阴阳离子交换器再生操作参数优化

阴阳离子交换器再生操作参数优化
阴阳离子交换器再生操作参数优化
[摘要]：通过对阴阳床再生操作参数的现场优化调试，使阴阳床周期产水量及运行时间达到设计值，保证出水水质，同时降低再生剂用量，使化学水处理站生产更安全、稳定、经济、创造更好的生产效益。

[关键词]：水处理阴阳离子交换器再生操作参数优化
1 引言
攀钢钢钒公司动力厂120t/h化学水处理站为攀钢冷轧厂的酸洗、平整、镀锌线等用户提供一级除盐水，要求其水质指标为电导率≯10μs/cm，Na离子浓度≯100ppb。

站内有阴阳离子交换器（以下简称阴床、阳床）各3台，其设备性能参数见表1。

除盐水生产工艺流程如图1所示。

当阳床出水水质Na+≯100ppb，阴床出水水质电导率＞10μs/cm时，即视为运行失效，需要用一定浓度的HCL和NaOH 分别对阳床或阴床进行再生，使阳床或阴床恢复交换能力。

该站阴、阳床再生方式采用无顶压逆流再生。

该站阴、阳床再生效果的好坏，将直接影响阴、阳床出水水质指标和周期产水量的多少。

严格控制阴、阳床的再生操作条件，再生剂的浓度、再生剂用量、再生流速等条件将对阴、阳床的再生效果的好坏起关键作用。

2 生产现状分析
将该水站自1996年4月投产至1996年12月阴、阳床的运行情况参数、整理后列于表2，计技术参数列于表3。

对比表2、表3可看出，阴、阳床的平均周期产水量、再生一台阴、阳床的平均产吨水酸碱耗量、平均运行时间都波动较大，达不到设计技术参数的要求。

阳床实际平均周期制水量1441m3，比设计值1960m3少536m3；阴床产吨水的碱耗量0.91kg/t，比设计值0.35 kg/t多耗0.56kg/t。

虽然阴阳床的再生酸碱耗量都大于设计耗量，而阴阳床的周期制水量并没有达到设计制水量。

对此问题在现场条件下经过周密分析后认为：主要是阴阳床再生操作参数没进行优化调试而造成。

因此，对阴阳床再生时影响再生效率的关键操作参数：再生剂耗量，再生剂流速，再生剂浓度进行了现场试验。

3 再生操作参数优化试验
3.1 再生剂耗量
（1）阳床
再生剂量分别设为1.2,1.4,1.6,1.8,2.0t，再生剂流速5－8m/h，再生剂浓度为1.5%－3%，其它再生条件参照设计值。

试验结果见表4。

(2) 阴床
再生剂量分别设为0.5,0.7,0.8,0.9,1.0,1.1t，再生剂流速为4－7m/h，再生剂浓度为1%－3%，其它再生条件参照设计值，试验结果见表5。

试验结果表明：阴、阳床再生剂用量的增加有利于提高阴阳床的周期产水量，阳床再生酸耗量为1.6t时，其产水量可达设计值，而且产吨水耗酸量0.729
kg.m-3为最低。

阴床再生碱耗量为0.8t时，其产水量可达设计值，而且产吨水耗碱量0.340 kg.m-3为最低。

3.2 再生剂浓度
（1）阳床
再生剂浓度分别设为1.5%，1.8%，2.0%，2.5%，3.0%，3.5%，4.0%，再生剂用量为1.6t，再生剂流速5－8m/h，其它再生条件参照设计值，试验结果见表6。

(2) 阴床
再生剂浓度分别设为1.5%，1.8%，2.0%，2.5%，3.0%，3.5%，4.0%，再生剂用量为0.8t，再生剂流速为4－7m/h，试验结果见表7。

试验结果表明：阴阳床再生剂浓度的提高有利于阴阳床产水量的提高，阴阳床以1.5%再生剂浓度再生时产水量较低，且产吨水酸碱耗量较高，阴阳床以3.0%－4.0%浓度再生时中排废酸（碱）浓度过高，造成浪费。

阳床再生剂浓度宜控制在1.8%－2.5%，阴床再生剂浓度宜控制在2.0%－2.5%。

3.3 再生剂流速
（1）阳床
再生剂流速（m/h）分别为4,5，6，7,8，再生剂量1.6t，再生剂浓度控制在1.8%－2.5%。

其它再生控制条件参照设计值，试验结果见表8。

(2) 阴床
再生剂流速（m/h）分别为4,5，6,7，8，再生剂用量0.8t，再生剂浓度控制在2.0%－2.5%，其它再生控制参数按照设计，试验结果见表9。

试验结果表明：
4 效果
按调整后的再生操作技术参数再生阴阳床，1997年1－6月的阴阳床运行统计情况见表11。

从表11可见，阴阳床的周期产水量，产吨水再生剂耗量，运行周期时间都达到了设计技术要求。

阴阳床的运行稳定，出水水质得以保证，同时再生剂用量降低。

收到了较好的效果。

当然，当原水水质发生较大变化时，必须对阴阳床的再生剂浓度、流速、用量等参数作相应调整，再生时各参数应严格控制在规定的标准内。

水处理中离子交换树脂再生时酸碱耗的降低
2011-04-13 08:25:26| 分类：离子交换处理阅读141 评论0 字号：大中小订阅
水处理中离子交换树脂再生时酸碱耗的降低
李爱阳
( 湖南建材高等专科学校资源与环境工程系，湖南衡阳421008 )
摘要为了降低水处理中离子交换树脂再生时的酸碱耗，根据生产上对水质要求，水处理的设备、工艺条件等情况，采用逆流再生双层床工艺，通过调整试验确定最优酸碱耗，酸耗< 40 ～45 g / mol; 碱耗63. 85 g / mol。

提高了总平均工作交换容量，取得了较好的经济效益。

关键词离子交换树脂再生酸碱耗降低
为了保证发电厂热力设备安全、经济地运行，必须对天然水进行净化。

当采用离子交换树脂处理天然水时，可使水净化得较彻底，为热力系统提供了良好的水质。

而离子交换树脂与水交换至一定的时候，树脂的交换能力下降，出水水质恶化。

因此，为了保
证出水的水质，必须对树脂进行再生。

再生时所用的再生剂为酸、碱，再生剂用量的多少对树脂的再生程度和经济性有直接关系。

某火力发电厂，按原设计再生，每年因再生树脂要消耗大量的酸碱，价值360 000 元。

为了节能降耗、降低成本，必须对酸碱用
量进行严格的控制，在满足离子交换树脂恢复到最大交换容量的同时，使酸碱用量降到最低，根据生产上对水质的要求、水处理的设备、工艺等具体情况，通过调整试验确定最优酸碱耗。

1 调整试验
1. 1 阳床失效标准
通过过滤器的水进入阳床，当阳床失效时，测变化曲线见图1。

即通过水量为a 点，此时阳床出水的Na + 浓度首先升高，同时酸度也随之降低，再运行一段时间之后硬度才开始升高，故运行中主要监督的项目是Na + 浓度和酸度。

在进口水质稳定的情况下，当出口水酸度低于正常酸度0. 05 ～0. 1 × 10 - 3 mol / L时，即认为该床已失效，此时的漏钠量已达到1150 ～2 300 μg / L，数值相当可观，而当硬度超过控制标准时，漏钠量就更加严重，故不能以硬度作为阳床失效的标准，运行中最好以Na + 浓度的突变作为阳床失效的标准。

在正常情况下，Na + 浓度一般小于500 × 10 - 9，当大于此值时，表明阳床已失效。

1. 2 阴床失效标准
阴床运行时，一般情况下出水pH 在7 ～9 之间，硅酸根小于100 × 10 - 9，导电率小于10 μs / cm。

当阴床失效，而阳床尚未失效时，其变化趋势如图
2，即通过水量在a 点，此时硅酸根的含量升高，pH下降，导电率先微降而后又上升。

导电率的变化是因为原来阴床出水中OH- 含量较多，而刚失效时OH- 含量减小，代之以导电能力较小的HSiO3- ，故导电率下降。

而后树脂交换能力下降，不能释放足够的OH-中和阳床出水中的H+ ，致使出水中的pH 低于7，导电率又上升。

阴床失效以HSiO3
- 来判断比较理想，调整试验确定一般情况下HSiO3- <100 × 10 - 9, 失效时出水中的HSiO3- 大于此值。

导电率也可作为失效的监测标准，调整试验确定导电率<10 μs / cm，失效时出水的导电率大于此值。

1. 3 采用逆流再生双层床工艺
原工艺采用单层床逆流工艺( 树脂型号：强酸001 × 7，强碱201 × 7 ) ，树脂再生时酸碱消耗量大。

现改为采用逆流再生双层床工艺( 树脂型号：强酸001 × 10，弱酸D113；强碱201 × 7，弱碱D306 ) ，这主要是因为双层床的工作交换容量大。

弱酸树脂的工作交换容量一般在2 000 mol / m3 左右，当弱酸、弱碱分别与强酸和强碱树脂组成双层床后，其总平均
工作交换容量随即大大提高。

阳床中弱酸树脂主要是和水中HCO3- 相应的Ca2 + 、Mg2 + 交换，即去除了暂硬，而水中大部分永硬和全部Na + 则靠强酸树脂去除。

在阴双层床中，弱碱树脂仅能去除强酸阴离子Cl - 、SO42 - 等，而水中的HSiO3- 则靠强碱树脂去除。

对于碱度大即HCO3- 含量更高的水，阴双层床优点更为突出，尤其是硬度与碱度比为1: 1 时最适应。

某发电厂生水水质分析碱度209. 54 mg / L；碳酸盐硬度209. 54 mg / L；非碳酸盐硬度14. 41 mg / L；总硬度223. 95 mg / L；pH 7. 62；Cu2 + 4. 0 μg / L；Fe2 + 43 μg / L；Ca2 + 64. 13 mg / L；Mg2 + 15. 80 mg / L；Cl - 17. 20 mg / L；SO42 - 17. 40 mg / L；SiO2 12. 45mg / L。

可以看出硬度与碱度之比接近1，水中的硬度几乎全部为暂硬，所以采用双层床工艺是合理的，双层床的再生剂利用率高，酸碱耗低，环境污染减轻。

原系统逆流再生的酸耗为55 ～60 g / mol，碱耗为60 ～70 g / mol，而双层床的酸碱耗则不超过40 ～45g / mol 范围，仅为理论耗量的1. 0 ～ 1. 2 倍。

1. 4 再生剂浓度的调整
原工艺采用将浓度为31% 的HCl 配制成再生剂的浓度为5%，将浓度为30%的NaOH 配制成再生剂的浓度为8% 。

现采用将HCl 配制成3% 的浓度，NaOH 配制成2%的浓度，浓度高，再生液体积小，不能均匀地和交换剂反应，使酸碱用量增加。

1. 5 对Na + 控制失效标准的调整
出水水质的要求，也会影响到再生剂的用量，表1 列出了阳床出水以Na + <500 × 10 - 9 为失效标准和以Na + <100 ×10 - 9 为失效标准时，酸碱用量的对比。

表1 酸碱用量对比
以Na + <500 × 10 - 9 为控制失效标准以Na + <100 × 10 - 9 为控制失效标准
制水量/ t HCl 耗/ g / mol NaOH / g / mol 制水量/ t HCl 耗/ g / mol NaOH / g / mol
63 081 41. 8 63. 3 54 649 56. 20 80. 20
67 902 41. 4 68. 3 60 804 42. 27 86. 6
57 104 43. 3 79. 0 69 047 39. 98 63. 85
55 587 46. 6 85. 1 68 904 39. 35 76. 78
44 991 54. 7 113. 8 70 168. 5 44. 67 74. 77
42 610 46. 57 119. 2 39 628 42. 67 68. 58
从表1 中可以看出，对Na + 的控制由Na +<500 × 10 - 9 降为Na + <100 × 10 - 9，碱耗的用量明显下降。

2 结束语
(1 ) 采用逆流再生双层床工艺，大大提高了总平均工作交换容量，使原来的酸耗55 ～60 g / mol、碱耗60 ～70 g / mol 变为现在不超过40 ～45 g / mol；
( 2 ) 对Na + 的控制由Na + <500 × 10 - 9 降为Na +<100 ×10-9，碱耗由原来的最高值119. 2 g / mol 降为63. 85 g / mol；
(3 ) 在水处理中如何降低酸碱耗是一个比较复杂的问题，必须全面考虑到运行方式、设备现有运行状况、树脂的选型、再生剂的浓度、种类、流速、温度、纯度、工艺控制标准的调整等诸多因素，在生产中不断地总结经验，在调整试验中以确定最优酸碱耗。

本
文对水处理中离子交换树脂再生时酸碱耗的降低，进行了一定的研究，在实际应用中取得了较好的经济效益。