离子交换设备技术要求及基本构建

1、一、离子交换器水质要求为了防止树脂污染，进人离子交换器处理的原水水质应符合国家 环保水质检测标准。强碱阴树脂在运行中易被原水中的有机物和阳离 子交换树脂的氧化降解产物污染。有机物对强碱阴树脂污染程度与有 机物的含量及种类有关，也与水中有机物和总阴离子的比值有关。 耗氧量指标是27C, KMn04作氧化剂，氧化4h测得的O2值。 AV0.004,不用除有机物措施。A=0. 0040. 008,复床系统中采用大孔树脂。A=0. 0080. 001 5,用活性炭或C1型树脂预处理。A0. 015采用加氯氧化分解和活性炭吸附处理。例如设计水质A为A=【耗氧量Mg02 /L】/【总阴离子量mg/L】=0

2、. 016 30. 015因此，在澄清池出水投加氧化剂的基础上，还需增加活性炭吸附处理。二、硬水软化（一）钠离子交换系统原水与钠离子交换器出水按比例混合，适用于对硬度要求不高的 用户。为第一级钠离子交换器出水硬度达不到要求时，可串联第二级 钠离子交换器构成二级钠离子交换系统。第一级钠离子交换器可采用 顺流再生或逆流再生;采用逆流再生出水水质可达到二级出水水质， 因此通常不设置二级钠离子交换器。二级钠离子交换器的交换剂层高 度在1. 21. 5m左右，流速小于50m/h，采用顺流再生。（二）钠离子交换系统工艺数据三、脱碱对于高碱度（如碱度大于2mmol/L）的原水，若只进行Na离子软化 处理作为

3、蒸汽锅炉给水时，在高温下发生如下分解和水解反应 2NaHC03=Na2C03 + CO2 f +H20 Na2 C03+H20=2NaOH+C02 f +H20发生上述反应后，将导致锅炉水中游离OH-增加，总碱度升高。 蒸汽中COZ浓度增加，造成蒸汽和冷凝水系统的酸腐蚀和锅水系统中 的碱腐蚀。低压力锅炉需要按照补充水率计算锅炉连续排污率（蒸汽 压力小于或等于它2. 5MPa时，锅炉排污率不宜大于10%蒸汽压力大 于2. 5 MPa时，锅炉排污率不宜大于5%及校核相对碱度（NaOH/溶解 固形不大于0. 2），以防止锅炉金属苛性脆化。钠离子交换加酸后，水 中中性盐增加对维持相对碱度不大于o.2有

4、利。因此，对高硬度、高 碱度的原水，必须考虑软化与脱碱处理相结合，提高锅炉运行的安全 性、经济性。脱碱的水处理方法主要有钠离子交换加酸系统、并联H-Na离子 交换系统和串联H-Na离子交换系统。不论采用那种系终，在系统最 后应通过钠离子交换器（或“级钠离子交换器），当pH值偏低时，钠 离子交换器可起缓冲作用，吸收进水中若干H+;当pH值偏高时，会 放出H十。在钠离子交换器中的反应情况如下：RNa+H2CO3RH+NaHCO3RH+NaHC03RNa+H20 +CO2（一）钠离子交换加酸系统钠离子交换加酸系，其反应式为2NaHC03+H2 S04 = Na2S04 + 2 CO2 f +2H20

5、以加酸量控制所需要的碱度，一般保持残留碱度大于0. 5mmol/L。加酸时硫酸需要通过混合器与软水充分混合。混合后产生的游离COZ 按照降低1mmol/LHC03碱度产生CO2 44mg/L计算，并通过除碳器去 除。对应于加1mmol/L硫酸溶解固形物增加49mg/L。（二）并联氛钠离子交换系统H-Na并列离子交换系统适用于碱度高的原水。原水经氢、钠离子交 换后出水的中和反应为2NaHC03 + H2so4Na2 S04+2H2O+2C02NaHC03+HClNaCl+H20+CO2原水中和混合后产生的CO2可通过除碳器去除。为了保证中和后不 产生配性水应使中和混合后的水保持一定的残留碱度，使

6、进入氢、钠 离子交换水量保持一定的比例。（三）串联氢钠离子交换系统强酸氢一钠离子交换系统是将原水分成两部分，一部分进人H交换器，另一部分旁路与H交 换器出水混合，使H交换器出水中的酸度与另一部分原水中碱度发生 中和反应，反应后产生的CO2通过除碳器去除，除碳后的水进人水 箱再由泵打人Na交换器。除碳器应安置在Na交换器前，否则如含 Cq的水先通过Na交换器，会产生如反应:RNa+H2C03f RH+NaHC03， 便出水佩反里新增高。弱酸氢一钠离子交换系统弱酸H阳树脂工作交换容量大，弱酸H型树脂再生时仅为理论 量的1.1倍，弱酸性树脂再生时，排出的废液pH值接近中性，有利 于酸性废水的处理。根

7、据运行经验，当进水中的碳酸盐硬度和总硬度的比值为0.51， 总硬度大于2mmol/L时，采用弱酸H-Na型离子交换系统，可获得较 好的经济效益。原水分为两部分，一部分原水经弱酸H型交换器，另一部分原水 直接与出水混合，反应产生的CO2由除碳器除去，如果碱度偏低， 可加人原水调节。除气后的水经过水箱由泵打人钠离子交换器，再去 除非碳酸盐硬度，出水合格后进人水池送入锅炉。弱酸阳离子交换器工艺参数四、除盐系统一级除盐系统：典型的一级除盐系统（也称复床或二床三塔系统）由强酸阳交换器 一除碳器一一强碱阴交换器组成。单元制一级除盐盐系统（串联系统） 由阳床、除碳器、阴床各一台串联成组，在离子交换除盐运行过

8、程中， 无论是阳床还是阴床先失效，都是同时再生;母管制一级除盐系统（并 联系统），即多台阳、阴床的进、出水管分别连接在总水管上并联运 行，其中除碳器则为共用（不能少于2台），每台交换器分别失效再生。一级除盐系统运行水质变化状况强酸阳交换器（阳床）工作特性。阳床的作用是除去水中H+离子以外 的所有阳离子。阳床运行时，水由上而下通过强酸性H型树脂层，因 树脂层对各种阳离子的选择性不同，被吸着的离子在树脂层中产生分 层，在运行过程中，Ca+、Mg2+、Na+三层树脂层的高度均会不断向 下扩展，当其运行出水钠离子浓度升高时，树脂失效，须进行再生， 直到树脂失效。实际上各层界面并不是很明显的，有程度不同

9、的混层 现象发生。阳床经再生投人运行后的出水特性。当阳床再生后冲洗时，出水 中各种杂质的含量迅速下降，待出水水质达到一定标准（如含钠量不 大于100昭/L ）时，就可投入运行，此后水质基本保持稳定。当运行一 定程度时，漏钠量增大，酸度降低，树脂进人失效状态。当阳床出水 含钠量大于控制指标时（如含钠量达500ilg/L），说明阳床已经失效，应 停止运行。强碱阴交换器（阴床）工作特性。阴庆中强碱性OH型交换树脂可以 和水中除OH 一离子外的各种阴离子进行交换，由于树脂对离子的选 择性不同，阴床运行中被吸着的离子也会发生分层。阳床未失效时，阴床的出水特性有所变化。当运行通水量到b点时，Si02含量上

10、升，pH值下降，电导率先 微降后再上升。电导率的变化是因为水中H+和OH-要比其他离子易 导电，当出水中这两种离子的总含量很小时，有一电导率最低点（b 点）。在b点前，由于OH 一含量较大使水的电导率较大;在b点之后， 由于H十含量增加而使水的电导率增大。阳当运行通水量到b点后，阳床失效时漏钠量增大，这些钠离子 通过阴床后转化成氢氧化钠，使阴床出水pH值、电导率和含钠量均 上升。同时，因为水在通过强碱性OH型交换树脂时碱性增强，交换 剂不能完全吸着水中的硅，以致出水中帅含硅量也上升。连续测定阴 床出水pH值，可以区分是阳床还是阴床失效。如，阴床失效可用Si02 含量和电导率来监督判断。阴床运行

11、时，一般出水pH值为79之间，含硅量以Si02计，小 于0. 1mg/L，电导率为2-52/cm （25C）（采用逆流再生）。因为阴床设 在阳床的后面，所以阴床的出水水质受阳床出水水质的影响很大。化学除盐串联或并联系统的选择（三）二级除盐系统在一级除盐系统后串联一级混床（强酸阳树脂和强碱阴树脂组合） 称为二级除盐系统。一 ILT7-W除盐系统串联混床运行时，进人混床 的含盐量可按20mg/L考虑，混床内强酸阳柳旨、强碱阴树脂的工作 交换容量可按一般阳、阴树脂的工作交换容量80%选取。每台混床周 期制水量也可按照混床中强酸阳树脂和强碱阴树脂总体积的800010 000倍估算。一般出水pH值为6.

12、87.0之间，含硅量以siO2计，小 于 0. 02mg/L，电导率为 0.10.5|iS/cm （25C）二级除盐系统设备选择：一列出力Q=150m3/h单元制二级除盘系统主要设备选择。【凝聚一澄清一过滤系统清水】一强酸阳离子交换器一除二氧化碳器 一中间水箱一强碱阴离子交换器一混合床一【除盐水箱】原水水质分析资料（见表3-47）. pH为8. 1 ； Si02为11.2mg/L（11.2/60=0.186mmo1/L）;悬浮物为 300m1/L。设备选择1）混八床确定混合床设备规格确定树脂层高度（阴树脂体积:阳树脂体积=2:1）2）阴离子交换器（无顶压逆流再生）工艺数据计算。3）除二氧化碳器

13、及风机计算（参见第七章第三节除碳器）。除碳器所需原始资料。除碳器计算所需要面积F、直径Do。4）中间水箱容积。中间水箱的有效容积，对单元制系统宜为每套水处 理设备出力的25min储水量，且最少不应小于2m3 （对母管制系统宜 为水处理设备出力的15- 30min储水量）。中间水箱容积取15m，。5）阳离子交换器（无顶压逆流再生）工艺数据计算。（四）弱型树脂运行状况弱酸阳离子交换树脂弱酸阳离子交换树脂对水中各种金属离子的选择顺序为Ca2+ Mg2+ Na+，而对H+离子的亲和力比别的离子都大。弱酸阳离子交 换树脂运行时，当暂硬漏过值超过原水暂硬50%以后，其工作交换容 量增加很缓慢，再增加漏过程

14、度来增加其交换容量的实用价值不大。弱碱型阴树脂一般认为弱碱阴树脂只能吸收强酸，在酸性条件下与水中的强酸 阴离子SO2-4、NO-3、CI-进行交换。弱碱阴树脂中含有少量的强碱基 团，运行开始时吸着强酸阴离子的同时，也会吸着部分弱酸阴离子。 但很快被进水中强酸阴离子置换出来，残留量很少，在运行初期，能 吸收部分弱酸阴离子HC03、HSiO-3，在周期出水中平均SiO2和CO2 浓度与进水基本相等。在运行中，当弱碱树脂接近失效时，强酸阴离 子开始漏过，出水出现酸度，电导率迅速升高。从图中还可以看0到， 从一般控制弱碱树脂层漏过的强酸为零。（五）强、弱型树脂的组合设备强、弱型阳树脂的比例强、弱型阴树

15、脂的比例根据工艺参数及适用水质确定强、弱型树脂的比例与床型当弱酸树脂层高度为0. 6m,椰旨层总高度为2. 0m时（即弱酸树脂 层体积为总体积30%），阳树脂联合应用工艺的平均工作交换容量明 显高于单床。五、再生系统（一）盐液系统盐溶液主要用于钠离子交换系统阳离子交换剂再生。在化学除盐 系统中，对新树脂的预处理及使用后的阴树脂复苏处理;利用陈旧的 强碱阴树脂作为有机物吸附剂后的再生以及如果在水处理系统中自 备氯产品工艺中也都需要制备盐溶液。其中盐储存槽、饱和盐溶液池、 盐溶液池盐溶液箱可根据系统出力大小与需要作调整，如饱和盐溶液 池和盐溶液池合并只选用一种。盐存储槽高度在1.5八-2m，应有清

16、洗 措施，盐液应进行过滤，也可根据需要在盐液泵出口装设盐液过滤器 （可用小直径的机械过滤器或盐溶解器什巷）;欲储存槽内衬玻璃钢防 腐徐层24层，每层厚13mm。槽内液流沟与石英砂填料之间采用 玻璃钢格栅作滤网。盐液浓度可采用电磁式浓度计监视（直读式），可 根据显示来调整盐液浓度。盐储存槽侧可考虑设有汽车装卸平台。小型软化器目前仍有采用盐溶解器置备盐液操作与过滤器相同， 要定期反洗。其主要缺点是浓度不稳定，影响再生效率。为了减少浓 度变化，可考虑在盐液出口管上安装混合器;，缓冲调节盐液浓度。（二）硫酸系统硫酸系统的存储幢有两种类型，直接用计量泵将浓硫酸定量进人 硫酸混合器，稀释水量根据分步再生次

17、数设定。如采用在计量箱内将 浓硫酸稀释到20%再用喷射器稀释到需要浓度。浓硫酸储存槽及计量 箱采用钢制（不应使用有机玻璃及塑料附件）。硫酸喷射器、混合器采 用耐蚀、耐热合金及聚四氟乙烯等。浓硫酸管采用钢管、聚四氟乙烯 管，稀硫酸溶液管采用钢衬塑管、UPVC管和孔网钢塑管。硫酸储存 槽上需要安装空气干燥器。（三）盐酸系统采用喷射器的盐酸存储计量系统，通过喷射器稀释到再生需要浓 度。盐酸系统箱、罐储槽要装酸雾吸收器或液面采取密封措施（一般 采用塑料小球密封，需要小球数量以铺密封面的表面积一层计；如采 用铺两层，密封效果并不显著）。（四）碱液系统碱液制备可用固体碱溶解或直接采用液体的碱液。固体碱溶解

18、需 要设置吊运设备和溶解器，酉削30%40%浓度后使用，其后计量方 式与液碱系统相同。由于不同碱液浓度在不同温度下的冻结点不同，如30 % NaOH在 0C达到固液平衡状态。碱液系统需要采用加热措施，目的是防止碱 储存槽、计量箱内碱液结晶（根据环境温度与碱液浓度控制加热温度） 和提高控制再生温度在3540C范围，保证阴离子交换树脂再生效果。 碱储存槽及管道的保温、加热措施可以采用蒸汽盘管或电伴热带。液 碱的加热可以采用蒸汽加热（表面式或混合式加热器）和电加热（板式 电加热器），都有标准产品可选择。碱液储存槽及计量箱采用钢制或 钢衬胶，碱液喷射器采用钢衬胶、玻璃钢。碱液管采用不锈钢管、钢 衬塑管、孔网钢塑管。碱存储槽上需要安装CO2呼吸器。（五）再生系统设计要求再生系统中箱、罐储槽本体都要装液位计（磁性翻板液位计），盐 溶液箱可采用浮筒液位计，根据自动化需要液位计采用远传、报警装 置。盐、酸、碱喷射器出口可装设浓