第六章混床离子交换系统.docx
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第六章混床离子交换系统
第六章
混床离子交换系统
、处理原理
混合床离子交换法,就是把阴、阳离子交换树脂放在同一个交换器中,并且在运行前将它们混合均匀。
所以,混合床可以看作是许多阴、阳树脂交错排列而组成的多级式复床,如以阴、阳混匀的情况推算,其级数约可达1000〜2000级。
在混合床中,由于阴、阳树脂是相互混匀的,所以其阴、阳离子交换反应几
乎是同时进行的。
或者说,水的阳离子交换和阴离子交换是多次交错进行的。
所
以经H型交换所产生的J和经OH型交换所产生的OHT都不能累积起来,基本上消除了反离子的影响,交换反应进行得十分彻底,出水水质很高。
混合床中树脂失效后,应先将两种树脂分离,然后分别进行再生和清洗。
分离的方法一般是用水力筛分法,即用水反洗,利用阳树脂的湿真密度比阴树脂大的特点,使阳树脂处于下层,阴树脂处于上层。
再生清洗后,再将两种树脂混合均匀,又可投入运行。
对水质要求高时,混合床中所用的树脂必须是强酸性阳树脂和强碱性阴树脂。
如用强酸性、弱碱性树脂或弱酸性、强碱性树脂的混合床,则出水水质就会降低,但是由于弱碱性或弱酸性树脂容易再生,故可降低再生剂的用量。
一般来说,混合床做成固定式的。
混床的离交换反应可以用下面的一个式子来表示出来:
{
(HsiOR
R2(HCOJ2
C「2
二、混床设备结构及特点
固定床式混合床离子交换设备的壳体和压力式过滤器的相同,是圆柱形密闭
容器。
壳体中常装置有上部进水装置;为了将其中阴、阳树脂分开再生,在其中部还设有配水装置。
其设备外观图具体见下图:
为了便于阴、阳树脂分层,混合床用的阳树脂和阴树脂的湿真密度差大于
15%〜20%。
关于在混合床中阴、阳树脂的配比,应从影响出水水质和一个周期中交换器的出水量两方面来考虑决定。
由于各种阴、阳树脂交换容量的不同和各系统中混合床进水的成分有差别,所以此配比值应根据具体情况选取。
关于出水水质,试验表明,除了阳树脂明显多于阴树脂的情况外,改变两种树脂比影响不大;当阴树脂多于阳树脂时,处理效果比阳树脂多于阴树脂的好。
目前国内采用的树脂体积比通常为阴:
阳二2:
1。
三、安装说明
本系统中设备包括,混合离子交换器两台,酸碱再生计量箱各一个,再生泵的安装,酸碱喷射器各一个。
混合离子交换器安装参照设备的外观图,设备的管道安装请按现场管路图与工艺流程进行安装。
如有其它问题请与现场安装指导工程师联系。
本体设备中的视镜,与法兰连接面不能撞击。
酸碱喷射器应注意进出口方向与压力要求
管道连接处应注意必须牢固可靠,且地面已经了进行防腐处理。
四、设备操作运行
由于混合床是将阴、阳树脂装在同一个交换器中运行的,因此在运行上有许多与普通固定床不同的地方。
下面从运行到失效后的操作进行讨论。
1.反洗分层。
混合床除盐装置运行操作中的关键问题之一,就是如何将失效的阴、阳树脂分开,以便分别通入再生液进行再生。
目前都是用水力筛分法,对阴、阳树脂进行分层。
这种方法就是借反洗的水力将树脂悬浮起来,使树脂层达
到一定的膨胀率,再利用阴、阳树脂的密度差达到分层的目的。
一般阴树脂的密度较阳树脂的小,分层后阴树脂在上,阳树脂在下,只要控制适当,可以做到两层树脂间有一明显的分界面。
反洗开始时,流速宜小,待树脂层松动后,逐渐加大流速至10m/h左右,使
整个树脂层的膨胀率在50%以上。
如反洗流速过大,虽然可以增加树脂的膨胀率,有利于分离,但需要用较高级的设备,这就增加投资。
一般反洗需10〜15min
两种树脂是否能分层明显,除与阴、阳树脂的湿真密度差、反洗水流速有关外,还与树的失效程度有关。
树脂失效程度大的分层容易,反之就比较难,这是由于树脂在吸着不同离子后,密度不同,沉降速度不同而致。
当交换器运行到终点时底层尚未失效的树脂较多,未失效的阳树脂(H型)与已失效的阴树脂(SQ型)密度差较小,所以分层就比较困难。
为了容易分层,可在分层前先通入NaOH容液,将阴树脂再生成0H型,阳树脂转变为Na型,使两者间的密度差加大,从而加快其分层。
此外,H型和0H型树脂还有互相粘结的现象(即抱团),这使分层困难。
为了消除此粘结现象,可在分怪前先通入NaOH容液。
2•再生。
混合床的再生通常有体内再生法,下面来介绍这种方法。
混床再生操作有反洗分层,阳,阴离子树脂再生;混脂及正洗见图
1—阴离子树脂再生,
2—阳离子树脂再生,阴离子树脂清洗
3—阳,阴离子树脂各自冲洗
4—正洗
体内再生,就是树脂有交换内部进行再生的方法。
根据进酸、进碱和冲洗
步骤的不同,它又可分为两步法和同时处理法两种
所谓两步法是指酸、碱再生液不是同时日先后进入交换器。
两步法又可分为碱液流经阴、阳树脂的两步法和酸、碱分别通过阳、阴树脂的两步法。
在大型装置中,一般都使用酸、碱分别单独通过阳、阴树脂层的两步法。
这种方法,是在反洗分层完毕后,将交换器中的水放至树脂表面上约10cm
处,从上部送入NaOH容液再生阴树脂,废液从阴、阳树脂分界自的排液管排出,并按同样的流程进行阴树脂的清洗,清洗至排出水的OH碱度至0.5mmol/L以下。
在此再生和清洗时,可用水下部通入阳树脂层,以减轻碱液污染阳树脂。
然后,再生阳树脂时,酸由底部通入,废液也由阴、阳树脂分界自的排液管中排出。
此时,为了防止酸液进入阴树脂层,需继续自上部通以小流量的水清洗阴树脂。
阳树脂的清洗流程也和再生时相同,清洗至排出水的酸度降到O.5mmol/L(OH以下为止。
最后进行整体正洗,即从上部进水,底部排水,一直洗至排出水电导率至
1.5卩S/cm(25以下(在正洗过程中,有时为了提高正洗效果,可以进行一次2〜
3min的短时间反洗,以消除死角,松动树脂层)。
体内再生的另一种方法是同时处理法。
此法实际上与碱、酸分别通过阴、阳树脂的两步法相似,即在再生和清洗时,由交换器上下同时送入的碱、酸液或清洗水,分别经阴、阳树脂层后,由中间排水装置同时排出。
此法再生时间的长短取决于阴树脂的再生时间。
实践证明,若使这种再生方法利到满意的结果,必须有精以设计的再生系统。
为了避免酸、碱液与出水的隔离,例如在连接混合床出水管的酸溶液输送管上设置两个阀门。
3.阴、阳树脂的混合。
树脂经再生和洗涤后,在投入运行前必须将分层的树
脂重新混合均匀。
这里所用的压缩空气进入交换器之前的压力,一般采用0.1〜
0.15Mpa压缩空气的流量为2.5〜3.0m3/(m2s)。
混合时间视树脂是否混合均匀为准,一般为0.5〜I.Omir,时间过长易磨损树脂。
为了获得较好的混合效果,混合前应把交换器中的水面层降到树脂层表面上
100〜150mm处。
树脂混合后,通常下层比较接近于给定的树脂混合(体积)比例,上层树脂相差较大。
这可能是由于混合后排水不及时或排水速度不够,在树脂往下沉降的
过程中又重新分离的结果。
所以,要使树脂能混合均匀,除了必须通入适当的压缩空气、并保持一定时间外,尚需有足够大的排水速度,迫使树脂迅速降落,避免树脂重新分离。
树脂下降时,采用顶部进水对加速其沉降也有一定的效果。
4.正洗。
混合后的树脂层,还要用除盐水以10〜20m/h的流速进行正洗,直至出水合格后,方可投入制水运行。
正洗初期,由于排出水浑浊,可将其排入地
沟,待排水变清后,可回收利用。
5.交换。
混合床的离子交换与普通固定床的相同,只是它可以采用更高的流
速,通常取40-60m/h
上述的再生过程也可以下步骤来表述:
(1)反洗。
碱液箱放满清水,开启反进水阀、反排阀,开动碱泵,调整进碱阀,水从混柱下部进入,从反排阀排出,将柱内的脏物和碎树脂冲出,同时松动树脂。
(2)分层。
利用阳、阴树脂的比重不同,用NaC溶液使阳、阴树脂分层。
在碱液箱内配制〉10%农度NaCI溶液,按反洗的操作进行,柱内树脂很快就会分出阴树脂在上、阳树脂在下的两层树脂。
此时阳、阴树脂按接触面应处于中排位置,阳、阴树脂的比是1:
2,如树脂量不合适时,应调整阳阴树脂装填量。
树脂量调整合适以后,用中间水箱水正洗一次,操作同运行,从正排阀排水,正洗至正排阀排水与进水掉到率一致为止。
(3)再生阴树脂。
碱液的浓度,用量及配制方法参考阴柱再生,配制用水改为阳床的产水或纯水。
再生时开启进水阀、正排阀,开动碱泵,调整进碱阀,控制再生液流速在2~5米/时,再生液用完为止。
(4)正洗阴树脂。
用中间水箱水按运行操作,从正排阀排水,正洗至排水pH=7.5,电导率与进水一致为止。
(5)再生阳树脂。
酸液的浓度、用量及配制方法参考阳柱再生,配制用水改为中间水箱水。
再生时开启反进水阀、反排水阀。
开动酸泵,调整进酸,控制再生液流速在2~3米/时,酸液自柱底部进入,从反排水阀排除,以酸液不接触或少接触阴树脂为好,再生液用完为止。
(6)置换逆洗。
置换逆洗用纯水,操作同阳树脂再生,约30分钟。
(7)正洗阳树脂。
用中间水箱水按运行操作,从正排阀排水,正洗至正排阀排水pH=6.6~7.0、电导率与进水一致为止。
(8)混合树脂。
开启正排阀、排气阀排水,排至柱内水面高于树脂上平
面200~250mm时关闭正排阀。
打开气洗阀进气,此时柱内气、水、树脂上下翻腾,阳阴树脂充分混合,混合时间约20分钟,混匀后关
闭阀,正排阀开启,按运行正洗,正洗至出水电导率V1卩S/cm时,
关闭各阀待用。
注:
混柱再生时也可以不用NaCI溶液分层,直接用碱液再生,从正排阀R进再生液,再生阴树脂时同时分层。
此种方法操作简便,但树脂分层不如用NaCI溶液效果好,再生阳树脂时容易使近于接触面的阴树脂失效。
生产工艺中常用酸、碱分别通过阳、阴树脂的两步法,下面着重介绍“两步
法”
(1)反洗分层。
反洗流速10-15m/h反洗时间一般为15-20mirt待反洗水清
晰后,关闭反洗入口门、排水门,待树脂落实后,从监视镜检查树脂分层情况,分层好的树脂在中间排水管附近有明显的颜色区别。
如分层不明显可重新反洗分
层。
两种树脂是否能分层明显,除与阴、阳树脂的湿真密度差、反洗水流速有关外,还与树脂的失效程度有关。
树脂失效程度大的分层容易,反之就比较难,这是由于树脂在吸着不同离子后,密度不同,沉降速度不同而致。
对于阳树脂,不同型的密度排列为:
pH阴树脂不同型的密度排列为:
POH当交换器运行到终点时底层尚未失效的树脂较多,则由上述排列可知:
未失
效的阳树脂(H型)与已失效的阴树脂(S04型)密度差较小,所以分层就比较困难。
为了容易分层,可在分层前先通入NaOH溶液,将阴树脂再生成0H型,阳树脂转变为Na型,使两者间的密度差加大,从而加快其分层。
(2)再生。
混床的再生有阳树脂再生、阴树脂再生、对流冲洗和小正洗四步:
1阳树脂再生。
开启酸抽子入口水门,调整进水流速5m/h。
开启碱抽子入
口水门,维持顶压水”流速5m/h,用中间排水门调整树脂层上部水层200-300mm
开启进酸阀,调整再生酸浓度2%-3%注酸再生。
在注酸过程中,要经常检查顶压水”的流动情况。
以免顶压水”中断,使再生酸液上流,污染阴树脂。
2阴树脂再生。
待酸打完后,关闭酸浓度调整门。
此时酸抽子不停,继续用除盐水冲洗阳树脂。
这样做有两个目的:
一是用除盐水清洗阳树脂层中的再生产物和废再生液;二是作为托碱水,用以防止再生碱液下流,污染阴树脂。
开启进碱阀,调整碱再生浓度1.0%-1.5%注碱再生。
混床的再生剂量与混床的出水水质有关。
混床要求出水水质好,其再生