弱强离子交换器串联运行中出现的问题及对策
郑成远．董群
(中国铝业山东分公司热电厂。山东淄博255051)
摘要：弱强离子交换器串联运行中出现弱床无法进行大反洗，并且中排弯曲，强床容易乱层，大反洗后制水
量降低，出现重复再生，再生比耗高等现象。通过降低弱床树脂层高。提高强床树脂层高，排掉弱床正洗水，将弱床再生方式改为顺流再生，可以消除此类现象的出现。
关键词：离子交换器；弱床；强床；串联；问题；对策。
中图分类号：TQ425 文献标识码：B 文章编号：l009—2455(2008)04—0059一02

弱强离子交换器串联运行指的是弱型离子交换树脂和强型离子交换树脂分别装在2个不同的交换器内，串联运行。它适合处理碱度、含盐量、含硅量均大的水质。自20世纪80年代以来，在我国水处理应用较多，但由于没有形成完整的设计规范。
导致出现许多问题。中国铝业山东分公司热电厂水处理二期工程采用的就是这种工艺。整个制水流程为：原水_高效过滤器_÷活性炭过滤器一弱阳离子交换器_强阳离子交换器_脱碳塔_+弱阴离子交换器_强阴离子交换器一混合离子交换器-÷除盐水箱，其中弱阳离子交换器(以下简称弱阳床)和强阳离子交换器(以下简称强阳床)构成1组。
2用1备，使用的树脂型号分别是Dll3、00l×7：弱阴离子交换器(以下简称弱阴床)和强阴离子交换器(以下简称强阴床)构成1组，2用1备，使用的树脂型号分别是D301、20l×7．自运行以来出现弱床中排弯曲，强床容易乱层。比耗高等现象。为解决上述问题，决定对设备及工艺进行改进。
1改造前的工艺流程及存在问题
1．1弱强离子交换器串联运行工艺
弱强离子交换器采用串联运行方式．即原水经过弱床之后，再通过强床处理。再生方式为串联逆流再生，即再生液从强床底部进入，从中排排出后又从弱床底部进入，最后经弱床中排排入废水沟．
2个中排处于同一水平线。弱床和强床的正洗水均进入对应反洗水箱，作为二者的反洗用水，反洗水量不够时，用弱床出水补充。弱床每个周期大反洗，强床每5个周期大反洗一次。整组阳床控制指标为p(Na+)≤100斗讥，整组阴床控制指标为电导率≤5斗S／cm，p(Si02)≤100p∥L。工艺如图1。
图1 弱强离子交换器串联工艺
1．2存在的主要问题
该工艺投运1个月后。首先发现所有弱床中排支管完全向上弯曲。尤其是弱阴床出现部分不锈钢支管断裂：均出现稍开弱床反洗阀进水就跑弱型树脂的现象，无法进行弱床的有效反洗；阳床正洗排水水量达到20 t，阴床正洗排水量达到66 t；其次阳床经常出现出水p(Na+)在200斗g／L左右，间断出现需要重复再生的现象：再生时发现强床容易乱层；整组阳床、阴床再生比耗分别达到2．49、2．39。
1．3原因分析
(1)弱床离子交换树脂装填量过大。现场装填树脂时统一以达到中排以上200 mm为标准。没有考虑到各类树脂的膨胀率差别。出厂强型树脂均为盐型，属失效状态，在装填树脂时，200 mm高的压脂层恰好能够满足逆流再生时不乱层。而且转化为酸碱型时，膨胀率一般小于20％，对中排的上推力不至于推弯中排支管．也符合逆流再生工艺的需要。与强型树脂相反．出厂弱阳树脂D113为H型。当它失效后转化为Na型时膨胀率超过20％．同样的树脂装填量，使得失效后的压脂层有的超过400 mm，导致中排向上弯曲。同样，出厂弱阴树脂D301为游离铵型。当它失效后转化为Cl型时。
膨胀率达到50％以上。相同的树脂装填量使3个弱阴床失效后的树脂高度均达到了上人孔。导致整个中排支管完全往上弯曲。部分支管断裂。同时，由于弱床内树脂太多。导致无法进行大反洗。
(2)弱酸型阳树脂D113的正洗出水硬度较大，不适合作为强阳床的反洗水。文献[1]表明，D113主要除去原水中碱度对应的硬度．李亮[2]也指出还可以在出水0～1 mmol／L酸度内除去部分中性盐，杨丽萍[3]进一步指出它对Ca(HCO。)2、Mg(HC03)2； CaCl2； NaHC03、MgCl2； Na2s04、NaCl四类物质的交换容量比为45：25：15：1。表明D113树脂主要除去水中的碳酸盐硬度。化验弱阳床正洗出水，24h内，硬度达到3．5 mmol／L，60h后．硬度达到6．95 mmol／L。基本与原水硬度持平。由于大反洗水量大。以弱阳床出水作为强阳床的反洗补水。这样只会进一步增大ool×7树脂的失效程度，导致强阳床大反洗后运行时间缩短。
(3)弱碱型阴树脂D30l的正洗出水HsiO，一含量很高，不适合作为强阴床的反洗水。由于D301树脂只能除去水中除HSiO，一、HCO，一外其它阴离子，进行的是中和反应[4]，相当于把弱阴床作为工作层。强阴床作为保护层，弱阴床正洗水作为强阴床反洗水对树脂的失效程度相对强阳床来说影响不大。化验弱阴床的电导率进水为688“S／cm，正洗出水，初期为32斗S／cm，末期为65斗S／cm，电导率升幅不大。但是考虑到电导率为5斗S／cm时，HSiO，一的质量浓度已经达到100斗∥L，说明弱阴床正洗水作为强阴床的反洗水也是不合适的。也会导致强阴床大反洗后运行时间缩短。
(4)弱型树脂交换器不应采用逆流再生方式。
弱床采用逆流再生容易导致强床乱层。在强床进行逆流再生的情况下。让再生废液从底部进入弱床。5 min内就发现强床内树脂层高明显增加．说明再生液在弱床中受到的阻力远远大于在强床中排母液管处的阻力。通过降低弱床中排200 mm．发现再生废液进入弱床后，强床内树脂仍然会马上升高，并且周期制水量进一步降低。说明根本原因在于弱床采用了逆流再生工艺。在《工业用水软化除盐设计规范》中第3．3．6条规定，弱型离子交换器应采用顺流再生．同时许多采用强弱床串联工艺的水处理工程【5]，均对弱床采用顺流再生，说明有必要更改再生工艺。
2改进措施与效果
设备改造：在弱床失效状态下，将部分树脂卸出．直到中排以上仅剩200 mm高的树脂，同时更换全部弯曲中排。在中排两侧支管上各加同一根不锈钢槽钢。同时增加强床中排以上压脂层高度到300mm。
工艺流程改造：将弱床的正洗阀永久关闭，正洗水通过弱床出水阀、强床进水阀、强床反洗排水阀排人废水沟。反洗水箱水量不够时。利用强床出水作为补水。同时将弱床再生方式改为顺流再生。
改造效果：改造2年来，弱床中排未出现变形、弯曲现象。能够进行大反洗；强床大反洗后制水量均大幅增长；整组阳床未出现重复再生现象，出水Na+的质量浓度降到70¨g／L以下，正洗排水量降到16 t。再生比耗降到1．69；整组阴床正洗排水量降到30 t，再生比耗降到1．80。·
3结语
弱强离子交换器串联制水。弱床应该采用顺流再生方式。并且强床压脂层应达到300 mm，同时弱床的正洗水不能回收作为强床的反洗水。在装填树脂时．应考虑强型离子交换树脂和弱型离子交换树脂不同的出厂状态和膨胀率，弱型树脂的装填高度应离中排至少还有200 mm的间距。
参考文献：
[1]施燮钧，王蒙聚，肖作善．电厂化学设备运行[M]．北京：中
国电力出版社，1996．
[2]李亮．D113树脂的交换特性及其在电厂冷却水处理中的应用
[J]．东北电力技术，2004，25(4)：12—14．
[3]杨丽萍．除盐水装置工艺技术的改进[J]．江苏化工，2004，32
(6)：53—55．
[4]张澄信，何艳红，刘军梅．弱碱阴树脂水处理工艺性能计算方
法的研究[J]．武汉大学学报(工学版)．200l，34(2)：40卅．
[5】王西德，宋连顺．强弱酸阳床逆流串联再生方式比较[J]．江苏
电机工程，2004，23(6)：64—65．
作者简介：郑成远(1974一)。男，湖北荆州人。工程师，工程硕
士，(电话)0533—2942667(电子信箱)zhengchengyuan@yaII∞．cn。