双室双层浮动床除盐工艺优化调整
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以某化学制水水处理系统中阴阳双室双层浮动床为主体，介绍了双室双层浮动床除盐工艺在设计、运行、操作等方面的注意事项，研究分析了该化学制水水处理系统工艺中遇到的问题，提出了相关的处理措施和优化调整。 1.前言 在双室双层浮动床中，将弱型树脂放入下室，强型树脂放上室，运行时，水由底部进入浮动床，自下而上靠上升水流将配比好的树脂分成沸腾层和压实层向上浮起，水进入床内先接触弱型树脂，后进入上室与强型树脂接触，处理好的水由离子交换器上部流出；再生时，再生剂由上而下流经树脂层，过量的药剂与强型树脂先接触使保证出水水质的树脂层得到充分的再生，再生液后流经弱型树脂使再生剂得到充分的利用；正洗置换时，再生生成物及杂质由上而下容易排除，可节约清洗水量。因此，双室双层浮动床具备浮动床工艺和强弱型树脂联合应用的特点，具有运行流速高、酸碱耗低、制水比耗低、出水水质稳定等特点。但是，从实际运行情况来看，部分双室双层浮动床在系统出水水质、周期制水量、再生酸碱耗等方面与设计值和理论值存在着较大的偏差，例如某化学制水水处理系统中的#4阴阳双室双层浮动床，经常再生后正洗不合格、周期制水量降低，甚至不能投入运行。 通过对多套双室双层浮动床运行故障原因进行分析，认为主要问题集中在装置缺陷、工艺设计、运行操作和化学品品质几个环节。 2.装置缺陷 2.1交换器进、出口压差值超出设计压力 可能是交换器进、出口的穹形孔板石英砂垫层、或宝塔型叠片式滤帽或弧形支管式出水装置本身阻力过大，水流不畅，或是带双头水帽的上、下室分隔多孔板被破碎树脂和异物堵塞。 2.2树脂流失 有的床体是由于螺旋滤管自清洗器破裂和外缠钢丝断裂，而有的床体是在运行一段时间后，滤水帽材质易受到腐蚀造成厚度减薄缝隙加大，漏过树脂。 2.3布水系统 床体的布水系统能否保持正常状态是保证交换器再生的重要影响因素，为保证均匀布水，对于常用的钢丝缠绕式布水器，要求材料易加工、韧性好，耐酸碱腐蚀。 2.4主要阀门不能调节 如果再生排液门为全开或全闭型的话，再生时床体内压力为零，再生液与树脂接触时间短，排放速度快，再生效果差使得周期制水量减少。所以离子交换器的主要阀门一般可采用双阀控制，一个手动阀用于在一定范围内任意调节流量，一个气动阀用于切断物料，这样床子投运时可迅速成床不乱层。 2.5交换器内部腐蚀严重 对于基建床体、长时间停运后的交换器内表面铁的腐蚀物很多，或交换器衬里损坏的话，就较容易发生铁化合物污染，阳树脂对Fe3+的亲合力很强，当它吸收了Fe3+后不易再生下来，可能变成不可逆的交换，而在阴床中，易发生胶态或悬浮态的Fe(OH)3污堵，再生时形成Fe(OH)3沉淀物。 2.6工艺过程控制 由于双室双层浮动床工艺较为复杂，变量参数较多，手动控制时容易出现偏差，因此工艺过程尽量采用PLC或DCS自动控制，配备必要的在线仪表如在线电导率仪、酸碱浓度计、在线pH表计等，保证各工艺指标在控制范围内。 3.工艺设计 3.1原水水质 原水水质应充分发挥强弱离子交换树脂联合应用和充分利用弱酸性树脂工作交换容量的优势，适用于含盐量较高的水质、有机物含量较高的水质、HCO-3离子数量与总阳离子数量百分比较高的水质，在处理1000us/cm～1200us/cm原水时表现出较好的经济性。 双室双层浮动床对入口水浊度要求较高(浊度应小于2mg/L)，悬浮物应尽量除去。 3.2树脂的选择和填充量 3.2.1树脂的选择 目前国内在双室双层浮动床中使用的树脂大部分为001×7FC强阳树脂、201×7FC强阴树脂、D113-ⅢFC大孔型弱阳树脂和D301-ⅢFC大孔型弱阴树脂。 3.2.2树脂装载量(层高) 在选定树脂后，树脂装载量也是周期制水量、再生酸碱消耗量的重要影响因素，但弱型树脂在填装时并非多多益善，应充分考虑其膨胀系数，防止造成设备的损坏。惰性树脂层的主要目的是阻挡碎树脂?a href='http://www.b15k.com/baike/225/315630.html' target='_blank' style='color:#136ec2'>透纳圃偕悍植季刃裕话阊∮妹芏刃∮谒⒘＞段?.0mm～1.5mm，填充高度约200mm左右。 弱酸树脂、强酸树脂、弱碱树脂、强碱树脂填充高度计算公式分别如下：  式中：K1—修正系数，一般取1.05～1.1； 弱酸树脂层平均碳酸盐硬度的泄漏量a可按计算规定选取0.15～0.4； S2—进入强酸阳树脂层的阳离子数(mol/L)； K2—修正系数，一般取1.05～1.1； S1—强酸根阴离子(Cl-、SO42-、NO3-)当量浓度之和(mmol/L)； K3—修正系数，一般取1.05～1.20； K4—单元制浮床弱碱阴树脂过剩系数，一般取1.1～1.15； X—弱碱树脂酸度漏过率； S2—进入强碱阴树脂层的弱酸阴离子数(mmol/L)。 3.3再生工艺 床体再生时的再生液量、再生浓度、再生流速等参数直接影响再生效果，影响周期制水量和出水水质，这一部分可以参照HG/T20552-1994来进行计算，并经过调整试验来确定，调整试验涉及需要确定的内容有：再生剂种类、一次再生还是多步再生、再生剂浓度变化、再生剂用量变化、再生时间(流速)、再生温度、再生废液杂质离子排出浓度变化、再生废液酸度变化等等。 该化学制水水处理系统中的#4阳床，周期制水量忽高忽低，水量波动较大和偶尔发生交换器下部排水装置在再生后被硫酸钙堵塞的情况。最主要的原因是设计采用了硫酸再生。硫酸有易于防腐、便于运输和存放的优点，但酸的利用率很低，当生成CaSO4沉淀，吸附于树脂表面，阻塞了树脂的孔隙，使树脂交换能力下降。利用盐酸再生阳离子交换树脂效果则明显好于硫酸，据测定，在同样用4倍理论量、同样再生流速，用HCl比用H2SO4再生，可以提高001×7树脂的交换率40%左右。另外，硫酸不适于交换器逆流再生，它不能消除树脂中的铁污染，需定期用盐酸清洗树脂，除去铁污染。 4.运行操作 双室浮动床起动成床和运行流速、落床方式，及再生操作、体外清洗情况等都会影响树脂床离子交换器的效果。对流再生离子交换设备在再生或运行过程中，总是有向上流的流体通过树脂层，离子交换动力学表明，离子交换过程中树脂层稳定不乱，才能高效的进行离子交换。 4.1水力成床 在对#4阳床试验过程中，我们曾对其它3台床体运行时上、下水室工况作了观察，从各床窥视孔发现各床内离子交换树脂在运行中上、下翻滚不能成床。 浮动床使水由下而上不断的通过交换器交换树脂层，水和树脂层下部树脂首先接触，而后逐步上移，由于接触的次序不同，因而在交换剂的不同高度处的交换作用也不同。 如果不能形成固定床层、乱层、偏流等不稳定状态显然会大大地影响制水效果。因此水力成床防止乱层问题是保障出水水质的重要环节。 浮动床起床时流速要适中，水流既能推动树脂层快速升起并压实成床，同时避免树脂发生剧烈扰动，一般而言控制起床流速15m/h～25m/h。 浮床运行时，水先从交换器底部进入经过多孔板水帽，在水流的作用下先是下部的弱型树脂及惰性树脂被托起，并在进水装置的上部形成200mm左右的沸腾状态层，沸腾状态层的上部是压紧的树脂层，在此区域，水中离子与弱型树脂交换，然后穿过中间多孔板的双向水帽进入上水室，形成一定流速，也同样形成沸腾状态层，并在其上部形成后紧树脂层，将水中残留离子交换。经验表明，双室双层浮动床一般运行流速控制在30m/h～50m/h，正常运行期间可以降低水的流速，但最小流速应保持在10m/h以上，这样至少有40%的树脂呈固定床被托起在上部以保证出水水质。应尽量避免运行过程中发生降床或瞬间停运落床，否则重新起床的话，出水水质极有可能不合格。 3.2再生操作 延长再生液与树脂的接触时间和浸泡时间，能使离子交换反应更充分，失效的交换剂上所吸着的离子更完全被再生剂中的离子来取代。但是，经验也表明，浸泡时间过长会产生反离子效应，也就是被置换下来的金属阳离子和再生过程中产生的悬浮物沉淀物来不及及时被排除，而又重新吸附在树脂表面或堵塞大孔树脂颗粒内部网孔，影响再生效果，不能保证理论出水水质和周期制水量。 3.3体外清洗 浮动床交换器树脂填装量一般在80%～90%，顶部装有一层惰性填料。制水和再生过程在交换器中进行。交换器中空间体积很小，不利于清洗树脂。 但有的双室双层浮动床采用了体内清洗方式，从实际运行情况来看，存在很大弊端，不能完全除去破碎树脂和杂质，严重影响正常运行。随着运行周期的增加，形成了细小树脂、破碎树脂，以及随着截留下来的悬浮颗粒等污物逐渐增多，置换、小反洗清洗、正洗等步骤已不能将杂质清除。因此，浮动床交换器系统，应配有相应体积的体外大反洗罐，与气体设备相连接，供大反洗使用。配有体外清洗罐后，在一定数量的运行周期后将树脂压入清洗罐中，清洗除去积累在床层中的碎树脂和悬浮物。 操作过程中应尽量减少树脂损耗，防止树脂破裂。 5.消耗性化学材料品质 5.1新树脂验收和保存 树脂作为水的离子交换除盐系统中的核心，新树脂应严格按照国标或相关行业标准中“水处理用离子交换树脂验收标准"来进行核实验收，多个指标中可重点关注体积交换容量和渗磨圆球率。 树脂在保存过程中应避免受冻破裂，环境温度应高于5℃；应保持树脂湿润，防止失水后变干；同时防止表面微生物滋长使树脂污染。 5.2控制再生剂中杂质含量 严格控制再生剂的质量，监督检测药剂中的杂质含量。主要指标如工业合成HCl、H2SO4中的铁含量，工业液态NaOH中的NaCl和Fe2O3含量等，同时注意减少药剂在运输、储存和传送过程中的污染和腐蚀反应。 5.3观察运行树脂状态 定期监测树脂的健康状态，监视运行树脂的污染和老化情况。一般而言，可能受到的污染有铁化合物污染(阳床)、硫酸钙析出(阳床)、硅化合物污染(强阴床)、油污堵、有机物污染(强阴床)等，针对不同原因的污染，应采用相应的工艺来进行再生或复苏处理。 另一方面，树脂在长期使用后，由于高分子化合物老化、温度过高、氧化剂作用、渗透冲击、机械磨损等原因发生性能改变的现象，即为离子交换树脂的变质。发生变质后，补充或更换树脂即可。 6.结束语 双室双层浮动床工艺从20世纪90年代初引进普及以来，具有技术先进成熟、周期制水量大、出水稳定、制水成本低等优点，但在实际使用和操作过程中，应注意以上所述几个方面的问题，根据实际情况进行调整，以保证系统达到良好的技术经济性能。 |
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