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蘇青牌離子交換樹(shù)脂在水處理行業(yè)上的應用
離子交換樹(shù)脂市場(chǎng),目前仍然在水處理的應用上。隨著(zhù)環(huán)境的污染,水質(zhì)越來(lái)越呈現惡化的趨勢。但同時(shí),各行各業(yè)對水的質(zhì)量要求也越來(lái)越高,對樹(shù)脂的質(zhì)量要求也越來(lái)越嚴。因此,在提高純水質(zhì)量方法上,樹(shù)脂仍然是上好的選擇?,F對目前常用的幾種水處理工藝作簡(jiǎn)要的介紹。
一、離子交換床型的分類(lèi):
工業(yè)上的常用床型的大致分類(lèi)如下:
---逆流再生床—單室固定床、雙層床、雙室固定床
對流再生——
浮動(dòng)床——單室浮動(dòng)床、雙室浮動(dòng)床
固定床--——順流再生—— 單室固定床
——雙流再生床單室固定床
——雙流式單室床
床型混合床
移動(dòng)床流動(dòng)床
在上圖的分類(lèi)中,順流再生單室固定床、逆流再生單室固定床、單室浮動(dòng)床都是一臺交換器使用一種類(lèi)型樹(shù)脂,屬于單一樹(shù)脂的除鹽工藝;而雙層床、雙室固定床、雙室浮動(dòng)床、則屬于強、弱聯(lián)合除鹽工藝?,F對上述主要常用的幾種床型作介紹,并且對原水的進(jìn)水水質(zhì)和再生劑質(zhì)量要求特說(shuō)明如下:
1、原水進(jìn)水水質(zhì)要求
項目 | 數據(GBJ109-87) | 超標后果 |
濁度 | 固定床順流再生<5mg/l 固定床逆流再生<2mg/l |
增加床體的壓差,出力下降 |
活性氯 | <0.1mg/l | 造成陽(yáng)樹(shù)脂被氧化、斷鏈,樹(shù)脂強度急劇下降 |
耗氧量(CODMn) | <2mg/l | 強陰樹(shù)脂被污染,正洗時(shí)間大幅延長(cháng),周期制水量下降 |
含鐵量 | 一級除鹽系統<0.3mg/l 混床<0.1mg/l |
樹(shù)脂容量下降,出水水質(zhì)惡化 |
2、再生劑質(zhì)量指標
2.1、再生用工業(yè)HCl質(zhì)量指標
項目 | 指 標 |
總酸度 % | ≥31 |
鐵% | ≤0.01 |
2.2、再生用離子膜NaOH質(zhì)量指標
項目 | 指 標 |
NaOH% | ≥30 |
NaCl% | ≤0.01 |
Fe2O3% | ≤0.001 |
Na2CO3% | ≤0.2 |
二、順流再生固定床
1、順流再生固定床的優(yōu)點(diǎn):由于其運行和再生的方向相同,原水水流和再生液都是從上而下流過(guò)樹(shù)脂層,因此,其操作方便,設備制作也相對簡(jiǎn)單。
2、順流再生固定床的缺點(diǎn):由于再生的方向和運行的方向相同,再生后保護層的樹(shù)脂再生率比逆流再生方式的低很多。而出水水質(zhì)的好壞,又直接與出水處保護層樹(shù)脂的再生率有關(guān),所以,這種再生率不高的再生方式?jīng)Q定了出水質(zhì)量不好。為了使保護層中的失效型樹(shù)脂的含量盡可能的降低,只有增加再生劑的用量,以保證出水的水質(zhì),故運行費用較高。
目前,這種床型大多用于軟化水的制備或對水質(zhì)要求不是很?chē)栏竦纳a(chǎn)上。
3、順流再生的操作步驟:操作步驟一般由反洗、再生、置換、正洗、運行五個(gè)主要步序組成:
3.1、反洗:反洗的目的是為了將樹(shù)脂運行了一個(gè)周期所截留的懸浮物清除干凈,并松動(dòng)樹(shù)脂層,防止樹(shù)脂結塊,為再生作準備。
3.2、再生:再生的目的是將失效的樹(shù)脂恢復交換容量的過(guò)程。再生效率的高低是影響出水質(zhì)量和周期制水量的關(guān)鍵。
3.3、置換:用置換水按再生液的流程繼續對樹(shù)脂進(jìn)行沖洗,使樹(shù)脂上部的空間及樹(shù)脂層中間再生液充分發(fā)揮作用,不至于浪費再生劑,并縮短后續的正洗時(shí)間。置換用水一般都用本工藝所制的水充當。置換流速與再生流速相同。
3.4、正洗:由于置換的流速較慢,時(shí)間也較短(一般60min左右),并且大量的再生劑在置換的過(guò)程中都得以利用,因此,在置換后都用該床的進(jìn)水對樹(shù)脂進(jìn)行沖洗,直到出水合格,正洗結束。正洗流速與運行流速相同。
3.5、運行:完成上述步驟后,床體可以正式投入運行。
通常情況下,我們把離子交換器從運行交換過(guò)程開(kāi)始到正洗結束所累加的時(shí)間稱(chēng)為交換器的一個(gè)工作周期。
4、離子交換順流再生軟化和除鹽工藝的各樹(shù)脂參數列表如下:
操作步驟 | 項目 | 強酸陽(yáng)樹(shù)脂 | 強堿陰樹(shù)脂 | 弱酸陽(yáng)樹(shù)脂 | 弱堿陰樹(shù)脂 | ||
反洗 | 水質(zhì) | 清水 | 陽(yáng)床出水或清水 | 清水 | 清水 | ||
流速m/h | 15-20 | 8-10 | 10-15 | 5-8 | |||
時(shí)間min | 20-30 | 10-20 | 20-30 | 20-30 | |||
反洗膨脹率% | 70-100 | 70-100 | 70-100 | 70-100 | |||
反洗終點(diǎn) | 出水澄清 | 出水澄清 | 出水澄清 | 出水澄清 | |||
排水沉降 | 將樹(shù)脂層面的水位降低到距樹(shù)脂20cm處 | ||||||
再生 | 再生劑 | HCl | NaCl | NaOH | HCl | NaOH | |
稀釋用水 | 所制水 | 軟化水 | 所制水 | 所制水 | 所制水 | ||
再生劑用量 g/mol | 70-80 | 100-120 | 100-120 | 40 | 40-50 | ||
濃度% | 3-4 | 5-8 | 2.5-3.5 | 2-2.5 | 2-3 | ||
再生流速 m/h | 4-6 | 4-6 | 4-6 | 3-5 | 4-6 | ||
最佳溫度℃ | 常溫 | 30 | 常溫 | 常溫 | |||
置換 | 水質(zhì) | 純水 | 軟化水 | 純水 | 純水 | 純水 | |
時(shí)間min | 40-50 | 30 | 60 | 30-40 | 60 | ||
流速m/h | 4-6 | 4-6 | 4-6 | 3-5 | 4-6 | ||
正洗 | 水質(zhì) | 原水 | 原水 | 陽(yáng)床出水 | 原水 | 陽(yáng)床出水 | |
時(shí)間min | 15-20 | 20 | 約20-30 | 20-30 | 約20-30 | ||
流速m/h | 20 | 20 | 20 | 20 | 15-20 | ||
終點(diǎn) | Na+≤500mg/l | 硬度≤0.03mmmol/l | 硅≤100mg/l 電導率≤10us/cm | 用戶(hù)根據要求不同自定 | Cl-≤0.01 mmmol/l | ||
運行 | 流速m/h | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | |
溫度℃ | 常溫 | 常溫 | 常溫 | 常溫 | |||
失效終點(diǎn) | Na+≥500mg/l | 硬度硬度≥0.03mmmol/l | 硅≥100mg/l 電導率≥10us/cm | 用戶(hù)根據要求不同自定 | Cl-≤0.01 mmmol/l |
注:有關(guān)硫酸的再生方法和有關(guān)參數,后面有關(guān)章節將有專(zhuān)門(mén)詳細的介紹。
5、順流再生常見(jiàn)的故障:可能由于以下的原因,會(huì )導致出水質(zhì)量不達標和周期制水量減少的情況發(fā)生,用戶(hù)可對照下面的情況,尋找原因:
5.1、順流再生軟化水處理:
5.1.1、周期制水量逐漸減少:
a、食鹽用量不足,沒(méi)有達到70-80g/mol的標準;
b、配制食鹽的水質(zhì)太差或鹽中的雜質(zhì)含量太多,應改善鹽的質(zhì)量和水的質(zhì)量;
c、正洗時(shí)間過(guò)長(cháng),損失了樹(shù)脂的交換容量,嚴控正洗時(shí)間;
d、樹(shù)脂受鐵、鋁等金屬污染中毒,用7%的鹽酸溶液浸泡復蘇;
e、樹(shù)脂結塊,反洗效果不好,產(chǎn)生偏流,導致再生效果差。加強反洗效果,控制合適的反洗膨脹率和反洗時(shí)間。
5.1.2、出水硬度突然不合格:
a、設備里的防腐層脫落,有鐵離子帶入水中,造成分析上的錯覺(jué),應檢查防腐層是否正常;
b、進(jìn)、出水閥門(mén)串漏,進(jìn)水漏入出水中,檢查閥門(mén)的嚴密性;
5.1.3、再生劑耗量過(guò)大,超過(guò)正常值:
a、樹(shù)脂中毒污染,用7%的鹽酸浸泡復蘇;
b、再生的流速過(guò)快,樹(shù)脂的接觸時(shí)間不夠,交換不徹底,將再生時(shí)間調到正常值;
5.1.4、正洗長(cháng)時(shí)間不合格:
a、正洗流量太小,將流量調至正常范圍內;
b、檢查進(jìn)出水串聯(lián)閥是否滲漏;
c、樹(shù)脂有否漏空現象,控制進(jìn)出水流量的平衡;
三、逆流再生固定床
逆流再生是對流再生的一種(a,一種是運行自上而下,再生時(shí)自下而上,如雙室固定床;b,另一種是運行自下而上,再生時(shí)則自上而下,如雙室浮動(dòng)床),運行時(shí)水流的方向自上而下,再生時(shí),再生液的流向則自下而上,故叫對流再生。再生和置換時(shí)離子交換樹(shù)脂不發(fā)生亂層是保證逆流再生的關(guān)鍵。為此,對逆流再生有一定的嚴格要求,特別是壓脂層樹(shù)脂高度和再生流速。對流交換器其實(shí)和順流交換器大致相同,主要的不同之處在于其有壓脂層,并且設有中間排水裝置,中排裝置在樹(shù)脂層和壓脂層之間,用于再生廢液的排出。中排還是小反洗的進(jìn)水和小正洗的出水管。
1、逆流再生的優(yōu)點(diǎn):逆流再生交換器由于所進(jìn)的再生液的方向與運行的方向相反,故其出水處的保護層樹(shù)脂的再生率非常高,出水質(zhì)量?jì)?yōu)良,其出水Na+含量實(shí)際一般都能低于100ug/l,一級除鹽水的電導率能小于5us/cm。由于保護層的再生率高,故無(wú)需增加額外的再生劑用量,再生劑用量比順流式的要少,再生廢液的排放量也少,運行費用相對較低。對水質(zhì)的適應性也較強,(順流再生時(shí),原水NaCl含量大于120mg/l時(shí),出水已不合格,可是若采用逆流再生,原水的NaCl含量達200mg/l時(shí),出水仍然合格)。
目前逆流再生固定床分無(wú)頂壓法、水頂壓法、氣頂壓法、低流速法四種?,F在采用無(wú)頂壓的再生方式相對較多,水頂壓和氣頂壓由于操作相對較繁瑣和要求高,也越來(lái)越少。低流速法其實(shí)就是無(wú)中排裝置的無(wú)頂壓法再生方式,操作很難控制,采用的非常少。實(shí)際經(jīng)驗表明,只要中排管的開(kāi)孔面積合適,大多數的水、氣頂壓法裝置均可用無(wú)頂壓法的操作方式替代。
2、逆流再生的缺點(diǎn):逆流再生交換器由于在再生時(shí),必須保證樹(shù)脂不能亂層,因此,對再生的流速和壓脂層高度要求極嚴格,常常因為再生流速和壓脂層高度沒(méi)有控制好,而出現再生失敗的情況。因此,對操作要求也相對比順流嚴格很多。
對樹(shù)脂的高度和壓脂層的要求,經(jīng)驗表明,壓脂層的高度控制在30-50cm較為合適?;蛘哒f(shuō),壓脂層的高度是以樹(shù)脂再生時(shí)不動(dòng)為基本原則的。一般的設計參數將高度定在20-25cm的數值,是不穩妥的參數,只能僅僅作為參考!
壓脂層就是在樹(shù)脂層表面上多加30-50cm的樹(shù)脂,其作用防止再生和置換時(shí)向上流動(dòng)的再生液和水引起樹(shù)脂的攪動(dòng),破壞正常層態(tài)分布,同時(shí)對進(jìn)水起一定的過(guò)濾作用。有的資料介紹壓脂層可以用密度低于樹(shù)脂的白球(惰性樹(shù)脂)充當,其實(shí),這是不合理的。因為壓脂層白球的密度是比樹(shù)脂要稍小,它總在樹(shù)脂層的上面,這樣沒(méi)法將運行中的破碎樹(shù)脂反洗出去,甚至截留的懸浮物也沒(méi)有用樹(shù)脂作壓脂層反洗的干凈。
3、對流再生的操作步驟
樹(shù)脂對流再生的操作步驟分為小反洗、再生、置換、小正洗、大正洗、運行、大反洗七步。其中,大反洗不是每周期都進(jìn)行,而是當壓差升高到一定值(超過(guò)0.15MPa),或連續運行1-2個(gè)月進(jìn)行一次,除小反洗和小正洗外,各步驟的目的,與順流再生一樣。
3.1、小反洗:就是將中排以上的壓脂層進(jìn)行反洗。由于床體運行一個(gè)周期所截留的懸浮物大部分都在壓脂層中,因此,只要將它清洗干凈而無(wú)需進(jìn)行大反洗,就能起到降低壓差的作用。另外,對樹(shù)脂進(jìn)行大反洗,徹底打亂了失效時(shí)的層態(tài)分布,將保護層中的樹(shù)脂失效率大幅提高,所以大反洗后的再生劑用量是平常的1.5-2倍。
3.2、小正洗:就是對壓脂層進(jìn)行清洗,由進(jìn)水管進(jìn)水,中排管出水。因為置換的時(shí)間有限(一般在60min以?xún)龋?,往往置換結束,樹(shù)脂中還殘存較多的再生液,包括壓脂層中。為了使在隨后的正洗時(shí)壓脂層中的再生液不至于回流樹(shù)脂中,進(jìn)行的小正洗就起到了這種作用。一般10-15min就能將壓脂層清洗干凈,大大降低總的正洗時(shí)間。
4、四種對流再生方法的工藝條件和特點(diǎn)
再生方法 |
主要工藝條件 |
優(yōu)點(diǎn) |
缺點(diǎn) |
無(wú)壓法 |
再生流速3-5m/h,置換流速3-5m/h ,小正洗10-15m/h |
系統簡(jiǎn)單,操作方便,自用水耗低 |
對壓脂層和再生流速要求極嚴格 |
水頂壓法 |
頂壓水壓0.05Mpa,頂壓水流量為再生水流量的1-1.3倍 |
不易亂層,再生成功率高 |
自用水耗高,穩壓要求高 |
氣頂壓法 |
再生流速4-5m/h,空氣流量0.2-0.3m3/m2.min,置換相同。 |
水耗低,再生成功率高 |
易發(fā)生油污染,對供氣設備的除油要求高 |
低流速法 |
再生流速<2m/h |
設備簡(jiǎn)單,操作方便,自用水耗低 |
再生時(shí)間太長(cháng),流速不易控制 |
5、對流再生的操作步驟和工藝參數
操作步驟 |
目的 |
項目 |
陽(yáng)床 |
陰床 |
注意事項 |
|
小反洗 |
松動(dòng)壓脂層,清除截留物 |
水質(zhì) |
本級進(jìn)水 |
本級進(jìn)水 |
每周期一次 |
|
流速m/h |
10-15 |
5-10 |
||||
時(shí)間min |
15-20 |
10-15 |
||||
終點(diǎn) |
出水澄清 |
出水澄清 |
||||
再生 |
恢復樹(shù)脂的交換容量 |
再生劑 |
HCl |
H2SO4 |
NaOH |
|
用量g/mol |
50-55 |
(分步再生,見(jiàn)后續的詳細介紹) |
55-65 |
|||
濃度% |
3-4 |
2.5-3.5 |
||||
流速m/h |
3-4 30-40 常溫 |
3-4 |
||||
時(shí)間min |
30-40 |
|||||
溫度℃ |
20-30 |
|||||
置換 |
充分利用再生劑 |
水質(zhì) |
除鹽水 |
除鹽水 |
確保流速與再生時(shí)相同 |
|
時(shí)間min |
30 |
60 |
||||
流速m/h |
3-4 |
3-4 |
||||
終點(diǎn) |
酸度≤5mmol/l |
堿度≤10mmol/l |
||||
小正洗 |
清除壓脂層內的廢液 |
水質(zhì) |
本級進(jìn)水 |
本級進(jìn)水 |
|
|
流速 |
15-20 |
15-20 |
||||
時(shí)間 |
10-15 |
10-15 |
||||
終點(diǎn)PH |
基本呈中性 |
基本呈中性 |
||||
正洗 |
除去殘留再生劑和洗脫下來(lái)的反離子 |
水質(zhì) |
本級進(jìn)水 |
本級進(jìn)水 |
正洗終點(diǎn)指標可由各用戶(hù)自定 |
|
時(shí)間min |
10-30 |
約20-30 |
||||
流速m/h |
15-25 |
15-25 |
||||
終點(diǎn) |
Na+≤300ug/l |
電導率<10us/cm sio2<100mg/l |
||||
運行 |
工作制水 |
流速m/h |
15-25 |
15-25 |
失效終點(diǎn)標準,用戶(hù)可自定 |
|
終點(diǎn) |
Na+≥300ug/l |
電導率≥ 10us/cm sio2≥100mg/l |
||||
大反洗 |
較徹底清除截留物和碎樹(shù)脂,松動(dòng)樹(shù)脂層 |
水質(zhì) |
本級進(jìn)水 |
本級進(jìn)水或純水 |
10-20周期一次或壓差超0.15MPa |
|
時(shí)間min |
20-30 |
15-20 |
||||
流速m/h |
10-15 |
8-10 |
||||
終點(diǎn) |
出水澄清 |
出水澄清 |
四、單室浮動(dòng)床
單室浮動(dòng)床就是運行時(shí)水流方向是自下而上,再生時(shí),再生液自上而下的一種運行方式。與逆流再生的正好相反,是對流再生的另一種形式。
單室浮動(dòng)床工藝有樹(shù)脂充滿(mǎn)和不充滿(mǎn)兩種情況。充滿(mǎn)的也就是所謂的滿(mǎn)室床(再生后的形態(tài)下樹(shù)脂充滿(mǎn)整個(gè)室),運行時(shí)基本無(wú)法浮動(dòng)。滿(mǎn)室床在運行初期和中期時(shí),樹(shù)脂層都不會(huì )亂層,出水水質(zhì)優(yōu)良,偶然停運,對水質(zhì)、水量均影響不大。但在運行的后期,隨著(zhù)樹(shù)脂的失效度的提高,樹(shù)脂的體積有所收縮,底部會(huì )出現一定的水墊層,加之后期的樹(shù)脂保護層已經(jīng)很薄,故不能停運,否則將使整個(gè)床體提前失效。
不充滿(mǎn)浮動(dòng)床有一定的反洗空間,可以進(jìn)行反洗(由于有水帽的阻擋,其實(shí)這種反洗效果并不好,只能稱(chēng)之為樹(shù)脂的松動(dòng))。因為有這一空間的存在,運行中將出現部分樹(shù)脂的浮動(dòng)現象。樹(shù)脂浮動(dòng)的多少,取決于空間的大小和成床的流速。經(jīng)驗表明,至少有50%的樹(shù)脂呈壓實(shí)狀態(tài),才能保證出水的質(zhì)量。并且成床后不能停運,否則將出現嚴重的亂層,而使樹(shù)脂提前失效。
1、單室浮動(dòng)床的優(yōu)點(diǎn):
1.1、由于是自上而下的再生方式,故不會(huì )出現亂層現象,再生操作簡(jiǎn)單。而且無(wú)易于損壞的中排裝置,提高了運行的可靠性;
1.2、運行時(shí)的水流方向和重力方向向反,樹(shù)脂的壓實(shí)程度比向下流的運行方式要小很多,故水流阻力較??;
1.3、由于樹(shù)脂裝填的較滿(mǎn),空間利用率較高,可達90%以上,遠高于順流和逆流再生設備的60%的空間利用率;
1.4、由于不能經(jīng)常反洗,及床內的水墊層較小,所以自用水耗很低,僅5%左右。
1.5、設備出力大。由于運行的壓差較小,其運行流速可達40m/h,遠高于其他床型的單室床。
2、單室浮動(dòng)床的缺點(diǎn):
2.1、因無(wú)反洗空間或反洗空間太小,一般都要設額外的體外清洗罐,增加了投資和體外反洗的復雜性;
2.2、中后期不能停運,要求連續運行,否則影響水質(zhì)和周期制水量;
2.3、由于不能床內反洗,因此對進(jìn)水的濁度要求嚴格,應小于2mg/l;
2.4、由于床體內的細碎樹(shù)脂集中在出水處,容易從水帽縫隙流失,陽(yáng)樹(shù)脂到陰樹(shù)脂里,會(huì )使陰床的電導率上升,陰樹(shù)脂帶入熱力系統,會(huì )造成設備的腐蝕。為此,在浮動(dòng)床的出水管道上必須安裝樹(shù)脂捕捉器。
3、單室浮動(dòng)床的運行、再生參數
浮動(dòng)床的運行過(guò)程分以下幾步:制水、落床、再生、置換、成床、正洗、運行步驟,各參數見(jiàn)下表:
項目 |
強陽(yáng)浮動(dòng)床 |
強陰浮動(dòng)床 |
||
運行 |
流速m/h |
20-40 |
20-40 |
|
終點(diǎn) |
Na+≥300ug/l |
硅≥100ug/l 電導率≥5us/cm |
||
落床 |
|
停運后自然沉降 |
||
再生 |
再生劑 |
HCl |
H2SO4 |
NaOH |
再生劑用量g/mol |
40-50 |
硫酸再生見(jiàn)后面詳細說(shuō)明 |
55-65 |
|
流速m/h |
3-5 |
3-5 |
||
濃度% |
2-3 |
2-3 |
||
置換 |
流速m/h |
3-5 |
3-5 |
|
時(shí)間min |
30 |
60 |
||
終點(diǎn) |
酸度<10mmol/l |
堿度<10mmol/l |
||
成床 |
流速m/h |
20-30 |
20-30 |
|
正洗 |
流速m/h |
20-40 |
20-40 |
|
時(shí)間min |
15-20 |
15-20 |
||
終點(diǎn) |
Na+≤300ug/l |
硅≤100ug/l 電導率≤5us/cm |
說(shuō)明:浮動(dòng)床進(jìn)行體外清洗后,應倍量進(jìn)行再生。
五、有關(guān)單室床的相關(guān)計算(適用上述三種床型):
1、工作交換容量
1.1、陽(yáng)樹(shù)脂工交計算公式如下:
Qa=(A+S)V/ VR(5-1)
式中:Qa:陽(yáng)樹(shù)脂的工作交換容量,mol/m3;
A: 陽(yáng)床平均進(jìn)水堿度,mmol/l;
S:陽(yáng)床平均出水酸度,mmol/l;
V:周期制水總量,m3;
VR:床內樹(shù)脂體積(逆流再生則不含壓脂層體積),m3;
1.2、陰樹(shù)脂的工交計算公式如下:
Qk=(S+〔CO2〕+〔SiO2〕)V/ VR(5-2)
式中:Qk:陰樹(shù)脂工作交換容量,
〔CO2〕:陰床進(jìn)水平均CO2濃度,mmol/l;
〔SiO2〕:陰床進(jìn)水平均SiO2濃度,mmol/l;
S、V、 VR同上式(5-1);
2、酸、堿耗
2.1、酸耗的計算公式如下:
Kac=Mac/(A+S)V(5-3)
式中:Kac:酸耗,g/mol;
Mac:按純酸計再生用酸量,g;
S、A、 V同上式(5-1);
2.2、堿耗的計算公式如下:
Kal= Mal/(S+〔CO2〕+〔SiO2〕)V(5-4)
式中:Kal:堿耗,g/mol;
Mal: 按純堿計再生用堿量,g;
S、〔CO2〕、〔SiO2〕、V同(5-1)、(5-2)含義;
3、再生劑用量的計算:
M=Qg×VR×k/1000a
式中:M:再生劑的用量(工業(yè)用酸堿),Kg;
Qg : 樹(shù)脂工作交換容量,mmol/l;
VR:床內樹(shù)脂體積(逆流再生則不含壓脂層體積),m3;
K:再生劑實(shí)際耗量(指酸耗或堿耗),g/mol;
a:工業(yè)用酸或堿的含量,%;
4、自用水耗的計算:
F=(V1+V2+V3)/V×100%(5-5)
式中:F:自用水耗,%
V1:反洗用水量,m3;
V2: 再生用水量(包括置換用水),m3;
V3:正洗用水,m3;
V:周期總制水量,m3;六、雙層床
雙層床是在同一交換器內裝有強、弱兩種樹(shù)脂的聯(lián)合應用工藝的固定床離子交換器。一般是上層為弱型樹(shù)脂,下層是與之相對應的強型樹(shù)脂。利用兩種樹(shù)脂的濕真密度差和不同的粒徑大小,通過(guò)反洗使兩種樹(shù)脂自然分層。裝有強酸樹(shù)脂和弱酸樹(shù)脂的雙層床稱(chēng)之為陽(yáng)雙層床;裝有強堿樹(shù)脂和弱堿樹(shù)脂的雙層床稱(chēng)之為陰雙層床;運行時(shí),水由上而下流經(jīng)整個(gè)樹(shù)脂層;再生時(shí),再生液則由下而上逆流再生;雙層床離子交換器的結構與逆流再生固定床相同,運行的步驟也相同。
1、雙層床的優(yōu)點(diǎn):出水水質(zhì)好,再生劑用量低,周期制水量大,樹(shù)脂的平均工交高;由于采用了弱堿樹(shù)脂,對防止有機物對強堿樹(shù)脂的污染有一定的優(yōu)勢。
2、雙層床的缺點(diǎn):隨著(zhù)樹(shù)脂使用時(shí)間的增加,以及受有機物、硅的污染,樹(shù)脂的比重會(huì )發(fā)生改變,使強弱樹(shù)脂的分層效果變差,強弱樹(shù)脂互相混雜,影響交換能力。試驗結果表明,對于陽(yáng)雙層床,當混脂層的樹(shù)脂量達25%時(shí),平均工交將下降5-10%。陰雙層床的混脂達30%時(shí),對工交也將有明顯的影響。另外,由于弱型樹(shù)脂的粒度較細,運行的壓差較大。由于雙層床是逆流再生,其再生的流速不宜太大,故應防止膠體硅在陰雙層床的沉積。因為運行時(shí),強堿樹(shù)脂吸著(zhù)了大量的硅酸,再生時(shí),由于堿液首先接觸這一層樹(shù)脂,致使廢堿液中含有大量硅的化合物。當這種廢液接觸弱堿陰樹(shù)脂時(shí),廢液中OH-迅速被弱堿樹(shù)脂所吸附的酸中和,使廢液的PH值可能馬上下降到8以下,使硅酸的溶解度降低,從而形成部分的膠體硅沉積于樹(shù)脂層中,污染陰弱堿樹(shù)脂,并使后面的正洗時(shí)間延長(cháng),周期制水量減少。
3、雙層床的適應范圍:陽(yáng)雙層床適應于碳酸鹽硬度較高的水質(zhì),陰雙層床適應于強酸陰離子含量較高的水質(zhì)。一般經(jīng)驗認為,弱型樹(shù)脂的高度至少應為強弱樹(shù)脂總高度的40%以上雙層床才有設計的價(jià)值。雙層床對原水的水質(zhì)變化適應性差。因為床體中的強弱樹(shù)脂比是固定的,當水質(zhì)變動(dòng)時(shí),它不能自動(dòng)適應。因此所用水源的水質(zhì)必須穩定。
4、雙層床常見(jiàn)故障:
4.1、周期制水量減少:原水的水質(zhì)成分發(fā)生了改變,分析原水水質(zhì),了解成分的變化。水質(zhì)輕微的變化,可以在樹(shù)脂總高度不變的情況通過(guò)適當改變樹(shù)脂的強弱比例起到增加周期制水量的目的。
4.2、正洗時(shí)間長(cháng):弱堿樹(shù)脂出現硅污染,對樹(shù)脂進(jìn)行適當復蘇。
5、雙層床的操作和工藝參數
操作步驟 |
目的 |
項目 |
陽(yáng)雙層床 |
陰雙層床 |
注意事項 |
反洗 |
松動(dòng)壓脂層,清除截留物 |
水質(zhì) |
原水 |
陽(yáng)床出水 |
每周期一次,關(guān)鍵步驟
|
反洗膨脹率% |
80-100 |
80-100 |
|||
時(shí)間min |
20-30 |
20-30 |
|||
終點(diǎn) |
樹(shù)脂分層明顯 |
樹(shù)脂分層明顯 |
|||
再生 |
恢復樹(shù)脂的交換容量 |
再生劑 |
HCl |
NaOH |
防止樹(shù)脂亂層 |
用量g/mol |
50-55 |
60 |
|||
濃度% |
3-4 |
2.5-3.5 |
|||
流速m/h |
3-4 |
3-4 |
|||
時(shí)間min |
30-40 |
30-40 |
|||
溫度℃ |
常溫 |
20-30 |
|||
置換 |
充分利用再生劑 |
水質(zhì) |
除鹽水 |
除鹽水 |
|
時(shí)間min |
30 |
60 |
|||
流速m/h |
3-4 |
3-4 |
|||
終點(diǎn) |
酸度≤5mmol/l |
堿度≤10mmol/l |
|||
正洗 |
除去殘留再生劑和洗脫下來(lái)的反離子 |
水質(zhì) |
本級進(jìn)水 |
本級進(jìn)水 |
正洗終點(diǎn)指標可由各用戶(hù)自定 |
時(shí)間min |
10-30 |
約20-30 |
|||
流速m/h |
15-25 |
15-25 |
|||
終點(diǎn) |
Na≤300ug/l |
電導率<10us/cm, sio2<100ug/l |
|||
運行 |
工作制水 |
流速m/h |
15-25 |
15-25 |
失效終點(diǎn)標準,用戶(hù)可自定 |
終點(diǎn) |
Na+≥300ug/l |
電導率≥ 10us/cm, sio2≥100ug/l |
七、雙室固定床
雙室固定床也叫雙室床。它是在雙層床的基礎上改進(jìn)的一種床型。為避免雙層床的強弱樹(shù)脂分層不清情況,在強弱樹(shù)脂之間裝一塊雙向水帽的多空板,將交換器分割為上、下兩室,故稱(chēng)雙室床。弱型樹(shù)脂在上室,強型樹(shù)脂在下室,并且采用同雙層床一樣的向下流運行和向上流再生的工藝方式。為防止下室強型樹(shù)脂的少量細碎顆粒對水帽縫隙的堵塞,在下室強型樹(shù)脂和水帽間都裝填25-30cm的惰性樹(shù)脂,并且惰性樹(shù)脂還能起到強型樹(shù)脂因轉型時(shí)的體積脹縮時(shí)的空間緩沖作用,有利于樹(shù)脂的再生效果。下室一般在再生后都被強型樹(shù)脂和惰性樹(shù)脂所填滿(mǎn),否則,再生時(shí)會(huì )出現強型樹(shù)脂的亂層情況,從而影響出水水質(zhì)。上室的弱型樹(shù)脂再生時(shí)的亂層對其運行效果影響不大。
1、雙室固定床的優(yōu)點(diǎn):由于兩種樹(shù)脂完全被分開(kāi),因而對樹(shù)脂的真密度和粒徑無(wú)特殊的要求。由于不用擔心強、弱樹(shù)脂的混雜,因此反洗操作比較簡(jiǎn)單放心。運行時(shí)截留的懸浮物主要被弱型樹(shù)脂所截留,每次再生前可以通過(guò)反洗清除干凈。
2、雙室固定床的缺點(diǎn):由于下室中的樹(shù)脂是裝填滿(mǎn)的,所以,強型樹(shù)脂是不能進(jìn)行體內反洗的,必須另設體外清洗罐定期進(jìn)行體外清洗。還有強型樹(shù)脂失效時(shí)會(huì )出現一定高度的水墊層,因此再生時(shí)稍不注意,會(huì )出現亂層現象,影響出水水質(zhì),甚至再生失敗。
3、雙室固定床適應的水質(zhì)的條件:由于屬于強弱聯(lián)合工藝,所以雙室床的適應條件相似于雙層床。
4、雙室固定床的操作工藝參數:
項目 |
陽(yáng)雙室固定床 |
陰雙室固定床 |
||
運行 |
流速m/h |
15-25 |
15-25 |
|
終點(diǎn) |
Na+≥300ug/l |
SiO2≥100ug/l 電導率≥5us/cm |
||
反洗 |
流速m/h |
5-10(主要反洗弱酸樹(shù)脂) |
10-15(主要反洗弱堿樹(shù)脂) |
|
時(shí)間min |
15-20 |
15-20 |
||
終點(diǎn) |
出水澄清 |
出水澄清 |
||
再生 |
再生劑 |
HCl |
H2SO4 |
NaOH |
再生劑用量g/mol |
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