專利名稱：一級(jí)反滲透后續(xù)化學(xué)除鹽優(yōu)化純水制備裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及純水制備裝置，具體地涉及一級(jí)反滲透后續(xù)化學(xué)除鹽優(yōu)化純水制備裝置。
背景技術(shù)：
目前隨著電站大容量機(jī)組的建設(shè)，對(duì)水的純度的要求越來越高，如以前從未有過要求的給水TOC(總有機(jī)碳)指標(biāo)，現(xiàn)在要求達(dá)到小于200μg/L，同時(shí)又要求純水制備裝置的費(fèi)用要低，廢水排放要少。
目前實(shí)際使用中的純水制備裝置，其存在的基本形式有以下兩種(反滲透裝置前處理方式可采用本領(lǐng)域技術(shù)人員的常規(guī)技術(shù)，此處省略)

*混床為陽陰混合離子交換器裝置的俗稱。
在實(shí)際工程中，對(duì)于中等含鹽量的水源，一級(jí)反滲透裝置后續(xù)采用了“一級(jí)除鹽+混床”，則系統(tǒng)較復(fù)雜、投資較高、運(yùn)行能耗稍高、運(yùn)行管理比較麻煩。
而一級(jí)反滲透裝置后續(xù)選用了“兩級(jí)混床”系統(tǒng)的，均發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)中一級(jí)混床的周期運(yùn)行時(shí)間偏短，再生頻繁，再生酸、堿耗高，且由于體內(nèi)再生混床對(duì)失效樹脂再生前的分離有一定技術(shù)要求，所以整個(gè)再生過程耗時(shí)又耗力。
一級(jí)混床周期運(yùn)行時(shí)間偏短原因在于對(duì)于一般含鹽量的水源，經(jīng)一級(jí)反滲透裝置(或經(jīng)脫碳器)，其出水中CO2成了需被去除雜質(zhì)離子的主要成分，換句話說，RO出水中其它離子含量均為ppb級(jí)，而HCO3-和CO2其含量則為ppm級(jí)，其加速了一級(jí)混床陰離子的失效。
綜上所述，本領(lǐng)域缺乏集上述兩種工藝優(yōu)點(diǎn)于一身的后續(xù)化學(xué)除鹽系統(tǒng)，因此，本領(lǐng)域迫切需要開發(fā)投資低、設(shè)備簡(jiǎn)單而且運(yùn)行時(shí)間長的一級(jí)反滲透后續(xù)化學(xué)除鹽優(yōu)化純水制備裝置。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于開發(fā)投資低、設(shè)備簡(jiǎn)單而且運(yùn)行時(shí)間長的一級(jí)反滲透后續(xù)化學(xué)除鹽優(yōu)化純水制備裝置。
在本實(shí)用新型的第一方面，提供了一種純水制備裝置，所述的純水制備裝置用于對(duì)一級(jí)反滲透產(chǎn)水進(jìn)行后續(xù)化學(xué)除鹽純化處理，其特征在于，所述純水制備裝置包括去除水中殘余陰離子的強(qiáng)堿陰離子交換器單元2、和去除水中殘余陽離子和陰離子的陽陰混合離子交換器單元3，其中所述強(qiáng)堿陰離子交換器單元2通過通路23連通所述陽陰混合離子交換器單元3；并且，所述強(qiáng)堿陰離子交換器單元2包括設(shè)在通路12上的用于供入反滲透產(chǎn)水的進(jìn)水閥門A1、強(qiáng)堿陰離子交換器裝置21和出水閥門A2，所述的強(qiáng)堿陰離子交換器裝置21中含有強(qiáng)堿陰離子交換樹脂；所述陽陰混合離子交換器單元3包括設(shè)在通路23上且與強(qiáng)堿陰離子交換器單元2的出水閥門A2相連通的進(jìn)水閥門M1、陽陰混合離子交換器裝置31和出水閥門M2，其中所述的陽陰混合離子交換器裝置31中含有陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂。
在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選例中，在強(qiáng)堿陰離子交換器單元2的上游，還設(shè)有去除水中游離二氧化碳的脫碳器單元1。
在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選例中，所述強(qiáng)堿陰離子交換器裝置21包括逆流再生型強(qiáng)堿陰離子交換器，和/或所述的陽陰混合離子交換器裝置31包括體內(nèi)再生型陽陰混合離子交換器。
在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選例中，所述陽陰混合離子交換器裝置31內(nèi)的陽離子樹脂和陰離子樹脂的體積比為1∶1-4∶1，較佳地為2∶1-3∶1。
在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選例中，所述陽陰混合離子交換器裝置31內(nèi)的樹脂包括凝膠樹脂或大孔樹脂。較佳地，樹脂為強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂和強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂。
本實(shí)用新型再有一個(gè)方面提供一種水純化設(shè)備，所述設(shè)備包括所述的純水制備裝置和初步純化水質(zhì)的一級(jí)反滲透裝置單元。


圖1為本實(shí)用新型的一級(jí)反滲透裝置后續(xù)化學(xué)除鹽優(yōu)化純水制備裝置的示意圖。圖中，各標(biāo)號(hào)含義如下在強(qiáng)堿陰離子交換器單元2中，

在陽陰混合離子交換器單元3中，


具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型人經(jīng)過廣泛而深入的研究，通過改進(jìn)制備工藝，并發(fā)現(xiàn)脫碳器(根據(jù)需要設(shè)置)、強(qiáng)堿陰離子交換器、體內(nèi)再生陽陰混合離子交換器等組成的純水制備裝置，不需要陽床(即陽離子交換器)，將陽陰混合離子交換器內(nèi)的樹脂比例加以調(diào)整，從而在降低成本的基礎(chǔ)上得到理想的水質(zhì)，故特別適合作為較高含鹽量及其以下水源的純水制備裝置。在此基礎(chǔ)上完成了本實(shí)用新型。
本實(shí)用新型中，根據(jù)一級(jí)反滲透裝置產(chǎn)水的水質(zhì)確定脫碳器的設(shè)置與否，以去除水中游離二氧化碳；強(qiáng)堿陰離子交換器用于去除水中全部殘余陰離子(包括弱酸根離子)；陽陰混合離子交換器用于去除水中全部殘余陽離子及極微量陰離子，并確?；瘜W(xué)除鹽系統(tǒng)的出水品質(zhì)。
強(qiáng)堿陰離子交換器單元一級(jí)反滲透裝置產(chǎn)水流經(jīng)強(qiáng)堿陰離子交換器，由其交換水中剩余的HCO3-、CO2、SiO2等其它陰離子。優(yōu)選應(yīng)用于具有下述指標(biāo)的一級(jí)反滲透裝置產(chǎn)水電導(dǎo)率(25℃)＜10μS/cm。
本實(shí)用新型的強(qiáng)堿陰離子交換器單元中的強(qiáng)堿陰離子交換器裝置(俗稱陰床)可有多種床型，例如固定床、浮動(dòng)床，較佳地，采用逆流再生強(qiáng)堿陰離子交換器。
強(qiáng)堿陰離子交換器裝置內(nèi)的樹脂可以是凝膠的，也可以是大孔的。通常采用強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂。
強(qiáng)堿陰離子交換器裝置內(nèi)的樹脂量應(yīng)根據(jù)一級(jí)反滲透裝置或脫碳器(如果有的話)的出水之全部陰離子量(包括Cl-、SO42-、NO3-、PO43-、HCO3-、CO2、SiO2等)確定，例如，采用牌號(hào)為201×7，工作交換容量～300mol/m3的陰離子樹脂。
強(qiáng)堿陰離子交換器單元可包括再生裝置，其包含堿液稀釋(堿噴射器或計(jì)量泵及混合器)、在線堿濃度測(cè)量?jī)x，堿噴射器或混合器水源為帶壓純水，其抽取堿液后的管道，經(jīng)在線堿濃度測(cè)量后連通強(qiáng)堿陰離子交換器進(jìn)堿管。
使用時(shí)，強(qiáng)堿陰離子交換器裝置運(yùn)行失效后，小反洗上部樹脂層，清除壓脂層上雜質(zhì)，保持壓脂層下樹脂不亂層，然后用1～3％NaOH進(jìn)行逆流再生，進(jìn)堿管引入的方向與進(jìn)水管相反，使強(qiáng)堿陰離子交換器出水端側(cè)的樹脂完全為再生態(tài)，以確保運(yùn)行的出水品質(zhì)。經(jīng)置換、正洗合格后，強(qiáng)堿陰離子交換器再投入運(yùn)行。
陽陰混合離子交換器單元水流經(jīng)陽陰混合離子交換器單元(俗稱混床)，由其中的陽離子樹脂交換水中剩余的Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等其它陽離子。
陰床與混床可采用串聯(lián)或并聯(lián)結(jié)構(gòu)，較佳地，采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)?；齑矁?nèi)樹脂應(yīng)采用混床專用樹脂，可以是凝膠的，也可以是大孔的。通常采用強(qiáng)酸性陽離子和強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂。
所述陽陰混合離子交換器裝置31內(nèi)的陽離子樹脂和陰離子樹脂的體積比為1∶1-4∶1，較佳地為2∶1-3∶1。常規(guī)混床之陽、陰樹脂之比通常為1∶2。鑒于混床中陰樹脂的負(fù)荷較小，將常規(guī)混床之陽、陰樹脂之比進(jìn)行調(diào)整，例如由1∶2調(diào)整為2∶1。混床內(nèi)陽、陰樹脂層高之比較經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的比值為2～3∶1。
混床單元可包括再生裝置，酸、堿再生裝置相互獨(dú)立。酸再生裝置其包含酸液稀釋(酸噴射器或計(jì)量泵及混合器)、在線酸濃度測(cè)量?jī)x，酸噴射器或混合器水源為帶壓純水，其抽取酸液后的管道，經(jīng)在線濃度測(cè)量后連通混床的進(jìn)酸管；堿液稀釋(堿噴射器或計(jì)量泵及混合器)、在線堿濃度測(cè)量?jī)x，堿噴射器或混合器水源為帶壓純水，其抽取堿液后的管道，經(jīng)在線堿濃度測(cè)量后連通混床的進(jìn)堿管。
使用時(shí)，混床運(yùn)行失效后，先對(duì)混合樹脂進(jìn)行反洗、分層，使陽樹脂處于中間排水裝置的下側(cè)，而陰樹脂處于中間排水裝置的上側(cè)；陽樹脂用5％HCl再生，陰樹脂用4％NaOH再生，再生中，確保陽、陰樹脂之酸、堿再生液接觸時(shí)間不小于0.5小時(shí)。經(jīng)置換、樹脂混合及正洗合格后，混床可投入運(yùn)行?；齑矁?nèi)陽、陰樹脂層高之比較經(jīng)濟(jì)運(yùn)行比值為大于2～3。
脫碳器一級(jí)反滲透裝置后續(xù)是否需要設(shè)置脫碳器，應(yīng)根據(jù)反滲透裝置產(chǎn)水CO2含量來確定。
一級(jí)反滲透裝置后續(xù)化學(xué)除鹽工藝中是否設(shè)置脫碳器與水源的堿度有關(guān)，應(yīng)根據(jù)反滲透裝置產(chǎn)水水質(zhì)來確定其設(shè)置與否，以最經(jīng)濟(jì)地去除水中游離二氧化碳、減少后續(xù)強(qiáng)堿陰離子交換樹脂的工作負(fù)荷、節(jié)省陰樹脂的堿耗。一般來說，二氧化碳含量≥5mg/l的時(shí)候需要設(shè)置脫碳器。
若在強(qiáng)堿陰離子交換器單元上游設(shè)置脫碳器單元1，則D1開啟(通路01b不存在)；若不設(shè)脫碳器單元1，則D2開啟(通路01a及脫碳器單元1取消)，即通路01a與脫碳器單元1同存，而通路01b不與脫碳器單元1同存。
本實(shí)用新型的純水制備裝置具備如下主要優(yōu)點(diǎn)(1)本實(shí)用新型的純水制備裝置由一級(jí)反滲透裝置、脫碳器(根據(jù)需要設(shè)置)、強(qiáng)堿陰離子交換器、陽陰混合離子交換器等組成，因此工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)單、設(shè)備投資費(fèi)用低。其設(shè)備投資同“兩級(jí)混床”；對(duì)同樣的系統(tǒng)凈出力(如2×80m3/h)，本專利設(shè)備投資相比“一級(jí)除鹽+混床”，約可省人民幣80萬。
(2)本實(shí)用新型的純水制備裝置運(yùn)行費(fèi)用省、酸堿耗量低、系統(tǒng)能耗省、運(yùn)行費(fèi)用少、廢水排放量小及運(yùn)行管理簡(jiǎn)單。酸堿耗量?jī)H為“兩級(jí)混床”的1/5～1/4，廢水排放量為“兩級(jí)混床”的1/4～1/3。
(3)本實(shí)用新型的純水制備裝置可以制備得到高品質(zhì)純水，其出水至少可達(dá)到如下品質(zhì)

(4)應(yīng)用面廣。本實(shí)用新型的純水制備裝置可用于較高含鹽量(1000mg/L)以下的水源，例如電力、制藥、化工、電子等對(duì)用水有較高純度要求的行業(yè)。
綜上所述，本實(shí)用新型的純水制備裝置具有明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
以下結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本實(shí)用新型。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件。
實(shí)施例如圖1所述，一級(jí)反滲透后續(xù)化學(xué)除鹽優(yōu)化純水制備裝置，包括一級(jí)反滲透裝置單元后的產(chǎn)水至用以除水中游離二氧化碳的脫碳器單元1、經(jīng)中間水箱及中間水泵送至用以去除水中殘余陰離子的強(qiáng)堿陰離子交換器單元2、及用以去除水中殘余陽離子和陰離子的陽陰混合離子交換器單元3，最終出水至純水箱。
一級(jí)反滲透裝置產(chǎn)水的通路01a上設(shè)有去除水中游離二氧化碳的脫碳器單元1，根據(jù)一級(jí)反滲透裝置產(chǎn)水的水質(zhì)確定脫碳器的設(shè)置與否；若不設(shè)脫碳器單元1，則一級(jí)反滲透裝置產(chǎn)水經(jīng)通路01b直接進(jìn)中間水箱。即通路01a與脫碳器單元1同存，而通路01b不與脫碳器單元1同存。
使用時(shí)，一級(jí)反滲透裝置產(chǎn)水經(jīng)通路01a到達(dá)脫碳器單元1，在脫碳器單元中除去水中游離的CO2，在中間水箱中得到脫碳水；若不需設(shè)脫碳器單元1，則一級(jí)反滲透裝置產(chǎn)水經(jīng)通路01b到達(dá)中間水箱中，此水僅為反滲透產(chǎn)水。
一級(jí)反滲透裝置單元用來預(yù)脫鹽，包括高壓泵、膜組件，反滲透裝置配備相應(yīng)的流量計(jì)、壓力表、溫度計(jì)、集中取樣裝置和相關(guān)的控制元件(圖中未示)。
所述強(qiáng)堿陰離子交換器單元2包括設(shè)在通路12上的進(jìn)水閥門A1、強(qiáng)堿陰離子交換器裝置21和出水閥門A2。(A3，A4，A5，A6，A7，A8，A9，A10閥門僅用于陰床單元再生過程)。
在強(qiáng)堿陰離子交換器單元2中，反滲透產(chǎn)水或脫碳水經(jīng)過閥門A1到達(dá)強(qiáng)堿陰離子交換器裝置21。在強(qiáng)堿陰離子交換器裝置21內(nèi)裝填1600～2500mm層高的陰樹脂(購自杭州爭(zhēng)光樹脂有限公司)，經(jīng)陰離子交換樹脂的交換，所有陰離子、CO2及SiO2被陰樹脂交換后轉(zhuǎn)化為OH-，陰床經(jīng)過一定時(shí)間運(yùn)行，陰樹脂逐漸耗盡其交換基團(tuán)，則需用氫氧化鈉再生。此時(shí)，關(guān)閉陰床A1及A2閥，開啟A3及A8閥，進(jìn)行小反洗；之后停止小反洗，開啟A7及A8閥，進(jìn)堿再生及置換；結(jié)束置換后，開啟A1及A4閥進(jìn)行小正洗；小正洗結(jié)束，開啟A1及A6閥，轉(zhuǎn)入正洗，直至正洗出水水質(zhì)合格后投運(yùn)或待用。A5大反洗閥門用于若干再生周期(一般10～20)后用兩倍大劑量堿再生，以徹底反洗、疏松及再生樹脂。A10僅用于陰床投運(yùn)前設(shè)備充水時(shí)的排氣。
所述陽陰混合離子交換器單元3包括設(shè)在通路23上的進(jìn)水閥門M1、陽陰混合離子交換器裝置31和設(shè)在通路34上的出水閥門M2，(閥門M3，M4，M5，M6，M7，M8，M9，M10僅用于混床單元再生過程)。所述陽陰混合離子交換器裝置(31)內(nèi)的陽離子樹脂和陰離子樹脂的體積比為2∶1，在另一實(shí)施例中上述體積比可以是3∶1。所述陽陰混合離子交換器裝置31內(nèi)的陽離子樹脂為強(qiáng)酸陽離子交換樹脂(購自杭州爭(zhēng)光樹脂有限公司)，陰樹脂為強(qiáng)堿陰離子交換樹脂(購自杭州爭(zhēng)光樹脂有限公司)。樹脂采用大孔或凝膠型的混床專用樹脂。
在陽陰混合離子交換器單元3中，陽陰混合離子交換器裝置31運(yùn)行失效后，此時(shí)，關(guān)閉混床M1及M2閥，開啟M3及M7閥，對(duì)混合樹脂進(jìn)行反洗、分層，使陽離子樹脂處于中間排水裝置的下側(cè)，而陰離子樹脂處于中間排水裝置的上側(cè)；分層結(jié)束，開啟M6、M9及M10，陽樹脂用5wt％HCl再生，陰樹脂用4wt％NaOH再生，再生中，確保陽、陰離子樹脂之酸、堿再生液接觸時(shí)間為不小于0.5小時(shí)；再生結(jié)束，開啟M1、M3及M10，進(jìn)行置換清洗；置換清洗結(jié)束后，開啟M4及M8，混合陽陰樹脂；混合均勻，開啟M1及M5進(jìn)行正洗，正洗直至排水合格停止，陽陰混合離子交換器裝置31投運(yùn)或待用。
使用時(shí)，脫碳器單元根據(jù)情況來設(shè)置。所述一級(jí)反滲透裝置產(chǎn)水如果水質(zhì)處理需要脫碳，通過通路01a連通所述脫碳器單元1，否則通過通路01b連通至中間水箱，所述脫碳器單元1通過中間水箱及水泵后通路12連通強(qiáng)堿陰離子交換器單元2，所述強(qiáng)堿陰離子交換器單元2通過通路23連通所述陽陰混合離子交換器單元3，所述陽陰混合離子交換器單元3通過通路34至純水箱，上述各類設(shè)備之間的連接關(guān)系如下通路12可串聯(lián)或并聯(lián)連接，23及34應(yīng)為并聯(lián)連接。
在本實(shí)用新型提及的所有文獻(xiàn)都在本申請(qǐng)中引用作為參考，就如同每一篇文獻(xiàn)被單獨(dú)引用作為參考那樣。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實(shí)用新型的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
權(quán)利要求1.一種純水制備裝置，所述的純水制備裝置用于對(duì)一級(jí)反滲透產(chǎn)水進(jìn)行后續(xù)化學(xué)除鹽純化處理，其特征在于，所述純水制備裝置包括去除水中殘余陰離子的強(qiáng)堿陰離子交換器單元(2)、和去除水中殘余陽離子和陰離子的陽陰混合離子交換器單元(3)，其中所述強(qiáng)堿陰離子交換器單元(2)通過通路(23)連通所述陽陰混合離子交換器單元(3)；并且，所述強(qiáng)堿陰離子交換器單元(2)包括設(shè)在通路(12)上的用于供入反滲透產(chǎn)水的進(jìn)水閥門(A1)、強(qiáng)堿陰離子交換器裝置(21)和出水閥門(A2)，所述的強(qiáng)堿陰離子交換器裝置(21)中含有強(qiáng)堿陰離子交換樹脂；所述陽陰混合離子交換器單元(3)包括設(shè)在通路(23)上且與強(qiáng)堿陰離子交換器單元(2)的出水閥門(A2)相連通的進(jìn)水閥門(M1)、陽陰混合離子交換器裝置(31)和出水閥門(M2)，其中所述的陽陰混合離子交換器裝置(31)中含有陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂。
2.如權(quán)利要求1所述的純水制備裝置，其特征在于，在強(qiáng)堿陰離子交換器單元(2)的上游，還設(shè)有去除水中游離二氧化碳的脫碳器單元(1)。
3.如權(quán)利要求1所述的純水制備裝置，其特征在于，所述強(qiáng)堿陰離子交換器裝置(21)包括逆流再生型強(qiáng)堿陰離子交換器。
4.如權(quán)利要求1所述的純水制備裝置，其特征在于，所述陽陰混合離子交換器裝置(31)包括體內(nèi)再生型陽陰混合離子交換器。
5.如權(quán)利要求1所述的純水制備裝置，其特征在于，所述陽陰混合離子交換器裝置(31)內(nèi)的陽離子樹脂和陰離子樹脂的體積比為1∶1-4∶1。
6.如權(quán)利要求5所述的純水制備裝置，其特征在于，所述體積比為2∶1-3∶1。
7.如權(quán)利要求1所述的純水制備裝置，其特征在于，所述陽陰混合離子交換器裝置(31)內(nèi)的樹脂包括凝膠樹脂或大孔樹脂。
8.如權(quán)利要求1所述的純水制備裝置，其特征在于，所述陽陰混合離子交換器裝置(31)內(nèi)的樹脂包括強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂和強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂。
9.一種水純化設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括權(quán)利要求1所述的純水制備裝置和初步純化水質(zhì)的一級(jí)反滲透裝置單元。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種一級(jí)反滲透后續(xù)化學(xué)除鹽優(yōu)化純水制備裝置，包括強(qiáng)堿陰離子交換器單元和陽陰混合離子交換器單元。本實(shí)用新型的一級(jí)反滲透后續(xù)化學(xué)除鹽優(yōu)化純水制備裝置開發(fā)投資低、設(shè)備簡(jiǎn)單而且運(yùn)行時(shí)間長。
文檔編號(hào)C02F1/42GK2851250SQ20052004602
公開日2006年12月27日 申請(qǐng)日期2005年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月28日
發(fā)明者蔡冠萍, 周來發(fā) 申請(qǐng)人:中國電力工程顧問集團(tuán)華東電力設(shè)計(jì)院