水处理系统设计Word文档下载推荐.docx

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2.2过滤器设计计算17

2.3除碳器设计计算19

2.3.1工作面积计算20

2.3.2填料高度计算21

2.4槽罐设计计算22

2.5管路设计计算22

2.5.1进出水管23

2.5.2树脂注入管23

2.5.3树脂卸出管23

2.5.4压空进气管23

2.5.5呼排管24

3废物治理24

4附图附表24

附图：

24

附图1设备布置平面图24

附表：

附表1主要设备、材料一览表25

附表2管道特性表25

1工艺设计说明

1.1工艺设计依据

（1）《水处理工程师手册》（北京：

化学工业出版社，2000）；

（2）《锅炉水处理技术》（郑州：

黄河水利出版社，2003）；

（3）《火电厂水处理及水质控制》（北京：

中国电力出版社，2008）；

（4）50109-2006工业用水软化除盐设计规范；

（5）20519-2009化工工艺设计施工图内容和深度统一规定；

（6）20553-2011化工配管用无缝及焊接钢管尺寸选用系列；

（7）17279—1998水池贮源型γ辐照装置设计安全准则；

（8）7465-2009高活度钴60密封放射源。

1.2原理介绍

离子交换柱的结构和一级复床加混床系统原理图如图1和图2所示。

如图2所示的一级复床加混床系统，是水处理专著文献《水处理工程师手册》（北京：

化学工业出版社，2000）、《锅炉水处理技术》（郑州：

黄河水利出版社，2003）的推荐流程，其系统较简单，出水水质稳定。

该系统采用化学法对进水进行除盐处理，水中的各种盐类几乎都可被除尽，出水水质主要指标为：

电导率小于20μ。

该系统中，当水通过强酸性H离子交换树脂时，水中的各种阳离子被树脂中的交换后留在树脂中，而则到了水中，其交换反应可用下式综合表示：

由上述反应式可知，阳床的出水呈酸性，其中含有和进水中阴离子相应的H24和等强酸，以及H23和H23等弱酸。

通常H23在酸

图1离子交换柱的结构

性水中成为2。

随后，阳床出水由除碳器上部经喷淋装置，流过填料层表面，空气自下部风口进入逆流穿过填料层。

水中的游离二氧化碳迅速解析进入空气中，自顶部排出，其残留量可达5。

然后，再进入阴床。

这时水中各种阴离子被型树脂交换吸附，树脂上的则被置换到水中，并与水中的结合成H2O，其交换反应可用下式综合表示：

经复床除盐后，出水水质达到初级纯水的水平。

最后，复床的出水进入混床，进一步纯化除盐，出水电导率达20μ以下。

从而，实现原水的净化处理。

图2一级复床加混床除盐系统原理图

1—阳床；

2—除二氧化碳器；

3—中间水泵；

4—阴床；

5—混床

1.3流程介绍

离子交换水处理系统工艺管道及仪表流程图如图3所示。

如图所示，首先树脂由树脂注入口通过漏斗（F01/1～3）注入树脂柱内。

树脂注入口还可以作为备用管口，如用于柱内树脂的酸碱洗涤等。

管道W01-32P为进水管道的旁路，用于调节系统的进水流量，超出处理能力的池水直接由此旁路返回池内。

进水由经石英砂过滤器和活性炭过滤器两级过滤后，按1.1小节所述原理及图2中的流程依次进入由阳离子交换柱（R01）、除碳器（R02）、阴离子交换柱（R03）和混合离子交换柱（R04），进行阴阳离子交换纯化及除碳。

石英砂过滤器和活性炭过滤器具有滤去水中游离物、微生物、部分重金属离子的作用。

若池水电导率符合要求，只是为了除去之中的铁锈、絮状物等渣滓，池水可仅经两级过滤后，由管道W03-15P直接返回水池。

各柱进出液管道上均设有在线电导率仪、压差变送器及管道过滤器，其中，电导率仪用于测定出水水质；

管道过滤器用于过滤出水中的碎树脂等小颗粒物质；

压差变送器用于指示管道过滤器前后的压差，当压差达到一定值后对其中过滤芯子进行更换。

同时，在各管道上还设置有取样点，取样后送分析室分析电导率等，并与在线电导率显示数据相对比。

为防止柱内树脂的板结等情况，造成进水流动不畅，各柱上均设置了压差测量仪表和压空进气管。

压差测量仪表安装在柱子进出水管上。

压差测量仪表显示值达一定值或进水流速变慢时，由压空进气管向柱内通入压空可以疏松柱内树脂确保水流畅通。

待各柱树脂达到工作交换容量，即出水水质达不到要求后，开启树脂卸出管道上的相关阀门，同时向柱内注水和适当开启压空阀门向柱内通入压空（起到搅拌作用），卸出树脂送处理处置。

1.4树脂再生与否的选择

该离子交换水处理系统运行过程中，不进行再生操作，待离子交换树脂达到工作交换容量后直接卸出更换新树脂。

之所以不进行树脂

图3离子交换水处理系统工艺管道及仪表流程图

再生操作，是基于以下几方面的考虑：

1）阴、阳离子床的再生周期为825h（混床的再生周期会更长），即一个运行周期处理水量大于800m3，而水池水量仅28.3m3。

相对一个处理周期处理量而言，水池水量极小，一个运行周期可以将水池内的水纯化约30次。

2）该离子交换水处理系统并非长期连续运行，待水池水质达到要求后运行便会停止。

另外，水池处于密封状态，池水相当于贮存于一不锈钢密封容器内，水质受外界环境的影响较少，一般不会收到污染。

因此，该系统每投入运行一次，便能保证池水水质维持较长时间。

3）阴、阳离子交换树脂的再生对床体内部结构有要求，因此会增加大量柱内构件、管线及阀门等。

再生操作过程比较繁琐，要求比较严格，稍有疏忽就会给运行带来不良后果。

另外，还会产生许多酸碱废液；

达到工作交换容量的离子交换树脂没有放射性，处理处置较容易。

4）本系统选用的阴、阳离子交换树脂是常用树脂，早已商品化，尤其在发电厂水处理过程中大量应用，廉价易得，且预处理相对容易。

1.5出水质量要求

参照《17279—1998水池贮源型γ辐照装置设计安全准则》中水池贮源水质电导率小于1000μ的要求，并考虑到密封钴60放射源的自身条件，将其水质电导率降至100μ甚至更低。

同时，《7465-2009高活度钴60密封放射源》规定贮源水中的总氯离子含量不大于1×

10-6，值为5.5~8.5。

该一级复床加混床系统采用化学法对进水进行除盐处理，水中的各种盐类几乎都可被除尽，且出水水质较为稳定，据相关文献报道其出水电导率一般小于20μ。

同时，由于现水池水质较好，盐分较少（～120μ），经处理后其值也会在5.5~8.5范围内。

出水电导率按20μ计，再由原水电导率120μ，则系统的净化效率μ为：

μ=（120-20）/120

=83.3%。

1.6处理能力及水池水量

该系统处理能力确定为1.0m3，对池水进行循环净化，直至满足贮源水质对电导率的要求。

418/4-12＃源库内两个中子源水池相通，规格分别为2m×

2m×

5.1m、2m×

1.45m×

5.1m，水深为4.1m。

则水池内水量为：

（2m×

2m＋2m×

1.45m）×

4.1m

=28.3m3

2主要设备设计计算

2.1树脂柱设计计算

2.1.1设计依据

处理能力：

1.0m3；

工作温度：

室温；

732型树脂工作交换容量：

1000（湿）；

732型树脂运行流速：

10～45；

717型树脂工作交换容量：

500（湿）；

717型树脂运行流速：

原水水质：

电导率约为120μ（由分析室提供）；

出水水质：

电导率不大于100μ，总氯离子含量不大于1×

2.1.2阳离子柱设计计算

2.1.2.1柱内径D内1计算

阳离子交换柱采用732型中的001×

7号离子交换树脂。

运行过程中，原水在该树脂床中的运行流速范围为10～45。

本设计取进水流速为30，则结合式

（1）可得：

（1）

式中：

S—床体内部截面积，m2

q—处理能力，m3

v—进水流速，

=1m3÷

30

=0.033m2

再由0.785D内12得：

D内1=206

为便于管道选取，设计中，D内1取200，选用φ219×

6的无缝不锈钢管。

2.1.2.2柱高H1计算

一般情况下，处理能力为5m3以下的离子交换柱，高径比的取值范围为5~10。

本设计取高径比为8，则由式

（2）可得：

内

（2）

H—床体高度，

k—高径比

D内—柱内径，

H1内1

=8×

200

=1600

设计中，H1取1600。

2.1.2.3再生周期计算

一般地，离子交换柱的装填量为柱高的2/3左右，即可得本阳离子交换树脂装填高度约为1000,相应装填量为0.033m3。

按照式（3）进行该床再生周期的核算。

（V树脂×

K×

0.6）÷

（q×

λ÷

50）（3）

T—再生周期，h

V树脂—树脂体积，m3

K—树脂工作交换容量，

q—处理能力（进水流量），m3

λ—进水电导率，μ

即T1=（0.033×

1000×

0.6）÷

（1×

1.2÷

50）

=825h

可见，阳离子床的再生周期为825h,即约5周需再生一次，较为合适。

从另外一个角度讲，去离子柱每运行一个周期即可将水池内的水净化约30次。

2.1.3阴离子柱设计计算

阴阳离子交换树脂中的、通过与池水中的各种阴阳离子交换后而进入水中。

考虑到池水的内杂质离子种类等具体情况，理论上进行交换的这两种离子的物质的量是相等的，即进入水中的摩尔数与进入水中的摩尔数相等。

同时，由于阳离子树脂的工作交换容量较大，通常是阴离子树脂交换容量的2倍，因此，对于一级复床，阴离子柱的树脂装填量是阳离子柱的2倍才比较匹配。

本设计中，阳离子柱的树脂装填量为0.033m3，故阴离子柱的树脂装填量应为：

0.033m3×

2

=0.066m3。

设计中，阴阳柱及混合柱的规格型号及内装树脂量相同的情况很常见。

但考虑到为适当延长阴离子树脂柱的更换周期，本规格书采用阴离子柱的树脂装填量是阳离子柱的2倍的方案，即适当放大阴离子交换柱。

2.1.3.1柱内径D内2计算

运行过程中，进水在该树脂床中的运行流速范围为10～45。

本设计取进水流速为20。

由处理能力1.0m3，结合式

（1）可得：

=1.0m3÷

20

=0.05m2

再由0.785D内2得：

D内2=252

为便于管道选取，设计中，D内2取250，选用φ273×

7的无缝不锈钢管。

2.1.3.2柱高H2计算

由阴离子柱的树脂装填量，即0.066m3及D内2为250，可求得阴离子交换柱树脂装填高度约为1300。

考虑到离子交换柱的装填量为柱高的2/3左右，即可得阴离子交换柱高H2为1950。

本设计中，H2取2000。

2.1.3.3再生周期计算

按照式（3）进行该床再生周期的核算，即：

T2=（0.066×

500×

可见，其再生周期同阳离子床。

2.1.4混合交换柱设计计算

由于系统的进水电导率较低，又通过一级复床进行除盐处理，因此，混床的进水电导率极低。

结合以上情况，混床的设