專利名稱：一種從液流中分離帶電粒子的方法和改進(jìn)的過(guò)濾器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過(guò)過(guò)濾和吸附分離液體中帶電粒子，本發(fā)明還涉及一種改進(jìn)的過(guò)濾器。
在表面過(guò)濾中，固體主要是在多孔過(guò)濾介質(zhì)表面形成濾餅。表面過(guò)濾不同于深層過(guò)濾，在深層過(guò)濾中，固體的大部分是在較深的過(guò)濾介質(zhì)中捕集到的。在表面過(guò)濾和深層過(guò)濾中，過(guò)濾介質(zhì)常呈筒狀，它可反洗或處理。過(guò)濾介質(zhì)可以由如棉，聚丙烯，尼龍，聚乙烯，聚酯或金屬絲布制成。
預(yù)涂層過(guò)濾是一種特殊類型的過(guò)濾，預(yù)涂層過(guò)濾元件在稱之為隔膜的多孔支撐結(jié)構(gòu)上利用了過(guò)濾介質(zhì)，如此，形成的濾餅基本上和隔膜隔開。預(yù)涂層可是顆粒狀材料，如硅藻土、珍珠巖或纖維素纖維。隔膜可是機(jī)織織物，紗線纏繞元件，直紋無(wú)紡織物或相對(duì)硬的穿孔元件。預(yù)涂層完成過(guò)濾作用并保護(hù)隔膜免于堵塞。
一般，預(yù)涂層介質(zhì)的尺寸大于隔膜孔的尺寸。隔膜主要用作支持構(gòu)件，而預(yù)涂層主要完成所發(fā)生的過(guò)濾。預(yù)涂層可以定期地通過(guò)如反洗除去并施加上新的預(yù)涂層來(lái)。
過(guò)濾作用之外，一些預(yù)涂層還可同工藝流中的雜質(zhì)進(jìn)行化學(xué)作用。例如美國(guó)專利3，250，702、3，250，703、3，250，704和3，250，705-Levendusky描述了含離子交換樹脂的預(yù)涂層。粉狀陽(yáng)離子交換樹脂和陰離子交換樹脂被應(yīng)用到壓力殼體內(nèi)濾筒元件外側(cè)上形成大約1/16到約2時(shí)厚的預(yù)涂層。所述的離子交換樹脂的粒子尺寸范圍在100至1000目。當(dāng)樹脂干凈時(shí)，穿過(guò)有粉末狀陽(yáng)離子和陰離子樹脂混合物的預(yù)涂層過(guò)濾器的壓差較小。壓差的改善是由于靜電力使陽(yáng)離子和陰離子顆粒聚集，使得混合物更易被液流滲透。其它材料，如纖維素纖維同陽(yáng)離子樹脂和陰離子樹脂混合以形成聚凝混合物，它們更易聚集和滲透。
美國(guó)專利4，177，142描述了一種除去雜質(zhì)的方法，該方法采用一種助濾材料具有相反電荷粒子的結(jié)團(tuán)濾器預(yù)涂層助濾材料。所述的助濾材料包括硅藻土，纖維素纖維，活性炭，膨脹珍珠巖、石棉纖維、離子交換樹脂和無(wú)機(jī)離子交換器。所述的濾床為帶有相反電荷粒子助濾材料的混合物，一些助濾材料帶電粒子有常態(tài)的表面電荷，而另一些助濾材料的帶電粒子則帶有化學(xué)感應(yīng)表面電荷，帶有相反電荷粒子的預(yù)涂層顯示出團(tuán)聚現(xiàn)象(clumpingphenomenon)。
為比較好的利用機(jī)械的和離子交換預(yù)涂層的優(yōu)點(diǎn)而研制了專門的設(shè)備，如UK專利申請(qǐng)GB2214447A公開了一種用于帶縱褶隔膜的預(yù)涂層過(guò)濾器的濾器元件。在反洗中，環(huán)形帶約束該膜。所述的的預(yù)涂層過(guò)最小厚度約5mm(0.2時(shí))該申請(qǐng)描述了預(yù)涂層型過(guò)濾器和離子交換樹脂一起用于原料水的處理，和核能發(fā)電系統(tǒng)的冷凝，過(guò)濾器可反洗以除去預(yù)涂層。
各種型式的超濾和微濾設(shè)備用來(lái)分離水流中的金屬腐蝕物，特別是鍋爐補(bǔ)充給水和冷凝回流液。超濾是一種壓力驅(qū)動(dòng)的分子過(guò)濾，包括使液流通過(guò)薄層(sheet)過(guò)濾器或孔徑約0.01微米的空心纖維。微濾直接用于較大的膠體和懸浮粒子，通常采用薄層過(guò)濾器，例如膜，筒式過(guò)濾器或孔徑約0.1微米的褶狀的過(guò)濾器。另外，孔徑約0.1微米的空心纖維也可用于微濾。
空心纖維與薄層過(guò)濾膜不同，空心纖維是管狀的內(nèi)徑大約0.1-1mm。薄層過(guò)濾器通常呈平板狀或者由平板制成纏繞式膜。然而，空心纖維微濾器和薄層微濾器常由相同的材料制成，例如醋酸纖維、酰胺、聚砜、聚丙烯腈、聚膚喃、尼龍和聚乙烯。
薄層過(guò)濾器與通常由鑄造制成的空心纖維相比可是編織的，涂制的，鑄造的，纏繞的，擠出的或熱熔的和噴涂的。薄層過(guò)濾器與空心纖維過(guò)濾器相比每單位隔膜面積可處理較大的液體流量，一般安裝和操作更經(jīng)濟(jì)。
日本kokai專利申請(qǐng)HE02-83020介紹了再循環(huán)水的過(guò)濾，它用粉狀陽(yáng)離子交換樹脂涂覆成的空心纖維來(lái)除去如鐵和銅的離子雜質(zhì)。該申請(qǐng)闡明優(yōu)選用氧化鐵涂覆。人們認(rèn)為，在該申請(qǐng)中描述的所使用的陽(yáng)離子交換樹脂是用來(lái)除去離子，而不是粒子。
在日本kokai專利申請(qǐng)SH062-870231；SH062-220200和HE011-80205中公開了用空心纖維過(guò)濾器的過(guò)濾方法。據(jù)報(bào)導(dǎo)含細(xì)顆粒氧化鐵的水通過(guò)空心纖維過(guò)濾器，在膜上形成一層氧化鐵或氫氧化鐵的薄涂層。所述的薄涂層使得更容易反洗去隨后收集在過(guò)濾器上的雜質(zhì)。據(jù)報(bào)導(dǎo)，氧化鐵層可擋住鐵離子從而保護(hù)膜，防止鐵離子沉淀在膜表面。
空心纖維過(guò)濾器和薄層過(guò)濾器適用于核發(fā)電站，因?yàn)樗鼈兛捎行У胤聪?，而產(chǎn)生的需進(jìn)行放射性廢物處理的反洗廢水量較小?？招睦w維過(guò)濾器與薄層過(guò)濾器相比，每單位體積可以制造具有相對(duì)大的表面積的過(guò)濾器元件。另一方面，薄層過(guò)濾器顯示出較高通量，較低的初始成本和較低的更換費(fèi)用。
用于核發(fā)電站的過(guò)濾器的選擇的主要因素是在特定過(guò)程中的反洗頻率和過(guò)濾器在反洗后是否存在相對(duì)小的壓差?？讖捷^小的過(guò)濾器趨向于在它們的外表面上積聚鐵腐蝕物，這或許是因?yàn)樗鼈兊目讖奖仍S多雜質(zhì)的尺寸小。比較而言，孔徑較大的過(guò)濾器趨向于一些雜質(zhì)如鐵腐蝕物滲入到它們的表面以下?？讖较鄬?duì)大的過(guò)濾器可能更難以反洗完全以恢復(fù)到原始的壓差條件。
選擇過(guò)濾器的另一個(gè)主要因素是反洗或清理過(guò)濾器后送去處理的物質(zhì)的量。一般廢物處理要便宜，在一些應(yīng)用中，所使用的預(yù)涂層介質(zhì)和反洗廢水必須作為放射性或危險(xiǎn)性廢料進(jìn)行處理。
至今需要一種改進(jìn)的過(guò)濾方法，以較高的效率除去水流中的鐵腐蝕物，生成的濾餅可以清除，使過(guò)濾器恢復(fù)到它最初的干凈狀態(tài)。該改進(jìn)的方法應(yīng)該提供較低的初始?jí)翰睿约拜^長(zhǎng)的操作周期并不會(huì)因堵塞或預(yù)涂層消耗而中斷。該改進(jìn)的方法必須不產(chǎn)生不必要的要處理的廢物。
本發(fā)明提供一種高效，低壓差的從水流中除去帶電粒子如腐蝕物，泥土，鐵銹，灰和絮凝廢物的方法。在該方法中，調(diào)節(jié)薄層過(guò)濾器的過(guò)濾表面，在其上分布較少量的離子交換材料，離子交換材料的量應(yīng)小于傳統(tǒng)的預(yù)涂層過(guò)濾的使用量，并可有效地吸附較細(xì)部分的腐蝕物。所用的陽(yáng)離子交換材料可除去帶正電荷的粒子，而所用的陰離子交換材料可除去帶負(fù)離子的粒子。含腐蝕物的液流能以較大流量通過(guò)薄層過(guò)濾器，得到較高的過(guò)濾效率和良好的低壓差。調(diào)整好的薄層過(guò)濾器應(yīng)具有較長(zhǎng)操作周期，在該操作周期內(nèi)截留在過(guò)濾器上的帶電粒子的量應(yīng)超過(guò)應(yīng)用的離子交換材料的重量。
一方面，本發(fā)明是分離帶電粒子的方法，該方法包括提供一個(gè)帶有和污染液流接觸的過(guò)濾介質(zhì)的薄層過(guò)濾器。過(guò)濾介質(zhì)限定的過(guò)濾表面的孔的平均尺寸約0.1到25微米?？纱?lián)使用多過(guò)濾介質(zhì)層。在過(guò)濾表面上應(yīng)用較少量能吸附帶電粒子的離子交換材料來(lái)調(diào)整薄層過(guò)濾器。所用的離子交換材料的量平均為0.0005到0.075磅離子交換材料每平方英尺過(guò)濾表面。
此后，液流以大于0.2加侖每分鐘每平方呎的流量流過(guò)濾器，同時(shí)，觀察到穿過(guò)過(guò)濾器的壓差小于20磅每平方時(shí)，液流中的帶電粒子90%(重量)以上被截留在過(guò)濾器上。意外的是，該方法可以連續(xù)進(jìn)行直到截留在過(guò)濾器上的帶電粒子的重量至少約等于或大于應(yīng)用的離子交換材料的重量。
另一方面，本發(fā)明是分離非晶體的和其它氧化鐵腐蝕物的方法，在該方法中，含有限定過(guò)濾表面的過(guò)濾介質(zhì)的薄層過(guò)濾器與水流接觸。過(guò)濾表面的孔與過(guò)濾介質(zhì)完全連通，平均尺寸約0.1到25微米。過(guò)離器用離子交換樹脂調(diào)整，離子交換樹脂粒子具有重量平均中值尺寸約0.3到200微米。離子交換樹脂應(yīng)能吸附非晶體氧化鐵和其它腐蝕物，在過(guò)濾表面上的離子交換樹脂平均量為約1/5到20倍的單層所述粒子的量。換言之，離子交換樹脂存在量約為0.0005到約0.075磅/平方呎過(guò)濾表面。此后，通過(guò)過(guò)濾器的水流流量為至少0.2加侖每分鐘每平方呎過(guò)濾表面，而壓力降小于約20磅每平方時(shí)。在該方法中，操作可連續(xù)進(jìn)行，直到截留的腐蝕物的重量至少約等于所用的離交換材料的重量。腐蝕物的分離效率大于90%(重量)。
第三個(gè)方面，本發(fā)明是分離具有相當(dāng)寬粒子尺寸范圍的金屬腐蝕物的方法。較細(xì)部分腐蝕物被吸附到離子交換樹脂顆粒構(gòu)成的吸附阻擋層上，吸附阻擋層的量相當(dāng)于單層離子交換材料顆粒的約1/5到約20倍。也就是說(shuō)，吸附阻擋層的量是約為0.0005到大約0.075磅/平方呎過(guò)濾表面。顆粒分布在可與污染水流接觸的多孔薄層過(guò)濾器上游過(guò)濾表面。腐蝕產(chǎn)物的細(xì)部分的重量平均中間尺寸為約1/5到約5倍薄層過(guò)濾器孔的中值尺寸。腐蝕物的較粗部分基本上機(jī)械地截留在相鄰的過(guò)濾表面上。較粗部分重量平均尺寸是約5到50倍薄層過(guò)濾器孔的中值尺寸。通過(guò)吸附細(xì)部分的腐蝕產(chǎn)物，吸附阻擋層防止腐蝕產(chǎn)物滲入并堵塞薄層過(guò)濾器。同時(shí)，可以其它方式完全通過(guò)薄層過(guò)濾器的極細(xì)顆粒也可被吸附并被截留住。因此，薄層過(guò)濾器可以操作直到腐蝕產(chǎn)物的總重量至少約等于或大于最初的離子交換材料粒子的重量。
還有一個(gè)方面，本發(fā)明是一種分離帶電粒子薄層過(guò)濾器。薄層過(guò)濾器包括一個(gè)有過(guò)濾介質(zhì)的薄層過(guò)濾元件，過(guò)濾介質(zhì)限定了上游過(guò)濾表面，該表面適于過(guò)濾大部分載有較寬范圍粒子尺寸的帶電荷粒子的液流。該表面限定孔的中值尺寸約0.1到約25微米。薄層過(guò)濾器還包括由離子交換材料顆粒構(gòu)成的吸附劑阻擋層。離子交換材料能夠吸附帶電顆粒子，在過(guò)濾表面上分布的離子交換材料平均量約0.005到0.075磅離子交換材料每平方呎過(guò)濾表面，優(yōu)選地，薄層過(guò)濾器包括二個(gè)或更多的過(guò)離介質(zhì)層，在每層上分布的離子交換材料的量不同。


圖1是本發(fā)明調(diào)整后的薄層過(guò)濾元件的剖視圖。
圖2是用實(shí)例說(shuō)明除去水流中帶電粒子的方法的過(guò)濾器的試驗(yàn)裝置流程圖。
圖3表示穿過(guò)設(shè)調(diào)整后的薄層過(guò)濾器的壓差和傳統(tǒng)過(guò)濾器的壓差隨實(shí)驗(yàn)天數(shù)的變化曲線。
本發(fā)明提供一種分離液流中帶電粒子的方法，如，該方法可以產(chǎn)生較純凈的水，運(yùn)用于礦物燃料和核動(dòng)力的蒸汽發(fā)生器中鍋爐給水。該方法生產(chǎn)的水可用于高級(jí)別電子元件制品如晶體管和計(jì)算機(jī)集成電路塊的生產(chǎn)?？捎迷摲椒ǔザ喾N液流中的腐蝕產(chǎn)物，粘土，鐵銹，灰或絮凝廢物。另外，該方法可分離在貯存時(shí)浸泡被射性燃料元件的“拉德(rad)值較低的廢物流”中的放射性粒子。該方法可提供全部或部分水流冷凝處理，稱之為“冷凝精處理(condensatpolishing)”，還可用作除去蒸汽系統(tǒng)中腐蝕產(chǎn)物的主要方法。
相信本發(fā)明可用來(lái)從適宜的液流中分離實(shí)際上是任意類型的較小帶電粒子，其中術(shù)語(yǔ)帶電粒子指的是少量固體物或分散的液滴，當(dāng)分散在給定的液體中時(shí)，帶有足夠量的靜電荷，易于被離子交換材料吸附。應(yīng)理解，電荷量和極性取決于其中分散有帶電粒子的液體組成。適宜的液體是那些不會(huì)很快污染離子交換材料或載有較大濃度離子或帶電粒子的液體，而不是可由本方法分離的那些液體。
一個(gè)優(yōu)選的方面，用作說(shuō)明，但并不限于此，本發(fā)明是一種分離由蒸汽發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生的冷凝水流中腐蝕產(chǎn)物的方法。蒸汽系統(tǒng)包括一含鐵管和銅合金管的蒸汽發(fā)生區(qū)。蒸汽發(fā)生區(qū)包括煮鼓，在其中液相與氣相分離開來(lái)，蒸汽發(fā)生區(qū)可設(shè)計(jì)成無(wú)鼓型式，特別是在超臨界壓力下操作時(shí)。蒸氣發(fā)生區(qū)包括核反應(yīng)器，化學(xué)反應(yīng)器或一些其它的熱源，例如熱工藝流。由于加熱產(chǎn)生蒸汽或超臨界蒸汽。蒸汽離開蒸汽發(fā)生區(qū)并通過(guò)透平從其中提出能量。
排出透平的蒸汽至冷凝器中被冷卻成為冷凝水流。冷凝泵輸送冷凝水流去再次使用。冷凝水流在再次使用前可隨意的暫時(shí)貯存起來(lái)，或可和處理過(guò)的鍋爐給水一起來(lái)增加補(bǔ)充由于蒸汽系統(tǒng)損失的水。冷凝水流和相對(duì)少量的補(bǔ)充水一起經(jīng)過(guò)一步或多步冷凝精處理。
冷凝精處理的主要目的就是除去冷凝水流中的金屬腐蝕產(chǎn)物，實(shí)際的所有的蒸汽系統(tǒng)中水同由鐵或銅合金制造的管，容器壁或閥門相接觸。即使采用非常仔細(xì)操作工藝，一些合金的腐蝕也是必然的。
如果讓這些腐蝕產(chǎn)物存在在蒸汽系統(tǒng)中，將導(dǎo)致嚴(yán)重?fù)p壞，例如，周知的含鐵的腐蝕產(chǎn)物會(huì)沉積在高熱傳遞面的管壁上而引起鍋爐管故障。為除去這些沉淀需要酸清洗過(guò)程是很昂貴的并要消耗時(shí)間，同樣含鐵的腐蝕產(chǎn)物趨向于聚集在透平機(jī)的葉片上，它們將引起適平效率的顯著的下降，透平葉片的不平衡以至透平機(jī)完全停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
最普通含腐蝕物鐵是氧化鐵，氧化鐵包括Fe2O3、Fe3O4和FeOOH。它們可以晶體或非晶體的形式存在。在鍋爐給水中常遇到的晶體形是Fe3O4，α-Fe2O3、α-FeOOH和γ-FeOOH。然而，大部分氧化鐵是非晶體形的，非晶體形的物質(zhì)特別容易在包括一般的過(guò)濾器設(shè)備上結(jié)垢。通常懸浮在水中的含鐵腐蝕物會(huì)由于酸化到足夠低的PH值時(shí)而離解。然而許多高壓鍋爐的PH值控制在6.5或更高，有一些PH值可達(dá)8.5或8.5以上，腐蝕產(chǎn)物主要以固體顆粒的形式存在。鐵化合物常以膠體顆粒存在，其顆粒尺寸約為0.1到約5微米。
例如氧化鐵，氧化鈷和氧化鎳不論它們是以懸浮的膠體或溶解的形式都可用本發(fā)明除去，通常，利用該方法除去冷凝水流和其它水流中的過(guò)濾金屬氧化物。過(guò)濾金屬是那些在元素周期表上3b，4b，5b，6b，7b，8，1b和2b族的元素，這些公開在由ThechemicalRubberComanyHandbooRofChemicalandPhgsics，51st版的封底內(nèi)面上。
雜質(zhì)的濃度按照含水流重量計(jì)約為每百萬(wàn)分之0.1-1000份。優(yōu)選每10億份之1-500份，更優(yōu)選每10億分之10-30份。優(yōu)選的是，通過(guò)本發(fā)明的方法，雜質(zhì)濃度可以降低至少90%重量。
這里，過(guò)濾器是一個(gè)組件，它包括一多孔過(guò)濾元件，其包括一個(gè)或更多個(gè)限定過(guò)濾表面的過(guò)濾介質(zhì)層，還包括有過(guò)濾罩用來(lái)支撐過(guò)濾元件和引導(dǎo)流體流動(dòng)。過(guò)濾器可包括預(yù)過(guò)濾介質(zhì)層和后過(guò)濾介質(zhì)層。過(guò)濾器包括串聯(lián)或并聯(lián)流動(dòng)形式的多個(gè)過(guò)濾元件。閥門，儀表和其它設(shè)備可以隨意地與過(guò)濾器一起使用。
本方法是在或靠近薄層過(guò)濾器的過(guò)濾表面實(shí)現(xiàn)，正如本文中限定的，薄層過(guò)濾器通常是有多孔過(guò)濾介質(zhì)的過(guò)濾器，其形狀基本是一個(gè)平板層，或者基本是由平板層制成。薄層過(guò)濾器包括葉片形、筒形、褶形、平板膜或螺旋纏繞式膜過(guò)濾器。薄層過(guò)濾器過(guò)濾介質(zhì)可是聚集體介質(zhì)，如由相對(duì)較細(xì)的結(jié)構(gòu)如纖維聚集鋪設(shè)的，編織的熱熔的、吹制的或者纏繞的織物。當(dāng)然，薄層過(guò)濾器過(guò)濾介質(zhì)也基本上是單一的介質(zhì)如擠出的或鑄制的膜，這里，術(shù)語(yǔ)薄層過(guò)濾器不包括用空心纖維作為其過(guò)濾介質(zhì)的過(guò)濾器。
例如，在美國(guó)專利4，269，707、4，293，414、和英國(guó)專利申請(qǐng)GB2214447A中描述了適用本方法的過(guò)濾元件，上述文獻(xiàn)在這里一并引作參考。一般合適的薄層過(guò)濾器的過(guò)濾表面所限定的孔與要分離的顆粒金屬腐蝕物的最小有意義的那部分相同或大于它們。薄層過(guò)濾器過(guò)濾表面所限定的孔，其優(yōu)選中值平均尺寸為約0.1到25微米，較優(yōu)選約為0.3到5微米，更優(yōu)選約為0.3到1.0微米。形成薄層過(guò)濾器的纖維來(lái)源可是天然的或是合成的，如棉或聚酯纖維。另外薄層過(guò)濾器可以是由金屬如不銹鋼制作的金屬絲篩網(wǎng)。最好，過(guò)濾元件要有足夠的強(qiáng)度以便過(guò)濾器能夠經(jīng)受反洗而不會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞。過(guò)濾元件可有支撐結(jié)構(gòu)以使其得到增強(qiáng)，例如，外夾板帶層，帶小孔的管或附加纖維基質(zhì)可以在反洗和正常操作時(shí)結(jié)合起來(lái)支撐過(guò)濾表面。
往過(guò)濾介質(zhì)的過(guò)濾表面上施加足夠量的離子交換材料形成吸附阻擋層來(lái)調(diào)整薄層過(guò)濾器，阻擋層吸附相對(duì)細(xì)的那部分帶電粒子，如金屬腐蝕產(chǎn)物、灰份、粘土或絮凝物。離子交換材料的量不足以形成一個(gè)床或預(yù)涂層來(lái)基本上持留金屬腐蝕產(chǎn)物中相對(duì)粗的那一部分。相對(duì)粗的那部分基本上是沉積在或靠近于過(guò)濾表面上，粗顆粒之間的間隙允許載有細(xì)顆粒的液體流過(guò)離子交換材料，以這種方式，離子交換材料能截留住較細(xì)顆粒，從而改進(jìn)了顆粒的除去，以及較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保護(hù)過(guò)濾表面不致堵塞，在使用中不會(huì)觀察到在過(guò)濾元件上分布一個(gè)明顯的壓力差異。
理論上，薄層過(guò)濾器的調(diào)整應(yīng)包括一個(gè)單層的在過(guò)濾表面上的離子交換材料。這里，當(dāng)顆粒在表面上盡量一致地與表面接觸同時(shí)與最大數(shù)量的相鄰的顆粒相接觸時(shí)，它們就形成了一個(gè)單層。也就是單層顆粒緊密填塞在表面上而不會(huì)使一個(gè)顆粒堆積在另一個(gè)顆粒上。相應(yīng)于類似顆粒的一個(gè)單層的重量來(lái)定義顆粒的量(重量)是很方便的。例如大約1/5單層構(gòu)成的吸附阻擋層所含離子交換材料粒子的重量是需要來(lái)形整個(gè)單層的重量的1/5。同樣，相應(yīng)于10個(gè)單層的量就是10倍形成一個(gè)單層所要求的量。當(dāng)然如果粒子在表面上量多于一個(gè)單層的量，必然使一些粒子堆積另一些顆粒上。
由它的水合形式的密度來(lái)計(jì)算離子交換材料的重量，這主要與預(yù)定要在過(guò)濾表面使用的相反離子的類型有關(guān)。最佳的加壓負(fù)荷(磅離子交換材料/每平方呎過(guò)濾表面)，優(yōu)選約0.0005-0.075磅/平方呎，較優(yōu)選約0.005-0.05磅/平方呎，這是基于離子交換材料絕對(duì)濕密度。對(duì)于單層，約1/5到20個(gè)單層的負(fù)荷是優(yōu)選的，特優(yōu)選1/2到10個(gè)單層的負(fù)荷最優(yōu)選的一個(gè)單層的負(fù)荷。
測(cè)定濕絕對(duì)密度，雙叫做真密度和適當(dāng)?shù)姆椒ㄒ奟.Kunin，IonExchangeResins，325(1990)。在過(guò)濾器任意部分上截留的全部離子交換材料加起來(lái)得到分布的離子交換材料的重量。然而，只有過(guò)濾介質(zhì)層的上游表面，或者一個(gè)過(guò)濾介質(zhì)的上游表面的面積包括在負(fù)荷的計(jì)算中。當(dāng)薄層過(guò)濾器包括多個(gè)多孔層時(shí)，截留最多的離子交換材料層是過(guò)濾介質(zhì)層，該層限定用于計(jì)算目的的上游表面。其它層不參予面積計(jì)算。如果過(guò)濾介質(zhì)層是打褶的，在測(cè)量計(jì)算上游表面積之前，該層被卸下并整平但不拉伸。
離子交換材料可是陽(yáng)離子交換材料，優(yōu)選有吸附樹脂基的強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換材料。陽(yáng)離子交換材料在分離腐蝕物如鐵腐蝕物特別有效，上述的腐蝕物懸浮在中性PH到酸性含水液流中時(shí)載有正電荷的表面電荷。用于吸附樹脂基的適宜的材料包括磺化交聯(lián)聚苯乙烯樹脂，丙烯酸樹脂，酚醛樹脂，樹脂可是微網(wǎng)狀樹脂或是大網(wǎng)絡(luò)樹脂。
當(dāng)液體是水時(shí)，特別優(yōu)選陽(yáng)離子交換材料是雙形態(tài)的陽(yáng)離子交換材料，所述樹脂表現(xiàn)出雙形態(tài)，當(dāng)它同水接觸時(shí)可以從干燥的凝膠形態(tài)可逆地轉(zhuǎn)變成為大網(wǎng)絡(luò)的含水的形態(tài)。表現(xiàn)為凝膠(gelular)形態(tài)的樹脂主要含凝膠型細(xì)孔，具有分子性質(zhì)，也是凝膠結(jié)構(gòu)的一部分。大網(wǎng)絡(luò)形態(tài)也稱為大孔形態(tài)，含大比例的額外的凝膠(extragelular)孔，它不是凝膠結(jié)構(gòu)的一部分。優(yōu)選的雙形陽(yáng)離子交換樹脂的實(shí)例是可商購(gòu)的由日本東京Mitsubishi Kasei公司出口商標(biāo)名為DiaionTMPK 212L樹脂。在美國(guó)專利5，192，446中介紹了雙形態(tài)陽(yáng)離子交換樹脂，該專利屬于本發(fā)明的受讓人。它們一并引作參考。
優(yōu)選的陽(yáng)離子交換材料是氫型的，鈉型的、鈣型的、鎂型和嗎啉型的或氨型的，較優(yōu)選氫型的、嗎啉型的或氨型的。當(dāng)所述離子交換樹脂是特種離子型的，離子交換樹脂包含的相反離子主要由特種離子構(gòu)成，例如，鈉型陽(yáng)離子交換材料基本聯(lián)接到鈉離子上，同樣，F(xiàn)e(Ⅱ)型陽(yáng)離子交換材料主要和Fe(Ⅱ)相反離子聯(lián)結(jié)起來(lái)，用鈉型來(lái)測(cè)定，優(yōu)選離子交換材料交換容量約為0.1到5毫克當(dāng)量/立方厘米，較優(yōu)選離子交換材料的交換容量為約1.2-2.5毫克當(dāng)量/立方厘米。
另外離子交換材料也可是陰離子交換樹脂，陰離子交換材料用來(lái)分離PH值約為8或8以上的水流中金屬腐蝕物特別有效。在本發(fā)明中所使用的優(yōu)選的陰離子交換樹脂可以商購(gòu)由Mitsubishi Kasei公司出品商標(biāo)為DiaionTMPK308樹脂。以上介紹了雙形態(tài)離子交換樹脂。在現(xiàn)在待審的美國(guó)專利申請(qǐng)08/002，997中描述了雙形態(tài)學(xué)陰離子交換樹脂，該專利也屬于本發(fā)明的受讓人，在此一并引作參考。
上述以陽(yáng)離子交換材料進(jìn)行描述的所有吸附樹脂的論述適用于陰離子交換材料。陰離子交換材料可是強(qiáng)堿性或弱堿性陰離子交換材料，優(yōu)選強(qiáng)堿性的，在過(guò)濾表面上陰離子交換材料優(yōu)選以氫氧化物，氯化物，硫酸酯的形式存在，更優(yōu)選氫氧化物形式。當(dāng)液流是水流時(shí)，陰離子材料是含水的。
離子交換材料是細(xì)分的固體例如球形顆粒，角形顆?；蝾悧U狀纖維。在各種情況下，取形狀的最大尺寸為其尺寸。這里顆粒樣品的重量平均中值尺寸定義為顆粒尺寸，在該樣品中，存在的較大顆粒重量和較小顆粒重量是相等的。
優(yōu)選地，離子交換材料具有的重量平均中值尺寸約10-200微米，較優(yōu)選為約20-100微米。較大尺寸的離子交換材料可以弄碎達(dá)到較適宜的尺寸而用于本發(fā)明中。希望上述離子交換材料尺寸能提供所希望的每單位體積較大的表面積以增強(qiáng)對(duì)腐蝕物的吸附。
特別優(yōu)選的薄層過(guò)濾元件是褶狀的，由二層或二層以上的多孔層構(gòu)成，優(yōu)選三層，可用壓延機(jī)壓在一起。優(yōu)選至少一壓延層具有介質(zhì)尺寸約為0.1-25微米，較優(yōu)選約為0.3-1.0微米的孔。希望用來(lái)保持大量公知尺寸分布的離子交換材料的一個(gè)或幾個(gè)延壓層限定了一個(gè)或多個(gè)過(guò)濾表面稱為過(guò)濾介質(zhì)層。附加的多孔層有較大的孔，優(yōu)選它位于過(guò)濾介質(zhì)層的上游和下游以提供在反洗和正常操作時(shí)補(bǔ)充過(guò)濾，排水或機(jī)械支撐。特別優(yōu)選薄層過(guò)濾元件是商購(gòu)的由Graver公司出品商標(biāo)名為AegisTMAFA過(guò)濾器。
優(yōu)選地，通過(guò)直接使含有離子交換材料的漿液進(jìn)入過(guò)濾器使離子交換材料施加到過(guò)濾表面來(lái)調(diào)整過(guò)濾器。優(yōu)選使?jié){液在同一方向循環(huán)穿過(guò)過(guò)濾器，該方向與正常操作時(shí)水流的方向相同。當(dāng)多個(gè)多孔層，包括過(guò)濾介質(zhì)層，串聯(lián)使用時(shí)，離子交換材料以不同量滯留在各個(gè)層上和層內(nèi)。每層上離子交換材料的量和尺寸主要取決于在層中的孔的尺寸分布?？梢栽谌魏螘r(shí)間使用離子交換材料，但優(yōu)選在過(guò)濾器投入運(yùn)行前使用。另外，當(dāng)過(guò)濾器在正常操作使用時(shí)，以將離子交換材料通過(guò)“主體加料”方式在過(guò)濾上游加入到液體加工流中來(lái)使用離子交換材料。離子交換材料的主體加料可以是連續(xù)的，間斷的或脈沖方式的。
本發(fā)明可采用具有表面電荷的離子交換材料和另一種具有相反表面電荷的材料如一種相反電荷的離子交換材料或者相反電荷的過(guò)濾器輔助材料的混合物。通過(guò)化學(xué)處理，相反電荷可以傳遞給過(guò)濾器輔助材料。在此情況下，周知的所謂“集聚”現(xiàn)象會(huì)使體積增加，它使穿過(guò)相對(duì)厚的層，如過(guò)濾器預(yù)涂層的水壓差降低。另外，本發(fā)明離子交換材料可以和具有相同或中性表面電荷的過(guò)濾器輔助材料。
優(yōu)選地，用有相同的表面電荷的材料來(lái)調(diào)整過(guò)濾器，例如一種類型的離子交換材料，或是陰離子交換材料，或是陽(yáng)離子交換材料，在許多應(yīng)用中能提供便利，首先用相對(duì)少量的上述的離子的交換材料來(lái)調(diào)整過(guò)濾器，在開始操作時(shí)，在過(guò)濾器上會(huì)產(chǎn)生比較少的壓差。其次，吸附作用有利于在后續(xù)的操作中保護(hù)過(guò)濾表面孔不被堵塞?；Y(jié)果是由于離子換材料的聚集，例如通過(guò)相反表面電荷產(chǎn)生集聚促使進(jìn)一步降低穿過(guò)離子交換材料的壓力降。
其次，在許多應(yīng)用中，在過(guò)濾表面使用最小量材料是重要的，如，當(dāng)本發(fā)明用于核電站的冷凝水的精處理時(shí)，截留在過(guò)濾器上的金屬腐蝕物可能是放射性的，要求特殊的控制和處理技術(shù)。在過(guò)濾表面上應(yīng)用的離子交換材料必定會(huì)同這種放射性腐蝕物混合并使要求特殊控制和處理的材料的質(zhì)量和體積增加。在此，應(yīng)注意的是使用集聚的助濾劑會(huì)提高廢助濾材料的處理體積。
第三，可以看到，應(yīng)用單一的，帶相同表面電荷的顆粒材料粒材料和集聚顆粒材料比較，會(huì)產(chǎn)生更均勻的涂敷作用。例如一些褶狀過(guò)濾器，很難用集聚過(guò)濾助劑來(lái)預(yù)涂均勻，但用陽(yáng)離子交換材料就能成功地調(diào)整。
因此，在應(yīng)用中，其中的最小處理量和體積是重要的，最好用離子交換樹脂材料(包括陽(yáng)離子交換樹脂而基本不包括陰離子交換樹脂)來(lái)調(diào)整薄層過(guò)濾器。另外，在這樣一些應(yīng)用中，最好包括陰離子交換樹脂而基本不包括陽(yáng)離子交換樹脂。例如核電站沸水反應(yīng)的PH約7.0且載有放射性腐蝕產(chǎn)物的。冷凝流最好使用陽(yáng)離子交換樹脂(基本沒(méi)有陰離子交換樹脂)調(diào)整過(guò)的過(guò)濾器處理這種液流。在另外的實(shí)例中，可用基本不含陽(yáng)離子的陰離子交換樹脂用來(lái)處理PH10-11的含鐵和鋅的廢水流。
較小的初始?jí)翰詈洼^不易堵塞使得本發(fā)明的薄層過(guò)濾器以高通量，高效率，較長(zhǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)周期來(lái)操作。在較長(zhǎng)的操作中，與一般過(guò)濾器比較在過(guò)濾器上可截留較大量的腐蝕物。希望保持高流量大于0.2加倫/分鐘/平方呎過(guò)濾表面，優(yōu)選0.4加倫/分鐘/平方呎過(guò)濾表面，而穿過(guò)過(guò)濾器的實(shí)際壓差小于20psi。優(yōu)選小于約30psi和更優(yōu)選小于約12psi，在這種操作中，過(guò)濾器可截留住水流中腐蝕產(chǎn)物重量的90%以上，優(yōu)選95%以上，直到截留腐蝕物的重量至少等于或大于，最好至少約3倍應(yīng)用的離子交換材料的重量。更優(yōu)選的是過(guò)濾器以在這種方式連續(xù)操作直到截留腐蝕物的重量至少約5倍于應(yīng)用離子交換材料的重量。通常，當(dāng)穿過(guò)過(guò)濾器的壓差超過(guò)預(yù)定的最大值，或者當(dāng)離子交換材料吸附腐蝕物基本上飽和時(shí)，停止過(guò)濾器操作。在水處理操作中，與傳統(tǒng)的離子交換材料比較，認(rèn)為上述的雙形態(tài)離子交換材料每分重量在達(dá)到飽和之前可吸附較多的腐蝕物。在這里，應(yīng)理解飽和是當(dāng)離子交換材料吸附了約90%(重量)或多于材料理論上可吸附的最大的量。
在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)之后，優(yōu)選將調(diào)整過(guò)的過(guò)濾元件撤出來(lái)處理，優(yōu)選洗凈過(guò)濾元件，再調(diào)整并重新利用，更優(yōu)選的是利用水處理工業(yè)中已知的反洗技術(shù)洗凈過(guò)濾器。
雖然，本發(fā)明的成功不取決于任何理論，但仍假定，吸附阻擋層保護(hù)了過(guò)濾表面免于被腐蝕物的較細(xì)部分堵塞。用較少量的離子交換材料使得用來(lái)和腐蝕物相互作用的停留時(shí)間較短。在這短暫的停留時(shí)間內(nèi)，認(rèn)為細(xì)小的腐蝕物被截留在離子交換材料的樹脂基板的表面上。
進(jìn)一步假定，離子交換材料的相反離子和固定離子在離子交換材料顆粒上誘發(fā)了有利的表面電荷，促使帶電顆粒接近樹脂基板的表面。因此，吸附阻擋層優(yōu)選由具有束縛在樹脂基質(zhì)組成的交換點(diǎn)的離子交換材料顆粒構(gòu)成。對(duì)于純化水流，離子交換材料特別優(yōu)選是如上所述的雙形態(tài)交換材料，與傳統(tǒng)的離子交換材料比較在達(dá)到飽和之前，能夠吸附更多的帶電粒子。
吸附阻擋層基本上位于過(guò)濾表面上。較粗部分帶電粒子，是大部分，被截留在或靠近過(guò)濾表面。對(duì)較細(xì)小部分的吸附主要是防止較細(xì)帶電顆粒穿過(guò)，而堵塞過(guò)濾介質(zhì)，與傳統(tǒng)過(guò)濾技術(shù)比較，過(guò)濾介質(zhì)可用較長(zhǎng)的時(shí)間。對(duì)細(xì)小部分的吸附提高了分離效率。
另一方面，本發(fā)明是用來(lái)分離帶電粒子的薄層過(guò)濾器，當(dāng)液流中存在這種粒子時(shí)，它們常具有較寬范圍的顆粒尺寸。參見圖1，本發(fā)明特別優(yōu)選的薄層過(guò)濾器，包括一個(gè)帶有多孔內(nèi)過(guò)濾介質(zhì)層140的薄層過(guò)濾元件，過(guò)濾介質(zhì)層140限定了上游過(guò)濾表面144，該表面適于從水流中機(jī)械地過(guò)濾金屬腐蝕產(chǎn)物。內(nèi)過(guò)濾介質(zhì)層140的孔優(yōu)選的中值尺寸為約0.1-20微米，較優(yōu)選約0.3-1微米。過(guò)濾器還包括一般性外殼，圍繞過(guò)濾元件100，它沒(méi)有在圖1中表示。
薄層過(guò)濾元件100包括塑料端封110和外支持結(jié)構(gòu)120，其孔大于內(nèi)過(guò)濾表面144要截留的顆粒，優(yōu)選大于上述的離子交換材料顆粒。在外支撐結(jié)構(gòu)下方是多孔外過(guò)濾介質(zhì)層130。外過(guò)濾介質(zhì)層130的孔小于外支撐結(jié)構(gòu)120的孔，而大于大多數(shù)的內(nèi)過(guò)濾介質(zhì)層140的孔。優(yōu)選，外預(yù)過(guò)濾介質(zhì)層130孔尺寸為約10-100微米，較優(yōu)選約30-50微米。過(guò)濾元件100還包括排水層150和內(nèi)穿孔中心芯160，芯位于內(nèi)過(guò)濾介質(zhì)層140的下游。內(nèi)穿孔中心芯160的孔的尺寸類似于或大于外過(guò)濾介質(zhì)層130的孔。
內(nèi)過(guò)濾介質(zhì)層140最好由聚合材料制成雖然任何聚合材料可作為有可接受的均勻孔隙率的過(guò)濾介質(zhì)。但優(yōu)選過(guò)濾介質(zhì)材料是聚脂。內(nèi)過(guò)濾介質(zhì)層140排列成如手風(fēng)琴狀褶170，圍繞排泄層150和中心芯160并卷成圓筒形。內(nèi)過(guò)濾介質(zhì)層140被壓到外過(guò)濾介質(zhì)層130上并再壓到排泄層150上。優(yōu)選內(nèi)過(guò)濾介質(zhì)層140的端部是用如熱膠合、環(huán)氧粘合、或超聲焊接連在一起的并連結(jié)到端封110上。
褶170的深度和長(zhǎng)度確定了每單位長(zhǎng)度薄層過(guò)濾元件100的過(guò)濾表面積。優(yōu)選褶狀物170的尺寸是每10吋長(zhǎng)的過(guò)濾元件100至少有3平方呎過(guò)濾表面。為優(yōu)化過(guò)濾器的性能，優(yōu)選每10吋長(zhǎng)的過(guò)濾元件的過(guò)濾表面積144小于7平方呎。
薄層過(guò)濾元件必須能在多種工藝過(guò)程和反洗條件下操作，因?yàn)榘鼈兊脑O(shè)備需適應(yīng)各種工藝過(guò)程。通過(guò)過(guò)濾器的加工流的壓力可以在50(psi)到600(psi)之間變化。溫度也可在32°-150°F(0°-65℃)之間改變。
薄層過(guò)濾元件必須能承受各種反洗條件，正如前面提到的，當(dāng)通過(guò)過(guò)濾器的工藝流的壓力降升高約5到約20psi時(shí)，要反洗過(guò)濾元件以除去積聚在元件上的粒子。雖然優(yōu)選結(jié)合空氣和水反洗過(guò)濾元件，但如果得不到空氣，僅用水反洗過(guò)濾元件也可以。
反洗條件根據(jù)設(shè)備所使用的過(guò)程而變化，如果本發(fā)明的設(shè)備被用來(lái)除去加壓水反應(yīng)器核電廠或礦物燃料(油或煤)燃燒的動(dòng)力蒸汽廠的鍋爐給水中的雜質(zhì)，在反洗期間通過(guò)設(shè)備的空氣流量約為1-1.5標(biāo)準(zhǔn)立方呎每分鐘(scfm)每平方呎過(guò)濾元件表面積。在反洗期間通過(guò)設(shè)備的水量為約1-1.5加侖每分鐘(gpm)每平方呎過(guò)濾元件表面積。優(yōu)選同時(shí)用水和空氣反洗設(shè)備約2-12分鐘以除去過(guò)濾元件中的顆粒物。全部反洗流量是基于由過(guò)濾元件外表面所限定的圓柱體的表面積。
如果本發(fā)明的設(shè)備用來(lái)除去沸水反應(yīng)器核電廠的鍋爐給水中的粒子，優(yōu)選在反洗期間空氣流量約為1.5scfm每平方呎過(guò)濾面積。優(yōu)選水流量約為0.5-1gpm每平方呎過(guò)濾面積。優(yōu)選該反洗循環(huán)持續(xù)約14分鐘。同樣，可用空氣和水同時(shí)反洗過(guò)濾器。
過(guò)濾元件還可用“空氣波動(dòng)”(Air SurgeTM)反選循環(huán)來(lái)反洗，在空氣波動(dòng)反洗循環(huán)期間，水流連續(xù)通過(guò)設(shè)備，而周期地提供高壓空氣波動(dòng)。水流量約為0.25每平方呎過(guò)濾元件表面積。在空氣波動(dòng)期間的空氣流量約為12scfm每平方呎過(guò)濾元件表面積?？諝鈮毫s為50psi到100psi。在14分鐘反洗循環(huán)中提供空氣波動(dòng)約8次。每次波動(dòng)持續(xù)2秒鐘。
如上所述，由顆粒離子交換材料構(gòu)成吸附阻擋層，分布在內(nèi)過(guò)濾表面144和外過(guò)濾表面134上，其量約為0.0005到0.075磅離子交換材料每平方呎過(guò)濾表面134，較優(yōu)選約為0.005到0.05磅離子交換材料每平方呎過(guò)濾表面134。所有滯留在過(guò)濾器的任何部分上離子交換材料都用于計(jì)算離子交換材料的重量。然而，在計(jì)算量時(shí)，僅考慮過(guò)濾介質(zhì)層(130或140)之一的上游表面積。例如，當(dāng)外過(guò)濾介質(zhì)層130上比內(nèi)過(guò)濾介質(zhì)層140上積聚的離子交換材料多時(shí)，僅考慮外過(guò)濾介質(zhì)層130上游表面積。吸附阻擋層主要用來(lái)在細(xì)的那部分腐蝕物滲透并堵塞過(guò)濾介質(zhì)層140之前基本分離細(xì)小的那部分腐蝕物。
下列實(shí)例進(jìn)一步描述本發(fā)明，這些實(shí)例不限制本發(fā)明實(shí)例1在沸水反應(yīng)器核電站的裝置操作條件下，進(jìn)行工業(yè)規(guī)模的薄層過(guò)濾元件性能的中試裝置試驗(yàn)。用于中度裝置試驗(yàn)設(shè)備的冷凝水進(jìn)流取自于發(fā)電站第一冷凝泵排出的液流。在該實(shí)例中，采用適用于本發(fā)明的過(guò)濾器在沒(méi)有用離子交換材料調(diào)整的條件下作空白實(shí)驗(yàn)。
在進(jìn)流中的鐵粒子量為每十億分之20到25分(重量)，明顯大于一般給水的鐵粒子量(5-10ppb)。大部分粒子是由鐵腐蝕物構(gòu)成的，大部分來(lái)源于碳鋼提取蒸汽和加熱器排泄管。發(fā)生站裝備有深床層顆粒樹脂冷凝液精處理系統(tǒng)，用來(lái)除去約70%的進(jìn)入深床層系統(tǒng)的顆粒。最近，發(fā)生站采用氫水化學(xué)以及注入廢鋅。
參看圖2，進(jìn)流由管10輸送到過(guò)濾殼20，在管10上裝有流量指示計(jì)12和截止閥14(block Valve)。在第一次循環(huán)期間，控制進(jìn)流流量約為9.0加侖/分鐘，過(guò)濾殼內(nèi)有適用于本方法的褶形過(guò)濾元件，例如，圖1所示的過(guò)濾元件100。采用的薄層過(guò)濾器可以是商購(gòu)的由Graver公司出口商標(biāo)為AegisTMAFA過(guò)濾器。然而，在殼20內(nèi)的薄過(guò)濾元件未用的離子交換材料來(lái)調(diào)整，而表示了一種以前公知的分離方法。
過(guò)濾元件安裝在殼20內(nèi)，以使在正常操作期間進(jìn)流管10從外部進(jìn)入過(guò)濾元件，再?gòu)较蜉斔屯ㄟ^(guò)過(guò)濾元件，從過(guò)濾元件一端縱向排出。壓差指示計(jì)16測(cè)量穿過(guò)過(guò)濾元件的壓差。
由管30將純化過(guò)的冷凝液流輸送出殼20，管30上裝備有排泄節(jié)頭(Ventjunction)32，截流閥34和流量指示計(jì)36。管30在節(jié)頭38終止，節(jié)頭38與流出液管40和取樣管線50連接流出液管40輸送純化的冷凝液流主體到發(fā)電站粒狀樹脂冷凝液精處理部分。
取樣管線50裝備有截流閥52，樣品過(guò)濾器54，壓力控制閥56和流量指示計(jì)58。在節(jié)點(diǎn)38處取自于純化冷凝液流的樣品，通過(guò)樣品過(guò)濾器54，然后排出。
樣品過(guò)濾器54含有0.45微米過(guò)濾紙，過(guò)濾紙?jiān)谌又昂椭蠓Q重，可計(jì)算通過(guò)過(guò)濾器顆粒腐蝕的濃度。過(guò)濾器上游采用同樣的布置以測(cè)定進(jìn)流中顆粒腐蝕物的濃度。不同的是可以計(jì)算分離效率。
在優(yōu)良的新條件下裝配過(guò)濾元件，第一次試驗(yàn)循環(huán)由將進(jìn)流送入過(guò)濾殼20開始。在整個(gè)第一次循環(huán)中，入流溫度近似100°，由差壓指示計(jì)16指示的壓差，發(fā)現(xiàn)在整個(gè)周期內(nèi)提高到約12psi。這時(shí)，進(jìn)行了反洗過(guò)程。一般習(xí)慣上試驗(yàn)反洗過(guò)濾器，過(guò)濾元件的第一循環(huán)的數(shù)據(jù)可不考慮，因?yàn)榈谝谎h(huán)不能正常指示長(zhǎng)時(shí)間性能。
打開閥64并通過(guò)空氣導(dǎo)管60通過(guò)約1.5標(biāo)準(zhǔn)立方空氣每平方呎過(guò)濾表面積反洗薄層過(guò)濾元件?？諝鈱?dǎo)管上60裝配有流量指示計(jì)62。同時(shí)在節(jié)頭64處，將0.7加侖反洗水每分鐘每平方呎過(guò)濾表面引入導(dǎo)管。將空氣和反洗水的混合物沿著過(guò)濾元件中心軸向輸送，然后徑向向外通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)，而移去在過(guò)濾器內(nèi)或過(guò)濾器上積聚的顆粒。
由裝配有閥82和節(jié)頭88的導(dǎo)管80從過(guò)濾殼20中排去反洗水。節(jié)頭88通過(guò)排泄管線84和閥86與過(guò)濾殼20斷續(xù)地連通。
經(jīng)節(jié)頭98，通過(guò)廢空氣導(dǎo)管90從過(guò)濾器殼20內(nèi)排出反洗廢空氣。導(dǎo)管90通過(guò)三個(gè)排氣閥92，94和96時(shí)斷時(shí)續(xù)地和過(guò)濾殼20連通。
開始第二循環(huán)，同樣的過(guò)濾元件再次連通進(jìn)流，以約8.9-9.0gpm徑向向內(nèi)通過(guò)過(guò)濾元件。對(duì)于第二循環(huán)的過(guò)濾器沒(méi)有應(yīng)用離子交換材料或調(diào)整。每隔一段時(shí)間，用壓差指示計(jì)16測(cè)定穿過(guò)過(guò)濾元件的壓差。下面圖3中的三角形示出的第二循環(huán)中壓力降隨運(yùn)轉(zhuǎn)天數(shù)的函數(shù)關(guān)系。
當(dāng)?shù)诙h(huán)壓力升高到約12磅/平方吋時(shí)，第二循環(huán)由反洗過(guò)濾器中止。反洗過(guò)程如同第一循環(huán)結(jié)束后所采用的那樣是一樣的。鐵的平均除去效率為90%。
實(shí)例2在第二次反洗后，通過(guò)調(diào)整過(guò)濾元件，準(zhǔn)備如上所述的薄層過(guò)濾元件進(jìn)行第三次循環(huán)操作。在開始第三次循環(huán)前，將含45克分細(xì)的陽(yáng)離子交換樹脂的漿液以正常流動(dòng)方向通過(guò)過(guò)濾元件。陽(yáng)離子交換樹脂可以商購(gòu)，即日本東京Mitsubishi Kasei公司出口的商標(biāo)為DiaionTMPK212L樹脂。陽(yáng)離子交換材料可被磨碎到其重量中值平均顆粒尺寸約60微米，大約10%(重量)小于20微米。使用的陽(yáng)離子交換樹脂顆粒的尺寸和量相當(dāng)于試驗(yàn)過(guò)濾器過(guò)濾表面的1個(gè)單層。
接著，進(jìn)流以約8.9-9.0加侖/分鐘流量徑向向內(nèi)通過(guò)過(guò)濾元件，第三循環(huán)的壓力降數(shù)據(jù)在圖3中由“星”表示，觀察圖3數(shù)據(jù)顯示在類似的操作條件下，調(diào)整過(guò)的過(guò)濾器的壓力降遠(yuǎn)小于沒(méi)有調(diào)整過(guò)的過(guò)濾器的壓力降。開始沒(méi)有調(diào)整過(guò)的過(guò)濾器的壓力降開始時(shí)為0.8磅/平方吋(psi)，操作30天后，直線升高達(dá)約11.9psi。與此相反，調(diào)整過(guò)的過(guò)濾器在操作中開始?jí)毫禐?.6psi，操作65天后，顯示壓力降僅為11.5psi。我們看到，在過(guò)濾元件實(shí)驗(yàn)兩次運(yùn)行和反洗循環(huán)之后第三循環(huán)有效地改善了壓力降。圖3數(shù)據(jù)表明，與傳統(tǒng)操作比較，較少應(yīng)用離子交換材料即可產(chǎn)生意想不到的低壓力降和較長(zhǎng)的操作周期。另外，還改善了鐵的除去效率可達(dá)99%。
以上已經(jīng)清楚地描述了本發(fā)明的各方面，但并不應(yīng)以所述的方面限制本發(fā)明，本發(fā)明的范圍由如下的權(quán)利要求來(lái)概括，雖然提出了某種假設(shè)來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的突出的進(jìn)步，但本發(fā)明不堅(jiān)持與該理論保持一致或否定它。如所述的實(shí)踐中，本發(fā)明表示在分離水流中金屬腐蝕物技術(shù)上有突出的進(jìn)步。
權(quán)利要求
1.一種分離液流中帶電粒子的方法，包括提供一種帶有能與液流相接觸的，限定介質(zhì)孔平均尺寸約0.1-25微米過(guò)濾表面的過(guò)濾介質(zhì)的薄層過(guò)濾器；用離子交換材料在過(guò)濾表面上調(diào)整薄過(guò)濾器，在過(guò)濾表面上離子交換材料能吸附帶電粒子，其平均量約為0.005-0.075磅離子交換材料/平方呎過(guò)濾表面；使液流通過(guò)薄層過(guò)濾器，流量大于0.2加侖/分鐘/平方呎過(guò)濾表面，穿過(guò)過(guò)濾器的壓差小于20磅/平方時(shí)。以從液流中分離掉大部分帶電粒子。
2.按照權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括在過(guò)濾器上截留住液流中90%以上重量的帶電粒子，直到截留帶電粒子重量至少等于應(yīng)用的離子交換材料的重量。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述的離子交換材料包括陽(yáng)離子交換材料而基本不包括陰離子交換材料。
4.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于所述的陽(yáng)離子交換材料是強(qiáng)酸性的。
5.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于所述的陽(yáng)離子交換材料是弱酸性的。
6.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于所述的陽(yáng)離子交換材料是選自氫型的，嗎啉型的和氨型的離子型。
7.按照權(quán)利要求3的方法，其特征在于所述的離子交換材料包括雙形態(tài)陽(yáng)離子材料。
8.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述的離子交換材料包括陰離子交換材料而基本不包括陽(yáng)離子交換材料。
9.按照權(quán)利要求8的方法，其特征在于所述的陰離子交換材料是強(qiáng)堿性的。
10.按照權(quán)利要求8的方法，其特征在于所述陰離子交換材料是弱堿性的。
11.按照權(quán)利要求8的方法，其特征在于所述的陰離子交換材料是氫氧型的。
12.按照權(quán)利要求8的方法，其特征在于所述的離子交換材料包括雙形態(tài)陰離子交換材料。
13.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述的離子交換材料是重量平均中間尺寸為約0.1-200微米的粒子。
14.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述的過(guò)濾介質(zhì)是褶狀的，而且是由內(nèi)過(guò)濾介質(zhì)層和外過(guò)濾介質(zhì)層正壓在一起而成形，每個(gè)壓合層限定孔的尺寸至少約為0.1微米。
15.按照權(quán)利1的方法，其特征在于所述的離子交換材料的應(yīng)用量約為0.005-0.05磅/平方呎過(guò)濾表面。
16.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于還進(jìn)一步包括反洗過(guò)濾器以除去大部分應(yīng)用的離子交換材料和截留的顆粒。
17.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于帶電粒子主要由氧化鐵構(gòu)成。
18.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述的薄層過(guò)濾器的調(diào)整包括主體給料大部分的離子交換材料，同時(shí)所述液流通過(guò)板式過(guò)濾器。
19.一種分離水流中氧化鐵腐蝕物的方法包括提供帶有與水流接觸，其孔的平均尺寸約為0.1-25微米的限定過(guò)濾表面的過(guò)濾介質(zhì)的薄層過(guò)濾器；用顆粒形式的能吸附氧化鐵產(chǎn)物的，其重量平均中值尺寸為約0.1到約200微米的離子交換材料，在過(guò)濾表面上調(diào)整薄層過(guò)濾器；使液流通過(guò)薄層過(guò)濾器，其流量為至少約0.2加侖/分鐘/平方呎過(guò)濾表面，穿過(guò)過(guò)濾器的壓力降小于20磅/平方時(shí)，使薄層過(guò)濾器基本上截留所述腐蝕物，從而從水流中分離大部分所述腐蝕物。
20.按照權(quán)利要求19的方法，其特征在于所述的調(diào)整包括使用相應(yīng)于單層所述粒子1/50-20倍的離子交換材料。
21.按照權(quán)利要求19的方法，所述的調(diào)整包括應(yīng)用離子交換材料量為約0.0005-0.075磅/平方呎過(guò)濾表面。
22.按照權(quán)利要求19的方法，其特征在于液流通過(guò)達(dá)到在薄層過(guò)濾器上截留的水流中的腐蝕物重量達(dá)90%以上，直到在薄層過(guò)濾器截留的腐蝕物的重量至少等于應(yīng)用的離子交換材料的重量。
23.一種分離水流中具有較寬范圍粒子尺寸的金屬腐蝕物的方法包括由離子交換材料顆粒構(gòu)成的吸附阻擋層吸附粒子金屬腐蝕物的較細(xì)部分，其量為相應(yīng)于單層所述粒子的1/5到約20倍，所述粒子分布在多孔薄層過(guò)濾器所限定上游過(guò)濾表面，上述的多孔薄過(guò)濾器與載有腐蝕物的水流接觸；和在鄰近過(guò)濾表面截留腐蝕物的較粗部分；腐蝕物的較細(xì)部分的吸附基本上防止腐蝕物滲透而使薄層過(guò)濾器堵塞。
24.按照權(quán)利要求23的方法，其特征在于所述的細(xì)粒子部分重量平均中值尺寸約為1/10-5倍薄層過(guò)濾孔的中值尺寸，而所述較部分的重量平均尺寸是5-50倍于薄層過(guò)濾器的孔的平均尺寸。
25.按照權(quán)利要求23的方法，其特征在于所述吸附在操作周期內(nèi)基本上防止腐蝕產(chǎn)物堵塞薄層過(guò)濾器，從而有效地從水流中分離出其重量至少等于離子交換材料顆粒重量的腐蝕物。
26.一種用來(lái)分離液流中具有較寬范圍粒子尺寸的帶電粒子的過(guò)濾器，包括有過(guò)濾介質(zhì)的過(guò)濾器元件，過(guò)濾介質(zhì)限定了能基本過(guò)濾帶有帶電粒子的液流的上游過(guò)濾表面，限定孔的中間尺寸約為0.1-25微米，和由顆粒離子交換材料構(gòu)成吸收阻擋層，離子交換材料能夠吸附分布在過(guò)濾表面上的所述帶電粒子，平均量為約0.005-0.075磅離子交換材料/平方呎過(guò)濾表面。
27.按照權(quán)利要求26的過(guò)濾器，其特征在于所述離子交換材料是粒子狀，重量平均中值尺寸約為10-200微米。
28.按照權(quán)利要求26的過(guò)濾器，其特征在于所述的離子交換材料包括雙形態(tài)離子交換材料。
29.按照權(quán)利要求26的過(guò)濾器，其特征在于所述的過(guò)濾介質(zhì)層是褶狀的，由內(nèi)過(guò)濾介質(zhì)層和外過(guò)濾介質(zhì)層延壓在一起成形，每個(gè)壓制層限定孔的中值尺寸至少約為0.1微米。
30.按照權(quán)利要求29的過(guò)濾器，其特征在于內(nèi)過(guò)濾介質(zhì)層限定的孔的中間尺寸的約0.1-20微米，所述的外過(guò)濾介質(zhì)層限定的孔的中值尺寸約為10-100微米。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種從水流中分離金屬腐蝕物的方法。一種用相對(duì)少量的離子交換材料調(diào)整過(guò)的過(guò)濾器在以工業(yè)上所要求的流量處理水流時(shí)表現(xiàn)的相對(duì)低的壓差和有效的截留。該方法使得在過(guò)濾表面應(yīng)用最少的材料得到較長(zhǎng)的過(guò)濾操作時(shí)間。此外，本發(fā)明還提供了一種從水流中分離具有相對(duì)寬的粒子尺寸范圍的金屬腐蝕物的過(guò)濾器。
文檔編號(hào)B01D37/02GK1111542SQ9410953
公開日1995年11月15日 申請(qǐng)日期1994年7月1日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月1日
發(fā)明者E·沙倫姆 申請(qǐng)人:格雷弗公司