离子交换器水质要求

　　为了防止树脂污染，进人离子交换器处理的原水水质应符合 表3-39要求。

　　强碱阴树脂在运行中易被原水中的有机物和阳离子交换树脂的氧化降解产物污染。有机物对强碱阴树脂污染程度与有机物的含量及种类有关，也与水中有机物和总阴离子的比值有关。水处理系统是否需要有除有机物措施可采用A值指标

　　耗氧量指标是27℃，KMn04作氧化剂，氧化4h测得的O2值。

　　A＜0.004，不用除有机物措施。

　　A=0. 004~0. 008，复床系统中采用大孔树脂。

　　A=0. 008~0. 001 5，用活性炭或C1型树脂预处理。

　　A>0. 015采用加氯氧化分解和活性炭吸附处理。

　　例如设计水质A为

　　A=【耗氧量Mg02 /L】/【总阴离子量mg/L】=0. 016 3>0. 015

　　因此，在澄清池出水投加氧化剂的基础上，还需增加活性炭吸附处理。

　　二、硬水软化

　　(一)钠离子交换系统

　　(a)为原水与钠离子交换器出水按比例混合，适用于对硬度要求不高的用户。

　　(b)为级钠离子交换器出水硬度达不到要求时，可串联级钠离子交换器构成二级钠离子交换系统。级钠离子交换器可采用顺流再生或逆流再生;采用逆流再生出水水质可达到二级出水水质，因此通常不设置二级钠离子交换器。二级钠离子交换器的交换剂层高度在1. 2~1. 5m左右，流速小于50m/h，采用顺流再生。

　　(二)钠离子交换系统工艺数据

　　三、脱碱

　　对于高碱度(如碱度大于2mmol/L)的原水，若只进行Na离子软化处理作为蒸汽锅炉给水时，在高温下发生如下分解和水解反应

　　2NaHC03==Na2C03 + CO2↑+H20

　　Na2 C03+H20=2NaOH+C02↑+H20

　　发生上述反应后，将导致锅炉水中游离OH-增加，总碱度升高。蒸汽中COZ浓度增加，造成蒸汽和冷凝水系统的酸腐蚀和锅水系统中的碱腐蚀。低压力锅炉需要按照补充水率计算锅炉连续排污率(蒸汽压力小于或等于它2. 5MPa时，锅炉排污率不宜大于10%蒸汽压力大于2. 5 MPa时，锅炉排污率不宜大于5%及校核相对碱度(NaOH/溶解固形不大于0. 2)，以防止锅炉金属苛性脆化。钠离子交换加酸后，水中中性盐增加对维持相对碱度不大于o.2有利。因此，对高硬度、高碱度的原水，考虑软化与脱碱处理相结合，提高锅炉运行的性、经济性。

　　脱碱的水处理方法主要有钠离子交换加酸系统、并联H-Na离子交换系统和串联H-Na离子交换系统。不论采用那种系终，在系统后应通过钠离子交换器(或“级钠离子交换器)，当pH值偏低时，钠离子交换器可起缓冲作用，吸收进水中若干H+;当pH值偏高时，会放出H十。在钠离子交换器中的反应情况如下：

　　RNa+H2CO3→RH+NaHCO3

　　RH+NaHC03→RNa+H20 +CO2

　　离子交换脱碱系统使用条件见表3-41。

　　(一)钠离子交换加酸系统

　　钠离子交换加酸系统如图3-29所示，其反应式为

　　2NaHC03+H2 S04 = Na2S04 + 2 CO2↑+2H20

　　以加酸量控制所需要的碱度，一般保持残留碱度大于0. 5mmol/L。

　　加酸时硫酸需要通过混合器与软水充分混合。混合后产生的游离COZ按照降低1mmol/LHC03碱度产生CO2 44mg/L计算，并通过除碳器去除。对应于加1mmol/L硫酸溶解固形物增加49mg/L。

　　(二)并联氛钠离子交换系统

　　H-Na并列离子交换系统适用于碱度高的原水。原水经氢、钠离子交换后出水的中和反应为

　　2NaHC03 + H2so4→Na2 S04+2H2O+2C02

　　NaHC03+HCl→NaCl+H20+CO2

　　原水中和混合后产生的CO2可通过除碳器去除。为了保证中和后不产生配性水应使中和混合后的水保持一定的残留碱度，使进入氢、钠离子交换水量保持一定的比例。

　　(三)串联氢钠离子交换系统

　　1.强酸氢一钠离子交换系统

　　是将原水分成两部分，一部分进人H交换器，另一部分旁路与H交换器出水混合，使H交换器出水中的酸度与另一部分原水中碱度发生中和反应，反应后产生的CO2通过除碳器去除，除碳后的水进人水箱再由泵打人Na交换器。除碳器应安置在Na交换器前，否则如含Cq的水先通过Na交换器，会产生如反应：RNa+H2C03→RH+NaHC03，便出水佩反里新增高。

　　2.弱酸氢一钠离子交换系统

　　弱酸H阳树脂工作交换容量大，弱酸H型树脂再生时仅为理论量的1.1倍，弱酸性树脂再生时，排出的废液pH值接近中性，有利于酸性废水的处理。弱酸H-Na离子交换系统主要技术参数见表3-42、表3-43。

　　根据运行经验，当进水中的碳酸盐硬度和总硬度的比值为0.5~1，总硬度大于2mmol/L时，采用弱酸H--Na型离子交换系统，可获得较好的经济效益。

　　原水分为两部分，一部分原水经弱酸H型交换器，另一部分原水直接与出水混合，反应产生的CO2由除碳器除去，如果碱度偏低，可加人原水调节。除气后的水经过水箱由泵打人钠离子交换器，再去除非碳酸盐硬度，出水合格后进人水池送入锅炉。

　　四、除盐系统

　　(一)常用除盐系统组合

　　(二)一级除盐系统

　　典型的一级除盐系统(也称复床或二床三塔系统)由强酸阳交换器一除碳器一一强碱阴交换器组成。单元制一级除盐盐系统(串联系统)由阳床、除碳器、阴床各一台串联成组，在离子交换除盐运行过程中，无论是阳床还是阴床先失效，都是同时再生;母管制一级除盐系统(并联系统)，即多台阳、阴床的进、出水管分别连接在总水管上并联运行，其中除碳器则为共用(不能少于2台)，每台交换器分别失效再生。单元制与母管制系统见图3-33。

　　1.一级除盐系统运行水质变化状况

　　(1)强酸阳交换器(阳床)工作特性。阳床的作用是除去水中H+离子以外的所有阳离子。阳床运行时，水由上而下通过强酸性H型树脂层，因树脂层对各种阳离子的选择性不同，被吸着的离子在树脂层中产生分层，在运行过程中，Ca+、Mg2+、Na+三层树脂层的高度均会不断向下扩展，当其运行出水钠离子浓度升高时，树脂失效，须进行再生，直到树脂失效。实际上各层界面并不是很明显的，有程度不同的混层现象发生。

　　图3-34所示为阳床经再生投人运行后的出水特性。当阳床再生后冲洗时，出水中各种杂质的含量迅速下降，待出水水质达到一定标准(如含钠量不大于100μg/L)时，就可投入运行，此后水质基本保持稳定。当运行一定程度时，如图3-34中b点，漏钠量增大，酸度降低，树脂进人失效状态。当阳床出水含钠量大于控制指标时(如含钠量达500ilg/L)，说明阳床已经失效，应停止运行。

　　(2)强碱阴交换器(阴床)工作特性。阴庆中强碱性OH型交换树脂可以和水中除OH一离子外的各种阴离子进行交换，由于树脂对离子的选择性不同，阴床运行中被吸着的离子也会发生分层。

　　阳床未失效时，阴床的出水特性

　　当运行通水量到b点时，Si02含量上升，pH值下降，电导率先微降后再上升。电导率的变化是因为水中H+和OH-要比·其他离子易导电，当出水中这两种离子的总含量很小时，有一电导率低点((b点)。在b点前，由于OH一含量较大使水的电导率较大;在b点之后，由于H十含量增加而使水的电导率增大。

　　阳床失效时，阴床的出水特性

　　当运行通水量到b点后，阳床失效时漏钠量增大，这些钠离子通过阴床后转化成氢氧化钠，使阴床出水pH值、电导率和含钠量均上升。同时，因为水在通过强碱性OH型交换树脂时碱性增强，交换剂不能吸着水中的硅，以致出水中帅含硅量也上升。连续测定阴床出水pH值，可以区分是阳床还是阴床失效。如，阴床失效可用Si02含量和电导率来监督判断。

　　阴床运行时，一般出水pH值为7~9之间，含硅量以Si02计，小于0. 1mg/L，电导率为2-5μS/cm (25℃)(采用逆流再生)。因为阴床设在阳床的后面，所以阴床的出水水质受阳床出水水质的影响很大。

　　2.化学除盐串联或并联系统的选择

　　(三)二级除盐系统

　　1.概述

　　在一级除盐系统后串联一级混床(强酸阳树脂和强碱阴树脂组合)称为二级除盐系统。一ILT7-W除盐系统串联混床运行时，进人混床的含盐量可按20mg/L考虑，混床内强酸阳柳旨、强碱阴树脂的工作交换容量可按一般阳、阴树脂的工作交换容量80%选取。每台混床周期制水量也可按照混床中强酸阳树脂和强碱阴树脂总体积的8000~10 000倍估算。一般出水pH值为6.8~7.0之间，含硅量以siO2计，小于0. 02mg/L，电导率为0.1~0.5μS/cm（25℃）

　　2.二级除盐系统设备选择

　　一列出力Q=150m3/h单元制二级除盘系统主要设备选择

　　【凝聚一澄清一过滤系统清水】→强酸阳离子交换器→除二氧化碳器→中间水箱→强碱阴离子交换器→混合床→【除盐水箱】

　　(1)原水水质分析资料(见表3-47). pH为8. 1； Si02为11.2mg/L (11.2/60=0.186mmo1/L);悬浮物为300m1/L。

　　(2)设备选择

　　1）混八床

　　A.确定混合床设备规格(见表3-48)

　　B.确定树脂层高度(阴树脂体积:阳树脂体积=2:1)，见表3-49。

　　2)阴离子交换器(无顶压逆流再生)工艺数据计算。

　　3)除二氧化碳器及风机计算(参见第七章第三节除碳器)。

　　A.除碳器所需原始资料。

　　B.除碳器计算所需要面积F、直径Do。

　　4)中间水箱容积。中间水箱的有效容积，对单元制系统宜为每套水处理设备出力的2~5min储水量，且少不应小于2m3(对母管制系统宜为水处理设备出力的15~ 30min储水量)。中间水箱容积取15m3。

　　5)阳离子交换器(无顶压逆流再生)工艺数据计算(见表3-53)。

　　(四)弱型树脂运行状况

　　1.弱酸阳离子交换树脂

　　弱酸阳离子交换树脂对水中各种金属离子的选择顺序为Ca2+ > Mg2+ > Na+，而对H+离子的亲和力比别的离子都大。从图3-37中可以看出，弱酸阳离子交换树脂运行时，当暂硬漏过值超过原水暂硬50%以后，其工作交换容量增加很缓慢，再增加漏过程度来增加其交换容量的实用价值不大。

　　2.弱碱型阴树脂

　　一般认为弱碱阴树脂只能吸收强酸，在酸性条件下与水中的强酸阴离子SO2-4、NO-3、CI-进行交换。弱碱阴树脂中含有少量的强碱基团，运行开始时吸着强酸阴离子的同时，也会吸着部分弱酸阴离子。但很快被进水中强酸阴离子置换出来，残留量很少，在运行初期，能吸收部分弱酸阴离子HC03、HSiO-3，在周期出水中平均SiO2和CO2浓度与进水基本相等。从图3-38中可以看到，在运行中，当弱碱树脂接近失效时，强酸阴离子开始漏过，出水出现酸度，电导率迅速升高。从图中还可以看0到，从一般控制弱碱树脂层漏过的强酸为零。

　　(五)强、弱型树脂的组合设备

　　1.强、弱型阳树脂的比例

　　2.强、弱型阴树脂的比例

　　3.根据工艺参数及适用水质确定强、弱型树脂的比例与床型

　　当弱酸树脂层高度为0. 6m,椰旨层总高度为2. 0m时(即弱酸树脂层体积为总体积30%)，阳树脂联合应用工艺的平均工作交换容量明显高于单床。