专利名称：一级反渗透后续化学除盐优化纯水制备装置和方法
技术领域：
本发明涉及纯水制备装置和方法，具体地涉及一级反渗透后续化学除盐优化纯水制备装置和方法。
背景技术：
目前随着电站大容量机组的建设，对水的纯度的要求越来越高，如以前从未有过要求的给水TOC(总有机碳)指标，现在要求达到小于200μg/L，同时又要求纯水制备装置的费用要低，废水排放要少。
目前实际使用中的纯水制备工艺，其存在的基本形式有以下两种(反渗透装置前处理方式可采用本领域技术人员的常规技术，此处省略)
*混床为阳阴混合离子交换器装置的俗称。
在实际工程中，对于中等含盐量的水源，一级反渗透装置后续采用了“一级除盐+混床”，则系统较复杂、投资较高、运行能耗稍高、运行管理比较麻烦。
而一级反渗透装置后续选用了“两级混床”系统的，均发现该系统中一级混床的周期运行时间偏短，再生频繁，再生酸、碱耗高，且由于体内再生混床对失效树脂再生前的分离有一定技术要求，所以整个再生过程耗时又耗力。
一级混床周期运行时间偏短原因在于对于一般含盐量的水源，经一级反渗透装置(或经脱碳器)，其出水中CO2成了需被去除杂质离子的主要成分，换句话说，RO出水中其它离子含量均为ppb级，而HCO3-和CO2其含量则为ppm级，其加速了一级混床阴离子的失效。
综上所述，本领域缺乏集上述两种工艺优点于一身的后续化学除盐系统，因此，本领域迫切需要开发投资低、设备简单而且运行时间长的一级反渗透后续化学除盐优化纯水制备装置和方法。
发明内容
本发明的目的在于开发投资低、设备简单而且运行时间长的一级反渗透后续化学除盐优化纯水制备装置和方法。
在本发明的第一方面，提供了一种纯水制备装置，所述的纯水制备装置用于对一级反渗透产水进行后续化学除盐纯化处理，其特征在于，所述纯水制备装置包括去除水中残余阴离子的强碱阴离子交换器单元2、和去除水中残余阳离子和阴离子的阳阴混合离子交换器单元3，其中所述强碱阴离子交换器单元2通过通路23连通所述阳阴混合离子交换器单元3；并且，所述强碱阴离子交换器单元2包括设在通路12上的用于供入反渗透产水的进水阀门A1、强碱阴离子交换器装置21和出水阀门A2，所述的强碱阴离子交换器装置21中含有强碱阴离子交换树脂；所述阳阴混合离子交换器单元3包括设在通路23上且与强碱阴离子交换器单元2的出水阀门A2相连通的进水阀门M1、阳阴混合离子交换器装置31和出水阀门M2，其中所述的阳阴混合离子交换器装置31中含有阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。
在本发明的一个优选例中，在强碱阴离子交换器单元2的上游，还设有去除水中游离二氧化碳的脱碳器单元1。
在本发明的一个优选例中，所述强碱阴离子交换器装置21包括逆流再生型强碱阴离子交换器，和/或所述的阳阴混合离子交换器装置31包括体内再生型阳阴混合离子交换器。
在本发明的一个优选例中，所述阳阴混合离子交换器装置31内的阳离子树脂和阴离子树脂的体积比为1∶1-4∶1，较佳地为2∶1-3∶1。
在本发明的一个优选例中，所述阳阴混合离子交换器装置31内的树脂包括凝胶树脂或大孔树脂。较佳地，树脂为强酸型阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂。
本发明的另一个方面，提供了一种对一级反渗透产水进行后续化学除盐纯化的方法，包括以下步骤(a)使一级反渗透装置的产水通过强碱阴离子交换树脂，使得水中的SiO2＜50μg/L，从而得到经强碱阴离子交换的出水；(b)使步骤(a)得到的经强碱阴离子交换的出水通过阳阴混合离子交换树脂，其中所述的阳阴混合离子交换树脂含有阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，使得水中的SiO2≤10μg/L，25℃时的电导率≤0.15μS/cm，而所述的阳、阴离子交换树脂选自凝胶树脂或大孔树脂，较佳地，树脂为强酸型阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂，去除水中的残余阳离子和微量的阴离子，得到纯水。
在本发明方法的另一个优选例中，在步骤(a)之前，还包括步骤对一级反渗透装置的产水进行脱CO2处理，从而使得水中游离的CO2的浓度下降至小于5mg/L。
在本发明方法的另一个优选例中，还包括对树脂进行再生的步骤，所述的树脂再生包括(i)强碱阴离子树脂的再生和/或(ii)阳阴混合离子树脂的再生。
在本发明方法的另一个优选例中，交换器装置21运行失效后，小反洗上部树脂层，清除压脂层上杂质，保持压脂层下树脂不乱层，然后用1～3wt％NaOH进行逆流再生，进碱阀A7引入的方向与进水阀A1相反，使强碱阴离子交换器装置21出水端侧的树脂完全为再生态，以确保运行的出水品质；经置换、正洗合格后，强碱阴离子交换器装置21再投入运行。
在本发明方法的另一个优选例中，在阳阴混合离子交换器装置(31)运行失效后，先对混合树脂进行反洗、分层，使阳离子树脂处于中间排水阀(M10)的下侧，而阴离子树脂处于中间排水阀(M10)的上侧；阳离子树脂用5wt％HCl再生，阴离子树脂用4wt％NaOH再生，再生中，确保阳、阴离子交换树脂之酸、碱再生液接触时间为0.5～1.0小时；经置换、树脂混合及正洗合格后，混床阳阴混合离子交换器装置(31)投入运行。
本发明还有一个方面提供所述的纯水制备装置在制备纯水方面的应用。
在本发明的应用中，优选应用于能满足以下指标的一级反渗透装置产水电导率(25℃)＜10μS/cm。
本发明再有一个方面提供一种水纯化设备，所述设备包括所述的纯水制备装置和初步纯化水质的一级反渗透装置单元。
图1为本发明的一级反渗透装置后续化学除盐优化纯水制备装置的示意图。图中，各标号含义如下在强碱阴离子交换器单元2中，
在阳阴混合离子交换器单元3中，
具体实施例方式
本发明人经过广泛而深入的研究，通过改进制备工艺，并发现脱碳器(根据需要设置)、强碱阴离子交换器、体内再生阳阴混合离子交换器等组成的纯水制备装置，不需要阳床(即阳离子交换器)，将阳阴混合离子交换器内的树脂比例加以调整，从而在降低成本的基础上得到理想的水质，故特别适合作为较高含盐量及其以下水源的纯水制备装置和方法。在此基础上完成了本发明。
本发明中，根据一级反渗透装置产水的水质确定脱碳器的设置与否，以去除水中游离二氧化碳；强碱阴离子交换器用于去除水中全部残余阴离子(包括弱酸根离子)；阳阴混合离子交换器用于去除水中全部残余阳离子及极微量阴离子，并确保化学除盐系统的出水品质。
强碱阴离子交换器单元一级反渗透装置产水流经强碱阴离子交换器，由其交换水中剩余的HCO3-、CO2、SiO2等其它阴离子。优选应用于具有下述指标的一级反渗透装置产水电导率(25℃)＜10μS/cm。
本发明的强碱阴离子交换器单元中的强碱阴离子交换器装置(俗称阴床)可有多种床型，例如固定床、浮动床，较佳地，采用逆流再生强碱阴离子交换器。
强碱阴离子交换器装置内的树脂可以是凝胶的，也可以是大孔的。通常采用强碱性阴离子交换树脂。
强碱阴离子交换器装置内的树脂量应根据一级反渗透装置或脱碳器(如果有的话)的出水之全部阴离子量(包括Cl-、SO42-、NO3-、PO43-、HCO3-、CO2、SiO2等)确定，例如，采用牌号为201×7，工作交换容量～300mol/m3的阴离子树脂。
强碱阴离子交换器单元可包括再生装置，其包含碱液稀释(碱喷射器或计量泵及混合器)、在线碱浓度测量仪，碱喷射器或混合器水源为带压纯水，其抽取碱液后的管道，经在线碱浓度测量后连通强碱阴离子交换器进碱管。
强碱阴离子交换器装置运行失效后，小反洗上部树脂层，清除压脂层上杂质，保持压脂层下树脂不乱层，然后用1～3％NaOH进行逆流再生，进碱管引入的方向与进水管相反，使强碱阴离子交换器出水端侧的树脂完全为再生态，以确保运行的出水品质。经置换、正洗合格后，强碱阴离子交换器再投入运行。
阳阴混合离子交换器单元水流经阳阴混合离子交换器单元(俗称混床)，由其中的阳离子树脂交换水中剩余的Ca2+、Mg2+、K+、Na+、NH4+等其它阳离子。
阴床与混床可采用串联或并联结构，较佳地，采用并联结构。混床内树脂应采用混床专用树脂，可以是凝胶的，也可以是大孔的。通常采用强酸性阳离子和强碱性阴离子交换树脂。
所述阳阴混合离子交换器装置31内的阳离子树脂和阴离子树脂的体积比为1∶1-4∶1，较佳地为2∶1-3∶1。常规混床之阳、阴树脂之比通常为1∶2。鉴于混床中阴树脂的负荷较小，将常规混床之阳、阴树脂之比进行调整，例如由1∶2调整为2∶1。混床内阳、阴树脂层高之比较经济运行的比值为2～3∶1。
混床单元可包括再生装置，酸、碱再生装置相互独立。酸再生装置其包含酸液稀释(酸喷射器或计量泵及混合器)、在线酸浓度测量仪，酸喷射器或混合器水源为带压纯水，其抽取酸液后的管道，经在线浓度测量后连通混床的进酸管；碱液稀释(碱喷射器或计量泵及混合器)、在线碱浓度测量仪，碱喷射器或混合器水源为带压纯水，其抽取碱液后的管道，经在线碱浓度测量后连通混床的进碱管。
混床运行失效后，先对混合树脂进行反洗、分层，使阳树脂处于中间排水装置的下侧，而阴树脂处于中间排水装置的上侧；阳树脂用5％HCl再生，阴树脂用4％NaOH再生，再生中，确保阳、阴树脂之酸、碱再生液接触时间不小于0.5小时。经置换、树脂混合及正洗合格后，混床可投入运行。混床内阳、阴树脂层高之比较经济运行比值为大于2～3。
脱碳器一级反渗透装置后续是否需要设置脱碳器，应根据反渗透装置产水CO2含量来确定。
一级反渗透装置后续化学除盐工艺中是否设置脱碳器与水源的碱度有关，应根据反渗透装置产水水质来确定其设置与否，以最经济地去除水中游离二氧化碳、减少后续强碱阴离子交换树脂的工作负荷、节省阴树脂的碱耗。一般来说，二氧化碳含量≥5mg/l时需要设置脱碳器。不存在)；若不设脱碳器单元1，则D2开启(通路01a及脱碳器单元1取消)，即通路01a与脱碳器单元1同存，而通路01b不与脱碳器单元1同存。
本发明的纯水制备装置和方法具备如下主要优点(1)本发明的纯水制备装置由一级反渗透装置、脱碳器(根据需要设置)、强碱阴离子交换器、阳阴混合离子交换器等组成，因此工艺系统简单、设备投资费用低。其设备投资同“两级混床”；对同样的系统净出力(如2×80m3/h)，本专利设备投资相比“一级除盐+混床”，约可省人民币80万。
(2)本发明的纯水制备装置运行费用省、酸碱耗量低、系统能耗省、运行费用少、废水排放量小及运行管理简单。酸碱耗量仅为“两级混床”的1/5～1/4，废水排放量为“两级混床”的1/4～1/3。
(3)本发明的纯水制备装置和方法可以制备得到高品质纯水，其出水至少可达到如下品质
(4)应用面广。本发明的纯水制备装置和方法可用于较高含盐量(1000mg/L)以下的水源，例如电力、制药、化工、电子等对用水有较高纯度要求的行业。
综上所述，本发明的纯水制备装置和方法具有明显的社会效益和经济效益。
以下结合具体实施例，进一步阐明本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。比例和百分比基于重量，除非特别说明。
实施例如图1所述，一级反渗透后续化学除盐优化纯水制备装置，包括一级反渗透装置单元后的产水至用以除水中游离二氧化碳的脱碳器单元1、经中间水箱及中间水泵送至用以去除水中残余阴离子的强碱阴离子交换器单元2、及用以去除水中残余阳离子和阴离子的阳阴混合离子交换器单元3，最终出水至纯水箱。
一级反渗透装置产水的通路01a上设有去除水中游离二氧化碳的脱碳器单元1，根据一级反渗透装置产水的水质确定脱碳器的设置与否；若不设脱碳器单元1，则一级反渗透装置产水经通路01b直接进中间水箱。即通路01a与脱碳器单元1同存，而通路01b不与脱碳器单元1同存。
使用时，一级反渗透装置产水经通路01a到达脱碳器单元1，在脱碳器单元中除去水中游离的CO2，在中间水箱中得到脱碳水；若不需设脱碳器单元1，则一级反渗透装置产水经通路01b到达中间水箱中，此水仅为反渗透产水。
一级反渗透装置单元用来预脱盐，包括高压泵、膜组件，反渗透装置配备相应的流量计、压力表、温度计、集中取样装置和相关的控制元件(图中未示)。
所述强碱阴离子交换器单元2包括设在通路12上的进水阀门A1、强碱阴离子交换器装置21和出水阀门A2。(A3，A4，A5，A6，A7，A8，A9，A10阀门仅用于阴床单元再生过程)。
在强碱阴离子交换器单元2中，反渗透产水或脱碳水经过阀门A1到达强碱阴离子交换器装置21。在强碱阴离子交换器装置21内装填1600～2500mm层高的阴树脂(购自杭州争光树脂有限公司)，经阴离子交换树脂的交换，所有阴离子、CO2及SiO2被阴树脂交换后转化为OH-，阴床经过一定时间运行，阴树脂逐渐耗尽其交换基团，则需用氢氧化钠再生。此时，关闭阴床A1及A2阀，开启A3及A8阀，进行小反洗；之后停止小反洗，开启A7及A8阀，进碱再生及置换；结束置换后，开启A1及A4阀进行小正洗；小正洗结束，开启A1及A6阀，转入正洗，直至正洗出水水质合格后投运或待用。A5大反洗阀门用于若干再生周期(一般10～20)后用两倍大剂量碱再生，以彻底反洗、疏松及再生树脂。A10仅用于阴床投运前设备充水时的排气。
所述阳阴混合离子交换器单元3包括设在通路23上的进水阀门M1、阳阴混合离子交换器装置31和设在通路34上的出水阀门M2，(阀门M3，M4，M5，M6，M7，M8，M9，M10仅用于混床单元再生过程)。所述阳阴混合离子交换器装置(31)内的阳离子树脂和阴离子树脂的体积比为2∶1，在另一实施例中上述体积比可以是3∶1。所述阳阴混合离子交换器装置31内的阳离子树脂为强酸阳离子交换树脂(购自杭州争光树脂有限公司)，阴树脂为强碱阴离子交换树脂(购自杭州争光树脂有限公司)。树脂采用大孔或凝胶型的混床专用树脂。
在阳阴混合离子交换器单元3中，阳阴混合离子交换器装置31运行失效后，此时，关闭混床M1及M2阀，开启M3及M7阀，对混合树脂进行反洗、分层，使阳离子树脂处于中间排水装置的下侧，而阴离子树脂处于中间排水装置的上侧；分层结束，开启M6、M9及M10，阳树脂用5wt％HCl再生，阴树脂用4wt％NaOH再生，再生中，确保阳、阴离子树脂之酸、碱再生液接触时间为不小于0.5小时；再生结束，开启M1、M3及M10，进行置换清洗；置换清洗结束后，开启M4及M8，混合阳阴树脂；混合均匀，开启M1及M5进行正洗，正洗直至排水合格停止，阳阴混合离子交换器装置31投运或待用。
使用时，所述一级反渗透装置产水，如果水质处理需要脱碳，通过通路01a连通所述脱碳器单元1，否则通过通路01b连通至中间水箱，所述脱碳器单元1通过中间水箱及水泵后通路12连通强碱阴离子交换器单元2，所述强碱阴离子交换器单元2通过通路23连通所述阳阴混合离子交换器单元3，所述阳阴混合离子交换器单元3通过通路34至纯水箱，上述各类设备之间的连接关系如下通路12可串联或并联连接，23及34应为并联连接。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
权利要求
1.一种纯水制备装置，所述的纯水制备装置用于对一级反渗透产水进行后续化学除盐纯化处理，其特征在于，所述纯水制备装置包括去除水中残余阴离子的强碱阴离子交换器单元(2)、和去除水中残余阳离子和阴离子的阳阴混合离子交换器单元(3)，其中所述强碱阴离子交换器单元(2)通过通路(23)连通所述阳阴混合离子交换器单元(3)；并且，所述强碱阴离子交换器单元(2)包括设在通路(12)上的用于供入反渗透产水的进水阀门(A1)、强碱阴离子交换器装置(21)和出水阀门(A2)，所述的强碱阴离子交换器装置(21)中含有强碱阴离子交换树脂；所述阳阴混合离子交换器单元(3)包括设在通路(23)上且与强碱阴离子交换器单元(2)的出水阀门(A2)相连通的进水阀门(M1)、阳阴混合离子交换器装置(31)和出水阀门(M2)，其中所述的阳阴混合离子交换器装置(31)中含有阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。
2.如权利要求1所述的纯水制备装置，其特征在于，在强碱阴离子交换器单元(2)的上游，还设有去除水中游离二氧化碳的脱碳器单元(1)。
3.如权利要求1所述的纯水制备装置，其特征在于，所述强碱阴离子交换器装置(21)包括逆流再生型强碱阴离子交换器，和/或所述的阳阴混合离子交换器装置(31)包括体内再生型阳阴混合离子交换器。
4.如权利要求1所述的纯水制备装置，其特征在于，所述阳阴混合离子交换器装置(31)内的阳离子树脂和阴离子树脂的体积比为1∶1-4∶1，较佳地为2∶1-3∶1。
5.如权利要求1所述的纯水制备装置，其特征在于，所述阳阴混合离子交换器装置(31)内的树脂包括凝胶树脂或大孔树脂，优选强酸型阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂。
6.一种对一级反渗透产水进行后续化学除盐纯化的方法，其特征在于，包括以下步骤(a)使一级反渗透装置的产水通过强碱阴离子交换树脂，使得水中的SiO2＜50μg/L，从而得到经强碱阴离子交换的出水；(b)使步骤(a)得到的经强碱阴离子交换的出水通过阳阴混合离子交换树脂，其中所述的阳阴混合离子交换树脂含有阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，使得水中的SiO2≤10μg/L，25℃时的电导率≤0.15μS/cm，去除水中的残余阳离子和微量的阴离子，得到纯水。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤(a)之前，还包括步骤对一级反渗透装置的产水进行脱CO2处理，从而使得水中游离的CO2的浓度下降至小于5mg/L。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括对树脂进行再生的步骤，所述的树脂再生包括(i)强碱阴离子树脂的再生和/或(ii)阳阴混合离子树脂的再生。
9.如权利要求1所述的纯水制备装置在制备纯水方面的应用。
10.一种水纯化设备，其特征在于，所述设备包括权利要求1所述的纯水制备装置和初步纯化水质的一级反渗透装置单元。
全文摘要
本发明提供了一种一级反渗透后续化学除盐优化纯水制备装置，包括强碱阴离子交换器单元和阳阴混合离子交换器单元。本发明还提供了一级反渗透后续化学除盐优化纯水制备方法。本发明的一级反渗透后续化学除盐优化纯水制备装置开发投资低、设备简单而且运行时间长。
文档编号C02F103/04GK1955119SQ20051003084
公开日2007年5月2日 申请日期2005年10月28日 优先权日2005年10月28日
发明者蔡冠萍, 周来发 申请人:中国电力工程顾问集团华东电力设计院