会员投稿

网站管理

设为首页

加入收藏

 

当前位置:首页 > 电厂化学 > 电厂化学 > 详细内容
离子交换树脂在水处理行业上的应用
发布时间:2011/11/22  阅读次数:15309  字体大小: 【】 【】【
本广告位全面优惠招商!欢迎大家投放广告!广告投放联系方式
一、离子交换床型的分类:
工业上的常用床型的大致分类如下:
---逆流再生床—单室固定床、双层床、双室固定床
对流再生——
浮动床——单室浮动床、双室浮动床
固定床--——顺流再生—— 单室固定床
——双流再生床单室固定床
——双流式单室床
床型混合床
移动床流动床
在上图的分类中,顺流再生单室固定床、逆流再生单室固定床、单室浮动床都是一台交换器使用一种类型树脂,属于单一树脂的除盐工艺;而双层床、双室固定床、双室浮动床、则属于强、弱联合除盐工艺。现对上述主要常用的几种床型作介绍,并且对原水的进水水质和再生剂质量要求特说明如下:
1、原水进水水质要求
项目
数据(GBJ109-87)
超标后果
浊度
固定床顺流再生<5mg/l
固定床逆流再生<2mg/l
增加床体的压差,出力下降
活性氯
<0.1mg/l
造成阳树脂被氧化、断链,树脂强度急剧下降
耗氧量(CODMn)
<2mg/l
强阴树脂被污染,正洗时间大幅延长,周期制水量下降
含铁量
一级除盐系统<0.3mg/l
混床<0.1mg/l
树脂容量下降,出水水质恶化
2、再生剂质量指标
2.1、再生用工业HCl质量指标
项目
指 标
总酸度 %
≥31
铁%
≤0.01
2.2、再生用离子膜NaOH质量指标
项目
指 标
NaOH%
≥30
NaCl%
≤0.01
Fe2O3%
≤0.001
Na2CO3%
≤0.2
二、顺流再生固定床
1、顺流再生固定床的优点:由于其运行和再生的方向相同,原水水流和再生液都是从上而下流过树脂层,因此,其操作方便,设备制作也相对简单。
2、顺流再生固定床的缺点:由于再生的方向和运行的方向相同,再生后保护层的树脂再生率比逆流再生方式的低很多。而出水水质的好坏,又直接与出水处保护层树脂的再生率有关,所以,这种再生率不高的再生方式决定了出水质量不好。为了使保护层中的失效型树脂的含量尽可能的降低,只有增加再生剂的用量,以保证出水的水质,故运行费用较高。
目前,这种床型大多用于软化水的制备或对水质要求不是很严格的生产上。
3、顺流再生的操作步骤:操作步骤一般由反洗、再生、置换、正洗、运行五个主要步序组成
3.1、反洗:反洗的目的是为了将树脂运行了一个周期所截留的悬浮物清除干净,并松动树脂层,防止树脂结块,为再生作准备。
3.2、再生:再生的目的是将失效的树脂恢复交换容量的过程。再生效率的高低是影响出水质量和周期制水量的关键。
3.3、置换:用置换水按再生液的流程继续对树脂进行冲洗,使树脂上部的空间及树脂层中间再生液充分发挥作用,不至于浪费再生剂,并缩短后续的正洗时间。置换用水一般都用本工艺所制的水充当。置换流速与再生流速相同。
3.4、正洗:由于置换的流速较慢,时间也较短(一般60min左右),并且大量的再生剂在置换的过程中都得以利用,因此,在置换后都用该床的进水对树脂进行冲洗,直到出水合格,正洗结束。正洗流速与运行流速相同
3.5、运行:完成上述步骤后,床体可以正式投入运行。
通常情况下,我们把离子交换器从运行交换过程开始到正洗结束所累加的时间称为交换器的一个工作周期。
4、离子交换顺流再生软化和除盐工艺的各树脂参数列表如下:
操作步骤
项目
强酸阳树脂
强碱阴树脂
弱酸阳树脂
弱碱阴树脂
  
反洗
水质
清水
阳床出水或清水
清水
清水
流速m/h
15-20
8-10
10-15
5-8
时间min
20-30
10-20
20-30
20-30
反洗膨胀率%
70-100
70-100
70-100
70-100
反洗终点
出水澄清
出水澄清
出水澄清
出水澄清
排水沉降
将树脂层面的水位降低到距树脂20cm处
  
  
  
  
再生
再生剂
HCl
NaCl
NaOH
HCl
NaOH
稀释用水
所制水
软化水
所制水
所制水
所制水
再生剂用量
g/mol
70-80
100-120
100-120
40
40-50
浓度%
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
最佳温度℃
常温
30
常温
常温
置换
水质
纯水
软化水
纯水
纯水
纯水
时间min
40-50
30
60
30-40
60
流速m/h
4-6
4-6
4-6
3-5
4-6
正洗
水质
原水
原水
阳床出水
原水
阳床出水
时间min
15-20
20
约20-30
20-30
约20-30
流速m/h
20
20
20
20
15-20
终点
Na+≤500mg/l
硬度≤0.03mmmol/l
硅≤100mg/l
电导率≤10us/cm
用户根据要求不同自定
Cl-≤0.01 mmmol/l
运行
流速m/h
20
20
20
20
20
温度℃
常温
  
常温
常温
常温
失效终点
Na+≥500mg/l
硬度硬度≥0.03mmmol/l
硅≥100mg/l
电导率≥10us/cm
用户根据要求不同自定
Cl-≤0.01 mmmol/l
注:有关硫酸的再生方法和有关参数,后面有关章节将有专门详细的介绍。
5、顺流再生常见的故障:可能由于以下的原因,会导致出水质量不达标和周期制水量减少的情况发生,用户可对照下面的情况,寻找原因:
5.1、顺流再生软化水处理:
5.1.1、周期制水量逐渐减少:
a、食盐用量不足,没有达到70-80g/mol的标准;
b、配制食盐的水质太差或盐中的杂质含量太多,应改善盐的质量和水的质量;
c、正洗时间过长,损失了树脂的交换容量,严控正洗时间;
d、树脂受铁、铝等金属污染中毒,用7%的盐酸溶液浸泡复苏;
e、树脂结块,反洗效果不好,产生偏流,导致再生效果差。加强反洗效果,控制合适的反洗膨胀率和反洗时间。
5.1.2、出水硬度突然不合格:
a、设备里的防腐层脱落,有铁离子带入水中,造成分析上的错觉,应检查防腐层是否正常;
b、进、出水阀门串漏,进水漏入出水中,检查阀门的严密性;
5.1.3、再生剂耗量过大,超过正常值:
a、树脂中毒污染,用7%的盐酸浸泡复苏;
b、再生的流速过快,树脂的接触时间不够,交换不彻底,将再生时间调到正常值;
5.1.4、正洗长时间不合格:
a、正洗流量太小,将流量调至正常范围内;
b、检查进出水串联阀是否渗漏;
c、树脂有否漏空现象,控制进出水流量的平衡;
  
三、逆流再生固定床
逆流再生是对流再生的一种(a,一种是运行自上而下,再生时自下而上,如双室固定床;b,另一种是运行自下而上,再生时则自上而下,如双室浮动床),运行时水流的方向自上而下,再生时,再生液的流向则自下而上,故叫对流再生。再生和置换时离子交换树脂不发生乱层是保证逆流再生的关键。为此,对逆流再生有一定的严格要求,特别是压脂层树脂高度和再生流速。对流交换器其实和顺流交换器大致相同,最主要的不同之处在于其有压脂层,并且设有中间排水装置,中排装置在树脂层和压脂层之间,用于再生废液的排出。中排还是小反洗的进水和小正洗的出水管。
1、逆流再生的优点:逆流再生交换器由于所进的再生液的方向与运行的方向相反,故其出水处的保护层树脂的再生率非常高,出水质量优良,其出水Na+含量实际一般都能低于100ug/l,一级除盐水的电导率能小于5us/cm。由于保护层的再生率高,故无需增加额外的再生剂用量,再生剂用量比顺流式的要少,再生废液的排放量也少,运行费用相对较低。对水质的适应性也较强,(顺流再生时,原水NaCl含量大于120mg/l时,出水已不合格,可是若采用逆流再生,原水的NaCl含量达200mg/l时,出水仍然合格)。
目前逆流再生固定床分无顶压法、水顶压法、气顶压法、低流速法四种。现在采用无顶压的再生方式相对较多,水顶压和气顶压由于操作相对较繁琐和要求高,也越来越少。低流速法其实就是无中排装置的无顶压法再生方式,操作很难控制,采用的非常少。实际经验表明,只要中排管的开孔面积合适,大多数的水、气顶压法装置均可用无顶压法的操作方式替代。
2、逆流再生的缺点:逆流再生交换器由于在再生时,必须保证树脂不能乱层,因此,对再生的流速和压脂层高度要求极严格,常常因为再生流速和压脂层高度没有控制好,而出现再生失败的情况。因此,对操作要求也相对比顺流严格很多。
对树脂的高度和压脂层的要求,经验表明,压脂层的高度控制在30-50cm较为合适。或者说,压脂层的高度是以树脂再生时不动为基本原则的。一般的设计参数将高度定在20-25cm的数值,是不稳妥的参数,只能仅仅作为参考!
压脂层就是在树脂层表面上多加30-50cm的树脂,其作用防止再生和置换时向上流动的再生液和水引起树脂的搅动,破坏正常层态分布,同时对进水起一定的过滤作用。有的资料介绍压脂层可以用密度低于树脂的白球(惰性树脂)充当,其实,这是不合理的。因为压脂层白球的密度是比树脂要稍小,它总在树脂层的上面,这样没法将运行中的破碎树脂反洗出去,甚至截留的悬浮物也没有用树脂作压脂层反洗的干净。
3、对流再生的操作步骤
树脂对流再生的操作步骤分为小反洗、再生、置换、小正洗、大正洗、运行、大反洗七步。其中,大反洗不是每周期都进行,而是当压差升高到一定值(超过0.15MPa),或连续运行1-2个月进行一次,除小反洗和小正洗外,各步骤的目的,与顺流再生一样。
3.1、小反洗:就是将中排以上的压脂层进行反洗。由于床体运行一个周期所截留的悬浮物大部分都在压脂层中,因此,只要将它清洗干净而无需进行大反洗,就能起到降低压差的作用。另外,对树脂进行大反洗,彻底打乱了失效时的层态分布,将保护层中的树脂失效率大幅提高,所以大反洗后的再生剂用量是平常的1.5-2倍。
3.2、小正洗:就是对压脂层进行清洗,由进水管进水,中排管出水。因为置换的时间有限(一般在60min以内),往往置换结束,树脂中还残存较多的再生液,包括压脂层中。为了使在随后的正洗时压脂层中的再生液不至于回流树脂中,进行的小正洗就起到了这种作用。一般10-15min就能将压脂层清洗干净,大大降低总的正洗时间。
4、四种对流再生方法的工艺条件和特点
再生方法
主要工艺条件
优点
缺点
无压法
再生流速3-5m/h,置换流速3-5m/h ,小正洗10-15m/h
系统简单,操作方便,自用水耗低
对压脂层和再生流速要求极严格
水顶压法
顶压水压0.05Mpa,顶压水流量为再生水流量的1-1.3倍
不易乱层,再生成功率高
自用水耗高,稳压要求高
气顶压法
再生流速4-5m/h,空气流量0.2-0.3m3/m2.min,置换相同。
水耗低,再生成功率高
易发生油污染,对供气设备的除油要求高
低流速法
再生流速<2m/h
设备简单,操作方便,自用水耗低
再生时间太长,流速不易控制
5、对流再生的操作步骤和工艺参数
操作步骤
目的
项目
阳床
阴床
注意事项
小反洗
松动压脂层,清除截留物
水质
本级进水
本级进水
每周期一次
流速m/h
10-15
5-10
时间min
15-20
10-15
终点
出水澄清
出水澄清
再生
恢复树脂的交换容量
再生剂
HCl
H2SO4
NaOH
  
用量g/mol
50-55
(分步再生,见后续的详细介绍)
55-65
浓度%
3-4
2.5-3.5
流速m/h
3-4
30-40
常温
3-4
时间min
30-40
温度℃
20-30
置换
充分利用再生剂
水质
除盐水
除盐水
确保流速与再生时相同
时间min
30
60
流速m/h
3-4
3-4
终点
酸度≤5mmol/l
碱度≤10mmol/l
小正洗
清除压脂层内的废液
水质
本级进水
本级进水
  
流速
15-20
15-20
时间
10-15
10-15
终点PH
基本呈中性
基本呈中性
正洗
除去残留再生剂和洗脱下来的反离子
水质
本级进水
本级进水
正洗终点指标可由各用户自定
时间min
10-30
约20-30
流速m/h
15-25
15-25
终点
Na+≤300ug/l
电导率<10us/cm
sio2<100mg/l
运行
工作制水
流速m/h
15-25
15-25
失效终点标准,用户可自定
终点
Na+≥300ug/l
电导率≥
10us/cm
sio2≥100mg/l
大反洗
较彻底清除截留物和碎树脂,松动树脂层
水质
本级进水
本级进水或纯水
10-20周期一次或压差超0.15MPa
时间min
20-30
15-20
流速m/h
10-15
8-10
终点
出水澄清
出水澄清
四、单室浮动床
单室浮动床就是运行时水流方向是自下而上,再生时,再生液自上而下的一种运行方式。与逆流再生的正好相反,是对流再生的另一种形式。
单室浮动床工艺有树脂充满和不充满两种情况。充满的也就是所谓的满室床(再生后的形态下树脂充满整个室),运行时基本无法浮动。满室床在运行初期和中期时,树脂层都不会乱层,出水水质优良,偶然停运,对水质、水量均影响不大。但在运行的后期,随着树脂的失效度的提高,树脂的体积有所收缩,底部会出现一定的水垫层,加之后期的树脂保护层已经很薄,故不能停运,否则将使整个床体提前失效。
不充满浮动床有一定的反洗空间,可以进行反洗(由于有水帽的阻挡,其实这种反洗效果并不好,只能称之为树脂的松动)。因为有这一空间的存在,运行中将出现部分树脂的浮动现象。树脂浮动的多少,取决于空间的大小和成床的流速。经验表明,至少有50%的树脂呈压实状态,才能保证出水的质量。并且成床后不能停运,否则将出现严重的乱层,而使树脂提前失效。
1、单室浮动床的优点:
1.1、由于是自上而下的再生方式,故不会出现乱层现象,再生操作简单。而且无易于损坏的中排装置,提高了运行的可靠性;
1.2、运行时的水流方向和重力方向向反,树脂的压实程度比向下流的运行方式要小很多,故水流阻力较小;
1.3、由于树脂装填的较满,空间利用率较高,可达90%以上,远高于顺流和逆流再生设备的60%的空间利用率;
1.4、由于不能经常反洗,及床内的水垫层较小,所以自用水耗很低,仅5%左右。
1.5、设备出力大。由于运行的压差较小,其运行流速可达40m/h,远高于其他床型的单室床。
2、单室浮动床的缺点:
2.1、因无反洗空间或反洗空间太小,一般都要设额外的体外清洗罐,增加了投资和体外反洗的复杂性;
2.2、中后期不能停运,要求连续运行,否则影响水质和周期制水量;
2.3、由于不能床内反洗,因此对进水的浊度要求严格,应小于2mg/l;
2.4、由于床体内的细碎树脂集中在出水处,容易从水帽缝隙流失,阳树脂到阴树脂里,会使阴床的电导率上升,阴树脂带入热力系统,会造成设备的腐蚀。为此,在浮动床的出水管道上必须安装树脂捕捉器。
3、单室浮动床的运行、再生参数
浮动床的运行过程分以下几步:制水、落床、再生、置换、成床、正洗、运行步骤,各参数见下表:
项目
强阳浮动床
强阴浮动床
运行
流速m/h
20-40
20-40
终点
Na+≥300ug/l
硅≥100ug/l
电导率≥5us/cm
落床
  
停运后自然沉降
再生
再生剂
HCl
H2SO4
NaOH
再生剂用量g/mol
40-50
硫酸再生见后面详细说明
55-65
流速m/h
3-5
3-5
浓度%
2-3
2-3
置换
流速m/h
3-5
3-5
时间min
30
60
终点
酸度<10mmol/l
碱度<10mmol/l
成床
流速m/h
20-30
20-30
正洗
流速m/h
20-40
20-40
时间min
15-20
15-20
终点
Na+≤300ug/l
硅≤100ug/l
电导率≤5us/cm
说明:浮动床进行体外清洗后,应倍量进行再生。
五、有关单室床的相关计算(适用上述三种床型):
1、工作交换容量
1.1、阳树脂工交计算公式如下:
Qa=(A+S)V/ VR(5-1)
式中:Qa:阳树脂的工作交换容量,mol/m3;
A: 阳床平均进水碱度,mmol/l;
S:阳床平均出水酸度,mmol/l;
V:周期制水总量,m3;
VR:床内树脂体积(逆流再生则不含压脂层体积),m3;
1.2、阴树脂的工交计算公式如下:
Qk=(S+〔CO2〕+〔SiO2〕)V/ VR(5-2)
式中:Qk:阴树脂工作交换容量,
〔CO2〕:阴床进水平均CO2浓度,mmol/l;
〔SiO2〕:阴床进水平均SiO2浓度,mmol/l;
S、V、 VR同上式(5-1);
2、酸、碱耗
2.1、酸耗的计算公式如下:
Kac=Mac/(A+S)V(5-3)
式中:Kac:酸耗,g/mol;
Mac:按纯酸计再生用酸量,g;
S、A、 V同上式(5-1);
2.2、碱耗的计算公式如下:
Kal= Mal/(S+〔CO2〕+〔SiO2〕)V(5-4)
式中:Kal:碱耗,g/mol;
Mal: 按纯碱计再生用碱量,g;
S、〔CO2〕、〔SiO2〕、V同(5-1)、(5-2)含义;
3、再生剂用量的计算:
M=Qg×VR×k/1000a
式中:M:再生剂的用量(工业用酸碱),Kg;
Qg : 树脂工作交换容量,mmol/l;
VR:床内树脂体积(逆流再生则不含压脂层体积),m3;
K:再生剂实际耗量(指酸耗或碱耗),g/mol;
a:工业用酸或碱的含量,%;
4、自用水耗的计算:
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(包括置换用水),m3;
V3:正洗用水,m3;
V:周期总制水量,m3;六、双层床
双层床是在同一交换器内装有强、弱两种树脂的联合应用工艺的固定床离子交换器。一般是上层为弱型树脂,下层是与之相对应的强型树脂。利用两种树脂的湿真密度差和不同的粒径大小,通过反洗使两种树脂自然分层。装有强酸树脂和弱酸树脂的双层床称之为阳双层床;装有强碱树脂和弱碱树脂的双层床称之为阴双层床;运行时,水由上而下流经整个树脂层;再生时,再生液则由下而上逆流再生;双层床离子交换器的结构与逆流再生固定床相同,运行的步骤也相同。
1、双层床的优点:出水水质好,再生剂用量低,周期制水量大,树脂的平均工交高;由于采用了弱碱树脂,对防止有机物对强碱树脂的污染有一定的优势。
2、双层床的缺点:随着树脂使用时间的增加,以及受有机物、硅的污染,树脂的比重会发生改变,使强弱树脂的分层效果变差,强弱树脂互相混杂,影响交换能力。试验结果表明,对于阳双层床,当混脂层的树脂量达25%时,平均工交将下降5-10%。阴双层床的混脂达30%时,对工交也将有明显的影响。另外,由于弱型树脂的粒度较细,运行的压差较大。由于双层床是逆流再生,其再生的流速不宜太大,故应防止胶体硅在阴双层床的沉积。因为运行时,强碱树脂吸着了大量的硅酸,再生时,由于碱液首先接触这一层树脂,致使废碱液中含有大量硅的化合物。当这种废液接触弱碱阴树脂时,废液中OH-迅速被弱碱树脂所吸附的酸中和,使废液的PH值可能马上下降到8以下,使硅酸的溶解度降低,从而形成部分的胶体硅沉积于树脂层中,污染阴弱碱树脂,并使后面的正洗时间延长,周期制水量减少。
3、双层床的适应范围:阳双层床适应于碳酸盐硬度较高的水质,阴双层床适应于强酸阴离子含量较高的水质。一般经验认为,弱型树脂的高度至少应为强弱树脂总高度的40%以上双层床才有设计的价值。双层床对原水的水质变化适应性差。因为床体中的强弱树脂比是固定的,当水质变动时,它不能自动适应。因此所用水源的水质必须稳定。
4、双层床常见故障:
4.1、周期制水量减少:原水的水质成分发生了改变,分析原水水质,了解成分的变化。水质轻微的变化,可以在树脂总高度不变的情况通过适当改变树脂的强弱比例起到增加周期制水量的目的。
4.2、正洗时间长:弱碱树脂出现硅污染,对树脂进行适当复苏。
5、双层床的操作和工艺参数
  
操作步骤
目的
项目
阳双层床
阴双层床
注意事项
反洗
松动压脂层,清除截留物
水质
原水
阳床出水
每周期一次,关键步骤
  
反洗膨胀率%
80-100
80-100
时间min
20-30
20-30
终点
树脂分层明显
树脂分层明显
再生
恢复树脂的交换容量
再生剂
HCl
NaOH
防止树脂乱层
用量g/mol
50-55
60
浓度%
3-4
2.5-3.5
流速m/h
3-4
3-4
时间min
30-40
30-40
温度℃
常温
20-30
置换
充分利用再生剂
水质
除盐水
除盐水
  
时间min
30
60
流速m/h
3-4
3-4
终点
酸度≤5mmol/l
碱度≤10mmol/l
正洗
除去残留再生剂和洗脱下来的反离子
水质
本级进水
本级进水
正洗终点指标可由各用户自定
时间min
10-30
约20-30
流速m/h
15-25
15-25
终点
Na≤300ug/l
电导率<10us/cm,
sio2<100ug/l
运行
工作制水
流速m/h
15-25
15-25
失效终点标准,用户可自定
终点
Na+≥300ug/l
电导率≥
10us/cm,
sio2≥100ug/l
七、双室固定床
双室固定床也叫双室床。它是在双层床的基础上改进的一种床型。为避免双层床的强弱树脂分层不清情况,在强弱树脂之间装一块双向水帽的多空板,将交换器分割为上、下两室,故称双室床。弱型树脂在上室,强型树脂在下室,并且采用同双层床一样的向下流运行和向上流再生的工艺方式。为防止下室强型树脂的少量细碎颗粒对水帽缝隙的堵塞,在下室强型树脂和水帽间都装填25-30cm的惰性树脂,并且惰性树脂还能起到强型树脂因转型时的体积胀缩时的空间缓冲作用,有利于树脂的再生效果。下室一般在再生后都被强型树脂和惰性树脂所填满,否则,再生时会出现强型树脂的乱层情况,从而影响出水水质。上室的弱型树脂再生时的乱层对其运行效果影响不大。
1、双室固定床的优点:由于两种树脂完全被分开,因而对树脂的真密度和粒径无特殊的要求。由于不用担心强、弱树脂的混杂,因此反洗操作比较简单放心。运行时截留的悬浮物主要被弱型树脂所截留,每次再生前可以通过反洗清除干净。
2、双室固定床的缺点:由于下室中的树脂是装填满的,所以,强型树脂是不能进行体内反洗的,必须另设体外清洗罐定期进行体外清洗。还有强型树脂失效时会出现一定高度的水垫层,因此再生时稍不注意,会出现乱层现象,影响出水水质,甚至再生失败。
3、双室固定床适应的水质的条件:由于属于强弱联合工艺,所以双室床的适应条件相似于双层床。
4、双室固定床的操作工艺参数:
项目
阳双室固定床
阴双室固定床
运行
流速m/h
15-25
15-25
终点
Na+≥300ug/l
SiO2≥100ug/l
电导率≥5us/cm
反洗
流速m/h
5-10(主要反洗弱酸树脂)
10-15(主要反洗弱碱树脂)
时间min
15-20
15-20
终点
出水澄清
出水澄清
再生
再生剂
HCl
H2SO4
NaOH
再生剂用量g/mol
50-55
硫酸再生见后面详细说明
60-65
流速m/h
3-5
3-5
浓度%
2-3
2-3
置换
流速m/h
3-5
3-5
时间min
30
60
终点
酸度<10mmol/l
碱度<10mmol/l
正洗
流速m/h
20-40
20-40
时间min
15-20
15-20
终点
Na+≤300ug/l
SiO2≤100ug/l
电导率≤5us/cm
5、双室固定床常见的故障:
5.1、再生不合格:这是双室床最常见的问题。主要是因为下室的树脂高度装填不合适所致!双室床的下室装填的是强型树脂,其量装填的太多,会因为没有再生时的转型膨胀空间使树脂破碎,甚至胀坏水帽或多孔板;装填的量太少,又会因失效时的水垫层太高,致使再生时树脂乱层,影响出水水质,甚至使再生失败。
5.2、设备上的故障:双室床的制作要特别注意,尤其是各视镜的位置要非常的合理,人孔的设置要适宜。否则,这些缺陷都将会给再生和运行带来影响。在河南某电厂,就出现过因为双室床的制作问题,导致运行出现麻烦:下室视镜的正确位置应在惰性树脂和树脂的交界处,这样可以看清树脂的真实装填高度,可以随时作出调整。但该厂的下室视镜的位置却远离此位置60cm,导致无法判断树脂的准确高度,给装填带来极大的麻烦。该厂阳双室床调试期间始终出不了合格水,后来查找出是因为视镜的问题看不清树脂的高度使装填量偏少,再生时强型树脂总是乱层所致。
还有设计上的问题,我们在东北某电厂就发现双室床的下室强酸树脂的高度与下室空间极不匹配,居然树脂层面上有树脂高度100%的水垫层空间,致使每次再生没法控制树脂的乱层问题,反复再生都没法制出合格水,后来只有被迫将下室填满树脂,才制出了合格的水质,但完全背离了原水水质的设计理念。
八、双室浮动床
双室浮动床是在床体内的中部,同样装有一块双面水帽的多孔板,将床体分成上下两室。与双室固定床不同的是,上室是强型树脂,下室是弱型树脂。再生和运行时的液体流向相反。双室固定床的上室是能进行体内反洗的,而双室浮动床的上室是不能进行体内反洗的,上、下室的树脂必须都要进行体外清洗。双室浮动床的运行和再生操作与单室浮动床的方法步骤相同。
1、双室浮动床的优点:该床是目前所有床型中相对出力最大、周期制水量最多、出水质量最好的一种制水设备。因是强弱联合应用工艺,所以再生比耗低,再生废液排放量少,自用水耗低。
2、双室浮动床的缺点:由于上下室的树脂基本是满的,因此不能进行体内的清洗,必须设体外清洗罐,而且对进水的浊度要求也较严。中后期要求连续运行,不能停运,出水管道上必须安装树脂捕捉器。
3、双室浮动床的操作工艺参数见下表:
项目
阳双室浮动床
阴双室浮动床
运行
流速m/h
20-40
20-40
终点
Na+≥300ug/l
SiO2≥100ug/l
电导率≥5us/cm
再生
再生剂
HCl
H2SO4
NaOH
再生剂用量g/mol
50-55
硫酸再生见后面详细说明
60-65
流速m/h
3-5
3-5
浓度%
2-3
2-3
置换
流速m/h
3-5
3-5
时间min
30
60
终点
酸度<10mmol/l
碱度<10mmol/l
成床
流速m/h
20-30
20-30
  
  
正洗
流速m/h
20-40
20-40
时间min
15-20
15-20
终点
Na+≤300ug/l
SiO2≤100ug/l
电导率≤5us/cm
4、强、弱联合应用的工艺要求和特点
上述三种床型属于最常用的强、弱树脂联合应用工艺。它们除了操作上的区别外,其强、弱树脂的配比原则、对水质的适应要求都完全相同。现简要介绍如下:
1、适应水质:因为弱型树脂的价格相对于强型树脂要高很多,投资较大。所以不是特定的水质,一般不随便采用,并且不是任何水质都适应弱型树脂的使用,只有与之相适宜的水质,才能发挥出其优良的特性。
1.1、强、弱型阳树脂联合工艺适宜的水质条件为:由于弱酸树脂整个运行周期中,基本只对水中的重碳酸盐硬度具有交换的能力,因此,第一,碳酸盐硬度要大于2mmol/l以上;第二,原水硬、碱度比为1.0-1.5之间较有使用弱酸树脂的价值;否则不能发挥弱酸树脂的高交换容量特点。
1.2、强、弱型阴树脂联合工艺适宜的水质条件是:进水的强酸阴离子的含量大于2mmol/l,或者原水中的有机物含量较高。因为弱碱树脂在整个运行周期中基本只对水中的强酸阴离子进行交换,所以,太低的强酸阴离子含量,就没有使用弱碱树脂的必要。由于弱碱树脂在强碱树脂前,因此对防止有机物对强碱树脂的污染有一定的作用。
2、联合应用中强、弱树脂的配比:
在实际的应用中,联合工艺的最佳状态是强、弱树脂能基本同时失效,使各自的交换容量能充分发挥。因此,强弱树脂的应保持合适的比例。两种树脂的比例可根据各自交换的离子量和工交来进行计算。
2.1、强弱阳树脂的体积比:
V=Qw×Vw/(Ht-a)=Qs×Vs/(∑K-Ht+a)
Vw/Vs=Qs(Ht-a)/Qw(∑K -Ht+a)
式中:V — 周期制水量,m3;
Qw、Qs—弱酸和强酸树脂的工交;
Vw、Vs—弱酸和强酸树脂的体积,m3;
∑K—原水阳离子的总量,mmol/l;
Ht—原水碳酸盐硬度,mmol/l;
a—弱酸树脂平均碳酸盐硬度的泄漏量,mmol/l,其值可按下表选取:
原水水质
硬碱比
1.0-1.4
1.5-2.0
Ht(mmol/l)
<2
>2
<3
>3
a值(mmol/l)
0.15-0.2
0.2-0.3
0.1-0.2
0.3-0.4
2.2、强、弱型阴树脂的体积比
Vw′/Vs′= Qs′(Cf-b)/Qw′(Cr +b)
式中:Vw′、Vs′—强弱碱阴树脂的体积,m3;
Qs′、Qw′—强弱碱阴树脂的工作交换容量,mol/m3;
Cf—水中强酸阴离子的含量,mmol/l;
Cr—水中弱酸阴离子的含量,mmol/l;
b—弱碱树脂平均酸度泄漏量,mmol/l,
(此值一般取得0.1-0.2mmol/l较为适宜);
2.3、联合应用工艺中的阴、阳树脂工交的大致选值(工业酸碱):
树脂型号
D113
001×7
D301
201×7
工交值mmol/l
1500-1800
800-1000
800-1000
300-400
九、混床
混床是将两种树脂按一定比例装入同一个交换器中,并且在混合状态下同时进行运行交换的床体。试验表明,只有强酸、强碱型的树脂组成的混床出水水质相对较好。
1、混床的作用:一级除盐水往往不能满足高压以上的锅炉补给水的质量要求,必须对一级除盐水做进一步的处理。混床的出水电导率可达0.2us/cm以下,SiO2可以小于20ug/l,pH值在6.5-7.5之间。混床可以确保一级除盐在监督不及时出现水质的瞬间变坏情况下的正常供水。
2、混床的除盐原理:
由于阴、阳树脂是相互混合在一起,相当于众多的阴、阳床排列在一起运行,并且阴、阳离子的交换是同时进行的,据推算,一台混床约包含1000-2000组的一级复床。它与一级复床不同,一级复床除盐的阳床出水都是将原水中的盐,交换为相应的酸,而酸电离出的H+离子会影响与水中的阳离子的交换,并且还对树脂上残留的RNa型离子进行交换,使出水中含有一定的Na+。泄漏的Na+经过阴床后又会使出水含NaOH,同样电离出的OH+离子又对阴树脂再生残留的HSiO3型树脂进行再生,从而使阴床的出水总含有一定的SiO2。而混床则不一样,阳床置换出的H+离子和阴床置换出的OH-离子迅速发生中和反应,使反应进行的非常完全,故出水水质很好。反应式如下:
RH+ROH+NaCl→RNa+RCl+H2O
3、混床树脂的选用和配比:
在选用混床树脂时,既要考虑失效后的树脂分层,又要考虑到再生后的树脂混合。容易分层的树脂,不易混合;容易混合的树脂,往往又不好分层;因此,在树脂选型时,要综合考虑两方面的因素,不能片面追求某一个方面。目前,有各种行业的混床树脂要求标准。
对于锅炉补给水处理混床,通常采用的阴、阳树脂体积比均为2:1。即阳为0.5米,阴为1.0米;但是,对于直径≥2.5米的混床,为减少死角,树脂的比例建议阴为1.2米,阳为0.6米较为适宜。
混床一般采用的是凝胶型的树脂,但是随着使用年限的增加,凝胶型树脂的色差越来越接近,分层面不易看清。建议采用大孔型的混床专用树脂,其阴为白色,阳为灰褐色,分层面清楚,利于操作。加上大孔型树脂的强度远好于凝胶型树脂,其破碎球很少,运行的压差也较小。
4、混床的操作步骤:(自失效时开始)
4.1、反洗分层:先以约10-15m/h的流速将树脂松动分层,控制100%的反洗膨胀率,直到反洗出水清澈、并且树脂分层面明显止;让树脂自然沉降稳定;
4.2、预喷射:开启碱、酸阀,以约3-4m/h的流速进行预喷射(碱流量应稍微大于酸流量,以防乱层!),观察树脂层、流量正常后,方可进再生液。
4.3、进酸碱:开启碱、酸阀,并控制碱浓度在3.0-4.0%之间,酸浓度在3.0-4.0%之间;
4.4、置换:通完碱、酸后,只需关闭酸、碱阀,继续以同样的流量对树脂进行置换,直到中排的出水电导率≤20us/cm止;
4.5、排水:将水位降到距树脂层面约20cm的地方,准备混脂;
4.6、混脂:通入约0.2-0.3Mpa的压缩空气,时间约2分钟(具体看视镜的混脂效果)。
4.7、正洗:快速关闭气阀,迅速打开正洗阀,让树脂快速落床稳定,以防再次分层!约30秒后,开启进水阀,关闭正洗阀,将床体充满水,进行大正洗,直到正洗出水合格后,投入运行。
说明:混床再生分同步和分步法再生两种。上面是同步法的再生步骤。分步再生法耗时又耗水,基本用的很少,这里就不介绍了。
5、混床常见的故障见下表:
序号
现象
产生原因
处理方法
1
混床出水电导率、二氧化硅不合格
a,一级除盐水不合格,影响混床出水;
a,重新再生,并控制一级除盐水质量;
b,分层不好,影响再生效果;
b,按规程重新分层再生;
c,阀门不严,相互串漏;
c,检查各阀门情况;
d,树脂被污染;
d,复苏树脂或更换;
e,气压、气量不足,混脂不好;
e,确保气压、气量,重新混脂;
2
出水PH值偏低
a,混床树脂被有机物污染;
a,复苏或更换树脂;
3
阴、阳树脂反洗分层不明显
a,反洗操作不当;
a,重新按规程操作;
b,阴、阳树脂粒度、比重不符合规范;
b,更换树脂;
c,树脂未失效,比重差小;
c,碱泡、淋洗后重新反洗分层;
d,树脂被污染,比重发
生变化;
d,缺点污染源,复苏或更换;
除了上表使用中常见的问题外,还有如下两种情况需重点说明一下,因为它们都是在正常使用前发生的问题:
5.1、混床树脂的装填高度:阴、阳树脂的装填高度不恰当是混床出水不合格的最常见的问题之一。由于混床内的中排位置在阴、阳树脂的分层处,所以如何准确将阳树脂的高度控制在中排的位置,尤其重要。一般新床的调试都会出现偏差,原因是所供新的强酸树脂按标准是Na型,当转成H型时,有约10%的膨胀率,而设计提供的树脂高度都是指再生态的高度。另外,经过酸、碱预处理,树脂有一个不可逆的膨胀过程,也会使树脂的体积增大,两种膨胀致使阳树脂超过中排的高度,造成再生时阳树脂受碱液污染,从而影响出水水质。因此根据经验,混床树脂装填时,要适当少装填阳树脂,一般凝胶型的阳树脂少装11%左右,大孔型的阳树脂少装7%左右较为适宜;混床阴树脂同样存在同样的问题,由于它在阳树脂的上面,只要阳树脂装填合适,它也就不会出现交叉污染。但是,它的树脂层面也要控制恰当,不要超过中视镜的中部。以方便观察操作现象。
5.2、混床设备制作上的缺陷:
5.2.1、视镜设置:现场发现多个用户的设备故障有视镜的位置设置不准,与中排的高度不相匹配。我们在重庆某电厂就发现混床下视镜的高度居然完全在中排的下方,结果,根本看不到树脂的分层面和分层情况,给操作带来很大的麻烦。因此,建议用户在设备的正式制作前,一定要严把图纸的审查关,否则,一旦设备定型,将无法更改。
5.2.2、混床反洗空间的预留:我们知道,树脂分层的好坏,直接决定再生的成功与否;而分层的好坏,则又由反洗膨胀空间的大小来决定。那么,膨胀空间的大小到底多少为合适呢?目前的设计手册对混床的要求也模糊不清,没有一个明确的标准。但在行业上对混床的反洗空间都有约定俗成的要求,即混床的反洗预留空间在100-150%之间,不可低于100%!四川某单位的混床树脂反洗展开空间70%,结果由于展开率不够,凹陷在下视镜的树脂不能搅动,看不清树脂的分层面,给操作带来很大的麻烦和不便。
6、水中的有机物对混床出水水质的影响
有机物对混床造成的影响,主要表现为混床的出水电导率升高,PH值下降(<7);水中有机物的含量会影响混床的出水纯度。比如在25℃时,要使混床的出水电导率<0.1us/cm时,只有在混床的进水中不含有机物时才能达到。而有机物的来源主要是由于一级复床的强碱阴树脂被有机物污染后,泄露较多的有机物进入混床,然后再从混床中释放出所致。
混床出水中COD和电导率之间的关系
COD(高锰酸钾法)(mg/l)
0.6
0.34
0.24
0.12
0.08
电导率(25℃)(us/cm)
0.3
0.27
0.24
0.17
0.16
因此,当混床的电导率偏高、PH值偏低时,在排除其他人为因素后,要注意混床树脂进、出口的有机物量。
7、阳床树脂被氧化后对混床出水水质的影响
当一级除盐的阳床受到水中的氧化物氧化后,其骨架链将断裂,并释放出磺酸类有机酸类物质,这些物质成酸性,并且阴床树脂很难将其截留,而从混床流出,由于混床的电导率较低,当有这些物质溶于水中时,马上表现出混床的PH值偏低,电导率升高的现象。因此,要严格控制阳床进水中氧化物含量,防止阳树脂被氧化。
8、混床树脂的运行周期
补给水处理上的二级除盐系统中的混床树脂,根据一般的经验统计,其运行时间约在10-30天之间,当进水的电导率≤10us/cm、SiO2≤100ug/l时,其树脂的周期制水容量大致为10000-15000m3/m3.R之间。用户可根据装填的树脂量来推算混床的制水时间。
上述的七种床型,是目前水处理上用的较多的离子交换器。除此以外,还有诸如变径床、移动床、提升床、双流床等,由于用户不多和实用价值不大,这里不作介绍。
十、硫酸在阳床上的再生方法
阳床用硫酸作为再生剂时,只适用于酸液向下流的对流再生床或顺流再生固定床,不适宜向上流的对流再生床。这是因为向上流的对流再生方式的再生流速都较慢,这样的流速,会使再生废液中CaSO4在未流出体外时,就在床体中析出沉淀,致使树脂受到污染,运行的阻力急剧上升,以致没法运行。所以硫酸作为再生剂时,应在工艺的选择上特别注意。我们就看到无压法逆流再生工艺设计以硫酸作为再生剂,其结果是,树脂被CaSO4沉淀物完全的污染,并且没法运行,树脂只好报废。
10.1、硫酸在顺流再生固定床上的再生方法:
10.1.1、首先对床体进行反洗,使集中在上层的R2Ca型树脂能较均匀的分布在整个床层中,减少析出CaSO4的概率;
10.1.2、用总酸量(再生剂用量可以取150g/mol估算)的50%配成约0.8%-1%的稀酸溶液,以约10m/h的流速进行第一步的再生,并且严密观察床体内的压差变化。当有CaSO4析出时,床体内的压差会马上增大,此时,应迅速降低浓度,提高流速,防止大量CaSO4析出。还有一种判断CaSO4析出的方法,就是用三角烧瓶取出口的废液,观察析出CaSO4的时间,若30秒内瓶中没有CaSO4沉淀物析出,则在床体内就不会有沉淀物析出。反之,则要当心床体内析出沉淀的可能。
10.1.3、将另外的50%余酸浓度提高到2-3%,流速降低到4-5m/h。
10.1.4、随后的置换、正洗同盐酸再生方法一样;
循环水弱酸处理的再生方法同上(再生剂用量可以取60g/mol估算)。
用一级除盐水作进水水源的混床用硫酸作为再生剂和盐酸的操作方法完全相同完,因为混床的进水中没有硬度,故再生时也不存在CaSO4的析出问题。
双室浮动床也可以用硫酸再生,只要按上述的操作方法控制好浓度和流速即可。
我要评论
  • 匿名发表
  • [添加到收藏夹]
  • 发表评论:(匿名发表无需登录,已登录用户可直接发表。) 登录状态:未登录
最新评论
所有评论[1]
  • 评论人:[LKLJUAQK] 时间: [2012/4/13 19:29:45] IP:[222.177.247.15*]
  • HAO
广告

甄长红  版权所有 

copyright 1991-2019 青果园电厂化学资料网 ( www.qgyhx.cn ) All rights reserved 陇ICP备09001450号

申请链接  广告服务  联系我们  关于我们  版权声明  在线留言

网站由中网提供技术支持