離子交換器水質(zhì)要求

　　為了防止樹(shù)脂污染，進(jìn)人離子交換器處理的原水水質(zhì)應(yīng)符合 表3-39要求。

　　強(qiáng)堿陰樹(shù)脂在運(yùn)行中易被原水中的有機(jī)物和陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的氧化降解產(chǎn)物污染。有機(jī)物對(duì)強(qiáng)堿陰樹(shù)脂污染程度與有機(jī)物的含量及種類有關(guān)，也與水中有機(jī)物和總陰離子的比值有關(guān)。水處理系統(tǒng)是否需要有除有機(jī)物措施可采用A值指標(biāo)

　　耗氧量指標(biāo)是27℃，KMn04作氧化劑，氧化4h測(cè)得的O2值。

　　A＜0.004，不用除有機(jī)物措施。

　　A=0. 004~0. 008，復(fù)床系統(tǒng)中采用大孔樹(shù)脂。

　　A=0. 008~0. 001 5，用活性炭或C1型樹(shù)脂預(yù)處理。

　　A>0. 015采用加氯氧化分解和活性炭吸附處理。

　　例如設(shè)計(jì)水質(zhì)A為

　　A=【耗氧量Mg02 /L】/【總陰離子量mg/L】=0. 016 3>0. 015

　　因此，在澄清池出水投加氧化劑的基礎(chǔ)上，還需增加活性炭吸附處理。

　　二、硬水軟化

　　(一)鈉離子交換系統(tǒng)

　　(a)為原水與鈉離子交換器出水按比例混合，適用于對(duì)硬度要求不高的用戶。

　　(b)為級(jí)鈉離子交換器出水硬度達(dá)不到要求時(shí)，可串聯(lián)級(jí)鈉離子交換器構(gòu)成二級(jí)鈉離子交換系統(tǒng)。級(jí)鈉離子交換器可采用順流再生或逆流再生;采用逆流再生出水水質(zhì)可達(dá)到二級(jí)出水水質(zhì)，因此通常不設(shè)置二級(jí)鈉離子交換器。二級(jí)鈉離子交換器的交換劑層高度在1. 2~1. 5m左右，流速小于50m/h，采用順流再生。

　　(二)鈉離子交換系統(tǒng)工藝數(shù)據(jù)

　　三、脫堿

　　對(duì)于高堿度(如堿度大于2mmol/L)的原水，若只進(jìn)行Na離子軟化處理作為蒸汽鍋爐給水時(shí)，在高溫下發(fā)生如下分解和水解反應(yīng)

　　2NaHC03==Na2C03 + CO2↑+H20

　　Na2 C03+H20=2NaOH+C02↑+H20

　　發(fā)生上述反應(yīng)后，將導(dǎo)致鍋爐水中游離OH-增加，總堿度升高。蒸汽中COZ濃度增加，造成蒸汽和冷凝水系統(tǒng)的酸腐蝕和鍋水系統(tǒng)中的堿腐蝕。低壓力鍋爐需要按照補(bǔ)充水率計(jì)算鍋爐連續(xù)排污率(蒸汽壓力小于或等于它2. 5MPa時(shí)，鍋爐排污率不宜大于10%蒸汽壓力大于2. 5 MPa時(shí)，鍋爐排污率不宜大于5%及校核相對(duì)堿度(NaOH/溶解固形不大于0. 2)，以防止鍋爐金屬苛性脆化。鈉離子交換加酸后，水中中性鹽增加對(duì)維持相對(duì)堿度不大于o.2有利。因此，對(duì)高硬度、高堿度的原水，考慮軟化與脫堿處理相結(jié)合，提高鍋爐運(yùn)行的性、經(jīng)濟(jì)性。

　　脫堿的水處理方法主要有鈉離子交換加酸系統(tǒng)、并聯(lián)H-Na離子交換系統(tǒng)和串聯(lián)H-Na離子交換系統(tǒng)。不論采用那種系終，在系統(tǒng)后應(yīng)通過(guò)鈉離子交換器(或“級(jí)鈉離子交換器)，當(dāng)pH值偏低時(shí)，鈉離子交換器可起緩沖作用，吸收進(jìn)水中若干H+;當(dāng)pH值偏高時(shí)，會(huì)放出H十。在鈉離子交換器中的反應(yīng)情況如下：

　　RNa+H2CO3→RH+NaHCO3

　　RH+NaHC03→RNa+H20 +CO2

　　離子交換脫堿系統(tǒng)使用條件見(jiàn)表3-41。

　　(一)鈉離子交換加酸系統(tǒng)

　　鈉離子交換加酸系統(tǒng)如圖3-29所示，其反應(yīng)式為

　　2NaHC03+H2 S04 = Na2S04 + 2 CO2↑+2H20

　　以加酸量控制所需要的堿度，一般保持殘留堿度大于0. 5mmol/L。

　　加酸時(shí)硫酸需要通過(guò)混合器與軟水充分混合?；旌虾螽a(chǎn)生的游離COZ按照降低1mmol/LHC03堿度產(chǎn)生CO2 44mg/L計(jì)算，并通過(guò)除碳器去除。對(duì)應(yīng)于加1mmol/L硫酸溶解固形物增加49mg/L。

　　(二)并聯(lián)氛鈉離子交換系統(tǒng)

　　H-Na并列離子交換系統(tǒng)適用于堿度高的原水。原水經(jīng)氫、鈉離子交換后出水的中和反應(yīng)為

　　2NaHC03 + H2so4→Na2 S04+2H2O+2C02

　　NaHC03+HCl→NaCl+H20+CO2

　　原水中和混合后產(chǎn)生的CO2可通過(guò)除碳器去除。為了保證中和后不產(chǎn)生配性水應(yīng)使中和混合后的水保持一定的殘留堿度，使進(jìn)入氫、鈉離子交換水量保持一定的比例。

　　(三)串聯(lián)氫鈉離子交換系統(tǒng)

　　1.強(qiáng)酸氫一鈉離子交換系統(tǒng)

　　是將原水分成兩部分，一部分進(jìn)人H交換器，另一部分旁路與H交換器出水混合，使H交換器出水中的酸度與另一部分原水中堿度發(fā)生中和反應(yīng)，反應(yīng)后產(chǎn)生的CO2通過(guò)除碳器去除，除碳后的水進(jìn)人水箱再由泵打人Na交換器。除碳器應(yīng)安置在Na交換器前，否則如含Cq的水先通過(guò)Na交換器，會(huì)產(chǎn)生如反應(yīng)：RNa+H2C03→RH+NaHC03，便出水佩反里新增高。

　　2.弱酸氫一鈉離子交換系統(tǒng)

　　弱酸H陽(yáng)樹(shù)脂工作交換容量大，弱酸H型樹(shù)脂再生時(shí)僅為理論量的1.1倍，弱酸性樹(shù)脂再生時(shí)，排出的廢液pH值接近中性，有利于酸性廢水的處理。弱酸H-Na離子交換系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表3-42、表3-43。

　　根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)進(jìn)水中的碳酸鹽硬度和總硬度的比值為0.5~1，總硬度大于2mmol/L時(shí)，采用弱酸H--Na型離子交換系統(tǒng)，可獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　原水分為兩部分，一部分原水經(jīng)弱酸H型交換器，另一部分原水直接與出水混合，反應(yīng)產(chǎn)生的CO2由除碳器除去，如果堿度偏低，可加人原水調(diào)節(jié)。除氣后的水經(jīng)過(guò)水箱由泵打人鈉離子交換器，再去除非碳酸鹽硬度，出水合格后進(jìn)人水池送入鍋爐。

　　四、除鹽系統(tǒng)

　　(一)常用除鹽系統(tǒng)組合

　　(二)一級(jí)除鹽系統(tǒng)

　　典型的一級(jí)除鹽系統(tǒng)(也稱復(fù)床或二床三塔系統(tǒng))由強(qiáng)酸陽(yáng)交換器一除碳器一一強(qiáng)堿陰交換器組成。單元制一級(jí)除鹽鹽系統(tǒng)(串聯(lián)系統(tǒng))由陽(yáng)床、除碳器、陰床各一臺(tái)串聯(lián)成組，在離子交換除鹽運(yùn)行過(guò)程中，無(wú)論是陽(yáng)床還是陰床先失效，都是同時(shí)再生;母管制一級(jí)除鹽系統(tǒng)(并聯(lián)系統(tǒng))，即多臺(tái)陽(yáng)、陰床的進(jìn)、出水管分別連接在總水管上并聯(lián)運(yùn)行，其中除碳器則為共用(不能少于2臺(tái))，每臺(tái)交換器分別失效再生。單元制與母管制系統(tǒng)見(jiàn)圖3-33。

　　1.一級(jí)除鹽系統(tǒng)運(yùn)行水質(zhì)變化狀況

　　(1)強(qiáng)酸陽(yáng)交換器(陽(yáng)床)工作特性。陽(yáng)床的作用是除去水中H+離子以外的所有陽(yáng)離子。陽(yáng)床運(yùn)行時(shí)，水由上而下通過(guò)強(qiáng)酸性H型樹(shù)脂層，因樹(shù)脂層對(duì)各種陽(yáng)離子的選擇性不同，被吸著的離子在樹(shù)脂層中產(chǎn)生分層，在運(yùn)行過(guò)程中，Ca+、Mg2+、Na+三層樹(shù)脂層的高度均會(huì)不斷向下擴(kuò)展，當(dāng)其運(yùn)行出水鈉離子濃度升高時(shí)，樹(shù)脂失效，須進(jìn)行再生，直到樹(shù)脂失效。實(shí)際上各層界面并不是很明顯的，有程度不同的混層現(xiàn)象發(fā)生。

　　圖3-34所示為陽(yáng)床經(jīng)再生投人運(yùn)行后的出水特性。當(dāng)陽(yáng)床再生后沖洗時(shí)，出水中各種雜質(zhì)的含量迅速下降，待出水水質(zhì)達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)(如含鈉量不大于100μg/L)時(shí)，就可投入運(yùn)行，此后水質(zhì)基本保持穩(wěn)定。當(dāng)運(yùn)行一定程度時(shí)，如圖3-34中b點(diǎn)，漏鈉量增大，酸度降低，樹(shù)脂進(jìn)人失效狀態(tài)。當(dāng)陽(yáng)床出水含鈉量大于控制指標(biāo)時(shí)(如含鈉量達(dá)500ilg/L)，說(shuō)明陽(yáng)床已經(jīng)失效，應(yīng)停止運(yùn)行。

　　(2)強(qiáng)堿陰交換器(陰床)工作特性。陰慶中強(qiáng)堿性O(shè)H型交換樹(shù)脂可以和水中除OH一離子外的各種陰離子進(jìn)行交換，由于樹(shù)脂對(duì)離子的選擇性不同，陰床運(yùn)行中被吸著的離子也會(huì)發(fā)生分層。

　　陽(yáng)床未失效時(shí)，陰床的出水特性

　　當(dāng)運(yùn)行通水量到b點(diǎn)時(shí)，Si02含量上升，pH值下降，電導(dǎo)率先微降后再上升。電導(dǎo)率的變化是因?yàn)樗蠬+和OH-要比·其他離子易導(dǎo)電，當(dāng)出水中這兩種離子的總含量很小時(shí)，有一電導(dǎo)率低點(diǎn)((b點(diǎn))。在b點(diǎn)前，由于OH一含量較大使水的電導(dǎo)率較大;在b點(diǎn)之后，由于H十含量增加而使水的電導(dǎo)率增大。

　　陽(yáng)床失效時(shí)，陰床的出水特性

　　當(dāng)運(yùn)行通水量到b點(diǎn)后，陽(yáng)床失效時(shí)漏鈉量增大，這些鈉離子通過(guò)陰床后轉(zhuǎn)化成氫氧化鈉，使陰床出水pH值、電導(dǎo)率和含鈉量均上升。同時(shí)，因?yàn)樗谕ㄟ^(guò)強(qiáng)堿性O(shè)H型交換樹(shù)脂時(shí)堿性增強(qiáng)，交換劑不能吸著水中的硅，以致出水中帥含硅量也上升。連續(xù)測(cè)定陰床出水pH值，可以區(qū)分是陽(yáng)床還是陰床失效。如，陰床失效可用Si02含量和電導(dǎo)率來(lái)監(jiān)督判斷。

　　陰床運(yùn)行時(shí)，一般出水pH值為7~9之間，含硅量以Si02計(jì)，小于0. 1mg/L，電導(dǎo)率為2-5μS/cm (25℃)(采用逆流再生)。因?yàn)殛幋苍O(shè)在陽(yáng)床的后面，所以陰床的出水水質(zhì)受陽(yáng)床出水水質(zhì)的影響很大。

　　2.化學(xué)除鹽串聯(lián)或并聯(lián)系統(tǒng)的選擇

　　(三)二級(jí)除鹽系統(tǒng)

　　1.概述

　　在一級(jí)除鹽系統(tǒng)后串聯(lián)一級(jí)混床(強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂和強(qiáng)堿陰樹(shù)脂組合)稱為二級(jí)除鹽系統(tǒng)。一ILT7-W除鹽系統(tǒng)串聯(lián)混床運(yùn)行時(shí)，進(jìn)人混床的含鹽量可按20mg/L考慮，混床內(nèi)強(qiáng)酸陽(yáng)柳旨、強(qiáng)堿陰樹(shù)脂的工作交換容量可按一般陽(yáng)、陰樹(shù)脂的工作交換容量80%選取。每臺(tái)混床周期制水量也可按照混床中強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂和強(qiáng)堿陰樹(shù)脂總體積的8000~10 000倍估算。一般出水pH值為6.8~7.0之間，含硅量以siO2計(jì)，小于0. 02mg/L，電導(dǎo)率為0.1~0.5μS/cm（25℃）

　　2.二級(jí)除鹽系統(tǒng)設(shè)備選擇

　　一列出力Q=150m3/h單元制二級(jí)除盤(pán)系統(tǒng)主要設(shè)備選擇

　　【凝聚一澄清一過(guò)濾系統(tǒng)清水】→強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換器→除二氧化碳器→中間水箱→強(qiáng)堿陰離子交換器→混合床→【除鹽水箱】

　　(1)原水水質(zhì)分析資料(見(jiàn)表3-47). pH為8. 1； Si02為11.2mg/L (11.2/60=0.186mmo1/L);懸浮物為300m1/L。

　　(2)設(shè)備選擇

　　1）混八床

　　A.確定混合床設(shè)備規(guī)格(見(jiàn)表3-48)

　　B.確定樹(shù)脂層高度(陰樹(shù)脂體積:陽(yáng)樹(shù)脂體積=2:1)，見(jiàn)表3-49。

　　2)陰離子交換器(無(wú)頂壓逆流再生)工藝數(shù)據(jù)計(jì)算。

　　3)除二氧化碳器及風(fēng)機(jī)計(jì)算(參見(jiàn)第七章第三節(jié)除碳器)。

　　A.除碳器所需原始資料。

　　B.除碳器計(jì)算所需要面積F、直徑Do。

　　4)中間水箱容積。中間水箱的有效容積，對(duì)單元制系統(tǒng)宜為每套水處理設(shè)備出力的2~5min儲(chǔ)水量，且少不應(yīng)小于2m3(對(duì)母管制系統(tǒng)宜為水處理設(shè)備出力的15~ 30min儲(chǔ)水量)。中間水箱容積取15m3。

　　5)陽(yáng)離子交換器(無(wú)頂壓逆流再生)工藝數(shù)據(jù)計(jì)算(見(jiàn)表3-53)。

　　(四)弱型樹(shù)脂運(yùn)行狀況

　　1.弱酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂

　　弱酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂對(duì)水中各種金屬離子的選擇順序?yàn)镃a2+ > Mg2+ > Na+，而對(duì)H+離子的親和力比別的離子都大。從圖3-37中可以看出，弱酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂運(yùn)行時(shí)，當(dāng)暫硬漏過(guò)值超過(guò)原水暫硬50%以后，其工作交換容量增加很緩慢，再增加漏過(guò)程度來(lái)增加其交換容量的實(shí)用價(jià)值不大。

　　2.弱堿型陰樹(shù)脂

　　一般認(rèn)為弱堿陰樹(shù)脂只能吸收強(qiáng)酸，在酸性條件下與水中的強(qiáng)酸陰離子SO2-4、NO-3、CI-進(jìn)行交換。弱堿陰樹(shù)脂中含有少量的強(qiáng)堿基團(tuán)，運(yùn)行開(kāi)始時(shí)吸著強(qiáng)酸陰離子的同時(shí)，也會(huì)吸著部分弱酸陰離子。但很快被進(jìn)水中強(qiáng)酸陰離子置換出來(lái)，殘留量很少，在運(yùn)行初期，能吸收部分弱酸陰離子HC03、HSiO-3，在周期出水中平均SiO2和CO2濃度與進(jìn)水基本相等。從圖3-38中可以看到，在運(yùn)行中，當(dāng)弱堿樹(shù)脂接近失效時(shí)，強(qiáng)酸陰離子開(kāi)始漏過(guò)，出水出現(xiàn)酸度，電導(dǎo)率迅速升高。從圖中還可以看0到，從一般控制弱堿樹(shù)脂層漏過(guò)的強(qiáng)酸為零。

　　(五)強(qiáng)、弱型樹(shù)脂的組合設(shè)備

　　1.強(qiáng)、弱型陽(yáng)樹(shù)脂的比例

　　2.強(qiáng)、弱型陰樹(shù)脂的比例

　　3.根據(jù)工藝參數(shù)及適用水質(zhì)確定強(qiáng)、弱型樹(shù)脂的比例與床型

　　當(dāng)弱酸樹(shù)脂層高度為0. 6m,椰旨層總高度為2. 0m時(shí)(即弱酸樹(shù)脂層體積為總體積30%)，陽(yáng)樹(shù)脂聯(lián)合應(yīng)用工藝的平均工作交換容量明顯高于單床。