4 離子交換深度除鹽

1、離子交換深度除鹽離子交換深度除鹽離子交換深度除鹽系統(tǒng)離子交換深度除鹽系統(tǒng)本系統(tǒng)主要由陽離子交換器、除碳器、陰離子交換器、混本系統(tǒng)主要由陽離子交換器、除碳器、陰離子交換器、混合離子交換器、酸堿儲罐及計量箱等組成。其組合方式分合離子交換器、酸堿儲罐及計量箱等組成。其組合方式分為母管制。為母管制。母管制母管制離子交換深度除鹽系統(tǒng)離子交換深度除鹽系統(tǒng)1 1陽床水泵；陽床水泵；2 2強酸性強酸性HH型陽離子交換器；型陽離子交換器；3 3除碳器；除碳器；4 4中間水箱；中間水箱；5 5中間水泵；中間水泵；6 6強堿性強堿性O(shè)HOH型陰離子交換器型陰離子交換器7 7 陰陽混合離子交換器陰陽混合離子交換器 進(jìn)

2、入本系統(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)水通過強酸性當(dāng)水通過強酸性H H型陽交換器時，水中所有的陽離子都被型陽交換器時，水中所有的陽離子都被強酸性強酸性H H型樹脂吸收，活性基團上的型樹脂吸收，活性基團上的H H+ +被置換到水中，與水中的被置換到水中，與水中的陰離子組合生陰離子組合生 成酸。其反應(yīng)式：成酸。其反應(yīng)式：陽離子交換器陽離子交換器1/2Ca 1

3、/2SO1/2Ca 1/2SO4 4 1/2Ca 1/2H 1/2Ca 1/2H2 2SOSO4 4 1/2Mg NO1/2Mg NO3 3 + RH R 1/2Mg + HNO + RH R 1/2Mg + HNO3 3 CI HCI CI HCINaNa HCOHCO3 3 Na 1/2H Na 1/2H2 2COCO3 3 強酸性陽離子交換樹脂交換反應(yīng)：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。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其它陽離子的泄漏，而在諸

4、多的陽離子中，首先漏出的陽離子是Na+，故，故習(xí)慣上稱之為習(xí)慣上稱之為漏鈉漏鈉。當(dāng)出水中的當(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。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，而不是漏為什么陽交換器失效時，首先發(fā)生漏鈉，而不是漏Ca2+或或Mg2+離子？離子？這這是因為水中各種陽離子與樹脂中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)樹脂對被吸收離子有選擇性，故被樹

5、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的選擇性順序，最上層是最易被吸收的Ca2+，次層以，次層以Mg2+為主，下層就是為主，下層就是Na+。強。強酸性陽樹脂的選擇性順序為：酸性陽樹脂的選擇性順序為：Fe3+A13+Ca2+Mg2+K+NH4+Na+ 排水裝置排水裝置壓脂層壓脂層200mm進(jìn)水裝置進(jìn)水裝置反洗空間反洗空間中間排液裝置中間排液裝置樹脂層樹脂層2200mm逆流再生陽離子交換器結(jié)構(gòu)圖逆流再生陽離子交換器結(jié)構(gòu)圖進(jìn)水裝置的作用進(jìn)水裝置的作用是均勻分布進(jìn)水于是均勻分布進(jìn)水于交換器的過水?dāng)嗝嫔?。另一個作用交換器的過水?dāng)嗝嫔?。另一個作用是均勻收集

6、反洗排水是均勻收集反洗排水。排水裝置的作用排水裝置的作用是均勻收集處理好是均勻收集處理好的水；另一個作用是均勻分配反洗的水；另一個作用是均勻分配反洗進(jìn)水。進(jìn)水。中間排液裝置的作用中間排液裝置的作用：中間排液裝：中間排液裝置對逆流再生離子交換器運行效果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)，交換器內(nèi)呈水平狀態(tài)，陽離子交換器（陽床）陽離子交換器（陽床）壓脂層的作用壓脂層的作用過濾掉水中的懸浮物過濾掉水中的懸浮物

7、及機械雜質(zhì)；使進(jìn)水通過壓脂層均及機械雜質(zhì)；使進(jìn)水通過壓脂層均勻作用于樹脂層表面；防止樹脂在勻作用于樹脂層表面；防止樹脂在逆流再生中亂層。逆流再生中亂層。 （1 1）交換器中離子分布情況）交換器中離子分布情況 (a)(a)開始進(jìn)水時開始進(jìn)水時 (b)(b)交換器失效時交換器失效時當(dāng)交換器不斷進(jìn)水，隨離子交換的不斷進(jìn)行，由于當(dāng)交換器不斷進(jìn)水，隨離子交換的不斷進(jìn)行，由于水中的水中的CaCa2+2+比比MgMg2+2+、NaNa2+2+與樹脂的親合力更大，更與樹脂的親合力更大，更易被樹脂吸收，所以水中的易被樹脂吸收，所以水中的CaCa2+2+ 離子可和已吸收了離子可和已吸收了MgMg2+2+的樹脂進(jìn)行

8、交換反應(yīng)，使的樹脂進(jìn)行交換反應(yīng)，使CaCa型樹脂層向下擴展，型樹脂層向下擴展，而被置換下來的而被置換下來的MgMg2+2+一起與一起與NaNa+ +型樹脂發(fā)生交換，型樹脂發(fā)生交換，使使MgMg2+2+型樹脂層下移而型樹脂層下移而NaNa+ +的交換區(qū)域也逐漸下移。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，如右圖（不斷地向下擴展，如右圖（1 1）所示。）所示。陽床整個制水周期陽床整個制水周期( (運行開始到交換器失效這段時間運行開始到交換器失效這段時間) )中中電導(dǎo)率、鈉離子濃度、酸度變化可用圖（電導(dǎo)率、鈉離子濃

9、度、酸度變化可用圖（2 2）表示。）表示。開始通水正洗時隨水的不斷通入，水質(zhì)越來越好。因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（而電導(dǎo)率、酸度、鈉離子快速下降（a a點前）。在點前）。在abab為為穩(wěn)定制水過程，穩(wěn)定制水過程，b b點后樹脂開始失效。此時水中鈉增加點后樹脂開始失效。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，氫離子減少而氫氧根增加，使酸度下降，電導(dǎo)率下降。降。 （2 2）強酸）強酸H H型陽離子交型陽離子交 換換 器典型出水曲線器典型出水曲線ab運行時的交換情況運行時的交換情況無頂壓逆流再生的操作步驟：無頂壓逆流再生的操作

10、步驟：1 1）小反洗。小反洗。只對壓脂層進(jìn)行反洗，沖洗掉積聚在壓脂層上的污只對壓脂層進(jìn)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(jìn)口水，流速樹脂不亂層為宜，一染物。用水為該級交換器的進(jìn)口水，流速樹脂不亂層為宜，一直反洗至出水清澈為為止。直反洗至出水清澈為為止。2 2）放水放水。待樹脂顆粒下沉后，放掉中間排液裝置以上的水。待樹脂顆粒下沉后，放掉中間排液裝置以上的水。3 3）進(jìn)再生液進(jìn)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。將再生液放入交換器內(nèi)，嚴(yán)格控制其流速和濃度4 4）逆流再生逆流再生。進(jìn)完再生液，關(guān)閉再生液計量箱出口閥，按再生。進(jìn)完再生液，關(guān)閉再生液計量箱出口閥，按

11、再生液的流速和流量繼續(xù)用稀釋再生液的除鹽水進(jìn)行沖洗，直至出液的流速和流量繼續(xù)用稀釋再生液的除鹽水進(jìn)行沖洗，直至出水指標(biāo)合格為止。關(guān)閉進(jìn)水閥。水指標(biāo)合格為止。關(guān)閉進(jìn)水閥。5 5）小正洗小正洗。水從上部進(jìn)入，控制適當(dāng)?shù)牧魉伲慈ピ偕髩褐?。水從上部進(jìn)入，控制適當(dāng)?shù)牧魉?，洗去再生后壓脂層中殘留的再生廢液和雜質(zhì)。小正洗用水為運行時的進(jìn)口水。層中殘留的再生廢液和雜質(zhì)。小正洗用水為運行時的進(jìn)口水。 6 6）正洗正洗。用水自上而下進(jìn)行正洗，直到出水水質(zhì)合格，即可投。用水自上而下進(jìn)行正洗，直到出水水質(zhì)合格，即可投入運行。入運行。樹脂的再生樹脂的再生壓脂層壓脂層進(jìn)進(jìn)水水再再生生液液出出水水逆流固定床制水和再逆流

12、固定床制水和再 生流向圖生流向圖再生廢液再生廢液進(jìn)進(jìn)水水再再生生液液出出水水 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(jìn)行大反洗，大反洗前先進(jìn)行小反洗，在大反洗時流量應(yīng)由小到大，逐整個樹脂層進(jìn)行大反洗，大反洗前先進(jìn)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(jìn)水廢液由上部的反洗排水閥排出步增大。從下步進(jìn)水廢液由上部的反洗排水閥排出。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)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

13、期制水量及再生過程中消耗水量。的再生劑比耗，周期制水量及再生過程中消耗水量。工作交換容量工作交換容量(q(qi i) )：在一個制水運行周期中，平均單位體積樹脂進(jìn)行交換所放出的離在一個制水運行周期中，平均單位體積樹脂進(jìn)行交換所放出的離子量（子量（mmolmmol/ /）。計算式：）。計算式： q qi i=(A+S)V/V=(A+S)V/Vi i。式中，。式中，A A為平均進(jìn)水堿度為平均進(jìn)水堿度,mmol,mmol；為平均出水酸度；為平均出水酸度,mmol,mmol；為從正洗合格開始制水到失效一周期內(nèi)的總制；為從正洗合格開始制水到失效一周期內(nèi)的總制水量，水量，mm3 3;V;Vi i交換器內(nèi)的

14、樹脂體積，交換器內(nèi)的樹脂體積， mm3 3。酸耗：酸耗：使交換劑恢復(fù)使交換劑恢復(fù)molmol的離子交換能力，所消耗的酸的的克數(shù)。的離子交換能力，所消耗的酸的的克數(shù)。酸耗（酸耗（g gmolmol）酸的克數(shù)）酸的克數(shù)周期制水量周期制水量(L)(L)（陽床出口平均酸度陽床進(jìn)口平（陽床出口平均酸度陽床進(jìn)口平均堿度）均堿度）(mol(mol) )。比耗：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（）比耗來表示。平均比耗月或年的再生劑耗量（）制水量。制水量。水耗：水耗：每

15、次再生所耗水的體積與樹脂層體積之比。每次再生所耗水的體積與樹脂層體積之比。出水水質(zhì)：出水水質(zhì)：是監(jiān)督陽床出水的含鈉量。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)運行時的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)除碳器除碳器 除碳原理除碳原理水通過陽離子交換器，水中的水通過陽離子交換器，水中的HCOHCO3 3- -與從樹脂上交換與從樹脂上交換下來的下來的H H+ +結(jié)合，形成結(jié)合，形成H H2 2COCO3 3極不穩(wěn)定，隨即分解生成的極不穩(wěn)定，隨即分解生成的COCO2 2：H H2 2COCO3 3= = H H2 2O+COO+CO2 2水中的水中的COCO2 2，可以看作是溶解在水中的氣體，它的溶，可以看作是溶解在水

16、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。只要降低水面上成正比。只要降低水面上COCO2 2的分壓力，溶于水中的游的分壓力，溶于水中的游離離COCO2 2就能解吸出來。就能解吸出來。降低液面降低液面COCO2 2氣體分壓的常用方法有鼓風(fēng)和抽真空兩氣體分壓的常用方法有鼓風(fēng)和抽真空兩種。種。 本系統(tǒng)選用的是鼓風(fēng)法。本系統(tǒng)選用的是鼓風(fēng)法。圖圖3.7.3 3.7.3 除碳器結(jié)構(gòu)除碳器結(jié)構(gòu)除碳器工作時水中上部布水扳扳淋下，通過除碳器工作時水

17、中上部布水扳扳淋下，通過填料層后，從下部排入水箱?？諝鈴南虏坑商盍蠈雍?，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。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。膜，增大了空氣與水的接觸面積。因空氣中因空氣中COCO2 2含量很小（約含量很?。s0.03%0.03%），在水），在水中溶解達(dá)平衡時不到中溶解達(dá)平衡時不到0.45mg/L0.45mg/L，這樣水與，這樣水與空氣接觸時，水中的空氣接觸時，水中的COC

18、O2 2便會析出。便會析出。排水口排水口進(jìn)氣口進(jìn)氣口進(jìn)水口進(jìn)水口 o o o o o o o o 排氣口排氣口填料支撐填料支撐 扳扳填料層填料層布水扳布水扳鼓風(fēng)除碳器的結(jié)構(gòu)鼓風(fēng)除碳器的結(jié)構(gòu)陰離子交換器陰離子交換器(陰床陰床)1/2H1/2H2 2SOSO4 4 1/2SO 1/2SO4 4 HNO HNO3 3 NO NO3 31/2H1/2H2 2COCO3 3 +ROHR 1/2CO +ROHR 1/2CO3 3+2H+2H2 2O OHClHCl CI CI1/2H1/2H2 2SiOSiO3 3 HSiO HSiO3 3陰離子交換實質(zhì)上是陰樹脂中的陰離子交換實質(zhì)上是陰樹脂中的OH與酸性

19、水與酸性水(經(jīng)過陽離子交換及除碳經(jīng)過陽離子交換及除碳)中的負(fù)離子進(jìn)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：中的負(fù)離子進(jìn)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： 圖圖3.7.4 3.7.4 強堿性強堿性O(shè)HOH型離子型離子 交換器出水水質(zhì)變化交換器出水水質(zhì)變化根據(jù)強堿陰樹脂的交換規(guī)律，根據(jù)強堿陰樹脂的交換規(guī)律，HSiOHSiO3 3- -集中集中在交換器中樹脂的底部。所以當(dāng)強堿性在交換器中樹脂的底部。所以當(dāng)強堿性O(shè)HOH型陰離子交換器失效時，型陰離子交換器失效時，HSiOHSiO3 3- -先漏出來，先漏出來，致使出水的硅含量升高致使出水的硅含量升高。因強堿因強堿陰樹脂的選擇性順

20、序為：陰樹脂的選擇性順序為：SOSO4 42 2NONO3 3ClClOHOHFFHCOHCO3 3HSiOHSiO3 3壓脂層壓脂層進(jìn)水裝置進(jìn)水裝置反洗空間反洗空間中間排液裝置中間排液裝置樹脂樹脂層層2500mm排水裝置排水裝置逆流再生陰離子交換器示意圖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陰離子交換器與陽離子交換器一樣是逆流再生工藝，其器一樣是逆流再生工藝，其操作步驟與陽離子交換器相操作步驟與陽離子交換器相同。其交換器結(jié)構(gòu)示意圖與同。其交換器結(jié)構(gòu)示意圖與陽離子交換器也相同。陽離子交換器也相同。 1/2Ca1/2Ca2+2+、1/2Mg1/2Mg2+2+、NaNa+ +RH +RRH +R，OH +OH + 1/2SO 1/2SO4 42 2、CICI、HCOHCO3 3、HSiOHSiO3 3 Na 1/2SO Na 1/2SO4 4R 1/2Ca + RR 1/2Ca + R， CI + HCI + H2 2O O HCO HCO3 3 1/2Mg 1/2Mg HSiOHSiO3 3 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(jìn)行由于陽、陰樹脂混合均勻，所以陽、陰離子交換反應(yīng)幾乎是同時進(jìn)行的，置換出的的，置換出的H+和和OH-立即生成水，都不會積累，消除了反離子作用，立即生成水，都不會積累，