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            株洲湘中樹脂有限公司

            技術交流 / Technical Exchange

            離子交換樹脂在水處理行業上的應用(三)

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            五、有關單室床的相關計算(適用上述三種床型):
            1、工作交換容量
            1.1、陽樹脂工交計算公式如下:
            Qa=(A+S)V/ VR                           (5-1)
            式中:Qa:陽樹脂的工作交換容量,mol/m3;
                 A: 陽床平均進水堿度,mmol/l;
                 S:  陽床平均出水酸度,mmol/l;
                 V:  周期制水總量,m3;
            VR:床內樹脂體積(逆流再生則不含壓脂層體積),m3;
            1.2、陰樹脂的工交計算公式如下:
            Qk=(S+〔CO2〕+〔SiO2〕)V/ VR           (5-2)
            式中:Qk:陰樹脂工作交換容量,
               〔CO2〕:陰床進水平均CO2濃度,mmol/l;
               〔SiO2〕:陰床進水平均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(工業用酸堿),Kg;
                Qg : 樹脂工作交換容量,mmol/l;
            VR:床內樹脂體積(逆流再生則不含壓脂層體積),m3;
            K:再生劑實際耗量(指酸耗或堿耗),g/mol;
            a:工業用酸或堿的含量,%;
            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、弱兩種樹脂的聯合應用工藝的固定床離子交換器。一般是上層為弱型樹脂,下層是與之相對應的強型樹脂。利用兩種樹脂的濕真密度差和不同的粒徑大小,通過反洗使兩種樹脂自然分層。裝有強酸樹脂和弱酸樹脂的雙層床稱之為陽雙層床;裝有強堿樹脂和弱堿樹脂的雙層床稱之為陰雙層床;運行時,水由上而下流經整個樹脂層;再生時,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、雙層床的優點:出水水質好,再生劑用量低,周期制水量大,樹脂的平均工交高;由于采用了弱堿樹脂,對防止有機物對強堿樹脂的污染有一定的優勢。
            2、雙層床的缺點:隨著樹脂使用時間的增加,以及受有機物、硅的污染,樹脂的比重會發生改變,使強弱樹脂的分層效果變差,強弱樹脂互相混雜,影響交換能力。試驗結果表明,對于陽雙層床,當混脂層的樹脂量達25%時,平均工交將下降5-10%。陰雙層床的混脂達30%時,對工交也將有明顯的影響。另外,由于弱型樹脂的粒度較細,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,強堿樹脂吸著了大量的硅酸,再生時,由于堿液首先接觸這一層樹脂,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脂時,廢液中OH-迅速被弱堿樹脂所吸附的酸中和,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脂層中,污染陰弱堿樹脂,并使后面的正洗時間延長,周期制水量減少。
            3、雙層床的適應范圍:陽雙層床適應于碳酸鹽硬度較高的水質,陰雙層床適應于強酸陰離子含量較高的水質。一般經驗認為,弱型樹脂的高度至少應為強弱樹脂總高度的40%以上雙層床才有設計的價值。雙層床對原水的水質變化適應性差。因為床體中的強弱樹脂比是固定的,當水質變動時,它不能自動適應。因此所用水源的水質必須穩定。
            4、雙層床常見故障:
            4.1、周期制水量減少:原水的水質成分發生了改變,分析原水水質,了解成分的變化。水質輕微的變化,可以在樹脂總高度不變的情況通過適當改變樹脂的強弱比例起到增加周期制水量的目的。
            4.2、正洗時間長:弱堿樹脂出現硅污染,對樹脂進行適當復蘇。
            5、雙層床的操作和工藝參數

            操作步驟
            目的
            項目
            陽雙層床
            陰雙層床
            注意事項 
             
            反洗
            松動壓脂層,清除截留物
            水質
            原水
            陽床出水
            每周期一次,關鍵步驟
             
             
            反洗膨脹率%
            80-100
            80-100
             
            時間min
            20-30
            20-30
             
            終點
            樹脂分層明顯
            樹脂分層明顯
             
            再生
            恢復樹脂的交換容量
            再生劑
            HCl
            NaOH
            防止樹脂亂層
            用量g/mol
            50-55
            60
            濃度%
            3-4
            2.5-3.5
            流速m/h
            3-4
            3-4
            時間min
            30-40
            30-40
            溫度℃
            常溫
            20-30
            置換
            充分利用再生劑
            水質
            除鹽水
            除鹽水
             
            時間min
            30
            60
            流速m/h
            3-4
            3-4
            終點
            酸度≤5mmol/l
            堿度≤10mmol/l
            正洗
            除去殘留再生劑和洗脫下來的反離子
            水質
            本級進水
            本級進水
            正洗終點指標可由各用戶自定
            時間min
            10-30
            約20-30
            流速m/h
            15-25
            15-25
            終點
            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
            失效終點標準,用戶可自定
            終點
            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的一種床型。為避免雙層床的強弱樹脂分層不清情況,在強弱樹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,故稱雙室床。弱型樹脂在上室,強型樹脂在下室,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。為防止下室強型樹脂的少量細碎顆粒對水帽縫隙的堵塞,在下室強型樹脂和水帽間都裝填25-30cm的惰性樹脂,并且惰性樹脂還能起到強型樹脂因轉型時的體積脹縮時的空間緩沖作用,有利于樹脂的再生效果。下室一般在再生后都被強型樹脂和惰性樹脂所填滿,否則,再生時會出現強型樹脂的亂層情況,從而影響出水水質。上室的弱型樹脂再生時的亂層對其運行效果影響不大。
            1、雙室固定床的優點:由于兩種樹脂完全被分開,因而對樹脂的真密度和粒徑無特殊的要求。由于不用擔心強、弱樹脂的混雜,因此反洗操作比較簡單放心。運行時截留的懸浮物主要被弱型樹脂所截留,每次再生前可以通過反洗清除干凈。
            2、雙室固定床的缺點:由于下室中的樹脂是裝填滿的,所以,強型樹脂是不能進行體內反洗的,必須另設體外清洗罐定期進行體外清洗。還有強型樹脂失效時會出現一定高度的水墊層,因此再生時稍不注意,會出現亂層現象,影響出水水質,甚至再生失敗。
            3、雙室固定床適應的水質的條件:由于屬于強弱聯合工藝,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
            陽雙室固定床
            陰雙室固定床
            運行
            流速m/h
            15-25
            15-25
            終點
            Na+≥300ug/l
            SiO2≥100ug/l
            電導率≥5us/cm
            反洗
            流速m/h
            5-10(主要反洗弱酸樹脂)
            10-15(主要反洗弱堿樹脂)
            時間min
            15-20
            15-20
            終點
            出水澄清
            出水澄清
            再生
            再生劑
            HCl
            H2SO4
            NaOH
            再生劑用量g/mol
            50-55
            硫酸再生見后面詳細說明
            60-65
            流速m/h
            3-5
            3-5
            濃度%
            2-3
            2-3
            置換
            流速m/h
            3-5
            3-5
            時間min
            30
            60
            終點
            酸度<10mmol/l
            堿度<10mmol/l
            正洗
            流速m/h
            20-40
            20-40
            時間min
            15-20
            15-20
            終點
            Na+≤300ug/l
            SiO2≤100ug/l
            電導率≤5us/cm
            5、雙室固定床常見的故障:
            5.1、再生不合格:這是雙室床最常見的問題。主要是因為下室的樹脂高度裝填不合適所致!雙室床的下室裝填的是強型樹脂,其量裝填的太多,會因為沒有再生時的轉型膨脹空間使樹脂破碎,甚至脹壞水帽或多孔板;裝填的量太少,又會因失效時的水墊層太高,致使再生時樹脂亂層,影響出水水質,甚至使再生失敗。
            5.2、設備上的故障:雙室床的制作要特別注意,尤其是各視鏡的位置要非常的合理,人孔的設置要適宜。否則,這些缺陷都將會給再生和運行帶來影響。在河南某電廠,就出現過因為雙室床的制作問題,導致運行出現麻煩:下室視鏡的正確位置應在惰性樹脂和樹脂的交界處,這樣可以看清樹脂的真實裝填高度,可以隨時作出調整。但該廠的下室視鏡的位置卻遠離此位置60cm,導致無法判斷樹脂的準確高度,給裝填帶來極大的麻煩。該廠陽雙室床調試期間始終出不了合格水,后來查找出是因為視鏡的問題看不清樹脂的高度使裝填量偏少,再生時強型樹脂總是亂層所致。
            還有設計上的問題,我們在東北某電廠就發現雙室床的下室強酸樹脂的高度與下室空間極不匹配,居然樹脂層面上有樹脂高度100%的水墊層空間,致使每次再生沒法控制樹脂的亂層問題,反復再生都沒法制出合格水,后來只有被迫將下室填滿樹脂,才制出了合格的水質,但完全背離了原水水質的設計理念。

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