一种逆流高流速再生固定床离子交换器的制作方法

1.本实用新型涉及一种水净化技术领域，特别是一种逆流高流速再生固定床离子交换器。

背景技术：

2.目前，在水处理离子交换除盐工艺领域，人们一直在追求一种最理想的离子交换器（包括阴离子交换器、阳离子交换器和钠离子交换器等），即离子交换器的再生方式为逆流再生、并以最理想最经济的再生流速对离子交换树脂进行再生、运行和再生期间离子交换树脂床层始终处于固定不动的状态，而且，还可以在离子交换器内直接对离子交换树脂进行反洗，不需要将离子交换树脂倒到树脂擦洗罐内进行树脂清洗。
3.离子交换器最初为顺流再生固定床离子交换器，这种离子交换器再生相当困难，再生时间也相当地长，再生效率过低，而且出水水质也相当不好，所以，顺流再生固定床离子交换器目前已基本被淘汰。后来发现逆流再生效果远远好于顺流再生，于是人们先后研制出了气或水（外来水）顶压的逆流再生固定床、浮动床、逆流低流速（流速低于5米/小时）再生固定床等床型的离子交换器。这些床型皆因存在一些从根本上解决不了的问题，满足不了最理想的离子交换器的各项要求。

技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出了一种再生效率高的逆流高流速再生固定床离子交换器。
5.一种逆流高流速再生固定床离子交换器，其特点是：
6.它设有循环水顶压泵、离子交换器罐体、进水配水装置、压脂层、中间排水装置、离子交换树脂床层和出水装置；
7.进水配水装置位于罐体内顶部，中间排水装置位于罐体内中上部；中间排水装置上面为压脂层、下面为离子交换树脂床层；在进水配水装置和压脂层之间的空间为离子交换树脂反洗空间；出水装置位于罐体内底部，并承托离子交换树脂床层；循环水顶压泵位于罐体外部或罐体内部，循环水顶压泵入口与中间排水装置出口相连通，循环水顶压泵出口与进水配水装置相连通；
8.由循环水顶压泵、运行进水配水装置、压脂层、中间排水装置及连通管道构成循环水顶压装置；循环水顶压装置的水循环回路为：中间排水装置
→
循环水顶压泵
→
运行进水配水装置
→
反洗空间
→
压脂层
→
中间排水装置。
9.本实用新型要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，压脂层的树脂与下面离子交换树脂床层的离子交换树脂为相同的离子交换树脂。
10.本实用新型要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，中间排水装置设有中间排水母管，中间排水母管上连接有若干带排水帽的排水支管或者是由滤元构成的支路管。
11.本实用新型要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，罐体内下部的出水装置为带有配水帽的弧形母支管式配水装置，或为带有配水帽的孔板或为石英砂垫层。
12.本实用新型要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，在中间排水装置出口连接有再生排水管，再生排水管与倒u形管连通，再生排水管上装有再生排水阀，再生排水管与倒u形管的其中一管脚连接相通，倒u形管的另一个管脚设置为再生排水管，倒u形管的顶部连接有通气管。
13.本实用新型与现有技术相比，通过循环水流过压脂层，在压脂层上表面和下表面之间产生压降，使压脂层像一个活塞一样压住离子交换树脂床层并使离子交换树脂床层不能上浮且始终处于固定不动状态。离子交换树脂床层在再生和运行期间始终处于固定不动的状态。中间排水装置除了流过离子交换树脂床层的再生废液通过中间排水装置排出外，流过压脂层的循环水也通过中间排水装置排出。循环水和再生废液进入中间排水装置内混合后形成的水溶液，一小部分水溶液（其流量相当于进入离子交换树脂床层的再生液流量）被排出罐外，剩余大部分水溶液被循环水顶压泵输送到运行进水配水装置，之后经运行进水配水装置配水后重新进入压脂层继续循环。本实用新型克服了现有技术中的离子交换器在逆流再生工艺中存在的缺点，极大地提高了再生效率。
附图说明
14.图1为逆流高流速再生固定床离子交换器的结构简图一；
15.图2为逆流高流速再生固定床离子交换器的结构简图二；
16.图3为逆流高流速再生固定床离子交换器的结构简图三；
17.图4为中间排水装置的结构简图一；
18.图5为中间排水装置的结构简图二；
19.图6中间排水装置的结构简图三。
具体实施方式
20.以下进一步描述本实用新型的具体技术方案，为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以便于本领域的技术人员进一步地理解本实用新型，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，而不构成对其权利的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
21.如图所示：1、运行进水口（兼反洗排水口），2、排气口，3、运行进水配水装置（兼作循环水进水配水装置和反洗排水装置），4循环水管，5压脂层，6反洗空间，7中间排水装置（兼作循环水出水装置），8离子交换树脂床层，9运行出水装置（兼作再生液进水配水装置和反洗进水配水装置），10再生液进口，11运行出水口，12循环水顶压泵，13再生排水阀，14再生倒u形管，15通气管，16再生液出口，17中间排水母管，18排水支管，19滤元。
22.一种逆流高流速再生固定床离子交换器，逆流高流速再生固定床离子交换器设有罐体、运行进水配水装置（兼作循环水进水配水装置和反洗排水装置）、压脂层、中间排水装
置（兼作循环水出水装置）、离子交换树脂床层(或其它离子交换材料构成的床层)、运行出水装置（兼作再生液进水配水装置和反洗进水配水装置）及循环水顶压泵等构成。运行进水配水装置位于罐体内顶部，中间排水装置位于罐体内中上部，以中间排水装置为界，中间排水装置上面为压脂层、下面为离子交换树脂床层。运行出水装置位于罐体内底部，并承托离子交换树脂床层。图1所示的循环水顶压泵位于罐体外部，图3所示的循环水顶压泵位于罐体内部。
23.循环水顶压泵的入口与中间排水装置出口母管连通，循环水顶压泵出口与运行进水配水装置进水母管连通。由循环水顶压泵、运行进水配水装置、压脂层、中间排水装置及连通管道等构成循环水顶压装置。循环水顶压装置的水循环回路为：
24.中间排水装置
→
循环水顶压泵
→
压脂层
→
运行进水配水装置
→
中间排水装置。
25.循环水顶压装置是本实用新型的核心，尤其是循环水顶压泵是本实用新型的技术关键部件。循环水顶压泵既可以是耐腐蚀离心泵，也可以为耐腐蚀管道泵，具体采用哪一种，需根据实际情况确定。
26.运行出水装置（兼作再生液进水配水装置和反洗进水配水装置）位于罐体内下部，图1所示的运行出水装置为带有水帽的弧形母支管式运行出水装置，图2所示的为带有配水帽的孔板式运行出水装置，图3所示的为石英砂垫层式运行出水装置。
27.压脂层的树脂与下面离子交换树脂床层的离子交换树脂为相同的离子交换树脂，压脂层的树脂也可以用密度比下面离子交换树脂密度小的颗粒物（如惰性树脂白球、塑料颗粒等）代替。压脂层的厚度由循环水顶压泵的流量和扬程大小决定，循环水顶压泵的流量越大，压脂层厚度就可以越薄，反之亦然。在实际的应用中，可以根据离子交换树脂床层的厚度和再生流速，设计循环水顶压泵的流量、扬程以及压脂层的厚度。
28.本实用新型的一种逆流高流速再生固定床离子交换器的运行过程：运行进水从运行进水口进入运行进水配水装置，经运行进水配水装置配水后依次通过上部反洗空间、压脂层和中间排水装置母支管之间的空隙进入离子交换树脂床层并进行离子交换。经过离子交换树脂床层离子交换除去杂质离子后的水进入运行出水装置，最后从运行出水口流出。
29.本实用新型的一种逆流高流速再生固定床离子交换器的再生过程：如图1中的箭头所指方向所示，再生开始之前，首先启动循环水顶压泵，循环水顶压泵从中间排水装置吸入水并将吸入的水输送到运行进水配水装置，水依次通过运行进水配水装置、上部反洗空间、压脂层和中间排水装置后，重新进入中间排水装置，之后循环水顶压泵继续吸入水并驱使水继续循环。启动循环水顶压泵后建立起以下的水循环回路：运行进水配水装置
→
压脂层
→
中间排水装置
→
循环水顶压泵
→
运行进水配水装置。
30.循环水从上面进入压脂层并流过压脂层后，在压脂层上表面和下面表之间，产生压降
∆
p压脂层（
∆
p压脂层=p
1-p0）。循环水的压降
∆
p压脂层对压脂层产生向下的压力f压脂层作用于离子交换树脂床层上，换句话说循环水流过压脂层对离子交换树脂床层产生的向下压力等于f压脂层。
31.f压脂层=
∆
p压脂层
×s32.式中：f压脂层—压脂层对树脂床层的压力
33.s—离子交换器的横截面积
34.∆
p压脂层—水在压脂层上表面和下表面之间产生的压降
35.p
1 — 压脂层上表面压力
36.p
0 — 压脂层下表面和树脂床层上表面分界面处水压力
37.在启动循环水顶压泵建立起顶压水循环回路后，启动再生水泵，从再生液进口进再生液。再生液通过运行出水装置配水后，进入离子交换树脂床层进行离子交换，再生液在离子交换树脂床层内进行离子交换后，流出离子交换树脂床层，进入中间排水装置。再生液从下面进入离子交换树脂床层并流过离子交换树脂床层后，在离子交换树脂床层的下表面和上表面之间产生压降
∆
p树脂层。再生液压降
∆
p树脂层对离子交换树脂床层产生向上的力f树脂层，并将力f树脂层作用于压脂层。
38.f树脂层 =
ꢀ∆
p树脂层
ꢀ×s39.式中：f树脂层 — 再生液流过离子交换树脂床层对压脂层的压力
40.s — 离子交换器的横截面积
41.∆
p树脂层 — 再生液在离子交换树脂床层下表面和上表面之
42.间的压降
43.另外，再生液对树脂床层也产生1个向上的浮力f
浮力
，所以离子交换树脂床层在水中受到三个力的作用，即f树脂层、 f
浮力
和g树脂层（树脂床层本身的重力），三个力的合力为f合力。
44.当循环水流过压脂层对离子交换树脂床层产生的压力f压脂层大于f合力（f合力 = f树脂层 + f
浮力
+g树脂层）时，离子交换树脂床层就会固定不动；当f压脂层小于f合力时，离子交换树脂床层就会浮起并产生扰动，发生乱层，降低再生效果甚至导致再生失败。
45.循环水顶压泵的流量、扬程和压脂层的厚度，决定循环水流过压脂层对离子交换树脂床层产生向下的压力f压脂层的大小，设计好循环水顶压泵的流量、扬程和压脂层的厚度，使压脂层对树脂床层产生向下的压力f压脂层远大于树脂床层对压脂层下面产生向上的压力f合力，使离子交换树脂床层在整个再生和置换过程中始终处于固定不动的状态。
46.再生过程中循环水和再生液的流程如下：
47.运行进水配水装置
ꢀ→ꢀ
压脂层
48.↑ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ↓
49.循环水顶压泵
ꢀ←ꢀ
中间排水装置
ꢀ→ꢀ
再生废液排至罐体外
50.一般情况下，压脂层的材料与离子交换树脂床层的树脂皆为相同的离子交换树脂，压脂层的离子交换树脂在离子交换树脂床层的离子交换树脂再生的同时也被再生，只不过是压脂层的离子交换树脂的再生方式为顺流再生，压脂层的离子交换树脂的再生液为离子交换树脂床层再生排出的废液。压脂层的离子交换树脂再生的效果虽然没有离子交换树脂床层的树脂再生效果好，但也具有除去杂质离子的作用。
51.如图1所示，在中间排水装置出口和循环水顶压泵入口之间接出再生排水管，再生排水管与倒u形管连通。离子交换器再生时，再生废液经再生排水阀进入倒u形管，最后从倒u形管下口排出，倒u形管上口通大气。再生排水管与倒u形管的接口位置要高于循环水管与运行进水管的接口位置。倒u形管的作用是保持罐体内和循环水管内始终处于满水状态。
52.中间排水装置可以是如图4所示的带有水帽的母支管式排水装置，也可以是如图5所示的滤元（滤元为绕丝管或多孔管外包滤网等做成的滤元）母管式结构，也可以为如图6
所示或其它各种形式的排水装置。
53.本实用新型的一种逆流高流速再生固定床离子交换器的压脂层上部设有离子交换树脂反洗空间，用于离子交换树脂的反洗。

技术特征：

1.一种逆流高流速再生固定床离子交换器，其特征在于：它设有循环水顶压泵、离子交换器罐体、进水配水装置、压脂层、中间排水装置、离子交换树脂床层和出水装置；进水配水装置位于罐体内顶部，中间排水装置位于罐体内中上部；中间排水装置上面为压脂层、下面为离子交换树脂床层；在进水配水装置和压脂层之间的空间为离子交换树脂反洗空间；出水装置位于罐体内底部，并承托离子交换树脂床层；循环水顶压泵位于罐体外部或罐体内部，循环水顶压泵入口与中间排水装置出口相连通，循环水顶压泵出口与进水配水装置相连通；由循环水顶压泵、运行进水配水装置、压脂层、中间排水装置及连通管道构成循环水顶压装置；循环水顶压装置的水循环回路为：中间排水装置
→
循环水顶压泵
→
运行进水配水装置
→
反洗空间
→
压脂层
→
中间排水装置。2.根据权利要求1所述的逆流高流速再生固定床离子交换器，其特征在于：压脂层的树脂与下面离子交换树脂床层的离子交换树脂为相同的离子交换树脂。3.根据权利要求1所述的逆流高流速再生固定床离子交换器，其特征在于：中间排水装置设有中间排水母管，中间排水母管上连接有若干带排水帽的排水支管或者是由滤元构成的支路管。4.根据权利要求1所述的逆流高流速再生固定床离子交换器，其特征在于：罐体内下部的出水装置为带有配水帽的弧形母支管式配水装置，或为带有配水帽的孔板或为石英砂垫层。5.根据权利要求1所述的逆流高流速再生固定床离子交换器，其特征在于：在中间排水装置出口连接有再生排水管，再生排水管与倒u形管连通，再生排水管上装有再生排水阀，再生排水管与倒u形管的其中一个管脚连接相通，倒u形管的另一个管脚设置为再生排水管，倒u形管的顶部连接有通气管。