電化學水處理講義-水的除鹽處理

PAGE13PAGE13電化學水處理講義—水的除鹽處理第一節(jié)離子交換樹脂水中能電離的雜質(zhì)可用離子交換法除掉，這種方法是用離子交換劑進行的。離子交換劑包括天然沸石、人造鋁硅酸鈉、磺化酶和離子交換樹脂等四類，其中離子交換樹脂在水處理中應用得比較廣泛。因此，在討論離子交換法前，先對離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)做一些介紹。一、樹脂的結(jié)構(gòu)離子交換樹脂是一種不溶于水的高分子化合物，外觀上是一些直徑為0.3~1.2毫米的淡黃色或咖啡色的小球。微觀上是一種立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的骨架；骨架上聯(lián)結(jié)著交換基團，交換基團中含有能解離的離子，圖13-5是一種離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)示意圖。下面簡單的介紹樹脂網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的孔隙和交換基團。圖13-5H型離子交換樹脂結(jié)構(gòu)示意1．樹脂孔隙。樹脂內(nèi)部的網(wǎng)架形成樹脂中許多類似毛細孔狀的溝道，即樹脂的孔隙。實際上這些孔隙非常小，一般常用樹脂的孔隙直徑為20~40埃(1埃=10-8厘米)，而且同一顆粒內(nèi)的孔隙也是不均勻的?？紫吨谐錆M著水分子，這些水分子也是樹脂孔隙的一個組成部分。水和交換基團解離下來的離子組成濃度很高的溶液，離子交換作用就是在這樣溶液條件下進行的。樹脂孔隙的大小，對離子交換運動有很大影響，孔隙小不利于離子交換運動，以致半徑大的離子不能進入樹脂內(nèi)，也就不能發(fā)生交換作用。樹脂網(wǎng)狀骨架部分不溶于水，在交換反應時也是不變的，一般用英文樹脂的第一個字母R來表示不變的這一部分。2．交換基團。交換基團是由能解離的陽離子(或陰離子)和聯(lián)結(jié)在骨架上的陰離子(或陽離子)組成。例如，磺酸基交換基團—，季胺基交換基團—等，其中或是能解離的并在反應中發(fā)生交換的離子；—或—是聯(lián)結(jié)在骨架上的離子，即R—或R—N(CH3)+，它們在反應中是不變的。在書寫某種離子交換樹脂時，一般只寫出樹脂骨架符號R和交換基團中能解離的離子本身符號，如RH或ROH等。二、樹脂的分類離子交換樹脂的分類，一般按交換基團能解離的離子種類分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂。1．陽離子交換樹脂。交換基團能解離的離子是陽離子的，叫做陽離子交換樹脂。在使用時通常是游離酸型即RH型，而且各種RH解離出H+能力的大小不同。所以，其中又分為強酸性陽離子交換樹脂和弱酸性陽離子交換樹脂。2．陰離子交換樹脂。交換基團能解離的離子是陰離子的，叫做陰離子交換樹脂。使用時通常是游離堿型即ROH型，而且各種ROH解離出OH-能力的大小不同。所以，其中又分為強堿性陰離子交換樹脂和弱堿性陰離子交換樹脂。3．此外，離子交換樹脂按其孔隙結(jié)構(gòu)上的差異，又有大孔型樹脂和凝膠型(或微孔型)之分。目前生產(chǎn)一種孔隙直徑為200~1000埃的樹脂，稱為大孔樹脂；而把一般孔徑在40埃以下的樹脂，稱為凝膠型樹脂。三、化學性質(zhì)離子交換樹脂的化學性質(zhì)有：離子交換、催化、絡鹽形成等。其中用于電廠水處理的，主要是利用它的離子交換性質(zhì)。所以，這里僅介紹離子交換反應的可逆性、選擇性和表示交換能力大小的交換容量。1．離子交換反應的可逆性。當離子交換樹脂遇到水中的離子時，能發(fā)生離子交換反應。反應結(jié)果，樹脂的骨架不變，只是樹脂中交換基團上能解離的離子與水中帶同種電荷的離子發(fā)生交換。例如，用8%左右的食鹽水，通過RH樹脂后，出水中的H+濃度增加，Na+濃度減小。這說明食鹽水通過RH樹脂時，樹脂中的H+進入水中，食鹽水中的Na+交換到樹脂上。這一反應為： RH+NaCl→RNa+HCl或 RH+Na+→RNa+H+如果用4%左右的鹽酸通過已經(jīng)變成RNa的樹脂后，出水中的Na+濃度增加，H+濃度減小。說明樹脂中的Na+進入水中，而鹽酸中的H+交換到樹脂上。這一反應為： RNa+HCl→RH+NaCl或 RNa+H+→RH+Na+對照兩個反應我們知道：離子交換反應是可逆的。這種可逆反應，可用可逆反應式表示： RH+NaClRNa+HCl或 RH+Na+RNa+H+2．離子交換反應的選擇性。這種選擇性是指樹脂對水中某種離子所顯示的優(yōu)先交換或吸著的性能。同種交換劑對水中不同離子選擇性的大小，與水中離子的水合半徑以及水中離子所帶電荷大小有關(guān)；不同種的交換劑由于交換換團不同，對同種離子選擇性大小也不一樣。下面介紹四種交換劑對離子選擇性的順序：(1)強酸性陽離子交換劑，對水中陽離子選擇順序： Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+>≈Na+>H+(2)弱酸性陽離子交換劑，對水中陽離子的選擇順序： H+>Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+>≈Na+從上述選擇順序來看，強酸性陽離子交換劑對H+的吸著力不強；而弱酸性陽離子交換劑則容易吸著H+。所以，實際應用中，用酸再生弱酸性陽離子交換劑比再生強酸性陽離子交換劑要容易得多。(3)強堿性陰離子交換劑，對水中陰離子的選擇順序： >>Cl>OH->F->>(4)弱堿性陰離子交換劑，對水中陰離子的選擇順序： OH->>>Cl->從陰離子交換劑的選擇性來看，用堿再生弱堿性陰離子交換劑比再生強堿性陰離子交換劑容易。但是弱堿性陰離子交換劑吸著很弱，不吸著。因此，弱堿性陰離子交換劑用于除掉水中強酸根離子。3．交換劑的交換容量。交換容量是離子交換劑的一項重要技術(shù)指標。它定量地表示出一種樹脂能交換離子的多少。交換容量分為全交換容量和工作交換容量。(1)全交換容量。全交換容量是指離子交換劑能交換離子的總數(shù)量。這一指標表示交換劑所有交換基團上可交換離子的總量。同一種離子交換劑，它的全交換容量是一個常數(shù)，常用毫克當量/克來表示。(2)工作交換容量。工作交換容量就是在實際運行條件下，可利用的交換容量。在實際離子交換過程中，可能利用的交換容量比全交換容量小得多，大約只有全交換容量的60~70%。某種樹脂的工作交換容量大小和樹脂的具體工作條件有關(guān)，如水的pH值、水中離子濃度、交換終點的控制標準、樹脂層的高度和水的流速等條件，都影響樹脂的工作交換容量。工作交換容量常用毫克當量/毫升來表示。四、新樹脂處理新樹脂處理前，需先用水使樹脂充分膨脹，，然后用5%稀鹽酸對其中無機雜質(zhì)（主要鐵的化合物）除去，用2%氫氧化鈉有機雜質(zhì)，。如果樹脂脫水，則先要用10%濃食鹽進行浸泡膨脹再進行處理。第二節(jié)離子交換除鹽在離子交換法的水處理中，根據(jù)除掉水中離子種類不同，分為離子交換法除鹽(化學除鹽)和離子交換法軟化(化學軟化)兩種。其中使用比較廣泛的是化學除鹽，所以我們著重討論化學除鹽的原理、設備及運行；對于化學軟化只作概括介紹。。1．原理?；瘜W除鹽原理主要有兩個交換反應，一個是除鹽反應，一個是再生反應。(1)除鹽。當含鹽水流過RH樹脂層時，水中的金屬離子與RH樹脂中的H+發(fā)生交換反應。水中的Na+、Ca2+、Mg2+……等離子擴散到樹脂的網(wǎng)孔內(nèi)并留在其中，而網(wǎng)孔內(nèi)的H+則擴散到水中。結(jié)果，水中除了少數(shù)殘余的金屬離子外，陽離子換成了H+。這個過程用下列反應式表示：RH+Na+→RNa+H+2RH+Ca2+→R2Ca+2H+2RH+Mg2+→R2Mg+2H+經(jīng)過RH樹脂處理后的水，再通過ROH樹脂層時，水中的酸根離子與ROH發(fā)生交換反應。水中的Cl–、、……等離子擴散到樹脂網(wǎng)孔內(nèi)并留在其中，而網(wǎng)孔的OH–則擴散到水中。結(jié)果，水中除了少數(shù)酸根外，陰離子換成OH–。這個過程用下列反應式表示： ROH+Cl–→RCl+OH– 2ROH+→R2SO4+2OH– ROH+→RHSiO3+OH–水中的H+與OH-相線路合變成水： H++OH-→H2O水經(jīng)過RH陽樹脂和ROH陰樹脂處理后，水中的金屬陽離子被交換成H+，酸根陰離子被交換成OH-相結(jié)合成水，原水中的鹽類被除去。這樣處理后的水叫做除鹽水。(2)再生。RH樹脂和ROH樹脂，經(jīng)過交換后，分別轉(zhuǎn)變?yōu)镽Na、R2Ca、R2Mg……和RCl、R2SO4、RHSiO3……等新型樹脂。這些新型樹脂不能再起除鹽作用，這種現(xiàn)象叫做樹脂的失效。使失效的樹脂重新恢復成最初類型的樹脂的過程，叫做再生。再生是根據(jù)離子交換反應的可逆性進行的。例如： 即反應向右進行是除鹽，向左進行是再生。而反應究竟向哪個方向進行與離子的性質(zhì)和溶液中離子濃度有關(guān)。在溶液中反應方向主要決定于離子被樹脂的選擇性，當溶液中某種離子濃度增大到一定范圍時，反應就可以按人們指定的方向進行。在上述反應中分別增加H+濃度和OH-濃度，反應就向再生方向進行。這一可逆反應，提供了失效樹脂再生的條件。RH陽樹脂失效后采用一定濃度的酸溶液再生，ROH陰樹脂失效后采用一定濃度的堿溶液再生。使樹脂再生的藥劑如酸、堿等，稱為再生劑(或還原劑)。在生產(chǎn)中，RH的再生液一般用4~5%的鹽酸或1~2%的硫酸；ROH的再生液一般用3~4%的氫氧化鈉溶液。2．設備和運行(1)復床。水處理使用的離子交換器有多種形式，其運行方式也各不相同，常見的有復床除鹽和混床除鹽。下面先介紹復床除鹽的設備結(jié)構(gòu)和運行步驟。復床就是把RH樹脂和ROH樹脂分別裝有兩個交換器內(nèi)組成的除鹽系統(tǒng)。裝有RH樹脂的叫做陽離子交換器；裝有ROH樹脂的叫做陰離子交換器。1)設備結(jié)構(gòu)。離子交換器的主體是一個密閉的圓柱形殼體，體內(nèi)設有進水、排水和再生裝置，如圖13-6。進水裝置多采用喇叭口形，水沿喇叭口周圍淋下，以便使水分布均勻。排水裝置，近年來多采用穹形多孔板加石英砂墊層的方式，也有用排水帽的。進再生液裝置有輻射型、圓環(huán)形和支管形，如圖13-7所示。圖13-6離子交換器結(jié)構(gòu)圖13-7離子交換器再生裝置1—放空氣管；2—進水漏斗；3—再生裝置；1—輻射型；2—圓環(huán)型；3—支管型4—縫式濾頭；5—混凝土2)運行步驟。交換器的運行分為四個階段：交換除鹽、反洗、再生和正洗。①交換除鹽。在除鹽運行階段，被處理的水洗經(jīng)過陽離子交換器，再進入陰離子交換器，除鹽后的水送入除鹽水箱。陽離子交換器內(nèi)裝入一定量的RH樹脂，在陽離子交換器內(nèi)水中的金屬離子與RH樹脂中的H+交換，金屬被交換在樹脂上；陰離子交換器內(nèi)裝入一定量的ROH樹脂，在陰離子交換器內(nèi)，水中的酸根離子與ROH樹脂中的OH交換，酸根離子被交換在樹脂上。經(jīng)過兩種交換處理后的水，送入除鹽水箱。交換器運行若干小時后，出水含鹽量增加，水的導電度增大。當運行到出水導電度明顯增大并達到一定值時，說明交換劑已經(jīng)失效，不能生產(chǎn)出合格的水。在生產(chǎn)，為了便于用導電度表監(jiān)視樹脂是否已經(jīng)失效，一般是讓陽樹脂先失效。樹脂失效后，停止運行進行再生。②反洗。樹脂再生前需要反洗。這是因為變換是在較大壓力下進行的，樹脂顆粒間壓得很緊，這樣在樹脂層內(nèi)會產(chǎn)生一些破碎的樹脂；此外，在陽離子交換樹脂層表面幾厘米的厚度內(nèi)還會積累一些水中懸浮物，這些破碎的樹脂是懸浮物都不利于交換劑的再生。所以，反洗的目的就是用清水松動交換劑層，清除樹脂層內(nèi)的懸浮物、破碎樹脂和氣泡等。反洗水經(jīng)底部反洗進水門進客店交換器內(nèi)，自下而上的流過樹脂層，再進入上部漏斗由排水門排入地溝。反洗時，要求樹脂層膨脹30~40%，使樹脂得到充分清洗。反洗一直進行到出水澄清為止。為了防止樹脂被沖走，應先慢慢開大反洗進水門，然后慢慢開大排水門。使用的反洗水不應污染樹脂。圖13-8混合床離子交換器結(jié)構(gòu)1—放空氣管；2—觀察孔；3—進水裝置；圖13-8混合床離子交換器結(jié)構(gòu)1—放空氣管；2—觀察孔；3—進水裝置；4—多孔板；5—檔水板；6—濾布層；7—中間排水裝置④正洗。待樹脂中再生后的廢液基本排完，樹脂中仍有殘留的再生劑和再生產(chǎn)物，必須把它們洗掉，交換器方能重新投入運行。正洗時，清水沿運行路線進入交換器，由排水門排入地溝。正洗開始時，排出的廢液中仍有再生劑和再生產(chǎn)物，隨著正洗的進行，出水中的再生劑和再生產(chǎn)物逐漸減少，同時除鹽的交換反應也開始發(fā)生，當排出的水基本符合水質(zhì)標準時，即可關(guān)閉排水門，結(jié)束正洗，投入運行或備用。交換器從除鹽→反洗→再生→正洗的全過程叫做一個運行周期。(2)混床。經(jīng)過復床除鹽的水，僅適用一般高壓鍋爐的補給水，仍不能滿足高參數(shù)鍋爐的給水水質(zhì)要求。為此，可以將復床除鹽水再通過混床處理，以提高水質(zhì)的純度?；齑簿褪前殃?、陰離子交換樹脂放在同一個交換器內(nèi)，并在運行前兩種樹脂充分混合均勻。1)混床的除鹽原理。一般制取高純度的除鹽水，均采用RH與ROH樹脂，即H-OH型混床。在這種混床內(nèi)可以把樹脂層內(nèi)的RH與ROH樹脂顆粒看做為混合交錯排列的，這樣的混床就相當于許多級復床串聯(lián)在一起，有利于下列反應：RH+Na+→RNa+H+ROH+→RHSiO3+OHH++OH→H2O由于RH與ROH樹脂顆粒交錯排列，生成的H+和OH很快能結(jié)事成難解離的水，使除鹽反應進行得比較徹底。因此，HOH型混床的出水水質(zhì)純度很高。2)設備結(jié)構(gòu)。一般采用的混床有固定式體內(nèi)再生混床和固定式體外再生混床。這里介紹內(nèi)再生混床設備，如圖13-8。這種離子交換器是一個圓柱形密閉容器，交換器上部設有進水裝置，下部有配水裝置，中間裝有陽、陰樹脂再生用的排液裝置，中間排液裝置的上方設有進堿裝置。3)再生。混床是把陽、陰樹脂混合裝在同一個交換器內(nèi)運行的，所以運行操作與一般固定床不同，特別是混床的再生操作差別很大。當混床樹脂失效再生時，首先應把混合的陽、陰樹脂分層，然后才能分別通過酸、堿再生液進行再生，這是混床操作的特點。再生方法分為體內(nèi)再生法和體外再生法。本節(jié)介紹體內(nèi)再生法，其步驟為：反洗分層、再生和正洗。①反洗分層?；齑矁?nèi)陽、陰樹脂間的比重差是混床樹脂分層的重要條件。陽樹脂的濕真比重為1.23~1.27，而陰樹脂的濕真比重為1.06~1.11。由于陽、陰樹脂比重的不同，當混床樹脂反洗時，在水流作用下樹脂會自動會層，上層是比重較小的陰樹脂，下層是比重較大的陽樹脂。陽、陰樹脂的比重差越大，分層越迅速、徹底；比重差小，分層比較困難。樹脂的比重與失效樹脂轉(zhuǎn)型有關(guān)，失效樹脂轉(zhuǎn)型不同，其比重也各不相同，不同型式的陽樹脂，它們的比重順序為： 不同型式陰樹脂的比重順序為： ——表示比重，右下角的符號表示樹脂的類型。為了提高樹脂分層效果，有時在分層前向混床內(nèi)通入NaOH，使陽樹脂轉(zhuǎn)換為比重較大的RNa樹脂，使陰樹脂轉(zhuǎn)換為比重較小的ROH樹脂。這樣可以增大陽、陰樹脂間的比重差，以達到提高分層效果的目的。此外，反洗流速，也影響分層效果。一般反洗流速，應控制在使整個樹脂層的膨脹率在50%以上。②再生。混床中陽、陰樹脂分層后，就可以對上層的陰樹脂和下層的陽樹脂分別進行再生，亦可同時進行再生。以分別再生為例，說明再生操作：再生陰樹脂時，堿液從上部的進堿管進入，通過失效的陰樹脂層，使失效樹脂再生，其廢液由混床中部排液裝置排出。此時應特別注意防止堿液浸潤陽樹脂層。為此，在再生陰樹脂的同時將清水按酸再生液的途徑，從底部不斷送入。當陰樹脂再生完畢后，繼續(xù)向陰樹脂層進清水，清洗陰樹脂層中的再生廢液，清洗至排水的氫氧堿度為0.5毫克當量/升時為止。再生陽樹脂時，酸液從下面通過底部配水裝置進入失效樹脂層，使失效的陽樹脂再生，其廢液從混床中部的排液裝置排出。此時應注意防止酸液浸潤陰樹脂層。為此，在再生陽樹脂同時將清水按堿再生液的途徑從上部進入。當陽樹脂再生完畢后，繼續(xù)向陽樹脂層進清水，清洗陽樹脂中的再生廢液，清洗至排水的酸度為0.5毫克當量/升時為止。③正洗。正洗就是用清洗水從上部進入，通過再生后的樹脂層由底部排出。首先進行混合前正洗，當正洗到排水的導電度在1.5微姆/厘米以下時，停止混合前正洗，然后從混床交換器底部進入壓縮空氣，把兩種樹脂混合均勻，進行混合后的大流量正洗(流速約為20米/時左右)至出水合格，投入運行或備用。混床的出水純度雖然很高，但樹脂交換容量的利用低、樹脂磨損大、再生操作復雜。因此，它適用處理含有微量鹽的水，如經(jīng)過一級復床處理的除鹽水和凝結(jié)水等。這樣可以延長混床的運行周期，減少再生次數(shù)。二、化學軟化含有較多Ca2+和Mg2+的水，叫做硬水。降低水中Ca2+和Mg2+的含量或把水中Ca2+和Mg2+基本全部除掉的工作叫做軟化。經(jīng)過軟化后的水叫做軟水?；瘜W軟化的反應原理、設備及其運行步驟基本上與復床除鹽相似，不同的是軟化只是除掉水中的Ca2+和Mg2+，軟化所用的交換劑是RNa或RH。如果交換劑為RNa時，再生液為5~10%的食鹽水。軟化和再生反應式如下： 軟化水的含鹽量比除鹽水中的含鹽量高，所以軟化水只能做中、低壓鍋爐或蒸發(fā)器的補給水。第三節(jié)除CO2器圖13-9鼓風除CO圖13-9鼓風除CO2器1—脫氣塔；2—充填物(拉西環(huán))；3—中間水箱河水和井水一般均含有重碳酸鹽，這種水經(jīng)過RH樹脂層時，發(fā)生如下反應：2RH+Ca(HCO3)2→R2Ca+2H2CO32RH+Mg(HCO3)2→R2Mg+2H2CO3水中其它重碳酸鹽也發(fā)生類似反應，致使水中重碳酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓帷３鼵O2器主要用于除去水中的這部分碳酸。1．除CO2的原理。含有重碳酸鹽的水經(jīng)過RH樹脂處理后，它的pH值一般在4.3以下。在這種情況下水中H2CO3能分解為水和二氧化碳： 這種CO2可以看作是溶于水的氣體。當水面上的CO2壓力降低或向水中鼓風時，溶于水中的CO2就會從水中逸出。根據(jù)它的這個性質(zhì)，可以采用真空法或鼓風法來除去水中的CO2。2．鼓風除CO2器。鼓風除CO2器是一個圓柱形設備，如圖13-9所示。除CO2器的圓柱體可用金屬、塑料或木料制成。如果用金屬制造，圓柱體的內(nèi)表面應采取適當防腐措施。柱體內(nèi)一般裝在瓷環(huán)，瓷環(huán)的作用是使水與空氣能充分接觸。除CO2器運行時，水從圓柱體上部進入，經(jīng)配水管和瓷環(huán)填料后，從下部流入貯水箱。空氣則由鼓風機從柱體底部送入，經(jīng)瓷環(huán)并與水充分接觸，然后由上部排出。由于空氣中CO2含量很少，它的壓力只占大氣壓力的0.03%左右。所以當空氣鼓進柱體并與水接觸時，水里的CO2就會擴散到空氣中去，當水從上往下流動遇到從下向上的空氣時，水中絕大部分CO2即隨空氣帶走。水越往下流其中CO2越少，當水流到柱體底部時，殘余的CO2一般只有5~10毫克/升。第四節(jié)降低酸、堿耗的措施在對給水進行化學除鹽的過程中，費用最大的是樹脂再生用的酸或堿。降低再生用的、堿耗，是提高化學除鹽經(jīng)濟運行的主要途徑。一酸、堿耗的計算方法在計算化學除鹽的酸、堿耗時，常用單耗和比耗來表示。1．單耗。再生劑的單耗是指除去水中1克當量的離子，實際消耗再生劑的克數(shù)： 式中總陽離子量=入口水堿度+出口水酸度；總陰離子量=入口水酸度+；這里CO2——陰離子交換器入口水中CO2的含量，毫克/升；SiO2——陰離子交換器入口水中SiO2的含量，毫克/升。2．比耗。再生劑的比耗是指實際用的再生劑單耗與再生劑理論消耗量的比值： 再 二降：1．逆流再生。逆流再生是再生液的流向運行時水的流向相反。這種再生方式，能使保護層樹脂(指運行時水流量后經(jīng)過的那一部分樹脂)再生徹底，再生液也得到了充分利用。這樣，可以降低酸和堿的消耗量，提高出水水質(zhì)。逆流設備在運行時，被處理的水最后與再生徹底的保護層接觸，有利于提高出水水質(zhì)。另外，水在進入交換器時，首先接觸的是再生程度較差的樹脂，由于水中H+、OH(或軟化處理時的Na+)濃度小，反應按除鹽(或軟化)方向進行，這就使再生程度較差的樹脂也能充分發(fā)揮作用。目前，我國使用的逆流離子交換器有：逆流再生固定床和浮動床等。圖13-10浮動床工作原理示意(1)運行狀態(tài)；(2)再生狀態(tài)逆流再生固定床在運行時，待處理的水由交換器上部進入，經(jīng)過樹脂層后由下部流出。樹脂再生時，再生液由交換器下部進入，經(jīng)過樹脂導的再生廢液，由上部排出。浮動床在運行時，要處理的水上交換器底部進入，利用水流的動能使村脂以密實狀態(tài)向上托起稱為成床，水流過床層由頂部排出。樹脂再生時，樹脂層下落，稱為落床。落床后再生液由交換器上部進入，經(jīng)過樹脂層的再生廢液由底部排出，如圖13-10。表13-6內(nèi)列出我國某些電廠采用逆流交換器運行的經(jīng)濟指標和出水水質(zhì)。表13-6逆流與順流再生的酸、堿耗和出水水質(zhì)酸、堿耗(克/克當量)出水水質(zhì)順流逆流順流逆流酸耗堿耗酸耗堿耗漏Na+(微克/升)導電度(微姆/厘米)漏Na+(微克/升)導電度(微姆/厘米)XX廠82934555200~10004~10201.0XX廠8510042.555150~7004~1020~401.0~2.0XX廠92994668.4700~8001040~605注：再生液采用的酸為鹽酸(HCl)，堿為氫氧化鈉(NaOH)。2．設置前置式交換器。將一個強酸性(或強堿性)離子交換器設計成兩個，前后安裝。運行時，原水先通過前者，再通過后者。再生時，再生液先流經(jīng)后者，再流經(jīng)前者。這種水處理方式，由于采用了類似逆流再生的辦法，使酸、堿耗降低。3．雙層床離子交換器。雙層床是將強酸性與弱酸性(或強堿性與弱堿性)離子交換樹脂，分層裝在固定床交換器中。弱酸性(或弱堿性)樹脂裝在上層，強酸性(或強堿性)樹脂裝在下層。運行時，水從上部流入由下部排出；再生時，再生液從下部進入失效樹脂層，由上部排出。由于弱酸(或弱堿)樹脂失效后很容易再生，所以再生液從底部經(jīng)過強酸(強堿)樹脂后的稀溶液對弱酸(弱堿)樹脂還能起再生作用。這樣，再生劑得到了充分的利用，降低了酸、堿耗。例如，某廠的陽雙層床的HCl酸耗平均為43.7克/克當量，出水漏Na+為40~80微克/升，硬度為0；另一電廠的陰雙層床的NaOH堿耗約為45克/克當量，出水導電度為3~4微姆/厘米，SiO2為10微克/升左右。從這些數(shù)據(jù)可以看出，雙層床酸、堿耗比順流再生單層床的酸、堿耗低得多，出水水質(zhì)也有所提高。4．廢再生液回收。當使用順流固定床交換器時，再生強酸性或強堿性樹脂的廢液，其酸、堿濃度在2%左右，應將這種廢液回收到專設的容器內(nèi)，供下次初步再生使用。注意，開始排出的廢液中因再生產(chǎn)物較多，不宜利用；當再生產(chǎn)物含量高峰過后，廢液方可回收備用。第五節(jié)鍋爐補給水的處理系統(tǒng)前面已經(jīng)討論了除掉水中各類雜質(zhì)的原理、設備和方法；了解到把天然水凈化為鍋爐補給水的過程，這個過程是由各種水處理方法和設備聯(lián)合組成的水處理系統(tǒng)。某電廠應采用何種水處理系統(tǒng)，應根據(jù)本廠對給水水質(zhì)要求和原水水質(zhì)情況等具體條件決定。電廠常用的幾種基本水處理系統(tǒng)及其適用范圍列于表13-5中。表13-5鍋爐補給水處理系統(tǒng)水處理系統(tǒng)適用范圍1—配水器；2—空氣分離器；3—澄清器；4—清水箱；5—機械過濾器河水的懸浮物含量大于20毫克/升，硅化物較多，含鹽量不高的原水用于高壓及高壓以下鍋爐的補給水處理含強酸陰離子較多的原水用于中、低壓爐堿蒸發(fā)器的補給水處理含重碳酸鹽堿度較大的原水用于中、低壓爐或蒸發(fā)器的補給水處理堿度、含鹽量、硅酸含量均不高的清水用于超高壓爐或直流爐的補給水處理堿度及、Cl含量較高的清水用于高壓爐的補給水處理和Cl含量高的清水用于超高壓爐或直流爐的補給水處理第四節(jié)混合離子交換器一、概述混合離子交換器是用于初級純水的進一步精制。一般設置于陰、陽離子交換器之后，也可設置在電滲析或反滲透后串聯(lián)使用。出水水質(zhì)可達到SiO2≤0.02mg/L，導電度≤0.02μS/cm，處理后的高純水可供高壓鋼爐、電子、醫(yī)藥、造紙、化工和石油等工業(yè)部門。二、工作原理混合離子交換法，就是把陰、陽離子交換樹脂放在同一個交換器中，將它們混合，所以可看成是由無數(shù)陰、陽交換樹脂交錯排列的多級式復床。水中所含鹽類的陰、陽離子通過該交換器，則被樹脂交換，而得到高純度的水。在混床中，由于陰、陽樹脂是相互均勻的，所以其陰、陽離子交換反應幾乎同時進行。或者說，水的陽離子交換和陰離子交換是多次交錯進行的。經(jīng)H型交換所產(chǎn)生的H+和OH-都不能積累起來，基本上消除了反離子的影響，交換進行得比較徹底?；旌洗膊捎皿w內(nèi)再生法。再生時利用兩種樹脂的比重不同，用反洗使陰、陽離子交換樹脂完全分離，陽樹脂沉積在下，陰樹脂浮在上面，然后陽樹脂用鹽酸（或硫酸）再生，陰樹脂用燒堿再生。三、技術(shù)數(shù)據(jù)表設備名稱混合離子交換器運行流速（m/h）40～60反洗流速（m/h）10時間(min)15再生藥劑HCLNaOH四、結(jié)構(gòu)簡述：1.進水裝置在交換器上部設有進水裝置，使水能均勻分布。2.再生裝置在陰離子交換樹脂上方設有進液母管，進液母管采用母支管形式，支管采用加強型T型繞絲管。陰離子交換樹脂再生用堿液即由該進液母管送入。再生陽離子交換樹脂用的酸液由底部排水裝置進入，再生酸、堿廢液均由中排口排出。3.中排裝置中排裝置設置在陰、陽樹脂的分界面上，用于排泄再生時酸、堿廢液和沖洗液，型式為雙母管式或支管母管式，支管采用加強型T型繞絲管。4.排水裝置均采用多孔板上裝設水帽，多孔板采用鋼襯膠。另外，在陰陽樹脂分界面外、樹脂表面處及最大反洗膨脹高度處各設視鏡一個，用以觀察樹脂表面及反洗樹脂的情況。筒體上部設樹脂輸入口，在筒體下部近多孔板處設樹脂卸出口。樹脂的輸入和卸出均可采用水力輸送。五、運行及再生操作程序控制表：閥門名稱狀態(tài)步驟進水口k1出水口k2反洗進水口k3反洗排水口k4正洗排水口k5中間排水口k6壓縮空氣進口k7進酸口k8進堿口k9排氣口k10控制指標參考數(shù)據(jù)1運行∨∨－－－－－－－－流速40～60m/h2反洗分層－－∨∨－－－－－－流速10m/h、15min3沉降－－－－∨－－－－∨5～10min4強迫沉降∨－－－∨－－－－－5預噴射－－－－－∨－∨∨－1min6再生－－－－－∨－∨∨－流速5m/h7置換－－－－－∨－∨∨－流速5m/h8清洗∨－∨－－∨－－－－9排水－－－－∨－－－－∨放水至樹脂層表面上100mm左右處10混合－－－－－－∨－－∨壓力0.1～0.12MPa,氣量2～3m3/(m2.min),0.5～1min11灌水∨－－－－－－－－∨12正洗∨－－－∨－－－－－流速15～30m/h表中“∨”表示閥門開啟狀態(tài)，“－”表示閥門關(guān)閉狀態(tài)。表中所列各步驟的時間，應在調(diào)試時再確認。1、運行操作啟動前檢查：（1）設備處于備用，各閥門處于關(guān)閉位置。（2）流量表、壓力表完好，考克開啟。（3）一級除鹽水箱水位在1/2以上（或根據(jù)二級水位情況決定）。啟動與停止操作：啟動：（1）除鹽泵投入運行，開進水門k1，空氣門k10，當空氣門出水即關(guān)閉。（2）開正洗排水門k5，沖洗至出水符合標準。（3）關(guān)正洗排水門k5，開出水門k2，向二級水箱送水，并調(diào)整流量至需要值。停止：關(guān)出水門k2，進水門k1，停止除鹽泵運行。運