(四)超临界直流机组离子交换除盐幻灯片.ppt

1、超临界直流机组 离子交换除盐,一级复床除盐系统,一级除盐系统 除去水中各种溶解盐类的处理工艺称为除盐。 原水只一次相继通过强酸性H型离子交换器和强碱性OH型离子交换器进行除盐称一级复床除盐。 下图所示为一典型的一级复床，它由一个强酸性H型离子交换器、一个除碳器和一个强碱性OH型离子交换器串联而成。,一级复床除盐系统,图 一级复床除盐系统 1强酸性H型交换器；2除碳器；3强碱性OH型交换器；4中间水箱；5 中间水泵,一级复床除盐原理,一、除盐原理 原水在强酸性H型离子交换器经氢离子交换后，除去了水中所有阳离子。被交换下来的H与水中的阴离子结合成相应的酸，其中与HCO3结合生成的CO2连同水中原有

2、的CO2在除碳器中被脱除。水进入强碱性OH型离子交换器后，以酸形式存在的阴离子与强碱性阴树脂进行交换反应，除去所有阴离子，置换出的OH与进水中的H生成H2O，从而将水中溶解盐类全部除去制得除盐水。,一级复床除盐运行中的交换反应,二、运行中的交换反应 1、除去水中阳离子的交换反应 在复床除盐系统中，原水先进入强酸性H型离子交换器，除去水中的所有阳离子。对于Ca2、Mg2、Na等阳离子和HCO3、SO4、Cl等阴离子组成的水，其交换反应既有离子交换，也有中和反应，显然水中碱度的存在对氢离子交换反应有利。,一级复床除盐运行中的交换反应,反应如下： R(SO4H)2Ca(HCO3)2 R(SO4H)2

3、Ca2H2O2CO2 R(SO4H)2Ca(HCO3)2 R(SO4H)2Ca2H2O2CO2,一级复床除盐运行中的交换反应,含有多种离子的水通过强酸性H型树脂层时，尽管通水初期水中所有阳离子都参与交换，但之后由于Ca2、Mg2等高价离子已在树脂层上部被交换，并等量转为Na，在树脂层下部是H型树脂与水中Na的交换，即 RHNaHCO3RNaH2CO3 RHNaClRNaHCl 2RHNa2SO42RNaH2SO4 经H交换后，水中各种阳离子都被交换成H，其中的碳酸盐转变成H2CO3，中性盐转变成相应的强酸。,一级复床除盐运行中的交换反应,强酸性H型树脂对水中常见阳离子的选择性顺序为 Fe3+A

4、l3+Ca2+Mg2+K+NH4+Na+H+ 实际上树脂并未完全被再生为 H 型，因此运行时出水中总还残留少量阳离子。由于树脂对Na的选择性最小，所以出水中残留的主要是Na。,一级复床除盐运行中的交换反应,2、脱除CO2 水经过氢离子交换后，阴离子转变成相应的酸。其中HCO3转变成了H2CO3。当阴床进水中含有H2CO3时，HCO3的吸着性能与HSiO3相似，都集中在下层树脂中，它的含量会影响除硅效果，从而影响出水中残留HSiO3的含量，影响出水水质。因此，在工业除盐系统中，一般都将经H交换的水先用除碳器除去CO2，再引入阴离子交换器。阳床出水产生的游离CO2，连同进水中原有的游离CO2，可很

5、容易地由除碳器除掉，以减轻OH型离子交换器的负担，这就是在除盐系统中设置除碳器的目的。,一级复床除盐运行中的交换反应,一般当原水中碱度50mg/L时，就应设置除碳器。 在原水碱度很低时或水的预处理中设置有石灰处理时，除盐系统中也可不设除碳器，水中的这部分碱度经过H交换后生成的CO2，由强碱性OH型离子交换器除去。,一级复床除盐运行中的交换反应,3、除去水中阴离子的交换反应 在一级复床除盐系统中，强碱性OH型离子交换器是用来除去水中OH以外所有阴离子的。强碱性OH型离子交换器总是设置在H型交换器和除碳器之后，此时水中阴离子以酸的形式存在，因此强碱性OH型离子交换实质上是OH型树脂与水中无机酸酸根

6、离子的交换。,一级复床除盐运行中的交换反应,其交换反应为 ROHHClRClH2O 2ROHH2SO4R2SO42H2O 2ROHH2CO3RHCO3H2O ROHH2SiO3RHSiO3H2O,一级复床除盐运行中的交换反应,由于经H交换的出水中含有微量的Na，因此进入强碱性OH型离子交换器的水中除无机酸外，还有微量的Na盐，所以还有树脂与微量钠盐进行的可逆交换，其反应为 ROHNaClRClNaOH ROHNaHCO3RHCO3NaOH ROHNa HSiO3RHSiO3NaOH,一级复床除盐运行中的交换反应,强碱性OH型树脂对水中常见阴离子的选择性顺序为 SO42ClHCO3HSiO3 由

7、此可知，强碱性OH型树脂对水中强酸阴离子（SO42、Cl）的吸着能力强于对弱酸阴离子的吸着能力，对HSiO3的吸着能力最差，而且由于存在上式的可逆交换，因此出水中有少量HSiO3，并呈微碱性。,一级复床除盐运行中的交换反应,要提高强碱性OH型交换器的出水水质，就必须创造条件提高除硅效果，以减少出水中硅的泄漏，这些条件包括水质方面的和再生方面的。由上述知道，如果水中硅化合物呈NaH SiO3形式，则用强碱性OH型树脂是不能将其去除完全的，因为交换反应的生成物是强碱 NaOH，逆反应很强；如果进水中阳离子只有H，那么交换反应就和酸碱中和反应一样生成电离度很小的H2O，故除硅完全。,一级复床除盐运行

8、中的交换反应,随H型交换器Na泄漏量的增加，OH型交换器出水中硅的含量也越高。因此控制好强酸性H型交换器的运行，减少出水中Na的泄漏量，即减少强碱性OH型交换器进水含Na量，就可以提高除硅效果。另外，强碱型树脂碱性比 型树脂强，所以其除硅能力也强。,一级复床除盐运行中的水质变化,三、运行中的水质变化 1、强酸性H型离子交换器水质变化 实际生产中，强酸性H型离子交换树脂并未完全被再生为 H 型，因此运行时出水中总还残留少量阳离子。由于树脂对Na的选择性最小，所以出水中残留的主要是Na。 下图所示的是强酸性H型交换器从正洗开始到运行失效以后的出水水质变化情况。,一级复床除盐运行中的水质变化,图 强

9、酸性H型交换器出水水质变化,一级复床除盐运行中的水质变化,在稳定工况下，制水阶段(ab)出水水质稳定，Na穿透(b点)后，随出水Na浓度升高，强酸酸度相应降低、电导率先略下降之后又上升。电导率的这种变化是因为尽管随Na的升高，H等量下降，但Na的导电能力低于H，所以共同作用的结果是水的电导率下降。当H降至与进水中HCO3 等量时，即出水强酸酸度与进水碱度相等时，出水电导率最低。之后，由于交换产生的H不足以中和水中的HCO3，所以随Na和HCO3的升高，电导率又升高。,一级复床除盐运行中的水质变化,因此，为了要除去水中H以外的所有阳离子，除盐系统中强酸性H型交换器必须在Na穿透达到一定值时，即停

10、止运行，然后用酸溶液再生。,一级复床除盐运行中的水质变化,2、脱CO2 器中的水质变化 经脱碳处理后水中游离CO2的含量一般可降至5mg/L左右。 一般当原水中碱度50mg/L时，就应设置除碳器。 在原水碱度很低时或水的预处理中设置有石灰处理时，除盐系统中也可不设除碳器，水中的这部分碱度经过H交换后生成的CO2，由强碱性OH型离子交换器除去。,一级复床除盐运行中的水质变化,3、强碱性OH型交换器的水质变化 一级复床除盐系统中，强碱性OH型交换器运行周期中出水水质变化有两种不同的情况，一是H型交换器先失效，另一种是OH型交换器先失效。这两种情况都可以在强碱性OH型交换器出水水质变化曲线上反映出来

11、。下图（a）表示强酸性H型交换器先失效时的水质变化情况，下图（b）表示强碱性OH型交换器先失效时的水质变化情况。,一级复床除盐运行中的水质变化,图 强碱性OH型交换器出水水质变化,一级复床除盐运行中的水质变化,当H型交换器先失效时，相当于OH型交换器进水中Na含量增大，于是OH型交换器的出水中NaOH含量上升，其结果是出水的pH值、电导率、SiO2和Na含量均增大。,一级复床除盐运行中的水质变化,当OH型交换器先失效时，表现出的现象通常是出水中SiO2含量增大。因为H2SiO3是很弱的酸，所以在失效的初期，对出水pH值的影响不很明显，但紧接着随H2CO3或HCl漏出， pH值就会明显下降。至于

12、出水的电导率往往会在失效点处先呈微小的下降，然后上升，这是因为OH型交换器未失效时，其出水中通常含有微量NaOH，而当其失效时，这部分NaOH被Na2SiO3所代替，所以电导率有微小下降。当OH减小到与进水中H正好等量时，电导率最低，这相当于酸碱滴定的终点。之后，由于出水中H的增加使电导率急剧增大。,一级复床除盐运行监督,四、运行监督 一级复床除盐运行监督的项目主要包括： 1、流量； 2、交换器进出口压力差； 3、进水水质； 4、出水水质。,一级复床除盐运行监督,1、流量和进出口压力差 一级复床除盐交换器应在规定的流速范围内运行，流量大意味着流速高。交换器进出口压力差主要是由水通过树脂层的压力

13、损失决定的。流速越高、水温越低或树脂层越厚，则水通过树脂层的压力损失越大。,一级复床除盐运行监督,2、进出口压力差 在正常情况下，一级复床除盐交换器进出口压力差是有一定规律的。当进出口压力差有不正常升高时，则往往伴随树脂层积污过多、进气或析出沉淀(如硫酸再生时析出 CaSO4)等不正常情况发生。,一级复床除盐运行监督,3、进水水质 一级复床除盐交换器进水中悬浮物应尽可能地在水的预处理中清除干净，进入除盐系统的水，其浊度应小于5mg/L（当H型交换器为顺流再生时）或2mg/L（当H型交换器为逆流再生时）。 此外，为了防止离子交换树脂氧化或被污染，还应满足以下条件：游离氯含量应在0.1mg/L 以

14、下，Fe含量应在0.3 mg/L以下，化学耗氧量（KMnO4法）应在2mg/L以下。,一级复床除盐运行监督,1）一级复床除盐交换器进水中悬浮物含量高，容易造成树脂层中结块，并使交换器进出口压差增大，最终导致出水水质恶化。 2）一级复床除盐交换器进水中游离氯含量高，容易导致阴、阳树脂氧化，尤其对阴树脂，使树脂性能下降甚至改变。 3）一级复床除盐交换器进水中的有机物含量高，容易导致树脂水解、黏结、结块等，使交换器进出口压差增大，最终导致出水水质恶化。,一级复床除盐运行监督,4）一级复床除盐交换器进水中Fe、Al、Mn等高价离子含量高，容易导致阳树脂中毒，使树脂工作交换容量下降，最终造成出水水质恶化

15、。 因此，对一级复床除盐交换器进水水质应从以上四个方面做好监督、控制工作。,一级复床除盐运行监督,4、出水水质 一般情况下，强酸性H型交换器的出水不会有硬度，仅有微量Na。当交换器接近失效时，出水中Na浓度增加，同时H浓度降低，并因此出现出水酸度和电导率下降及pH值上升。但用出水酸度、电导率、pH值三个指标确定交换器是否失效是不可靠的，因为当进水水质或混凝剂加入量变化时，这三个指标的值也将发生相应变化。可靠的方法还是监测出水Na浓度。 强碱性OH型交换器一般用测定出水SiO2含量和电导率的方法监督出水水质。,一级复床除盐交换器的再生,五、交换器的再生 1、强酸性H型交换器的再生 强酸性H型交换

16、器失效后，必须用强酸进行再生，可以用HCl，也可以用H2SO4。,一级复床除盐交换器的再生,强酸性H型交换器再生时的交换反应为 R2Ca2HCl2RHCaCl2 R2Mg2HCl2RHMgCl2 RNaHClRHNaCl R2CaH2SO42RHCaSO4 R2MgH2SO42RHMgSO4 2RNaH2SO42RHNa2SO4,一级复床除盐交换器的再生,由上式反应式可知，当采用H2SO4再生时，再生产物中有易沉淀的CaSO4生成，因此，应采取措施，以防止CaSO4 沉淀在树脂层中析出。 用HCl再生时不会有沉淀物析出，所以操作简单。用HCl再生时再生液浓度一般为24%，再生流速一般为57m/

17、h左右。,一级复床除盐交换器的再生,2、强碱性OH型交换器的再生 失效的强碱性阴树脂一般都采用NaOH再生，不用KOH(因价格较高)，再生时交换反应为 R2SO42NaOH2ROHNa2SO4 RClNaOHROHNaCl RHCO3NaOHROHNaHCO3 RHSiO3NaOHROHNaH SiO3,一级复床除盐交换器的再生,为了有效除硅，强碱性 OH 型交换器除了再生剂必须用强碱外，还必须满足以下条件： 1）再生剂用量应充足； 2）提高再生液温度； 3）增加接触时间。,一级复床除盐交换器的再生,1）再生剂用量 试验表明，当再生剂用量达到某一定值后，硅的洗脱效果才明显，因此增加再生剂用量，

18、不仅能提高除硅效果，而且能提高树脂的交换容量；,一级复床除盐交换器的再生,2）再生液温度； 提高再生液温度，可以改善对硅的置换效果，并缩短再生时间，但由于树脂热稳定性的限制，故再生温度也不宜过高，通常对于强碱性型树脂再生温度为40左右，型为353；,一级复床除盐交换器的再生,3）接触时间 提高再生接触时间是保证硅酸型树脂得到良好再生的一个重要条件，一般不得低于40min，而且随硅酸型树脂含量增加，再生接触时间应越长。 强碱性OH型交换器再生液浓度一般为13 %(浮动床0.52 %)，再生流速5m/h(浮动床46 m/h)。,一级复床除盐交换器的再生,此外，再生剂纯度对强碱性阴树脂的再生效果影响

19、很大。 工业碱中的杂质主要是NaCl和铁的化合物，强碱性阴树脂对Cl有较大的亲和力，Cl不仅易被树脂吸着，而且吸着后不易被洗脱下来。所以当用含NaCl较高的工业碱再生时，会大大降低树脂的再生度，导致工作交换容量下降，出水质量下降。,一级复床除盐技术经济指标,六、技术经济指标 一级复床除盐交换器的出水水质、工作交换容量以及再生剂比耗是离子交换树脂的主要工艺性能，又是水处理时的技术经济指标。,一级复床除盐技术经济指标,1、出水水质 强酸性H型交换器的出水水质是指周期平均出水Na浓度。 出水Na浓度主要取决于树脂的再生度，所以逆流再生H型交换器出水Na浓度都很低，一般50g/L(长时间 2050g/

20、L左右)。,一级复床除盐技术经济指标,强碱性OH型交换器出水水质是指周期平均出水SiO2浓度。 GB121451999火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量规定，一级复床（顺流再生）水水质为电导率10S/cm、SiO2100g/L。 一级复床除盐系统采用逆流再生时出水水质一般电导率为18S/cm，SiO2为1030g/L，pH值在78之间。所以逆流再生交换器的出水水质优于顺流再生。,一级复床除盐技术经济指标,2、工作交换容量 离子交换树脂交换容量表示离子交换能力的大小，即离子交换剂可交换离子量的多少，有两种表示方法：一是质量表示法，即单位质量离子交换剂的吸着交换能力，用mmol/L表示；二是体积表

21、示法，即单位体积离子交换剂的吸着交换能力，用的是mol/m3表示。 工作交换容量是指交换剂在运行条件下的有效交换容量。,一级复床除盐技术经济指标,离子交换树脂工作交换容量的大小，由于使用条件的不同，其数值也不相同。 影响工作交换容量大小的主要因素是：进水的离子浓度、交换终点的控制指标、交换剂层的高度、水流速度、水的pH值、交换剂的粒度、交换基团的形式以及再生充分与否等。,一级复床除盐技术经济指标,3、再生剂比耗 一级复床除盐再生剂比耗是指离子交换器出水水质达不到规定要求，树脂失效后，为恢复树脂单位交换能力，所消耗的酸、碱用量。其单位为g/mol； 一级复床除盐再生剂比耗根据阳、阴树脂再生又分为

22、酸比耗和碱比耗,一级复床除盐技术经济指标,4、工作交换容量和再生剂比耗的影响因素 生产实际中交换器运行到终点时树脂并未完全失效，失效后的树脂也并非是彻底再生。 因此，凡是影响残余交换容量和影响再生效果的因素都会影响工作交换容量，也都会影响再生剂比耗。,一级复床除盐技术经济指标,影响强酸性阳离子交换树脂工作交换容量和再生剂比耗的因素有水质条件、运行条件、再生条件以及树脂层高度。 其中水质条件包括进水离子总浓度、强酸阴离子浓度分率，进水硬度分率及钙硬与总硬度的比值；运行条件，包括流速、水温以及失效时Na浓度；再生条件，包括再生剂用量、再生流速、再生液浓度等。,一级复床除盐技术经济指标,上述各种因素

23、中，再生剂用量和进水硬度分率是主要影响因素。进水钙硬度与总硬度之比较高或树脂层较低时，都会使工作交换容量降低；反之，则升高。但在通常范围内，它们对工作交换容量的影响较小。,一级复床除盐技术经济指标,影响强碱性阴离子交换树脂工作交换容量和再生剂比耗的因素也是水质条件、运行条件、再生剂和再生条件以及树脂层高度等几个方面。 这里的运行条件是指进水阴离子总浓度、SiO2浓度以及H2SO4酸度的浓度分率；运行条件中失效离子浓度是指SiO2 浓度；再生剂和再生条件中还包括再生剂纯度、再生温度及再生时间等。,一级复床除盐技术经济指标,5、工作交换容量和再生剂比耗计算： 一级复床除盐交换器工作过程中的工作交换

24、容量和再生剂比耗是根据运行数据按以下方法计算。,一级复床除盐技术经济指标,（1）强酸性H型交换器的工作交换容量。 对强酸性H型交换器中阳树脂，工作交换容量计算公式如下： 式中q工作交换容量，mol/m3； A进水碱度，mmol/L； SD出水平均酸度，mmol/L； V周期制水量，m3； VR交换器内树脂体积(不含压脂层)，m3。,一级复床除盐技术经济指标,通常强酸性H型交换器的工作交换容量一般在8001000mol/m3 范围内，视条件不同而异。,一级复床除盐技术经济指标,（2）酸耗、比耗。 酸耗可按下式计算： 式中Ws酸耗，g/mol； m一次再生所用的纯酸量，g。,一级复床除盐技术经济指

25、标,再生剂酸比耗按下式计算： 式中36.5HCl的摩尔质量g/mol； 49 H2SO4的摩尔质量g/mol。 实际上逆流再生强酸性H型交换器的比耗一般在1.11.5，顺流再生的一般在1.52.5之间，H2SO4再生比耗高于HCl。比耗的倒数以百分数表示，就是再生剂利用率。,一级复床除盐技术经济指标,（3）强碱性OH型交换器工作交换容量。 对于强碱性OH型交换器中的阴树脂，其工作交换容量可根据下式计算：,一级复床除盐技术经济指标,上式中SD进水平均强酸酸度，mmol/L； CO2进水平均CO2的含量，mg/L； SiO2 进水平均 SiO2的含量，mg/L； Na 进水平均 Na的含量，g/L

26、； SiO2c 出水平均SiO2的含量，g/L。 44 CO2的摩尔质量g/mol； 60 SiO2的摩尔质量g/mol； 23 Na的摩尔质量g/mol。,一级复床除盐技术经济指标,正常工作情况下，强碱性OH型交换器进水中Na和出水中SiO2已经非常少，在计算工作交换容量时，可忽略不计。此时工作交换容量可按下式计算：,一级复床除盐技术经济指标,（4）碱耗和比耗。 碱耗可按下式计算： 式中WJ碱耗，g/mol； m一次再生所用的纯碱量，g。,一级复床除盐技术经济指标,再生剂碱比耗为 式中 WNaOHNaOH 碱耗，g/mol； 40NaOH摩尔质量g/mol。 逆流再生强碱性OH型交换器的比耗

27、一般在1.31.8，顺流再生的一般在1.83.0。,一级复床除盐技术经济指标,工作交换容量和再生剂比耗是两个重要的技术经济指标。在进水水质和运行条件不变的情下，工作交换容量越大，周期制水量也越多。比耗越高，再生剂利用率就越低，经济性就越差。,一级复床除盐固定床离子交换器,在生产实践中，水的离子交换处理是在被称为离子交换器的装置中进行的，也有将装有交换剂的交换器称为床，交换器内的交换剂层称为床层。离子交换器装置的种类很多， 固定床离子交换器是目前火力发电厂水处理中用得最广泛的一种装置。所谓固定床是指交换剂在交换器内固定不动、水流动，并在一个设备中先后完成制水、再生等过程的装置。,一级复床除盐固定

28、床离子交换器,固定床离子交换器 固定床离子交换器按水和再生液的流动方向分为顺流再生式、对流再生式（包括逆流再生离子交换器和浮床式离子交换器）和分流再生式；按交换器内树脂的状态又分为单层床、双层床、双室双层床、双室双层浮动床、满室床和混合床；按设备的功能又分为阳离子交换器（又称为阳床，包括钠离子交换器和氢离子交换器）、阴离子交换器（阴床）和混合离子交换器（混床）。,顺流再生离子交换器的结构,一、顺流再生离子交换器 顺流再生离子交换器是离子交换装置中应用最早的床型，这种设备运行时，水流自上而下通过树脂层；再生时，再生液也是自上而下通过树脂层，即水与再生液的流向相同。,顺流再生离子交换器的结构,1、

29、顺流再生交换器的结构 顺流再生交换器的主体是一个密封的圆柱形压力容器，器体上设有人孔、树脂装卸孔和用来观察树脂状态的窥视孔。体内设有进水装置、排水装置和再生液分配装置。交换器中装有一定高度的树脂，树脂层上面留有一定的反洗空间，如下图所示。,顺流再生离子交换器的结构,图 顺流再生离子交换器的内部结构 1 进水装置；2再生液分配装置； 3树脂层；4排水装置,顺流再生离子交换器的结构,顺流再生离子交换器外部管路系统如下图所示。,顺流再生离子交换器的结构,（1）进水装置。 进水装置的作用是均匀分布进水于交换器的过水断面上，所以也称布水装置，它的另一个作用是均匀收集反洗排水。由于这种设备运行时树脂层上方

30、有较厚的水垫层，因此对进水装置要求不高。,顺流再生离子交换器的结构,常用的进水装置见图58所示。 (a)漏斗式；(b)十字管式； (c)圆筒式；(d)多孔板水帽式,顺流再生离子交换器的结构,漏斗式进水装置结构简单，但当安装倾斜时易发生偏流，反洗时，应注意树脂的膨胀高度，以防树脂流失。 十字管式或圆筒式是在十字管或圆筒上开有许多小孔，管或筒外包滤网或绕不锈钢丝，也有在管或筒壁上开细缝隙的。常用材料有不锈钢或工程塑料，也可采用碳钢衬胶。 多孔板水帽式的布水均匀性较好，孔板材料有碳钢衬胶或工程塑料等。,顺流再生离子交换器的结构,（2）排水装置。 排水装置的作用是均匀收集处理好的水，也起均匀分配反洗进

31、水的作用，所以也称配水装置。一般对排水装置集水的均匀性要求较高。 常用的排水装置如下图所示。（a）弯形板石英砂垫层式；（b）多孔板加水帽式。,顺流再生离子交换器的结构,在弯形孔板石英砂垫层式的排水装置中，弯形孔板起支撑石英砂垫层的作用，常用材料有碳钢衬胶、不锈钢等。石英砂垫层的级配和厚度按规定技术标准配置。 石英砂的质量为SiO299，使用前应用510的HCl浸泡 812h，以除去其中的可溶性杂质。,顺流再生离子交换器的结构,（3）再生液分配装置。 再生液分配装置应能保证再生液均匀地分布在树脂层面上，常用的再生液分配装置如下图 所示。 (a)辐射式；(b)圆环式；(c)母管支管式,顺流再生离子

32、交换器的结构,小直径交换器可不专设再生液分配装置，由进水装置分配再生液；大直径交换器一般采用母管支管式。再生液分配装置距树脂层面约200300mm，在管的两侧下方45开孔，孔径一般为68。 此外，在树脂层上方至进水装置之间有一定的反洗空间，这是为了在反洗时使树脂层有膨胀的余地，并防止细小颗粒被反洗水带走，高度一般相当于树脂层高度的6080。当这一空间充满水时，称为水垫层。水垫层在一定程度上可以防止进水直接冲击树脂层面造成凹凸不平，从而使水流在交换器断面上均匀分布。,顺流再生离子交换器的运行,2、顺流再生离子交换器的运行 顺流再生离子交换器的运行通常分为五步，从交换器失效后算起为： （1）反洗；

33、 （2）进再生液； （3）置换； （4）正洗； （5）制水。 这五个步骤，组成交换器的一个运行循环，称运行周期。,顺流再生离子交换器的运行,（1）反洗。 交换器中的树脂失效后，在进再生液之前，常先用水自下而上进行短时间的反冲洗。,顺流再生离子交换器的运行,反洗的作用包括以下方面： 1）松动树脂层。 在交换过程中带有一定压力的水自上而下通过树脂层，树脂层被压紧。为了使再生液在树脂层中均匀分布，需在再生前进行反洗，以充分松动树脂层。,顺流再生离子交换器的运行,2）清除树脂上层中的悬浮物、碎粒。 在交换过程中，上层树脂还兼有过滤作用，水中的悬浮物被截留在这层中，使水通过时的阻力增大。另外，在运行中产

34、生的树脂碎屑，也会使进水阻力增大影响水流通过。反洗可以清除这些悬浮物和碎屑，这一步骤对处于最前级阳离子交换器尤为重要。,顺流再生离子交换器的运行,反洗水的水质应不污染树脂。对于阳离子交换器可用清水，阴离子交换器可用阳离子交换器的出水，或者采用该交换器上次再生时收集起来的正洗水。 对于不同种类的树脂，反洗强度可由试验求得，一般应控制在既能使污染树脂层表面的杂质和树脂碎屑被带走，又不使完好的树脂颗粒跑掉，而且树脂层又能得到充分松动。经验表明，反洗时使树脂层膨胀5060效果较好。反洗要一直进行到排水不浑浊为止，一般需1015min。,顺流再生离子交换器的运行,反洗也可以依据具体情况在运行几个周期后，

35、定期进行。这是因为，有时在交换器中悬浮物的累积并不很快，而且树脂层并不是一下子压得很紧，所以有时没必要每次再生前都要进行反洗。,顺流再生离子交换器的运行,（2）进再生液。 进再生液前，先将交换器内的水放至树脂层表面以上约100200mm处，然后用一定浓度的再生液以一定流速自上而下流过树脂层。 再生是离子交换器运行操作中很重要的一环。,顺流再生离子交换器的运行,影响再生效果的因素 影响再生效果的因素很多，如再生剂的种类、纯度、用量、浓度、流速、温度等。 1）再生方式。 顺流式再生的优点是，装置简单、操作方便；缺点是再生效果不理想。 2）再生剂用量。 对于H交换树脂来说，如为强酸性阳树脂，那么它的

36、再生剂比耗一般为23，如为弱酸性的，则稍大于理论量即可。,顺流再生离子交换器的运行,3）再生液浓度。 再生液的浓度对再生程度也有较大的影响。当再生剂量一定时，在一定范围内，浓度越高，再生程度越高；当浓度达到某一值时，再生后交换剂交换容量可恢复到一个最高值。再生液浓度过高也是不合适的，因为浓度过高再生液的体积小，不能均匀和充分地与交换剂反应，而且常常会因交换基团受到严重压缩使再生效果下降。,顺流再生离子交换器的运行,再生强酸性阳离子交换树脂时，若用盐酸再生，则可采用较高的浓度(5%10%)，若用硫酸再生，由于再生产物CaSO4在水中的溶解度较小，有沉淀在交换剂层中的危险，所以不能直接用浓度大的H

37、2SO4再生。,顺流再生离子交换器的运行,用浓度大的H2SO4再生时，可用下述方法进行再生。第一种方法是：用低浓度的H2SO4进行再生，再生液浓度通常为0.52%，这种方法比较简单，但要用大量稀H2SO4，再生时间长、自用水量大，再生效果也较差。第二种方法是：分步再生，先用低浓度、高流速的H2SO4液进行再生，然后逐步增加浓度、降低流速进行再生。分步再生可分为二步法、三步法和四步法等。另外，也可设计成酸液浓度是连续不断缓慢增大的方式，即逐渐开大进酸门，以达到先稀后浓的目的。,顺流再生离子交换器的运行,先用低浓度的目的是降低再生液中CaSO4的过饱和度，使它不易析出；先采用高流速的原因是因为Ca

38、SO4从饱和到析出沉淀物常需要经过一段时间，故加快流速可以防止CaSO4 沉淀在树脂层中析出。 相对来说，由于用HCl再生时不会有沉淀物析出，所以操作比较简单。,顺流再生离子交换器的运行,4）再生液流速。 再生液流速是指再生液通过交换剂层的速度，它是影响再生程度的一个重要因素。维持适当的流速，实质上就是使再生液与交换剂之间有适当的接触时间，以保证再生反应的进行。,顺流再生离子交换器的运行,表示再生液流速的方法有两种：线速度和空间流速。 线速度计算如下： qV/S 式中qV通过交换器的水量，m3/h； S交换器截面积，m2。 空间流速是指单位体积的交换剂在单位时间内通过的液体体积，单位为m3/m

39、3h。 上述任何一种流速表示方法，都不是交换剂颗粒间再生溶液真正流速，只是反映相对流速。,顺流再生离子交换器的运行,再生时，控制一定的再生液流速是非常重要的，特别是当再生液的温度很低时，更不宜提高流速。有时，因加快流速缩短了再生时间，即使将再生剂用量成倍增加，也难得到良好的再生效果。再生液的流速最好不要3 m/h，通常以48m/h为宜。对于阳树脂，再生流速可偏上限；对于阴树脂，再生流速可偏于下限。,顺流再生离子交换器的运行,5）再生液温度。 再生液的温度对再生程度也有很大影响，因为提高再生液的温度，能同时加快内扩散和膜扩散。如把 HCl预热到40，再生H型交换剂时，就能大大改善对树脂中铁及其氧

40、化物的清除程度，同时还能减少运行时漏Na。阴树脂再生时，所用再生液的温度，对再生程度的影响比阳树脂更大。,顺流再生离子交换器的运行,研究结果表明，在动态阴离子交换过程中，硅酸氢根(HSiO3)在树脂层中的分布情况与其他阴离子有些不同，虽然它主要是被下层（出水端）的阴树脂吸着，但是在最上层的树脂中也吸着少量HSiO3，即HSiO3在树脂层中的分布区域很广。另外，在再生时，树脂层中的HSiO3被置换出来的速度也是比较缓慢的。提高再生液的温度可以改善对H2SiO3的置换效果并缩短再生时间。 实践证明，再生和清洗的最优温度：对于型强碱性阴树脂为3550，型为353。,顺流再生离子交换器的运行,但是，由

41、于交换剂热稳定性的限制，再生液的温度不宜过高，否则，易使交换剂的交换基团分解，促使交换剂变质和影响其交换容量。,顺流再生离子交换器的运行,6）再生剂的种类和纯度。 不同的再生剂对离子交换剂的再生程度有不同影响，如再生H型交换剂可用HCl，也可用H2SO4。通常HCl的再生效果好。但采用H2SO4作再生剂时，只要很好掌握再生条件，也可得到满意的再生效果。选择再生剂时，要作技术经济分析比较，如HCl和H2SO4，HCl虽然再生效果较好，但价格较高，对设备管道腐蚀性强，对防腐要求较高。而H2SO4虽然存在一定的缺点，但价格便宜，易于防腐。再生OH型交换剂一般用NaOH，不用KOH，因为KOH价格较高

42、。,顺流再生离子交换器的运行,再生剂的纯度对交换剂的再生程度和出水水质影响很大。如果再生剂质量不好，含有大量杂质离子，再生程度就会降低，出水水质也受到影响。如再生阴树脂时，NaOH的纯度对阴树脂的再生过程影响更大。工业碱中的杂质，主要是氯化物、碳酸化合物和铁的化合物。强碱阴树脂对Cl有较大的亲和力(比对OH的大1525倍)，所以不宜使用含有较多Cl的碱再生，因为Cl不仅易被树脂吸着，而且不易被洗脱出去。当采用含有较大Cl的碱再生时，树脂的工作交换容量就会降低，运行周期缩短，出水水质下降。,顺流再生离子交换器的运行,例如，用含1.23Cl的工业液体碱再生时，阴离子交换器周期出水为560t；而用含

43、Cl4.5的工业液体碱再生时，周期出水量仅为350400t，而且除盐水的SiO2含量由10g/L 上升到20g/L左右。 碱中铁化合物一般是由制碱和运输过程中的铁质容器溶入的，有的液体碱带橘红色，就说明其中含铁量较高。,顺流再生离子交换器的运行,（3）置换。 当全部再生液进完后，树脂层中仍有正在反应的再生液，而树脂层面至计量箱之间的再生液则尚未进入树脂层。为了使这些再生液全部通过树脂层，必须用水按再生液流过树脂的流程及流速通过交换器，这一过程称为置换。它实际上是再生过程的继续。 置换水一般用配再生液的水，水量约为树脂层体积的1.52倍，以排出液离子总浓度下降到再生液浓度的10 %20以下为宜。

44、,顺流再生离子交换器的运行,（4）正洗。 置换结束后，为了清除交换器内残留的再生产物和置换出的离子，应用运行时的进水自上而下清洗树脂层，流速约1015m/h。正洗一直进行到出水水质合格为止。 正洗水量一般为树脂层体积的310倍，因设备和树脂不同而有所差异。,顺流再生离子交换器的运行,（5）制水。 正洗合格后即可投入正常运行阶段，即制水阶段，一级阳离子交换器运行的流速一般控制在2030m/h。此流速与进水水质、交换剂的性质有关，如进水中离子浓度越大，则流速应控制的越小。每个离子交换器的最优运行条件可通过调整试验确定。,顺流再生离子交换器的运行,3、顺流再生离子交换器工艺特点 顺流再生离子交换器运

45、行失效后、再生前和再生后树脂层状态分布如下图所示。 (a)失效后；(b)再生前；(c)再生后,顺流再生离子交换器的运行,分析图（a）可知，当运行失效时，进水中离子依据树脂对它们的选择顺序依次沿水流方向分布，最下部树脂的交换容量未能得到充分利用，还存在部分H型树脂。顺流再生离子交换器再生前树脂需进行反洗。试验表明，经反洗后各离子型树脂在床层中基本呈均匀分布状态，见图（b）。再生时，由于再生液自上而下通过树脂层，故上部树脂层首先接触新鲜再生液从而得到比较充分的再生，由上而下树脂的再生度逐渐降低，下部未得到再生的主要是Ca、Mg型树脂，也有少量Na型树脂，如图（c）所示。,顺流再生离子交换器的运行,

46、在再生的初期，一部分被再生下来的高价离子流经下部树脂层时，会将下部树脂中的低价离子置换出来，使这部分树脂转为较难再生的高价离子型，底部未失效的 H 型树脂也会因再生产物通过而转为失效态，这样，会造成树脂再生困难，并多消耗再生剂。所以顺流再生的再生效果差。若再生前树脂未经反洗，即仍为失效后的层态图 （a），则上述情况更为突出。,顺流再生离子交换器的运行,交换器中树脂的再生通常是不彻底的，必然是在再生液进口处再生得较为彻底，出口处则不彻底。在顺流再生中，由于进水流向与再生液流向相同，所以与出水相接触的正好是再生最不完全的部分。因此，虽然进水处水质已经处理得很好，但当它流至出水处时，又与再生不完全的

47、树脂进行交换重新使水质变差。 由于树脂对Ca2、Mg2的选择性比Na大得多，以及离子交换平衡的浓度效应，在低浓度溶液中交换生成的H置换下来的Ca2、Mg2的量微乎其微。一般来说，在出水处Ca、Mg 型树脂含量60的情况下，出水硬度近于零。,顺流再生离子交换器的运行,顺流再生离子交换器的设备结构简单，运行操作方便，工艺控制容易，对进水悬浮物含量要求不很严格(浊度5mg/L)。 顺流再生离子交换器通常适应于下述情况： 对经济性要求不高的小容量除盐装置； 原水水质较好的情况，以及Na比值较低的水质； 采用弱型树脂时。,逆流再生离子交换器,二、逆流再生离子交换器 为消除顺流再生中出水端树脂再生度低的缺

48、点，现在广泛采用对流再生工艺，即运行时水流方向与再生时再生液流动方向相对进行的水处理工艺。习惯上将运行时水自上而下、再生时再生液自下而上的对流水处理工艺称为逆流再生工艺，采用逆流再生工艺的装置称逆流再生离子交换器。,逆流再生离子交换器,将运行时水向上流动、再生时再生液向下流动的对流水处理工艺称为浮动床水处理工艺。这里先介绍逆流再生离子交换器。由于逆流再生工艺中再生液及置换水都是从下而上流动的，如果不采取措施，流速稍大时，就会发生和反洗那样使树脂层扰动的现象，有利于再生的层态会因此而被打乱，这种现象通常称为乱层。若再生后期发生乱层，那么会将上层再生差的树脂或多或少地翻到底部，这样就必然失去逆流再

49、生工艺的特点。为此，在采用逆流再生工艺时，必须从设备结构和运行操作采取措施，以防发生乱层现象。,逆流再生离子交换器结构,1、逆流再生离子交换器的结构 逆流再生离子交换器的结构和管路系统如下图所示。与顺流再生离子交换器结构不同之处是，在树脂层表面处设有中间排液装置，以及在树脂层上面加压脂层。,逆流再生离子交换器结构,逆流再生H型交换器结构 1 进水装置；2中间排液装置；3排水装置；4压脂层；5树脂层,逆流再生离子交换器结构,气顶压逆流再生离子交换器管路系统,逆流再生离子交换器结构,（1）中间排液装置。 中间排液装置的作用主要是使向上流动的再生液和清洗水能均匀地从此装置排走，不会因为有水流流向树脂

50、层上面的空间而扰动树脂层。其次它还兼作小反洗的进水装置和小正洗的排水装置。,逆流再生离子交换器结构,图 中间排液装置 (a)母管支管式；(b)插入管式；(c)支管式,逆流再生离子交换器结构,目前常用的形式是母管支管式，其结构如上图（a）所示。支管用法兰与母管连接，支管距离一般为150250mm，支管上开孔或开缝隙并加装套网。网套一般内层采用0.5mm0.5mm聚氯乙烯塑料窗纱，外层用6070目的不锈钢丝、涤纶丝网（有良好的耐酸性能，适应于用HCl再生的H型离子交换器）、锦纶丝网（有良好的耐碱性能，适应于用NaOH再生的OH型离子交换器）等，也有在支管上设置排水帽的。,逆流再生离子交换器结构,对

51、于大直径的交换器，常采用碳钢衬胶母管和不锈钢支管，小直径的交换器，支母管均采用不锈钢。此外，常用的中排装置还有插入管式，如图（b）所示，插入树脂层的支管长度一般与压脂层厚度相同，这种中排装置能承受树脂层上下移动时较大的推力，不易弯曲、断裂。 图（c）所示为支管式的中排装置，一般适用于较小直径的交换器，支管的数量可根据交换器直径的大小选择。,逆流再生离子交换器结构,（2）压脂层。 设置压脂层的目的是为了在溶液向上流动时树脂不乱层，但实际上压脂层产生的压力很小，并不能靠自身起到压脂作用。压脂层真正的作用：一是过滤掉水中的悬浮物，使它不进入下部树脂层中，这样便于将其洗去而不影响下部的树脂层态；二是可

52、以使顶压空气或水通过压脂层均匀地作用于整个树脂层表面，从而起到防止树脂向上窜动的作用。,逆流再生离子交换器结构,压脂层的材料，目前都用树脂，即与下面树脂层相同的材料。其厚度约为150200mm。由于运行中树脂被压实，加上失效转型后体积缩小(强酸及强碱树脂)，所以压脂层厚度应是在树脂失效后的压实状态下，能维持在中间排液管以上的厚度。,逆流再生离子交换器的运行,2、交换器的运行 在逆流再生离子交换器的运行操作中，制水过程和顺流式没有区别。再生操作为防止乱层措施的不同而异，下面以采用压缩空气顶压的方法为例说明逆流再生操作，如下图所示。,逆流再生离子交换器的运行,图 逆流再生操作过程示意 (a)小反洗

53、；(b)放水；(c)顶压；(d)进再生液； (e)逆流清洗；(f)小正洗；(g)正洗,逆流再生离子交换器的运行,（1）小反洗上图（a） 为了保持有利于再生的失效树脂层不乱，不能像顺流再生那样，每次再生前都对整个树脂层进行反洗，而只对中排上面的压脂层进行反洗，以松动树脂层和冲洗掉运行时积聚在压脂层中的污物。小反洗用水为该级交换器的进口水，流速按压脂层膨胀50 %60控制，反洗一直到排水澄清为止。系统中的第一个交换器，一般为15 20min，串联其后的交换器一般为510min。,逆流再生离子交换器的运行,（2）放水上图（b） 小反洗后，待压脂树脂沉降下来后，打开中排放水门，放掉中排装置以上的水，使

54、压脂层处于无水状态。 （3）顶压上图（c） 从交换器顶部送入压缩空气，一般连接在设备的空气管上，使气压维持在0. 030. 05MPa。用于顶压的空气应经除油净化。,逆流再生离子交换器的运行,（4）进再生液上图（d） 在顶压的情况下，开启再生用喷射器，将喷射器中水的流速调节到交换器中水的上升流速为47m/h。当有适量的空气随同交换器出水一起从中装置排出时，开启进再生液的阀门，将再生液送入交换器内。通过调节计量箱上的阀门的开度调节再生液吸入的流量，控制再生液浓度，进行再生。,逆流再生离子交换器的运行,（5）逆流清洗上图（e） 当再生液进完后，关闭再生液计量箱上的出口门，按再生液的流速和流程继续用

55、稀释再生剂的水进行清洗，直至排出的废液达一定标准为止（如阳床排除废液浓度10mmol/LOH）。清洗时间一般为3040min，清洗水量约为树脂体积的1.52倍。逆流清洗结束后，应先关闭进水门，然后再停止顶压，打开放气管上的阀门，应防止乱层。在逆流清洗过程中，应使气压稳定。,逆流再生离子交换器的运行,（6）小正洗上图（f） 再生后压脂层中往往有部分残留的再生废液和置换出的离子，如不清洗干净，将影响运行时的出水水质。小正洗时，水从上部进入，从中间排液管排出，流速一般阳树脂为1015m/h，阴树脂为710m/h，时间约510min。小正洗用水为运行时进口水。此步也可用小反洗的方式进行。,逆流再生离子

56、交换器的运行,（7）正洗上图（g） 最后按一般运行方式用进水自上而下进行正洗，流速1015m/h，直到出水水质合格，即可投入运行。,逆流再生离子交换器的运行,交换器经过多周期运行后，下部树脂也会受到一定程度的污染，因此必须定期地对整个树脂、层进行大反洗。 由于大反洗扰乱了树脂层，所以大反洗后再生时，再生剂用量应比平时增加50100。大反洗的周期应视进水的浊度而定，一般为1020个周期。大反洗用水为运行时的进口水。 大反洗前应进行小反洗，松动压脂层和去除其中的悬浮物。进行大反洗的流量应由小到大，逐步增加，以防止损坏中排装置。,逆流再生离子交换器的运行,水顶压法就是用压力水代替压缩空气，使树脂层处

57、于压实状态。再生时将压力0. 05 MPa 的水以再生流量的0.41倍引入交换器顶部，通过压脂层后，与再生液一起由中排装置排出。水顶压法的操作与气顶压法基本相同。,逆流再生离子交换器的运行,3、无顶压逆流再生逆流再生 离子交换器为了保持再生时树脂层稳定，必须采用空气顶压或水顶压，这不仅增加了一套顶压设备和系统，而且操作也比较麻烦。研究指出，如果将中排装置上的孔开得足够大，使这些孔的水流阻力较小，并且在中排装置以上仍装有一定厚度的压脂层，那么在无顶压情况下逆流再生操作时就不会出现水面超过压脂层的现象，因而树脂层不会发生扰动，这就是无顶压逆流再生。,逆流再生离子交换器的运行,研究结果表明，对于阳离

58、子交换器来说，只要将中排装置的小孔流速控制在0.10.15m/h和压脂层厚度保持在100200mm之间，就可在再生液流速为7m/h时不需任何顶压措施，树脂层也能保持稳定，并能达到逆流再生的效果。对于阴离子交换器来说，因阴树脂的湿真密度比阳树脂小，小孔流速控制在不超过0.1m/s，那么再生液上升流速4m/h，树脂层也是稳定的。但是，由于孔阻力减少，其排液均匀性差一些，因此无顶压逆流再生的中排装置的水平性更为重要。 无顶压逆流再生的操作步骤与顶压再生操作步骤基本相同，只是不进行顶压操作。,逆流再生离子交换器的运行,4、逆流再生离子交换工艺特点： 逆流再生交换器运行失效后，各离子在树脂层中的分布规律与顺流再生交换器基本上一致，不同的是再生前的层态及再生后的层态。,逆流再生离子交换器的运行,图 逆流再生H型交换器树脂层态 (a)失效后(即再生前)；(b)再生后,逆流再生离子交换器的运行,由于逆流再生离子交换器再生前仅对压脂层进行小反洗，所以树脂层仍保持着运行失效时的层态，见上图（a）。这种层态对再生液由下而上通过树脂层的再生极为有利。,逆流再生离子交换器的运行,例如：对于强酸性H型离子交换器来说，新鲜的酸液首先接触底部未失效的树脂，酸中H未被消耗，进一步向上流入Na 型树脂层区，