技术交流 / Technical Exchange

离子交换树脂在水处理行业上的应用（三）

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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
运行	工作制水	终点	Na+≥300ug/l	电导率≥ 10us/cm, sio₂≥100ug/l	失效终点标准，用户可自定

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�；褂星啃褪髦被岢鱿忠欢ǜ叨鹊乃娌�，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。