Optimization of ion exchange resin regeneration
Koponen, Antti (2020)
Koponen, Antti
2020
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2020102821716
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2020102821716
Tiivistelmä
A strong acid cation resin has a low affinity to regenerated ion form (H+). A conventional regeneration where fresh regenerant flows through the resin bed has proven to be inefficient. A large portion of H+ ions in the regenerant flows through the resin bed without regenerating the resin. A different method to regenerate resin was evaluated to improve the resin regeneration efficiency.
The recycling of the spent regenerant was tested. Spent acid was recycled twice in regeneration before disposal. The recycling of regenerant reduced the consumption of fresh acid in half without a significant difference in the cycle length compared to conventional regeneration, although it caused a higher ion leakage during exhaustion. The ion leakage was caused by the unregenerated resin, which leaked during exhaustion. The co-flow regeneration led to the concentration of unregenerated resin near the column outlet.
A reverse flow regeneration was tested to reduce ion leakage. The regeneration decreased the leakage to a minimum, keeping the cycle length approximately the same. There was not a significant difference in the exhaustion length of the two regeneration methods. The outflow was collected during strong acid cation regeneration to determine a sufficient amount of rinsing water after regeneration. It was noted that extra rinsing did not have an impact on the water quality of the outlet.
Regenerant recycle was noted to be a possible solution to increase the regeneration efficiency. Decreasing chemical consumption could also be achieved by determining the sufficient amount of regenerant, which requires more studies. Reverse flow regeneration was noted to be a viable option to decrease ion leakage. In the study, only a few cycles were performed. Therefore, longer testing is required to examine the long-term impact of regenerant recycle and reverse flow regeneration on the resin and the exhaustion.
The study highlighted the importance of operating capacity in the ion exchange process. Even though the ion exchange line was exhausted, causing ions to leak through the resin, strong acid cation resin was more than half in regenerated ion form. The ion leakage was increasing between ion exchange cycles. Therefore, ion exchange tests should include multiple ion exchange cycles to obtain reliable data on the ion exchange. Vahvan kationinvaihtajan affiniteetti elvytettyyn muotoon (H+) on matala, mikä johtaa tehottomaan elvytykseen. Perinteinen elvytys, missä tuore elvytysliuos virtaa myötävirtaan hartsipedin läpi, on tehotonta. Elvytyksen aikana suuri osa elvytyskemikaalista kulkeutuu vahvan kationinvaihtajan läpi kaikkia vetyioneja hyödyntämättä. Erilaista elvytysmetodia arvioitiin elvytystehokkuuden parantamiseksi.
Elvytysliuoksen kierrättämistä testattiin elvytyksen tehokkuuden parantamiseksi. Käytetty elvytysliuos kierrätettiin kahdesti hartsipedin läpi ennen hävittämistä. Elvytysliuoksen kierrätys puolitti kemikaalin kulutuksen ilman ioninvaihtosyklin merkittävää lyhenemistä tavalliseen elvytykseen verrattuna, mutta se johti korkeampaan ionivuotoon. Myötävirtaelvytys jättää hartsin elvytyksen vajaaksi kolonnin ulostulon läheisyydessä, mitkä eluoituivat ajon aikana
Vastavirtaelvytystä testattiin ionivuodon vähentämiseksi. Vastavirtaelvytys vähensi ionivuodon minimiin säilyttäen ioninvaihdon syklipituuden kuitenkin samana myötävirtaelvytykseen verrattuna. Elvytysliuoksien kierrätyksen ja perinteisen elvytyksen välillä ei ollut merkittävää eroa ioninvaihtosyklin pituudessa. Ulosvirtaus kerättiin elvytyksen aikan riittävän elvytyksen jälkeisen huuhteluvesimäärän määrittämiseksi. Ylimääräisellä huuhteluvedellä ei todettu olevan vaikutusta ulostulon veden laatuun.
Elvytysliuoksien kierrätys todettiin mahdolliseksi ratkaisuksi tehostamaan elvytyksen tehokkuutta. Tehokkuutta voidaan lisätä optimoimalla riittävä elvytyskemikaalin määrä ja tämä vaatii jatkotutkimuksia. Vastavirtaelvytys osoittautui tehokkaaksi tavaksi vähentää ionivuotoa. Tutkimuksissa tehtiin vain muutamia ioninvaihtosyklejä, joten pidempiaikaiset vaikutukset hartsiin ja ioninvaihtoon jäivät epäselviksi.
Tutkimukset osoittivat operointikapasiteetin tärkeyden ioninvaihtoprosessille. Ioninvaihdon jälkeen vahva kationinvaihtaja oli vielä yli puolet elvytetyssä muodossa, vaikka ioninvaihtolinja alkoi vuotamaan ioneja merkiksi kapasiteetin loppumisesta. Ioninvaihdon aikana tapahtuva ionivuoto lisääntyi syklien välillä. Näin ollen ioninvaihtotestien pitäisi kattaa useita syklejä saadakseen luotettavaa tietoa ioninvaihdosta.
The recycling of the spent regenerant was tested. Spent acid was recycled twice in regeneration before disposal. The recycling of regenerant reduced the consumption of fresh acid in half without a significant difference in the cycle length compared to conventional regeneration, although it caused a higher ion leakage during exhaustion. The ion leakage was caused by the unregenerated resin, which leaked during exhaustion. The co-flow regeneration led to the concentration of unregenerated resin near the column outlet.
A reverse flow regeneration was tested to reduce ion leakage. The regeneration decreased the leakage to a minimum, keeping the cycle length approximately the same. There was not a significant difference in the exhaustion length of the two regeneration methods. The outflow was collected during strong acid cation regeneration to determine a sufficient amount of rinsing water after regeneration. It was noted that extra rinsing did not have an impact on the water quality of the outlet.
Regenerant recycle was noted to be a possible solution to increase the regeneration efficiency. Decreasing chemical consumption could also be achieved by determining the sufficient amount of regenerant, which requires more studies. Reverse flow regeneration was noted to be a viable option to decrease ion leakage. In the study, only a few cycles were performed. Therefore, longer testing is required to examine the long-term impact of regenerant recycle and reverse flow regeneration on the resin and the exhaustion.
The study highlighted the importance of operating capacity in the ion exchange process. Even though the ion exchange line was exhausted, causing ions to leak through the resin, strong acid cation resin was more than half in regenerated ion form. The ion leakage was increasing between ion exchange cycles. Therefore, ion exchange tests should include multiple ion exchange cycles to obtain reliable data on the ion exchange.
Elvytysliuoksen kierrättämistä testattiin elvytyksen tehokkuuden parantamiseksi. Käytetty elvytysliuos kierrätettiin kahdesti hartsipedin läpi ennen hävittämistä. Elvytysliuoksen kierrätys puolitti kemikaalin kulutuksen ilman ioninvaihtosyklin merkittävää lyhenemistä tavalliseen elvytykseen verrattuna, mutta se johti korkeampaan ionivuotoon. Myötävirtaelvytys jättää hartsin elvytyksen vajaaksi kolonnin ulostulon läheisyydessä, mitkä eluoituivat ajon aikana
Vastavirtaelvytystä testattiin ionivuodon vähentämiseksi. Vastavirtaelvytys vähensi ionivuodon minimiin säilyttäen ioninvaihdon syklipituuden kuitenkin samana myötävirtaelvytykseen verrattuna. Elvytysliuoksien kierrätyksen ja perinteisen elvytyksen välillä ei ollut merkittävää eroa ioninvaihtosyklin pituudessa. Ulosvirtaus kerättiin elvytyksen aikan riittävän elvytyksen jälkeisen huuhteluvesimäärän määrittämiseksi. Ylimääräisellä huuhteluvedellä ei todettu olevan vaikutusta ulostulon veden laatuun.
Elvytysliuoksien kierrätys todettiin mahdolliseksi ratkaisuksi tehostamaan elvytyksen tehokkuutta. Tehokkuutta voidaan lisätä optimoimalla riittävä elvytyskemikaalin määrä ja tämä vaatii jatkotutkimuksia. Vastavirtaelvytys osoittautui tehokkaaksi tavaksi vähentää ionivuotoa. Tutkimuksissa tehtiin vain muutamia ioninvaihtosyklejä, joten pidempiaikaiset vaikutukset hartsiin ja ioninvaihtoon jäivät epäselviksi.
Tutkimukset osoittivat operointikapasiteetin tärkeyden ioninvaihtoprosessille. Ioninvaihdon jälkeen vahva kationinvaihtaja oli vielä yli puolet elvytetyssä muodossa, vaikka ioninvaihtolinja alkoi vuotamaan ioneja merkiksi kapasiteetin loppumisesta. Ioninvaihdon aikana tapahtuva ionivuoto lisääntyi syklien välillä. Näin ollen ioninvaihtotestien pitäisi kattaa useita syklejä saadakseen luotettavaa tietoa ioninvaihdosta.