雙室浮動床離子交換除鹽系統(tǒng)的 特點及調(diào)試

1、雙室浮動床離子交換除鹽系統(tǒng)的特點及調(diào)試摘 要：介紹雙室浮動床離子交換補給水處理系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作狀況，并討論其工藝特點。通過對該 系統(tǒng)的調(diào)試和分析，指出該系統(tǒng)具有一系列工藝上的優(yōu)點，并強調(diào)了調(diào)試中應(yīng)注意的一些問題。關(guān)鍵詞：雙室浮動床；除鹽系統(tǒng)；調(diào)試；分析江蘇省通州美亞熱電廠為對外供熱電廠，其正常供熱量為100 t/h,最大供熱量為160 t/h,除鹽水 消耗比較大。其水處理站選用了 80年代發(fā)展起來的、較新型的雙室浮動床除鹽系統(tǒng)新工藝。我公司調(diào)試所 承擔(dān)了該工程的調(diào)試工作。該除鹽系統(tǒng)為一級雙室浮動床加混床系統(tǒng)，系統(tǒng)流程為：通呂運河河水一凈水裝置一生水泵一機械過 濾器一清水箱一清水泵一陽雙室浮

2、動床一除二氧化碳器一中間水箱一中間水泵一陰雙室浮動床一混床一除 鹽水箱。系統(tǒng)設(shè)計為一列運行，一列備用，設(shè)計流速為40 m/h，流量為200 t/h。出水水質(zhì)為：DD不 大于0. 2昭/ cm，S1O2含量不大于20gg / L。本文參考有關(guān)資料，對雙室浮動床離子交換水處理設(shè)備的結(jié)構(gòu)、優(yōu)點及運行等方面的問題進行了分析。 因筆者對雙室浮動床除鹽系統(tǒng)的運行技術(shù)的認識仍很膚淺，有不當(dāng)之處，懇請各位批評指正。1主要設(shè)備的構(gòu)造雙室浮動床是除鹽系統(tǒng)的主要設(shè)備，雙室浮動床的構(gòu)造類似于雙層床，由殼體、管系、進水裝置、出 水裝置、再生液分配裝置、離子交換樹脂及惰性樹脂等組成。筒體內(nèi)部設(shè)有上、中、下三塊濾水隔板，將

3、 整個筒體分成上下兩個室，每塊隔板上都裝有濾水帽。陽雙室浮動床在上室充填強酸性樹脂，下室充填大孔弱酸性陽離子交換樹脂，陰雙室浮動床上室充填 強堿性陰離子交換樹脂，下室充填弱堿性陰離子交換樹脂。樹脂層的上部充填浮動床專用的惰性樹脂，其充填高度一般為200 mm。2雙室浮動床除鹽系統(tǒng)的工作狀況2. 1運行運行時，被處理的原水經(jīng)陽雙室浮動床底部進入，首先流經(jīng)弱酸性樹脂層，在這層樹脂中將水中的暫 硬除去，然后再通過隔板流經(jīng)陽雙室浮動床上室的強酸性樹脂層，將弱酸樹脂層泄漏的小部分暫時硬度和 其他陽離子除去。除去陽離子的水進入脫碳器，用鼓風(fēng)機吹入的空氣脫除二氧化碳，然后進入陰雙室浮動床下室的弱堿 樹脂層，

4、除去強酸根離子，再經(jīng)上室強堿樹脂層，將全部陰離子除去，生產(chǎn)出合格的二級除鹽水。被處理的水在雙室浮動床內(nèi)由下向上流動的過程中，使得每室大約70%80%的樹脂在上部形成壓緊 層，其余樹脂在室內(nèi)下部形成懸浮層。2. 2再生再生時，再生液的流向與運行時被處理水的流向相反，再生液首先接觸的是強型樹脂層，與強型樹脂 再生反應(yīng)過后的再生劑廢液再通過弱型樹脂層，使得再生劑用量少，再生效果良好。2. 3體外反洗隨著運行周期的增加，雙室浮動床內(nèi)形成的破碎樹脂和從水中截留的污物逐漸增多。當(dāng)床層阻力降超過正常運行時阻力降0. 040. 06 MPa時，應(yīng)將床內(nèi)強、弱樹脂分別送到清洗塔內(nèi)進行清洗，以便除去破碎樹脂和污物

5、，使樹脂恢復(fù)到最佳狀態(tài)。3雙室浮動床除鹽系統(tǒng)運行的優(yōu)點依據(jù)雙室浮動床設(shè)備的結(jié)構(gòu)和特點，通過對通州美亞熱電廠水處理站的調(diào)試、運行分析，認為雙室浮 動床除鹽系統(tǒng)有下列優(yōu)點：雙室浮動床除鹽系統(tǒng)能使強、弱兩種樹脂充分發(fā)揮各自的優(yōu)點在陽雙室浮動床中，弱酸樹脂對暫時硬度有很高的工作交換容量，因而陽雙室浮動床的平均工作交換 容量大為提高，而強酸樹脂具有較好的交換徹底性，因此陽雙室浮動床有很高的出水水質(zhì)。強弱樹脂串聯(lián) 再生，可為強酸樹脂提供較高的再生劑比耗，有較高的再生度，因而其交換容量也得到了提高，弱酸樹脂 由于容易再生，雖然是用強酸樹脂排出的廢再生液對其再生，其再生度仍然很高，所以陽雙室浮動床總的 再生劑

6、比耗可降得很低。如通州美亞熱電廠水處理裝置的酸耗，僅為理論值的1. 06倍。同時，由于強酸 樹脂層允許弱酸樹脂層有較大的泄漏量而不影響出水水質(zhì)，弱酸樹脂深度失效，使其交換容量大的特點得 到充分的發(fā)揮。因此，雙室浮動床可得到很好的經(jīng)濟技術(shù)效果。在陰雙室浮動床內(nèi)，強、弱兩種樹脂也可充分發(fā)揮各自的特點。弱堿性樹脂在處理陽雙室浮動床排出 的酸性水時，有很高的工作交換容量，這就使得陰雙室浮動床有較高的平均交換容量。強堿樹脂的交換徹 底性，保證陰雙室浮動床有良好的出水水質(zhì)。弱堿樹脂可利用強堿樹脂排出的廢再生液進行再生，降低陰 雙室浮動床總的再生劑比耗。由于所有再生液均流經(jīng)強堿陰樹脂，使得強堿陰樹脂有較高的

7、再生劑比耗， 得到很高的再生度，因此有較高的工作交換容量，這些情況與陽雙室浮動床是一樣的。由此可見，雙室浮動床除鹽系統(tǒng)具備了雙層床的優(yōu)點。雙室浮動床除鹽系統(tǒng)強、弱型樹脂不再相混雙室浮動床除鹽系統(tǒng)是將強、弱兩種樹脂分別裝在兩個床室中，它們之間用裝有濾水帽的隔板隔開， 這樣，強、弱兩種樹脂不會相混，不會出現(xiàn)雙層床因為強、弱兩種樹脂不能徹底分層而直接影響雙層床的 出水水質(zhì)及其技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的問題。運行流速高、設(shè)備出力大、出水水質(zhì)好雙室浮動床除鹽系統(tǒng)由于采用了浮床運行方式，其運行流速一般為3050m/h，如通州美亞熱電廠水處理站運行流速為40m/h，運行安全可靠。而固定床 的運行流速一般為1525m/h

8、，可見，相同直徑的交換設(shè)備，雙室浮動床的出力可增加一倍。它之所以 能有這樣高的運行流速，是因為在運行時，由于水力篩分的結(jié)果，使得顆粒較小的樹脂排列在床層上部， 顆粒較大的樹脂排列在床層下部，進入雙室浮動床的水首先接觸顆粒大的樹脂，使床層阻力較小，壓差平 穩(wěn)，其水力特性得到改善的結(jié)果。我們知道，由固定床組成的一級除鹽系統(tǒng)，其出水水質(zhì)DD 一般為510昭/cm。而由雙室浮動床組 成的該系統(tǒng)，可小于5昭/ cm，如通州美亞熱電廠水處理站陰雙室浮動床出水水質(zhì)DD為12昭/ cm。雙室浮動床除鹽系統(tǒng)在高流速下仍能有很高的出水水質(zhì)，這是由它的結(jié)構(gòu)所決定的，因為，被處理水 中可交換的離子，首先經(jīng)過懸浮狀的樹

9、脂層，在這層樹脂中，水與樹脂的接觸面積很大，幾乎是整個樹脂 表面積的百分之百，再有，由于運行流速增高，加快了離子交換過程中膜擴散的速度，這些都有利于促使 交換過程的迅速完成。未被交換的離子在通過上面的壓緊層時，由于這層樹脂的再生度很高，從而得到了徹底的交換，保證了出水水質(zhì)。由此可以看出，雙室浮動床除鹽系統(tǒng)完全具備了浮動床設(shè)備出力大、出水水質(zhì)好的優(yōu)點。雙室浮動床除鹽系統(tǒng)對進口水水質(zhì)要求降低陽雙室浮動床下室裝的是大孔弱酸陽離子交換樹脂，這種樹脂具有抗有機物污染、能夠吸附有機物、 并容易清洗、容易再生等特點，所以陽雙室浮動床對進水懸物含量的要求可以降低。在陽雙室浮動床中， 當(dāng)原水流經(jīng)大孔弱酸樹脂層時

10、，水中的有機物、大部分懸浮物就被樹脂吸附、截留，從而有效地保護了上 室強酸樹脂，保證了設(shè)備的安全運行。具備逆流再生的優(yōu)點雙室浮動床采用的是逆流再生工藝。再生時，全部新鮮的再生液自上而下首先通過上室的強型樹脂， 強型樹脂得到了充分再生，使其有了很高的再生度。例如：通州美亞熱電廠鍋爐水處理裝置雖然陽雙室浮 動床酸的總比耗為理論比耗的1. 06倍，但由于用于再生強、弱樹脂的新鮮再生液全部通過強酸陽樹脂， 實際上用于強酸陽樹脂的再生劑比耗為理論比耗的1. 5倍以上。有這樣高的再生劑比耗，強型樹脂的再生 度必然是十分高的。從上室強型樹脂排出的再生廢液，在流經(jīng)下室的弱型樹脂時，弱型樹脂因有容易被再生的特性

11、，它又處于餓再生的狀態(tài)下，所以雖然是再生廢液，弱型樹脂也得到了充分的再生。這一方面充分利用了再生廢液，節(jié)省了再生劑，提高了水處理裝置的經(jīng)濟性，同時也降低了廢酸、堿液的濃度和數(shù)量。由于雙室浮動床除鹽系統(tǒng)具備了逆流再生工藝和雙層床的優(yōu)點，這就使它的再生劑比耗可以降得很低。例如：通州美亞熱電廠水處理裝置的酸耗已非常接近理論值，堿耗也只有理論耗量的1. 25倍。國內(nèi)固定床逆流再生一般酸耗是理論量的1. 371. 5倍，堿耗量一般為理論量的1. 61. 7倍?？梢婋p室浮動床除鹽系統(tǒng)可大大節(jié)約酸堿量，降低水處理裝置的運行費用。（6）自用水量低、廢液排放少、減輕了對環(huán)境的污染雙室浮動床除鹽系統(tǒng)再生時酸、堿比

12、耗很低，因此清洗廢酸、堿的水量也隨著減少，從系統(tǒng)中排出的 酸、堿廢水總量也就減少，而且濃度也低，這不但節(jié)約了酸堿量，也減少了系統(tǒng)的自用水量，節(jié)省了寶貴 的水資源。另外，由于排出的水接近中性，酸堿廢液的處理也變得很容易，從而降低了污水處理成本，減 輕了廢酸堿對環(huán)境的污染。（7）不會出現(xiàn)偏流、穿透現(xiàn)象雙室浮動床除鹽系統(tǒng)的另一突出優(yōu)點是在樹脂層中幾乎不會出現(xiàn)穿透現(xiàn)象，它能夠自身調(diào)節(jié)，自動消 除偏流。因為當(dāng)雙室浮動床趨于形成穿透而發(fā)生偏流時，局部水流速度就會過高，此時周圍的樹脂就會隨 水流涌向偏流處填補這部分區(qū)域，使床層趨于平整，從而避免了穿透、偏流的發(fā)生，保證了交換器的出水 水質(zhì)。4雙室浮動床除鹽系

13、統(tǒng)調(diào)試時應(yīng)注意的問題及其分析通州美亞熱電廠水源為通呂運河河水，其主要水質(zhì)指標(biāo)如表1。表I通呂適河河水的主要水質(zhì)指標(biāo)mg/L頊 H CeA Mg 混 HCOi %廣 a- HYPERLINK power power. org含lit279.仍技 土水處理站，從罐體的樹脂填料的裝填、新樹脂的預(yù)處理、樹脂的再生到除鹽系統(tǒng)產(chǎn)生合格的除鹽水， 歷時一個月。經(jīng)過多次再生、調(diào)試，現(xiàn)除鹽系統(tǒng)處于穩(wěn)定的正常運行狀態(tài)，系統(tǒng)出水水質(zhì)如表2。表2系統(tǒng)的出水泳質(zhì)律類M如 * ILDIV城 * cnL* L 陽床1.5 50www. cnpower. org陰床卷床S110在雙室浮動床除鹽系統(tǒng)調(diào)試過程中，應(yīng)注意如下幾個問

14、題：（1）強、弱樹脂裝填體積的配比和樹脂轉(zhuǎn)型膨脹率。在強弱樹脂聯(lián)合應(yīng)用工藝中，決定強弱樹脂配比的關(guān)鍵是進水中離子的組成。不同的水源其水中離子 的組成不同，而同一水源（特別是地表水）一年四季水中離子組成也會發(fā)生較大變化。為了使聯(lián)合工藝取 得良好的效果，在系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)采用弱型樹脂先失效的原則。當(dāng)系統(tǒng)設(shè)計裝填強弱樹脂體積的配比偏離 計算值較大時，就會達不到應(yīng)得的效果，甚至還會造成較大的浪費。雙室浮動床除鹽系統(tǒng)進口水源的離子組成應(yīng)符合：陽床進口水的碳酸鹽硬度與陽離子的摩爾比較大， 陰床進口水的SiO2與SO2-4+Cl-的摩爾比較小的原則，以保證弱型樹脂的裝填高度，充分發(fā)揮弱型樹脂交 換容量大的特性

15、，保證出水水質(zhì)和制水量（美亞熱電廠水處理站陽雙室浮動床弱酸樹脂的高度為900 mm， 強酸樹脂的高度為2 000 mm；陰雙室浮動床弱堿樹脂的高度為2 400 mm,強堿樹脂的高度為1 800 mm）。 如果該比值偏差太大，弱型樹脂的裝填高度不夠（小于500 mm）,運行時，不能充分地進行離子交換，發(fā) 揮不了弱型樹脂大容量的特性，造成大量的碳酸鹽硬度（或強酸根離子）漏入上室的強型樹脂層中，使得 強型樹脂很快失效，系統(tǒng)出水水質(zhì)差且制水周期短，達不到預(yù)想的效果。樹脂裝填時，應(yīng)先對廠家發(fā)來的樹脂做樹脂轉(zhuǎn)型膨脹率的小型工業(yè)模擬試驗，根據(jù)實際的轉(zhuǎn)型膨 脹 率，決定裝填樹脂的體積，以保證床層的高度和運行時

16、成床良好。如果填充率過大，隨著弱型樹脂的轉(zhuǎn)型， 其體積逐漸膨脹，而導(dǎo)致下室充滿樹脂，變?yōu)榈怪玫墓潭ù?，增大運行阻力，甚至導(dǎo)致下室多孔板或弱型 樹脂受擠壓而損壞。如果填充率太小，浮動床在啟動時易造成樹脂亂層，甚至造成下室樹脂變成懸浮狀態(tài)， 而沒有壓實層，影響出水水質(zhì)。樹脂填料預(yù)處理時，應(yīng)將所需的樹脂填料預(yù)先裝入到樹脂清洗塔，在清洗塔內(nèi)進行酸、堿處理后，再 將樹脂輸送到離子交換器的上、下室，以保證將所需的樹脂全部填入，使雙層浮動床的上室強型樹脂裝填 充實，下室弱型樹脂的裝填量應(yīng)使下室水墊層為100 mm，這樣可以避免浮動床在啟停時樹脂層發(fā)生擾動， 影響出水水質(zhì)。通州美亞熱電廠水處理站的2號陽雙室浮

17、動床下室的弱型樹脂裝填時沒有按照實際數(shù)量裝填，結(jié)果造 成填充量過大，不能成床。后經(jīng)兩次樹脂量的調(diào)整，才使2號陽雙室浮動床運行良好。（2）再生時，為了保證雙室浮動床的再生效果，必須控制好再生排放水門的開度，使床體保持0. 05 0. 06 MPa的壓力，使再生液在床內(nèi)分布均勻，樹脂轉(zhuǎn)型徹底。通州美亞熱電廠水處理站雙室浮動床的再生排放水管未設(shè)計倒U型彎，第一次進行再生時，沒有控制 床體的壓力，再生液在床內(nèi)的充滿度不夠，發(fā)生了偏流，再生效果不理想，出水漏鈉。后來我們控制床體 的壓力在0. 050. 06 MPa下，再生流量為35 t /h，進行再生，正洗時的流量為110t / h，此時床體的壓 力為0. 20. 25 MPa。再生效果良好，出水水質(zhì)合格。（3）再生的正洗水源與置換水源應(yīng)當(dāng)用同一種水源。通州美亞熱電廠水處理站雙室浮動床的再生置換水源與正洗水源設(shè)計為不同種水源（該系統(tǒng)設(shè)計的置 換水源為除鹽水，而陽床正洗水源為其入口清水，陰床正洗水源為其入口陽床出水），造成再生時間延長， 順洗時間長，陽床鈉、陰床導(dǎo)度、二氧化硅洗不下來，出水水質(zhì)差的后果。后經(jīng)我們改用同一除鹽水水源， 問題很快得到解決，順洗時間短且出水水質(zhì)好。（4）雙室浮動床應(yīng)連續(xù)運行，以保證出水水質(zhì)和制水量。頻繁啟動雙室浮動床，會嚴重影響出水水質(zhì) 和產(chǎn)水量。通州美亞熱電廠水處理站在