双室浮动床的运行原理及应用

第 l 2 卷第 3期 2 0 0 0年 9月 武钢职工大学学报 J o u r n a l o f Un i v e r s i t y f o r S t a f f a n d Wo r k e r s o f W I S GC O VoI 1 2 No 3 S e p t e mb e r 2 0 0 0 双室浮动床的运行原理及应用 肖 琳 闻朝中 ( 1 武汉钢铁设计研究院， 湖北 武汉4 3 0 0 8 0 ； 2 武钢职工大学， 湖北 武汉4 3 0 0 8 0 ) 摘要本文简述了近二十年来除盐技术的发展。 结合双室浮动床的应用实例， 详细阐述了其 工作运行原理 ， 还分析提 出了其运用的技 术特点 。 关键 字 水处理 ； 除盐技术 ； 双 室浮动床 七十年代以来， 我国水处理领域离子交换除盐技术已应用得十分普遍， 特别是逆流再生技术以其优良的 产水水质， 较低的再生剂比耗， 深受广大水处理工作者欢迎。七十年代中期为解决地表水有机物对苯乙烯系 凝胶型强碱阴树脂的污染， 满足中高等含盐量对工作交换容量的要求， 在逆流再生的基础上又发明了双层床 除盐工艺。 进一步降低再生剂比耗， 减轻酸碱再生废液对环境的污染。 进入八十年代以来为解决双层床尤 其是阴双层床难以用常规的水力反洗办法解决树脂分层问题 ， 以及再生过程中因弱型树脂体积收缩而产生 “ 水垫层” 导致“ 乱层” 现象等， 又发现了双室床工艺及双室浮动床除盐工艺。双室浮动床与固定床的区别为： 将单台设备中间加上了隔室。 这种隔室通常采用多孔板加水帽型式， 它只允许液体通过， 而阻止强、 弱树脂相 混， 以达到分层的目的。床层运行时呈向上浮动压实状态。在江苏通州电厂水处理工程设计中， 我们采用了 双室浮动床工艺。取得了良好的效果。 l 双室浮动床的工作过程和原理 双室浮动床离子交换器， 从再生方式看， 属于逆流再生固定床的一种 ， 它也是近年来创造的一种固定床 离子交换设备新工艺。双室浮动床 的工作过程分向上流制水和向下流 再生 。 1 1 向上流制水 的原理 双室浮动床的工作过程是制水 和再生两种工况交替循环的过程。 由于床层工况的不同， 可分为两种 型式： 在制水状态时， 床层处于密实 浮动状态， 称为运行式浮动床； 在再 生状态时， 床层处于密实状态， 称为 再生式浮动床。我们设计的该电厂 运 行 状态 化水处理采用的是运行式浮动床， 卜 一 离子交换器2 一上部分配装置3 一白球4 一强酸( 碱) 树脂层 其工作示：意图见图( 1 ) 。 5 一 中 间隔 室分 配 装 置 6 一弱 酸( 碱) 树 脂 层 7 一 下 部 分配 装 置 在运行状态时， 入口水 由交换 圈1运 行式 浮 动 床 工 作、 再 生示 意 圈 器底部进入浮动床， 经底层下部分配装置配匀后， 进入下层床层； 再经中间层分配装置配匀后， 进入上层床 来稿日期： 2 O O O O 6 2 4 维普资讯 4 0 武钢职工大学学报 层， 利用水流的动能， 滤水帽特有的水力特 性， 使上下层交换剂以密实状态向上浮动( 称 为成床) 。水流 自向上流过床层时， 原水中的 大部分阳离子被阳双室浮动床下室中的弱酸 阳树脂和上室中的强酸阳树脂去除， 其上室 浮动层部分树脂起到了防止阳离子穿透作 用。同样除碳水中的大部分阴离子被阴双室 浮动床下室中的弱碱阴树脂和上室中的强碱 阴树脂去除， 上室浮动层部分树脂起到了防 止阴离子穿透作用。 从而保证了出水水质。 其 运行终点离子状态示意图见图( 2 ) 。 处理好的水经上部分配装置引到体外。 当床层失效后停床， 利用出口水的反压或者 床层的重力使床层下落( 称为落床) 于是浮动 床由运行状态转入停运状态。 1 2 向下流再生的原理 为提高再生效果， 必须固定 树脂层。 双室浮动床再生时， 再生 液是从顶部向下流过树脂层， 故 再生效果比较有效。而且因再生 首先经过各室的白球层， 然后进 入树脂层， 使再生液得到均匀分 布。全部新鲜再生液于设备顶部 的上室浮动层树脂接触， 这样上 室浮动层的树脂得到了充分再 生， 保证了出水水质。 度 l 阳床 ( a ) I I C Oi - S l O,- S O C l 触 阴摩 ( b 1 一强酸( 碱) 树脂层 2 一弱酸( 碱) 树脂层 圈 2 双室浮动床运行终点离子状态示意圈 l 离 子 浓 度 I膏 子 浓 度 - _ -。-_ _- 一 ( 8 ) ( b ) l 一强酸( 碱) 埘脂层 2 一弱酸( 碱) 树脂层 圈 3 双室浮动床再生终点离子状态示意圈 阴双室浮动床下室的弱酸阳树脂的再生是用上室强酸阳树脂后的废液来完成的。其再生后的离子层状 态示意图如图 3 ( a ) 。 同样， 阴双室浮动床下室的弱碱阴树脂的再生是用上室强碱阴树脂后的废液来完成的。 其再生后的离子层状态示意图如图 3 ( b ) 。 这种再生方式使再生液得到了充分的利用， 酸耗几乎接近理论值。 即仅为理论耗量的 1 O 5 1 O 7 倍。碱耗也只是理论耗量的 1 1 1 1 5 倍。 由于再生液由上而下流动， 废液容易排除， 树脂容易洗干净， 可节约清洗水量， 清洗水量仅占总水量的 6 左右。再生废液少， 对环境保护极为有利。 1 3 树脂 的反洗 只要制水运行压差不超过 0 O 3 O 0 5 MP a ， 双室浮动床内的树脂就不必反洗。树脂的反洗时间间隔应 尽量长， 但是， 随着运行周期不断增加， 破碎树脂和积累在树脂层中的污物使制水运行阻力不断增加， 当运行 压差超过规定值后， 必须把树脂送到体外反洗罐内进行反洗。 树脂反洗基本上用原水进行， 返回树脂用除盐水输送较好。由于体外反洗罐首先用压缩空气擦洗， 再用 清水反洗， 能较理想地清洗干净污染严重的树脂。 如发现树脂铁中毒， 用空气和水交错反复进行反洗， 也有一 定清洗效果。 几种不同的型号树脂的反洗， 分别在同一体外反洗罐内进行。只要认真按规定操作， 不同型号的树脂完 全可以避免混合。双室浮动床反洗只需要一个体外反洗罐， 这也是其特点之一。 1 4 双室浮动床的操作 双室浮动床有制水、 再生、 体外清洗等操作。其中再生又分静置、 进再生液、 置换、 清洗、 树脂循环等个步 骤。这些操作可程控或摇控进行， 也可手动操作。 、 维普资讯 肖琳、 闻朝中： 双室浮动床的运行原理及应用 4 1 2 双室浮动床的应用 江苏通州电厂水源为通吕运河河水， 其水质资料如表 1 。 襄1江 苏 通， II 电 厂 水 质 根据 S D1 6 3 -8 5标准， 本工程选用机、 炉的给 名 称 数字 单位 全固体 6 7 9 m g l P H值 7 4 5 溶解固体 6 2 5 8 m g l 悬浮固体 5 5 7 9 m g I 酚酞碱度 4 5 8 m m o l l 耗氯量( 铬法) 4 4 m g ( O z ) l 硬度 5 m m o l l Na + 7 7 0 7 mg l Ca + 4 - 3 O 1 2 mg l Mg 4 2 5 6 mg l K+ 1 8 7 mg l Cl 一 1 3 8 mg l S O7 4 1 4 mg l HCO3 2 7 9 3 8 mg l S i O 8 8 mg l 水、 炉水质量标准如表 2 和表 3 所示。 衰 2 蛤水标准 名 称 数量 单位 硬度 1 5 m o l l 溶解氯 1 5 g g l 铁 5 O g g l 铜 1 O f l g 1 二氯化硅 应保证蒸汽中二氯化硅符合标准 P H 8 5 9 2 2 5 ( _C) 油 9 2 5 ( ) 磷酸根 5 1 5 m g l 根据次高压机组对给水水质的要求， 以及给水、 炉水、 蒸汽质量标准， 锅炉过热蒸汽减温方式为混合式， 锅炉补给水率高达 5 4 。且原水水质中总阳离子含量为 8 8 3 5 m mo l I ， 总阴离子含量为 9 6 2 5 m mo | L ， 化 学水处理系统拟选用一级除盐加混床系统。 2 1 除盐系统出力 除盐系统出力的计算需首先确定厂内汽水循环损失、 锅炉排污损失和供热量其代数和为锅炉补给水量， 考虑一定余量后得出除盐系统出力。 ( 1 ) 厂内汽水循环损失： 正常损失： 2 2 5 X 4 一9 t h ； 机组启动或事故增加的损失： 7 5 1 O =7 5 t h ； ( 2 ) 锅炉排污损失 ： 3 X 7 5 2 一4 5 t h ； ( 3 ) 供热量( 无回水) ： 1 0 0 t h ； ( 4 ) 锅炉补给水量 ： 1 2 1 t h 考虑系统 自用水量后 ， 除盐系统正常出力为 1 4 0 t h 。 2 2 一级除盐加混床的水处理系统 为了保证网络供水量， 设备有较长的运行周期及合格的供水水质。阴、 阳离子交换器采用双室双层浮动 床并联运行。 系统流程为： 净水一过滤器一清水箱一清水泵一阳浮床一除二氧化碳器一中间水箱一中间水泵 一 阴浮床一混床一除盐水箱一除盐水泵一锅炉除氧器。 水处理再生操作方式为气动阀门远方程序控制， 各交换器亦能在床前通过集中控制箱就地操作。 阳离子交换器内的树脂强酸选用 0 0 1 x 7 ， 弱酸选用 D1 3 1 ， 采用盐酸再生， 阴离子交换器内的树脂强碱选 用 2 0 1 x 7 ， 弱碱选用 D3 5 4 。采用氢氧化钠再生。混床选用与阴、 阳床同型号强酸、 碱树脂及再生液。 3 双室浮动床运用的技术特点分析 双室浮动床适用于制水量大， 一次设备投资小 ， 所需占地面积小的水处理厂。 系统具有以下技术特点： 维普资讯 4 2 武钢职工大学学报 3 1 工作交换容量高。 双室浮动床再生时由于全部新鲜的再生液首先通过上部强酸( 碱) 树脂层， 使之得以彻底再生， 通过弱酸 ( 碱) 树脂层后的再生液又可以在弱酸( 碱) 树脂层中得以充分利用， 弱酸( 碱) 树脂的再生度可以达到 9 0 左 右。因此双层床可在平均再生比耗很低的条件下达到很高的平均工作交换容量。 由于进水中的强碱阳离子和强酸阴离子含量远大于弱碱阳离子和弱酸阴离子， 在运行中弱酸( 碱) 树脂 首先失效， 可以充分利用弱酸( 碱) 树脂的交换容量。弱酸树脂的工交可达 1 5 0 0克当量 米。 树脂以上。而弱 碱树脂的工交丁 达 9 5 0 克当量 米。 树脂以上。特别是在阴双室床中， 工交一般为单层床的 1 5 - 2 倍。其工 交升高的原因， 一是其再生比较彻底。二是水中易于初交换的强酸阴离子全部与弱碱阴树脂交换， 减少了强 碱树脂对难以被交换的 S i O 的取代影响。提高了再生度很高的O H一 型强碱树脂对硅的交换作用。 3 2 再生时没有乱层现象。 浮动床再生时再生液从浮床的上部进入， 下部排出。 这种逆流再生方式虽然和通常的逆常再生固定床一 样， 但是却不会出现乱层现象。固定床逆流再生流速控制不当或交换层顶压不好， 就会乱层。特别是交换剂 时体积收缩， 易使交换剂局部松动， 甚至出现“ 孔道” ， 这些很容易造成乱层和再生液偏流。 3 3 周期制水量 大。 双浮动床交换剂装量多， 故工作周期长， 水质变化适应性强， 其运行流速变化范围广， 为 7 6 0 m h 。 而逆流再 固定床运行流速为。2 0 3 0 m h 。故浮动床周期制水量提高 2 0 4 0 。降低了制水成本。 3 4 再生剂用量 省。 双室浮动床中的强酸、 弱酸树脂采用 H C I 再生， 双室阴浮床中的强碱、 弱碱树脂采用 N a O H再生。 并利 用再生后的强酸( 碱) 残余的H C L， N a O H酸( 碱) 液来再生弱酸( 碱) 树脂。 不仅可以保持工交在一定水平， 而 且可以减少再生剂的耗量， 提高再生剂利用率， 排放废液少， 减轻了对环境的污染。 浮动床再生剂利用率可达 8 o 9 0 。而逆流再生固定再生剂利用率为 7 0 8 0 。 3 5 本体设备结构简单。 浮动床与逆流再生固定床相比。 无需中间排液装置。 设备结构简单， 不易损坏。 省去了反洗操作过程。 对 于同体手 仃 的设备， 浮动床树脂的填装量为固定床的 1 5 倍左右， 故相应选用的设备体积小， 设备投资省。 3 6 自用水率低 。 由于浮动床再生剂排出废液浓度低， 过剩量少， 反洗次数少， 以及正洗容易洗净等原因。 系统的自用水率 低， 节约能源 浮动床的清洗水量占总水量的6 左右。 而逆流再生固定床的清洗水量占总水量的8 1 0 左右 。 综上所述， 双室浮动床具有出水质量好 ， 再生剂耗量低， 排放的废液少， 设备体积小， 出水调节量大， 操作 简单等优点 其有很好的使用效果， 值得推广应用。 参 考 文 献 1 西安冶金建筑学院编著 锅炉水处理及分析 科学出版社 i 9 8 0 2 3 许保玖主编 给水处理 中国建筑工业出版社 l 9 7 8 4 Op e r a t i o n P r i n c i p l e o f Do u b l e -c h a mb e r F l o a t i n g B e d a n d I t s Us e Xi a o Li n W e n Ch a o z h o n g Ab s t r a c t ： r h i s p a p e r b r i e f s t h e a c h i e v e me n t s e v e r ma d e i n d e s a l t i n g t e c h n i q u e，d e t a i