离子交换器运行周期及出水量

浅析影响离子交换器运行周期及出水量的原因

杨立群刘章杰王学波（动力运输厂水车间）

摘要：通过对影响离子交换器运行周期和出水量原因的分析，提出工艺改进及设备改进的方法，以提高离子交换器运行周期和出水量，减少运行费用。

关键词：离子交换器运行周期出水量

1.前言

水，是工业生产的命脉。人们依据各种工业产品对水的纯度的要求，将水分为软化水、脱盐水、纯水和高纯水等四种。在这四种水的制取过程中，离子交换法因其设备简单，造价低廉，操作方便，容易掌握，出水纯度高及供水水质安全可靠等优点而成为最常用的工业水处理方法。

使用离子交换法就离不开离子交换器，更离不开交换树脂，为此，本文对影响离子交换器运行周期及出水量的原因进行初步的探讨。

2.离子交换工艺及离子交换树脂简介

现以制软水的全钠型离子交换法为例，对离子交换工艺进行阐述：

原水（自来水）→机械过滤器→Na+交换器→中间水箱→中间水泵→2级Na+交换器→软水池→软水水泵→用户

离子交换树脂，通常分为阳离子交换树脂及阴离子交换树脂。它们可分别交换吸附水中的Ca2+、Mg2+、Na+、HCO3-、SO42-、CL-等阴阳离子，从而将水中的盐类（阴、阳离子）部分或全部除掉，生产出所需要的工业用水。离子交换树脂具有物理和化学两方面的性能，物理性能方面包括：外观、形状、粒度、含水率、比重、溶胀性、溶解性、耐热性；化学性能包括酸碱性PH值对交换剂离解的影响、离子交换的选择性、对水中离子交换吸附顺序、交换容量、酸碱耗和比耗等。

由此可以看到，在离子交换法制取工业用水中，各种条件和各个因素，都会对离子交换树脂施以影响，而离子交换树脂在交换器里的工作条件则对交换效果产生很大影响，是制水过程中不可忽视的重要因素，它不仅对其工作容量和交换器出水水质产生直接影响，而且影响树脂交换容量的利用率，从而影响交换器的工作周期（亦即一个工作周期出水量）的长短，另外，再生剂的用量，也在很大程度上决定着制水的成本。

3.影响离子交换器运行周期和出水量原因浅析

影响离子交换器运行周期和出水量的主要因素是：原水含盐量、交换终点的控制指标、滤速、树脂高度、水的PH值、水温、树脂的再生程度、树脂的老化程度。

3.1原水含盐量

在一定的树脂高度及滤速范围内，原水中含盐量愈高，则出水水质愈低。原水中含盐量愈多，树脂工作交换量愈大，反之，则愈小。这主要是由于水中离子浓度较大时，增加了水中离子与树脂接触扩散和交换机率的缘故。故针对此，应根据不同地域不同的原水进行处理，比如南方水多杂质，需要前面加过滤器，而北方水质硬度较高，就需要进行软化处理，这样，就可提高和延长离子交换器的运行周期和出水量等。

3.2交换终点的控制指标

交换终点的控制指标要求越高，即水质愈好，则离子交换器的出水周期愈长，且单位时间内的出水量愈少。反之，则愈多。这又就要求我们应根据工厂现场的实际用水情况制定最合理、最经济的交换控制指标。这样能既直接又经济迅速达到缩短离子交换出水周期和提高出水量的目的。

3.3滤速

原水在离子交换器中的过滤速度也是影响离子交换器出水周期和出水量的原因之一。原水的流速越大，则其经交换的出水量越低。这就要求我们针对不同水质采取不同对策，如硬度高的原水，则过滤速度相应降低，而低硬度的原水则可相应增加其滤速。另外，原水流经离子交换器的过水断面越均匀，则其工作交换量越大。不论何种硬度原水，一定要保证其过水的流速均匀，这样就会大大提高离子交换器的出水周期和出水量。影响其过水断面不均匀的原因主要是交换器结构不合理和破碎的离子交换树脂增多造成的。鉴于此，要求我们在离子交换器的选择及其结构上一定要合理，以保证过水断面的均匀。再就是按照规定定期地对离子交换器进行大反洗，在大反洗时，把破碎的树脂洗出来，并可以防止树脂板结，使其重新按重力进行排列，以利离子交换器的出水周期和出水量的增加。

3.4树脂层的高度

从理论上说，树脂层越高则其交换量越大。但树脂层太高的话，出水的水量和流速都受到影响还易使树脂板结。因此，应根据具体的用水量的不同来确定出离子交换器的直径和高度，从而确定树脂层的高度。另外，在日常生产中，要注意树脂层的高低变化，及时地补充离子交换树脂，确保其有效交换树脂层的高度，保持其最佳最合理的工作树脂层高度。

3.5原水的PH值

原水的PH值对离子交换器的出水周期和出水量也有相当的影响。PH值降低则抑制阳离子树脂交换基的离解；PH值增高则抑制阴离子树脂交换基的离解，因此保持原水水质PH值的稳定，对离子交换器的出水量具有相当的意义。

3.6原水的水温

原水的水温过高或过低时，离子交换树脂的强度和交换容量都会受到影响。单以耐热性能来看，阳离子交换树脂大于阴离子交换树脂；钠盐离子交换树脂大于盐型离子交换树脂也大于游离酸（碱）型离子交换树脂。在一定范围内，原水水温的升高会增加离子交换器的出水周期和出水量及提高离子交换器的出水质量。这就是一般来说夏天天热时离子交换器的出水周期和出水量比冬天天冷时要多些的原因。水温一般以20ºC-25ºC为宜，最高不应超出40ºC。

3.7树脂的再生程度

树脂的再生程度是运行过程中最为重要的一点，离子交换树脂再生程度的好坏直接决定了这个离子交换器本轮次的使用周期和出水量的多少。再生方式也有多种，最常用的是逆流再生方式，在这个方式里，影响离子交换树脂再生程度的因素仍然有很多，主要是再生剂浓度、再生剂的用量、再生剂的流速、再生剂的纯度和再生剂的温度等等。

3.7.1再生剂的浓度

离子交换树脂的交换容量会随着再生剂浓度的增加而提高。但实际上，再生剂浓度的提高，只

是在一定范围内才能使再生程度提高。当再生剂浓度超过一定范围时，会使离子交换树脂的破碎率增加并使树脂的再生程度下降。

3.7.2再生剂的用量

再生剂的利用率不会是100%，而是约50%。再生剂的实际用量应是理论用量的二倍左右，即使如此，离子交换树脂的再生程度也只有60%-80%，一般来说，再生剂用量愈大，树脂的再生程度愈高，再生交换量接近于全交换器量。但这种关系非直线上升，当再生剂的用量达到理论用量的4倍后，再生程度的变化趋于平稳。如果想以再增加再生剂的用量进一步提高再生程度，在经济上是不可取的。

3.7.3再生剂的流速

再生时，控制适当流速以使离子交换反应进行得比较充分。适当地加快流速有利于扩散，但流速太大时，离子交换进行得不充分，使再生效率降低；但流速过小，不仅增加了再生操作时间，使离子扩散速度减慢，且容易造成再生剂偏流。反应会逆向移动。从而影响离子交换树脂再生程度的提高。

3.7.4再生剂的纯度

再生剂的纯度对离子交换树脂的再生程度和再生后离子交换器的出水周期出水量、出水水质都有直接影响，再生剂纯度越高则再生程度越好，出水周期也会越长；再生剂不纯，杂质越高，则再生效果就越差。

3.7.5再生剂的温度

高温再生比常温再生离子交换树脂的平均再生程度提高约7%，再生剂用量可节约五分之二左右，由此可见再生剂温度对树脂再生程度的影响也不可忽视。如果把再生剂的温度控制在30ºC-40ºC，不但可提高树脂的再生程度，而且对清除树脂中的杂质也有明显的效果。

3.8树脂的老化程度

树脂的老化程度在内因上决定了离子交换器的出水周期和出水量。随着再生次数的增加，会使离子交换树脂的破碎率增加，使其老化程度也随之增加，这都将影响离子交换器的出水周期和出水量，所以，当树脂老化到一定程度，再生也不能恢复其交换能力时，就应更换离子交换树脂以保证出水水质和出水周期。

4.工艺改进及设备改进建议

通过对以上影响因素的分析，笔者建议只要在以下几个方面对工艺和设备进行改进，则会使离子交换器的出水周期和出水量具有稳定的提升。

4.1溶解再生剂NaCL时，最好用软水，稀释HCL、NaOH时，最好用纯水，以提高再

生剂的纯度。

4.2在再生管道上增加换热器，提高再生剂的温度。

4.3在再生管道上增加流量流速表，准确掌握最佳的再生速度，实现数字化管理。

4.4定期对交换树脂进行取样分析，准确掌握和了解树脂的老化程度，交换容量，以便

及时淘汰老化树脂，补充新树脂，保证离子交换器的运行周期和出水量。