dāng)提高，目前一般采用200mm。
3.逆流再生的應(yīng)用
在強(qiáng)一弱型樹脂聯(lián)合應(yīng)用系統(tǒng)中，強(qiáng)型樹脂的再生可采用順I(yè)lk再生或逆流再生，弱型樹脂一般采用順流再生，因弱型樹脂極易再生，再生水平對弱型樹脂工作交換容量的影響不大。
(三)再生工藝參數(shù)
1.再生劑種類
(1)常用再生劑。離子交換樹脂的再生劑有鹽(NaCI )、酸(I-ICI, H2SO4)、堿(NaOH)等。藥劑的濃度與冰凍點(diǎn)關(guān)系見圖3-9。在寒冷地區(qū)堿液儲(chǔ)存槽在寒冷地區(qū)內(nèi)應(yīng)設(shè)加溫裝置(低壓蒸汽盤管或電伴熱帶)。堿液也可采用固體氫氧化鈉，但需要蒸汽加熱溶解，操作麻煩。
在化工企業(yè)中，有采用硝酸做陽床再生劑的實(shí)例。為防止硝酸的強(qiáng)氧化性對陽離子交換樹脂造赫壞，一般控制再生劑的濃度在2%~2. 5%，再生劑的用量為理論量的2~3倍，陽離子交換樹脂的工作交換容量在800mol/m3左右。再生劑管路采用耐硝酸腐蝕不銹鋼材質(zhì)。橡膠在硝酸的強(qiáng)氧化性作用下易老化開裂，失去防腐作用，為此陽床內(nèi)壁涂刷抗硝酸涂料。
(2)硫酸與鹽酸再生劑區(qū)別，固定床采用踐呱再生酸消耗量較HCI再生低，但H2SO4再生操作較H。再生復(fù)雜并且由于再生時(shí)濃度控制得低，再生耗時(shí)較HCl再生長，廢水排放量較HCI再生高。H2SO4再生陽離子交換樹脂酸消耗成本比HCl再生稍高，但H2SO4再生產(chǎn)生的廢水，中和處理成本較HCl再生產(chǎn)生的廢水中和處理成本低得多，使脫鹽水裝置總生產(chǎn)成本降低，并且廢水中SO2-4離子比CI-離子易處理，對環(huán)保封泳有利。由于硫酸與鹽酸的再生流速、冬流量不同再生裝置設(shè)計(jì)也有區(qū)別，在選用離子交換器時(shí)要注明采用那種再生劑。
(3)H2SO4稀釋發(fā)熱量計(jì)算。采用硫酸再生時(shí)有時(shí)把濃硫酸先稀釋到一定濃度，此時(shí)要考慮濃硫酸稀釋時(shí)的發(fā)熱量隨溶液溫度升高。稀釋后限制溶液溫度不超過55℃。
2.再生劑的純度
再生用的藥品質(zhì)量對離子交換樹脂的再生效果有很大的影響，陰離子交換樹脂再生采用高純堿有利于對陰樹脂的再生。根據(jù)離子交換平衡原理，對工業(yè)堿與高純堿質(zhì)量的理論分析得出，采用高純堿再生時(shí)，其陰床出水Cl一含量僅為工業(yè)堿再生時(shí)的1/46。實(shí)踐證明，采用高純堿再生時(shí)，樹脂的再生度提高了約77%，樹脂的工作交換容量提高了約13%，同時(shí)設(shè)備的周期制水量提高了約16 %。表3-24為弱堿陰樹脂工作交換容量與進(jìn)水質(zhì)、堿液質(zhì)量的關(guān)系。
3.再生劑量
離子交換是可逆的，離子交換劑失效后理論上再生1 mol離子量需要再生劑的摩爾量稱為再生比耗(或稱再生水平)，以100%純度再生劑表示。也可用實(shí)際再生劑的消耗量與理論需要量的比值來表示，如強(qiáng)堿陰樹脂需要100%純度NaOH的再生比耗為1.5，即實(shí)際再生lmol離子量需要的NaOH量1.5×40是60g(1molNaOH是40g)，也可以說強(qiáng)堿陰樹脂需要100%純度NaOH的再生比耗(再生水平)為60g/mol。再生比耗與進(jìn)水水質(zhì)、樹脂質(zhì)量、再生方式等因數(shù)有關(guān)。離子交換樹脂首次再生，其再生劑量應(yīng)是設(shè)計(jì)再生劑量的1.5~2倍，逆流再生設(shè)備在大反洗后的再生劑量要增加10%-50%。
4.再生液溫度
一般均在常溫下再生。陰樹脂再生時(shí)，所用再生液的溫度和再生時(shí)間，對再生程度的影響要比陽樹脂大。當(dāng)原水中Si02 ＜ΣA＜10%，加熱堿液不經(jīng)濟(jì)Si02 ＜ΣA比值升高時(shí)，加熱堿液除硅效果明顯提高。陰離子交換樹脂提高再生液的溫度可以改善對硅酸的再生效果和縮短再生時(shí)間，但溫度太高易使樹脂的交換基團(tuán)分解，影響其交換容量的使用壽命。實(shí)踐證明，再生和清洗的最佳溫度對于工型強(qiáng)堿性陰樹脂為35~50℃ II型為(35士3)℃在動(dòng)態(tài)陰離子交換過程中，HSiO-3在樹脂層中的分布情況與其他陰離子有些不同。HSiO-3雖然主要是被下層的陰樹脂吸附著，但就是在最上層的樹脂中也有少量吸附。同理，再生時(shí)，樹脂層中硅酸氫根被置換出來的速度也就比較緩慢。堿液不加熱要增加再生劑的耗量。弱堿陰樹脂D354-FC工作交換容量與水溫、運(yùn)行流速關(guān)系見表3-25。
表3-26為水溫對砂3弱酸樹脂交換容量的影響(雙室浮床，HCl 2%~3%再生流4-6m/h)。
5.再生液的濃度和流速
再生液流速涉及再生液和樹脂的接觸時(shí)間，直接影響再生效果。在離子交換器中，再生液的流速一般控制在4 ~8m/h。如果再生液和樹脂的接觸時(shí)間不夠，可調(diào)整再生液的濃度和流速，必要時(shí)修改設(shè)備直徑。
強(qiáng)型離子交換樹脂的再生濃度一般采用2%-5%，弱型離子交換樹脂容易再生，對再生效率影響不大，再生濃度一般采用0.5%一5%。
強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂的再生流速sυ=2~4，再生時(shí)間與運(yùn)行時(shí)進(jìn)水中的Si02%有關(guān)。
6.置換
樹脂再生后，再生系統(tǒng)管道與樹脂層內(nèi)殘存一定量的再生劑，需用水(或去離子水)進(jìn)行清洗，這個(gè)過程也稱為“置換”清洗水量是系統(tǒng)、設(shè)備自用水量的一部分。置換過程中的需水量。
