水处理系统设计

水处理系统设计Revised on November 25, 2020

离子交换水处理系统工艺设计说明书

目录

1 工艺设计说明

工艺设计依据

（1）《水处理工程师手册》(北京：化学工业出版社，2000)；（2）《锅炉水处理技术》(郑州：黄河水利出版社，2003)；（3）《火电厂水处理及水质控制》(北京：中国电力出版社，2008)；

（4）GB50109-2006 工业用水软化除盐设计规范；

（5）HG/T 20519-2009 化工工艺设计施工图内容和深度统一规定；

（6）HG/T 20553-2011 化工配管用无缝及焊接钢管尺寸选用系列；

（7）GB 17279—1998 水池贮源型γ辐照装置设计安全准则；（8）GB 7465-2009 高活度钴60密封放射源。

原理介绍

离子交换柱的结构和一级复床加混床系统原理图如图1和图2所示。如图2所示的一级复床加混床系统，是水处理专着文献《水处理工程师手册》(北京：化学工业出版社，2000)、《锅炉水处理技术》(郑州：黄河水利出版社，2003)的推荐流程，其系统较简

单，出水水质稳定。该系统采用化学法对进水进行除盐处理，水中的各种盐类几乎都可被除尽，出水水质主要指标为：电导率小于20μS/m。该系统中，当水通过强酸性H离子交换树脂时，水中的各种阳离子被树脂中的H+交换后留在树脂中，而H+则到了水中，其交换反应可用下式综合表示：

由上述反应式可知，阳床的出水呈酸性，其中含有和进水中阴离子相应的H2SO4和HCl等强酸，以及H2CO3和H2SiO3等弱酸。通常H2CO3在酸

图1 离子交换柱的结构

性水中成为CO2。随后，阳床出水由除碳器上部经喷淋装置，流过填料层表面，空气自下部风口进入逆流穿过填料层。水中的游离二氧化碳迅速解析进入空气中，自顶部排出，其残留量可达5 mg/L。然后，再进入阴床。这时水中各种阴离子被OH型树脂交换吸附，树脂上的OH-则被置换到水中，并与水中的H+结合成H2O，其交换反应可用下式综合表示：

经复床除盐后，出水水质达到初级纯水的水平。最后，复床的出水进入混床，进一步纯化除盐，出水电导率达20μS/m以下。从而，实现原水的净化处理。

图2 一级复床加混床除盐系统原理图

1—阳床；2—除二氧化碳器；3—中间水泵；

4—阴床；5—混床

流程介绍

离子交换水处理系统工艺管道及仪表流程图如图3所示。如图所示，首先树脂由树脂注入口通过漏斗（F01/1～3）注入树脂柱内。树脂注入口还可以作为备用管口，如用于柱内树脂的酸碱洗涤等。管道W01-32P为进水管道的旁路，用于调节系统的进水流量，超出处理能力的池水直接由此旁路返回池内。进水由经石英砂过滤器和活性炭过滤器两级过滤后，按小节所述原理及图2中的流程依次进入由阳离子交换柱(R01)、除碳器(R02)、阴离子交换柱(R03)和混合离子交换柱(R04)，进行阴阳离子交换纯化及除碳。石英砂过滤器和活性炭过滤器具有滤去水中游离物、微生物、部分重金属离子的作用。若池水电导率符合要求，只是为了除去之中的铁锈、絮状物等渣滓，池水可仅经两级过滤后，由管道W03-15P直接返回水池。各柱进出液管道上均设有在线电导率仪、压差变送器及管道过滤器，其中，电导率仪用于测定出水水质；管道过滤器用于过滤出水中的碎树脂等小颗粒物质；压差变送器用于指示管道过滤器前后的压差，当压差达到一定值后对其中过滤芯子进行更换。同时，在各管道上还设置有取样点，取样后送分析室分析电导率等，并与在线电导率显示数据相对比。为防止柱内树脂的板结等情况，造成进水流动不畅，各柱上均设置了压差测量仪表和压空进气管。压差测量仪表安装在柱子进出水管上。压差测量仪表显示值达一定值或进水流速变慢时，由压空进气管向柱内通入压空可以疏松柱内树脂确保水流畅通。待各柱树脂达到工作交换容量，即出水水质达不到要求后，开启树脂卸出管道上的相关阀门，同时向柱内注水和适当开

启压空阀门向柱内通入压空(起到搅拌作用)，卸出树脂送处理处置。

树脂再生与否的选择

该离子交换水处理系统运行过程中，不进行再生操作，待离子交换树脂达到工作交换容量后直接卸出更换新树脂。之所以不进行树脂

图3 离子交换水处理系统工艺管道及仪表流程图

再生操作，是基于以下几方面的考虑：

1）阴、阳离子床的再生周期为825 h(混床的再生周期会更长)，即一个运行周期处理水量大于800m3，而水池水量仅 m3。相对一个处理周期处理量而言，水池水量极小，一个运行周期可以将水池内的水纯化约30次。

2）该离子交换水处理系统并非长期连续运行，待水池水质达到要求后运行便会停止。另外，水池处于密封状态，池水相当于贮存于一不锈钢密封容器内，水质受外界环境的影响较少，一般不会收到污染。因此，该系统每投入运行一次，便能保证池水水质维持较长时间。

3）阴、阳离子交换树脂的再生对床体内部结构有要求，因此会增加大量柱内构件、管线及阀门等。再生操作过程比较繁琐，要求比较严格，稍有疏忽就会给运行带来不良后果。另外，还会产生许多酸碱废液；达到工作交换容量的离子交换树脂没有放射性，处理处置较容易。

4）本系统选用的阴、阳离子交换树脂是常用树脂，早已商品化，尤其在发电厂水处理过程中大量应用，廉价易得，且预处理相对容易。

出水质量要求

参照《GB 17279—1998 水池贮源型γ辐照装置设计安全准则》中水池贮源水质电导率小于1000μS/m的要求，并考虑到密封钴60

放射源的自身条件，将其水质电导率降至100μS/m甚至更低。同时，《GB 7465-2009 高活度钴60密封放射源》规定贮源水中的总氯离子含量不大于1×10-6，pH值为~。

该一级复床加混床系统采用化学法对进水进行除盐处理，水中的各种盐类几乎都可被除尽，且出水水质较为稳定，据相关文献报道其出水电导率一般小于20μS/m。同时，由于现水池水质较好，盐分较少(～120μS/m)，经处理后其pH值也会在~范围内。

出水电导率按20μS/m计，再由原水电导率120μS/m，则系统的净化效率μ为：

μ=（120-20）/120

=%。

处理能力及水池水量

该系统处理能力确定为 m3/h，对池水进行循环净化，直至满足贮源水质对电导率的要求。

418/4-12＃源库内两个中子源水池相通，规格分别为2m×2m ×、2m××，水深为。则水池内水量为：

（2m×2m＋2m×）×

= m3

2 主要设备设计计算

树脂柱设计计算