離子交換器水質要求

　　為了防止樹脂污染，進人離子交換器處理的原水水質應符合 表3-39要求。

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

　　耗氧量指標是27℃，KMn04作氧化劑，氧化4h測得的O2值。

　　A＜0.004，不用除有機物措施。

　　A=0. 004~0. 008，復床系統(tǒng)中采用大孔樹脂。

　　A=0. 008~0. 001 5，用活性炭或C1型樹脂預處理。

　　A>0. 015采用加氯氧化分解和活性炭吸附處理。

　　例如設計水質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，適用于對硬度要求不高的用戶。

　　(b)為級鈉離子交換器出水硬度達不到要求時，可串聯(lián)級鈉離子交換器構成二級鈉離子交換系統(tǒng)。級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可達到二級出水水質，因此通常不設置二級鈉離子交換器。二級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)工藝數據

　　三、脫堿

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

　　2NaHC03==Na2C03 + CO2↑+H20

　　Na2 C03+H20=2NaOH+C02↑+H20

　　發(fā)生上述反應后，將導致鍋爐水中游離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充水率計算鍋爐連續(xù)排污率(蒸汽壓力小于或等于它2. 5MPa時，鍋爐排污率不宜大于10%蒸汽壓力大于2. 5 MPa時，鍋爐排污率不宜大于5%及校核相對堿度(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，水中中性鹽增加對維持相對堿度不大于o.2有利。因此，對高硬度、高堿度的原水，考慮軟化與脫堿處理相結合，提高鍋爐運行的性、經濟性。

　　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)后應通過鈉離子交換器(或“級鈉離子交換器)，當pH值偏低時，鈉離子交換器可起緩沖作用，吸收進水中若干H+;當pH值偏高時，會放出H十。在鈉離子交換器中的反應情況如下：

　　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。

　　加酸時硫酸需要通過混合器與軟水充分混合?；旌虾螽a生的游離COZ按照降低1mmol/LHC03堿度產生CO2 44mg/L計算，并通過除碳器去除。對應于加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。原水經氫、鈉離子交換后出水的中和反應為

　　2NaHC03 + H2so4→Na2 S04+2H2O+2C02

　　NaHC03+HCl→NaCl+H20+CO2

　　原水中和混合后產生的CO2可通過除碳器去除。為了保證中和后不產生配性水應使中和混合后的水保持一定的殘留堿度，使進入氫、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.強酸氫一鈉離子交換系統(tǒng)

　　是將原水分成兩部分，一部分進人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，反應后產生的CO2通過除碳器去除，除碳后的水進人水箱再由泵打人Na交換器。除碳器應安置在Na交換器前，否則如含Cq的水先通過Na交換器，會產生如反應：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陽樹脂工作交換容量大，弱酸H型樹脂再生時僅為理論量的1.1倍，弱酸性樹脂再生時，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)主要技術參數見表3-42、表3-43。

　　根據運行經驗，當進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，采用弱酸H--Na型離子交換系統(tǒng)，可獲得較好的經濟效益。

　　原水分為兩部分，一部分原水經弱酸H型交換器，另一部分原水直接與出水混合，反應產生的CO2由除碳器除去，如果堿度偏低，可加人原水調節(jié)。除氣后的水經過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)一級除鹽系統(tǒng)

　　典型的一級除鹽系統(tǒng)(也稱復床或二床三塔系統(tǒng))由強酸陽交換器一除碳器一一強堿陰交換器組成。單元制一級除鹽鹽系統(tǒng)(串聯(lián)系統(tǒng))由陽床、除碳器、陰床各一臺串聯(lián)成組，在離子交換除鹽運行過程中，無論是陽床還是陰床先失效，都是同時再生;母管制一級除鹽系統(tǒng)(并聯(lián)系統(tǒng))，即多臺陽、陰床的進、出水管分別連接在總水管上并聯(lián)運行，其中除碳器則為共用(不能少于2臺)，每臺交換器分別失效再生。單元制與母管制系統(tǒng)見圖3-33。

　　1.一級除鹽系統(tǒng)運行水質變化狀況

　　(1)強酸陽交換器(陽床)工作特性。陽床的作用是除去水中H+離子以外的所有陽離子。陽床運行時，水由上而下通過強酸性H型樹脂層，因樹脂層對各種陽離子的選擇性不同，被吸著的離子在樹脂層中產生分層，在運行過程中，Ca+、Mg2+、Na+三層樹脂層的高度均會不斷向下擴展，當其運行出水鈉離子濃度升高時，樹脂失效，須進行再生，直到樹脂失效。實際上各層界面并不是很明顯的，有程度不同的混層現象發(fā)生。

　　圖3-34所示為陽床經再生投人運行后的出水特性。當陽床再生后沖洗時，出水中各種雜質的含量迅速下降，待出水水質達到一定標準(如含鈉量不大于100μg/L)時，就可投入運行，此后水質基本保持穩(wěn)定。當運行一定程度時，如圖3-34中b點，漏鈉量增大，酸度降低，樹脂進人失效狀態(tài)。當陽床出水含鈉量大于控制指標時(如含鈉量達500ilg/L)，說明陽床已經失效，應停止運行。

　　(2)強堿陰交換器(陰床)工作特性。陰慶中強堿性OH型交換樹脂可以和水中除OH一離子外的各種陰離子進行交換，由于樹脂對離子的選擇性不同，陰床運行中被吸著的離子也會發(fā)生分層。

　　陽床未失效時，陰床的出水特性

　　當運行通水量到b點時，Si02含量上升，pH值下降，電導率先微降后再上升。電導率的變化是因為水中H+和OH-要比·其他離子易導電，當出水中這兩種離子的總含量很小時，有一電導率低點((b點)。在b點前，由于OH一含量較大使水的電導率較大;在b點之后，由于H十含量增加而使水的電導率增大。

　　陽床失效時，陰床的出水特性

　　當運行通水量到b點后，陽床失效時漏鈉量增大，這些鈉離子通過陰床后轉化成氫氧化鈉，使陰床出水pH值、電導率和含鈉量均上升。同時，因為水在通過強堿性OH型交換樹脂時堿性增強，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)測定陰床出水pH值，可以區(qū)分是陽床還是陰床失效。如，陰床失效可用Si02含量和電導率來監(jiān)督判斷。

　　陰床運行時，一般出水pH值為7~9之間，含硅量以Si02計，小于0. 1mg/L，電導率為2-5μS/cm (25℃)(采用逆流再生)。因為陰床設在陽床的后面，所以陰床的出水水質受陽床出水水質的影響很大。

　　2.化學除鹽串聯(lián)或并聯(lián)系統(tǒng)的選擇

　　(三)二級除鹽系統(tǒng)

　　1.概述

　　在一級除鹽系統(tǒng)后串聯(lián)一級混床(強酸陽樹脂和強堿陰樹脂組合)稱為二級除鹽系統(tǒng)。一ILT7-W除鹽系統(tǒng)串聯(lián)混床運行時，進人混床的含鹽量可按20mg/L考慮，混床內強酸陽柳旨、強堿陰樹脂的工作交換容量可按一般陽、陰樹脂的工作交換容量80%選取。每臺混床周期制水量也可按照混床中強酸陽樹脂和強堿陰樹脂總體積的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，小于0. 02mg/L，電導率為0.1~0.5μS/cm（25℃）

　　2.二級除鹽系統(tǒng)設備選擇

　　一列出力Q=150m3/h單元制二級除盤系統(tǒng)主要設備選擇

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

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

　　(2)設備選擇

　　1）混八床

　　A.確定混合床設備規(guī)格(見表3-48)

　　B.確定樹脂層高度(陰樹脂體積:陽樹脂體積=2:1)，見表3-49。

　　2)陰離子交換器(無頂壓逆流再生)工藝數據計算。

　　3)除二氧化碳器及風機計算(參見第七章第三節(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，對單元制系統(tǒng)宜為每套水處理設備出力的2~5min儲水量，且少不應小于2m3(對母管制系統(tǒng)宜為水處理設備出力的15~ 30min儲水量)。中間水箱容積取15m3。

　　5)陽離子交換器(無頂壓逆流再生)工藝數據計算(見表3-53)。

　　(四)弱型樹脂運行狀況

　　1.弱酸陽離子交換樹脂

　　弱酸陽離子交換樹脂對水中各種金屬離子的選擇順序為Ca2+ > Mg2+ > Na+，而對H+離子的親和力比別的離子都大。從圖3-37中可以看出，弱酸陽離子交換樹脂運行時，當暫硬漏過值超過原水暫硬50%以后，其工作交換容量增加很緩慢，再增加漏過程度來增加其交換容量的實用價值不大。

　　2.弱堿型陰樹脂

　　一般認為弱堿陰樹脂只能吸收強酸，在酸性條件下與水中的強酸陰離子SO2-4、NO-3、CI-進行交換。弱堿陰樹脂中含有少量的強堿基團，運行開始時吸著強酸陰離子的同時，也會吸著部分弱酸陰離子。但很快被進水中強酸陰離子置換出來，殘留量很少，在運行初期，能吸收部分弱酸陰離子HC03、HSiO-3，在周期出水中平均SiO2和CO2濃度與進水基本相等。從圖3-38中可以看到，在運行中，當弱堿樹脂接近失效時，強酸陰離子開始漏過，出水出現酸度，電導率迅速升高。從圖中還可以看0到，從一般控制弱堿樹脂層漏過的強酸為零。

　　(五)強、弱型樹脂的組合設備

　　1.強、弱型陽樹脂的比例

　　2.強、弱型陰樹脂的比例

　　3.根據工藝參數及適用水質確定強、弱型樹脂的比例與床型

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