水的離子交換處理后

關(guān)于水的離子交換處理后第1頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月二乙烯苯苯乙烯CH=CH2n—CH－CH2—…—CH—CH2—CH—…聚苯乙烯—CH—CH2—CH—…+過氧化苯甲酰CH=CH2CH=CH2m苯乙烯樹脂的制備苯乙烯陽樹脂的制備磺化反應(yīng)：—CH—CH2—CH—……—CH—CH2—CH—CH2—…SO3HSO3H—CH—CH2—CH—……—CH—CH2—CH—CH2—…+H2SO4

聚苯乙烯苯乙烯系磺酸型陽樹脂100℃，Ag2SO4聚苯乙烯高分子骨架的制備：第2頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月苯乙烯陰樹脂的制備氯甲基化反應(yīng)：氨化反應(yīng)：……—CH－CH2—……氯球CH2CI三甲基胺+(CH3)3

N→……—CH－CH2—……CICH2N(CH3)3

苯乙烯季胺鹽陰樹脂CH2CI……—CH－CH2—……聚苯乙烯+CH2OCH2CI→氯甲醚……—CH－CH2—……+CH3OH氯甲基聚苯乙烯（氯球）第3頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月2離子交換樹脂的命名

離子交換樹脂產(chǎn)品型號是根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GBl631—79《離子交換樹脂產(chǎn)品分類、命名及型號》而制定的。離子交換樹脂的全名稱由分類名稱、骨架（或基團）名稱、基本名稱依次排列組成?；久Q為離子交換樹脂。大孔型樹脂在全名稱前加“大孔”兩字。分類屬酸性的，在基本名稱前加“陽”字；分類屬堿性的，在基本名稱前加“陰”字。離子交換樹脂產(chǎn)品的型號以三位阿拉伯?dāng)?shù)字組成。第一位數(shù)字代表產(chǎn)品分類，第二位數(shù)字代表產(chǎn)品骨架組成，第三位數(shù)字為順序號，用以區(qū)別功能基或交聯(lián)劑的差異。代號數(shù)字的意義見表3.5.1和3.5.2。第4頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月代號0123456功能基強酸性弱酸性強堿性弱堿性螯合性兩性氧化還原表3.5.1分類代號表3.5.1骨架代號代號0123456骨架類型苯乙烯系丙烯酸系酚醛系環(huán)氧系乙烯吡啶系脲醛系氯乙烯系例如：001×7——(凝膠型)苯乙烯系強酸陽離子交換樹脂，交聯(lián)度為7。

110×4——(凝膠型)丙烯酸系弱酸性陽離子交換樹脂，交聯(lián)度為4。

D201——大孔型苯乙稀系強堿性陰離子交換樹脂。第5頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月3.離子交換樹脂的特性

物理性能：

(1)外觀。

(2)顆粒度。

(3)含水量。

(4)密度。

1)濕真密度。

2)濕視密度。（3)機械強度。（5)耐熱性?；瘜W(xué)性能：

(1)交換反應(yīng)的可逆性

(2)酸、堿性

(3)選擇性。

(4)交換容量。

1)全交換容量。

2)工作交換容量。第6頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月樹脂的離子交換是一種可逆反應(yīng)，反應(yīng)式可表示為：RA+BRB+A與任何化學(xué)平衡一樣，上述反應(yīng)遵循質(zhì)量作用定律，它的逆反應(yīng)就是A型樹脂的再生。平衡常數(shù)表達式：

KBA=[RB]·[A]/（[RA]·[B]）KBA>1樹脂對B的親和力大于對A的親和力，圖中曲線c；KBA<1樹脂對B的親和力小于對A的親和力圖中曲線a；KBA=1樹脂對A的親和力等于對B的親和力圖中曲線b；稱KBA為樹脂的選擇性系數(shù)，在濃度很稀時只與溫度有關(guān)，溫度一定時即為常數(shù)。圖3.6.1離子交換等溫曲線3.4離子交換原理第7頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3.6.2樹脂層交換層工作狀況

1—失效層；

2—工作層；

3—尚未工作的樹脂層工作層的下一個區(qū)域是尚未工作的A型樹脂層，在離子交換進行過程中，這三層實際上無時不在變化，所以不可能找出明顯的分界線，圖中的分界線是為說明問題而大致劃分的。在交換過程中，工作層不斷下移，當(dāng)下移到交換柱底部最后一層時，此時出水中就有B離子，也就說B離子開始穿透，交換柱開始失效了。所以最后一層離子交換容量未能充分發(fā)揮，只起保證出水質(zhì)量的作用，為保護層。如果保護層厚度大，則交換柱的工作交換容量就?。环粗?，交換柱的工作交換容量就大。在實際運行時，交換樹脂分為幾個區(qū)域，上層全部轉(zhuǎn)為B型樹脂，是失效層。失效層的下一個區(qū)域為工作層，水經(jīng)過工作層時，離子交換反應(yīng)就在這一層進行，在這一層中的樹脂是A型和B型的混合物，隨著交換的進行，工作層樹脂被B離子飽和，也就是說工作層變成了失效層，工作層又下移到下一區(qū)域，可見交換柱中的工作層是自上而下不斷移動的。圖3.6.2就是以A型樹脂處理含B離子水時，樹脂交換層的工作狀況。第8頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月3.7一級除鹽系統(tǒng)一級化學(xué)除鹽系統(tǒng)由陽離子交換器、除碳器和陰離子交換器所組成，其組合方式分為單元制和母管制。OHHCOHHCHHHCCOHOHOH單元制母管制圖3.7.1一級復(fù)床除鹽系統(tǒng)1—陽床水泵；2—強酸性H型陽離子交換器；3—除碳器；4—中間水箱；5—中間水泵；6—強堿性O(shè)H型陰離子交換器第9頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月

進入一級除鹽系統(tǒng)的水是經(jīng)預(yù)處理、預(yù)脫鹽的水，水中只含有少量的溶解性雜質(zhì)。溶解性雜質(zhì)包括陽離子、陰離子、少量膠體硅等。其中水中的陽離子主要由Ca2+、Mg2+、K+、Na+和極少量的Al3+、Fe3+離子組成，陰離子主要由HCO3－、SO42-、Cl－和少量的NO3-、HSiO3-離子組成。當(dāng)水通過強酸性H型陽交換器時，水中所有的陽離子都被強酸性H型樹脂吸收，活性基團上的H+被置換到水中，與水中的陰離子組合生成酸。其反應(yīng)式：1.陽離子交換器第10頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月1/2Ca1/2SO41/2Ca1/2H2SO4

1/2MgNO3+RH→R1/2Mg+HNO3CIHCINa

HCO3

Na1/2H2CO3

強酸性陽離子交換樹脂交換反應(yīng)：陽離子交換器的出水是酸性水。但當(dāng)交換器運行失效時，其出水中就會有其它陽離子的泄漏，而在諸多的陽離子中，首先漏出的陽離子是Na+，故習(xí)慣上稱之為漏鈉。當(dāng)出水中的Na+超過一個給定的極限值時，陽離子交換器被判失效，需停運再生后才能投入運行。為什么陽交換器失效時，首先發(fā)生漏鈉，而不是漏Ca2+或Mg2+離子？這是因為水中各種陽離子與樹脂中H+發(fā)生交換反應(yīng)時，因樹脂對各種陽離子的吸收有選擇性，故被樹脂吸收的離子在交換器內(nèi)有分層現(xiàn)象，根據(jù)樹脂對被吸收離子的選擇性順序，最上層是最易被吸收的Ca2+，次層以Mg2+為主，下層就是Na+。強酸性陽樹脂的選擇性順序為：Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>NH4+>Na+

第11頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月排水裝置壓脂層200mm進水裝置反洗空間中間排液裝置樹脂層1600mm逆流再生陽離子交換器結(jié)構(gòu)圖進水裝置的作用是均勻分布進水于交換器的過水?dāng)嗝嫔?。另一個作用是均勻收集反洗排水。排水裝置的作用是均勻收集處理好的水；另一個作用是均勻分配反洗進水。中間排液裝置的作用：中間排液裝置對逆流再生離子交換器運行效果有較大影響，其作用是均勻排出再生液，防止樹脂亂層、流失外，還應(yīng)有足夠的強度，安裝時應(yīng)保證在交換器內(nèi)呈水平狀態(tài)，2.陽離子交換器（陽床）壓脂層的作用過濾掉水中的懸浮物及機械雜質(zhì)；使進水通過壓脂層均勻作用于樹脂層表面；防止樹脂在逆流再生中亂層。第12頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖3.7.2交換器中離子分布情況

(a)開始進水時(b)交換器失效時當(dāng)交換器不斷進水，隨離子交換的不斷進行，由于水中的Ca2+比Mg2+、Na2+與樹脂的親合力更大，更易被樹脂吸收，所以水中的Ca2+-離子可和已吸收了Mg2+的樹脂進行交換反應(yīng)，使Ca型樹脂層向下擴展，而被置換下來的Mg2+一起與Na+型樹脂發(fā)生交換，使Mg2+型樹脂層下移而Na+的交換區(qū)域也逐漸下移。在運行過程中，這三層不同型態(tài)的交換劑的高度在不斷地向下擴展，如圖3.7.2所示。陽床整個制水周期(運行開始到交換器失效這段時間)中電導(dǎo)率、鈉離子濃度、酸度變化可用圖3.7.3表示。開始通水正洗時隨水的不斷通入，水質(zhì)越來越好。因而電導(dǎo)率、酸度、鈉離子快速下降（a點前）。在ab為穩(wěn)定制水過程，b點后樹脂開始失效。此時水中鈉增加，氫離子減少而氫氧根增加，使酸度下降，電導(dǎo)率下降。圖3.7.3強酸H型陽離子交換器典型出水曲線ab運行時的交換情況第13頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月無頂壓逆流再生的操作步驟：1）小反洗。只對壓脂層進行反洗，沖洗掉積聚在壓脂層上的污染物。用水為該級交換器的進口水，流速樹脂不亂層為宜，一直反洗至出水清澈為為止。2）放水。待樹脂顆粒下沉后，放掉中間排液裝置以上的水。3）進再生液。將再生液放入交換器內(nèi)，嚴(yán)格控制其流速和濃度4）逆流再生。進完再生液，關(guān)閉再生液計量箱出口閥，按再生液的流速和流量繼續(xù)用稀釋再生液的除鹽水進行沖洗，直至出水指標(biāo)合格為止。關(guān)閉進水閥。5）小正洗。水從上部進入，控制適當(dāng)?shù)牧魉伲慈ピ偕髩褐瑢又袣埩舻脑偕鷱U液和雜質(zhì)。小正洗用水為運行時的進口水。6）正洗。用水自上而下進行正洗，直到出水水質(zhì)合格，即可投入運行。樹脂的再生壓脂層進水再生液出水逆流固定床制水和再生流向圖再生廢液進水再生液出水

交換器經(jīng)過多周期運行后，下部樹脂層也會受到一定程度的污染，必須定期對整個樹脂層進行大反洗，大反洗前先進行小反洗，在大反洗時流量應(yīng)由小到大，逐步增大。從下步進水廢液由上部的反洗排水閥排出。第14頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月離子交換器的運行中技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)有交換器的出水水質(zhì)，工作交換容量和相應(yīng)的再生劑比耗，周期制水量及再生過程中消耗水量。工作交換容量(qi)：在一個制水運行周期中，平均單位體積樹脂進行交換所放出的離子量（mmol/Ｌ）。計算式：qi=(A+S)V/Vi。式中，A為平均進水堿度,mmol／Ｌ；Ｓ為平均出水酸度,mmol／Ｌ；Ｖ為從正洗合格開始制水到失效一周期內(nèi)的總制水量，m3;Vi交換器內(nèi)的樹脂體積，m3。酸耗：使交換劑恢復(fù)１mol的離子交換能力，所消耗的酸的的克數(shù)。酸耗（g／mol）＝酸的克數(shù)÷［周期制水量(L)×（陽床出口平均酸度＋陽床進口平均堿度）(mol／Ｌ)］。比耗：再生劑的實際酸耗與理論酸耗（酸的摩爾質(zhì)量）的比值。在實際中常用平均比耗來表示。平均比耗＝月或年的再生劑耗量／［（Ａ＋Ｓ）×制水量］。水耗：每次再生所耗水的體積與樹脂層體積之比。出水水質(zhì)：是監(jiān)督陽床出水的含鈉量。運行時的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)第15頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月2.除碳器

除碳原理水通過陽離子交換器，水中的HCO3-與從樹脂上交換下來的H+結(jié)合，形成H2CO3極不穩(wěn)定，隨即分解生成的CO2：H2CO3H2O+CO2水中的CO2，可以看作是溶解在水中的氣體，它的溶解度與氣體分壓的關(guān)系符合亨利定律，即在一定的溫度下氣體在液體中的溶解度與該氣體在液面上的分壓成正比。只要降低水面上CO2的分壓力，溶于水中的游離CO2就能解吸出來。降低液面CO2氣體分壓的常用方法有鼓風(fēng)和抽真空兩種。

第16頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月圖3.7.3除碳器結(jié)構(gòu)除碳器工作時水中上部布水扳扳淋下，通過填料層后，從下部排入水箱。空氣從下部由風(fēng)機引入，通過填料層后由頂部排出。在除碳器中因填料的陰擋作用，從上面流下來的水被分散成許多小股水流、微小滴或水膜，增大了空氣與水的接觸面積。因空氣中CO2含量很?。s0.03%），在水中溶解達平衡時不到0.45mg/L，這樣水與空氣接觸時，水中的CO2便會析出。真空除碳真空除碳通過真空泵或噴射器，從除碳器的不同部位抽真空而達到除碳的目的。排水口進氣口進水口oooooooo

排氣口填料支撐扳填料層布水扳鼓風(fēng)除碳器的結(jié)構(gòu)

它的工作原理除了同上述的鼓風(fēng)除碳所不同的是：在真空除碳過程中，水中其它溶解氣體(如氧氣)也同時被除去，這是鼓風(fēng)除碳所不能做到的。第17頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月3.陰離子交換器(陰床)1/2H2SO41/2SO4HNO3NO31/2H2CO3+ROH→R1/2CO3+2H2OHClCI1/2H2SiO3HSiO3陰離子交換實質(zhì)上是陰樹脂中的OH與酸性水(經(jīng)過陽離子交換及除碳)中的負(fù)離子進行交換。所以在強堿性陰離子交換器內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)為：

圖3.7.4強堿性O(shè)H型離子交換器出水水質(zhì)變化根據(jù)強堿陰樹脂的交換規(guī)律，HSiO3-集中在交換器中樹脂的底部。所以當(dāng)強堿性O(shè)H型陰離子交換器失效時，HSiO3-先漏出來，致使出水的硅含量升高。因強堿陰樹脂的選擇性順序為：SO42－>NO3－>Cl－>OH－>F－>HCO3－>HSiO3－第18頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月壓脂層進水裝置反洗空間中間排液裝置樹脂層2500mm排水裝置逆流再生陰離子交換器示意圖陰離子交換器與陽離子交換器一樣是逆流再生工藝，其操作步驟與陽離子交換器相同。其交換器結(jié)構(gòu)示意圖與陽離子交換器也相同。第19頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月混合型離子交換器（混合床）除鹽1/2Ca2+、1/2Mg2+、Na+RH+R，OH+1/2SO42－、CI－、HCO3－、HSiO3－Na1/2SO4R1/2Ca+R，CI+H2OHCO31/2Mg

HSiO3

由于陽、陰樹脂混合均勻，所以陽、陰離子交換反應(yīng)幾乎是同時進行的，置換出的H+和OH-立即生成水，都不會積累，消除了反離子作用，交換反應(yīng)進行得十分徹底，出水水質(zhì)很好。交換反應(yīng)如下：

混合床是圓柱型密閉容器。其內(nèi)部有進水裝置、排水裝置、中部有再生時排再生廢液的中間排水裝置等。為了便于陽、陰樹脂分層，混合床中陽樹脂與陰樹脂的濕真密度差應(yīng)大于0.15～0.20g／cm3。國內(nèi)混合床采用的陽、陰樹脂的體積比為1：2。第20頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月混合床結(jié)構(gòu)示意圖進水裝置中間排液裝置排水裝置進堿裝置反洗空間樹脂層混合床是圓柱型密閉容器。其內(nèi)部有進水裝置、排水裝置、中部有再生時排再生廢液的中間排水裝置等。為了便于陽、陰樹脂分層，混合床中陽樹脂與陰樹脂的濕真密度差應(yīng)大于0.15～0.20g／cm3。國內(nèi)混合床采用的陽、陰樹脂的體積比為1：2。經(jīng)過一級復(fù)床處理后的水質(zhì)，一般電導(dǎo)率小于0.2μS／cm，pH接近中性，含硅量(以SiO2計)在20μg／L以下?；旌洗步Y(jié)構(gòu)第21頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月電廠化學(xué)所用的轉(zhuǎn)動機械設(shè)備種類及數(shù)量很多?，F(xiàn)簡介常用的轉(zhuǎn)動機械設(shè)備。攪拌器。其作用是均勻混合（包括物質(zhì)、和能量），促進物理化學(xué)過程的加速進行。常用的是電機帶動的旋槳式攪拌器和帶減速裝置的槳式攪拌器。用于混凝澄清池等。空氣壓縮機。由主體、冷水系統(tǒng)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、安全閥、儲氣罐、除油器、粉塵過濾器、電動機及控制設(shè)備等組成。在離子交換樹脂再生中均需用壓縮空氣。柱塞泵。加藥泵均為柱塞泵，由螺輪—螺桿傳動機構(gòu)、泵缸頭托架、配軸器及電動機等組成。電動機通過螺桿、螺輪帶動曲軸，經(jīng)過連桿、十字頭使柱塞作往復(fù)運動從而完成液體的吸入、升研討、送出的過程。羅茨風(fēng)機。是一種旋轉(zhuǎn)活塞型容積式氣體壓縮機。由一個近橢圓形機殼與兩塊墻板包容一個氣缸，再與一對彼次互相嚙合的的葉輪組成。通過定時嚙轉(zhuǎn)達，以等速反向旋轉(zhuǎn)，借助兩葉輪的嚙合，使進氣口與氣口隔開。在旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過程中將氣缸容積內(nèi)的氣體從進氣口推移至排氣口達強制排氣的目的。離心泵。離心泵屬葉片式泵類，是靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪帶動液體旋轉(zhuǎn)，再利用慣性離心原理將液體抽出。轉(zhuǎn)動機械設(shè)備第22頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月

補給水水處理的流程（石洞口電廠）長江水→接觸式機械攪拌澄清池→雙層濾料重力式空氣擦洗濾池→過濾水池→細(xì)砂過濾器→活性炭過濾器→熱交換器→卡盤過濾器→反滲透→預(yù)除鹽水箱→陽離子交換器→真空脫氣器→陰離子交換器→混床→除鹽水箱。１．預(yù)處理包括殺菌、凝聚、澄清和過濾原水在進澄清池前加入次氯酸鈉殺菌，防止微生物積聚繁殖。澄清水池共4套，其中補給水澄清池2套，工業(yè)水澄清池2套為機械攪拌泥渣回流接觸式，出力為210t/h，出水區(qū)有防凍裝置，出水pH6.4～6.7，出水濁度小于10mg/L。在澄清池第一反應(yīng)室加入國產(chǎn)硫酸鋁凝聚劑和助凝劑（目前是進口供應(yīng)），水和藥劑快速混合后，形成絮狀物，凝聚效果好，通過凝聚、沉降作用去除原水中的懸浮物、膠體和有機物。凝聚劑計量是根據(jù)進水流量和進水水質(zhì)變化自動調(diào)節(jié)；助凝劑計量是根據(jù)進水流量自動調(diào)節(jié)。過濾池2臺，單臺出力100m3/h，采用雙層濾料（φ1.0～1.2mm無煙煤和φ0.4～0.5mm砂），空氣擦洗重力過濾，出水濁度小于1FTU。２．預(yù)脫鹽部分（反滲透設(shè)備）為美國GRAVER公司產(chǎn)品，其反滲透組件為美國UOP公司產(chǎn)品，材質(zhì)為聚酰胺復(fù)合膜，渦卷型。600MW超臨界直流爐補給水處理實例第23頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）脫氯處理：加硫代硫酸鈉，除去澄清池出水中余氯，再通過活性炭過濾器進一步除去殘余氯和有機物。（2）加熱器：使反滲透設(shè)備的進水溫度恒定在25℃左右，對穩(wěn)定流量和提高除鹽率有重要作用。（3）加酸和六偏磷酸鈉：調(diào)節(jié)進水pH值在5.7，加六偏磷酸鈉目的是防止在反滲透膜上結(jié)磷酸鈣垢。（4）卡盤過濾器：進一步去除懸浮物。（5）監(jiān)督進水污染指數(shù)：污染指數(shù)要求小于4，用SDI表連續(xù)監(jiān)測，人工不定期監(jiān)測。反滲透設(shè)有自動沖洗系統(tǒng)，當(dāng)反滲透停運后，立即自動沖洗，以防止雜質(zhì)停留在反滲透組件內(nèi)而污染膜面。反滲透組件分成兩個系列，當(dāng)原水Cl-＜1700mg/L時，并聯(lián)運行，出水量20t/h；當(dāng)原水CI-為1700～3500mg/L時，兩系列串聯(lián)運行，出水量為60/h。在任何一種運行方式下，反滲透出水均要達到脫鹽率大于90%、回收率75%的指標(biāo)。反滲透進口裝有pH表、SDI表，在進、出口裝有電導(dǎo)率表以監(jiān)督反滲透裝置的脫鹽率。反滲透裝置要保持連續(xù)運行，不宜時停時用。３．除鹽系統(tǒng)包括一級除鹽及混床

共兩系列，每系列流量為120t/h。兩個系列可同時運行，采用水頂壓逆流再生工藝。陽、陰樹脂均為DOW公司產(chǎn)品。反滲透設(shè)備的預(yù)處理系統(tǒng)：第24頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月阜陽電廠600MW超臨界機組化學(xué)水處理系統(tǒng)1.化學(xué)水處理系統(tǒng)組成水處理系統(tǒng)由原水預(yù)處理、超濾、反滲透預(yù)脫鹽、離子交換除鹽等系統(tǒng)組成，提供滿足運行所需的補給水水質(zhì)和水量。其中化學(xué)除鹽部分的出力為220t/h。經(jīng)處理后出水水質(zhì)應(yīng)達到如下標(biāo)準(zhǔn)：硬度≈0μmol/L；二氧化硅：≤15μg/L；導(dǎo)電度≤0.2μs/cm。2.化學(xué)水處理系統(tǒng)流程穎河水→機械攪拌澄清→超濾進水泵→超濾保安過濾器→超