试论阴离子浮动床的运行出水周期

刘海君

[关键词]阴离子;浮动床;出水周期

目前,随着工业的飞速发展,在工业部门的各种生产过程中,水是不可缺少的物质。各种工业对水质都有一定的要求,所以在大多数情况下,天然水都必须经净化处理后才能使用,尤其是热力发电厂对水的要求更为严格。

由于一般热力发电厂因锅炉用水量大,水质要求高等特点,故采用了一级除盐系统。阴离子浮动床成为我厂整个水处理设备中最重要的设备之一(其中采用强碱性季胺Ⅰ型阴离子交换树脂)。它综合了逆流再生和其他设备的特点,并具有碱耗低、出水质量好、运行周期出水量大(一般阴浮床设计出水量2 200～2 400t/周期)、排废再生液浓度低、自用水率小、操作简单以及利于实现制水设备自动化等特点;它的作用是在制取除盐水的过程中,内部的阴离子交换树脂上的OH-与来水中的阴离子进行交换,当阴离子交换树脂上的OH-交换完毕后,树脂失去继续交换水中阴离子的能力,此时,通常称之为树脂失效。

阴浮床从投入运行到树脂失效,所制出水的总量,称之为阴离子浮动床的运行出水周期。如果树脂失效后继续进水交换,则出水中所含阴离子的数量显著增加,使出水水质劣化,若如此,将直接影响出水质量。那么,如何来提高阴离子浮动床的运行周期呢?我们可以通过以下几个方面来论述这个问题:

一、阴离子浮动床设备结构对运行出水周期的影响

阴浮床的设备结构主要有如下装置:交换器底部设有进水装置,顶部有出水装置,进再生液装置与出水装置是一个装置。

1.底部装置采用弯形孔板(或称大锅底)铺石英砂层,这种装置结构简单,配水较均匀,在高流速下能保持垫层平整不松动。

2.上部出水装置。现有多种形式,无论什么形式,只要符合如下条件,都能达到较好的效果。

(1)出水装置上部的空间尽量小。

(2)出水分配均匀。

(3)开孔面积要适宜(一般应大于出水管截面的3～4倍)。

所以阴离子交换器配水装置和排水装置,必须符合上述要求以免引起偏流影响出水周期。

实际证明,在生产中由于偏流造成的出水周期下降的情况是经常出现的,根据偏流的程度不同,可使出水量下降300t/周期～700t/周期。

二、阴离子浮动床进水水质对运行出水周期的影响

必须保证进入阴离子浮动床的水质符合以下要求,才能确保阴离子浮动床的运行出水周期。

1.悬浮物不能超标;

2.阳浮床工作正常,出水符合要求,不能漏钠;

3.除碳器运行正常,CO2含量符合要求;

4.源水指标保持稳定;

5.澄清池加药量要符合规定,不要过大。以确保进入阴浮床的入口含盐量不超标准。也不能小,以免出水浑浊增加过滤器及阳浮床的负担,也会影响阴浮床的入口水质。

实际证明,阴浮床入口含盐量如增加1倍,出水周期会下降1.3～2.0倍。

三、阴离子树脂的再生条件对运行出水周期的影响

当阴离子交换树脂失效后,怎样才能恢复它的交换能力呢?怎样把阴离子交换树脂上已吸附的阴离子去除,并代之以新的OH-交换离子呢?这就是阴离子交换树脂的再生问题。离子交换树脂经过再生后就能重新获得交换水中阴离子的能力。

在还原操作时必须达到强碱性阴树脂的再生条件。由于强碱性阴树脂的交换集团的活动性比较小,其双电层易受压缩,HSiO3-被置换下来的速度比较缓慢。决定影响强碱性阴树脂再生条件有:

1.再生剂(NaOH)的用量。试验证明,在一定程度上,阴树脂的除硅效果取决于再生剂的消耗量。只有NaOH的消耗量达到一定数值时,才能达到彻底的除硅效果。所以根据阴浮床型号大小的不同,必须按设计进行计算出足够量的还原液。但也不要超出计算值,那样会造成浪费,且不经济。

2.再生液的浓度。由于强碱性阴树脂交换集团的活动性弱,所以若采用浓度较高的NaOH再生树脂时,其双电层易受压缩,这样,OH-就难以将树脂上吸着的HSiO3-置换彻底。所以必须保持适当的还原浓度,在实际操作时一般控制在3%～5%。只有这样才能将HSiO3-置换出来达到树脂彻底的还原。

3.再生液的温度和再生时间。提高再生液的温度可以改善对硅酸的再生效果和缩短其再生时间,但温度过高,易使树脂交换集团分解,影响其交换容量和使用寿命。再生和清洗的最优温度:(一般阴浮床为35℃～50℃)对于Ⅰ型强碱性阴树脂为35℃～50℃。在再生时,树脂层中HSiO3-被置换出来的速度也比较缓慢。所以在处理阴浮床时要掌握好还原处理时间。以使树脂与还原液充分接触以保证化学交换反应的进行。

4.再生液的纯度。NaOH的纯度对阴树脂的再生过程影响很大。工业碱中的杂质大部分是氯化物和铁的化合物。强碱性阴树脂对Cl-有较大的亲和力(比OH-大15～25倍)。所以不宜使用含有较多Cl-的碱来再生。当采用含较多Cl-的碱再生就会使树脂的工作交换容量降低,运行周期缩短,除盐水水质下降。实践证明,必须保证上述强碱性阴树脂的再生反应条件,才能保证阴离子的、浮动床的正常运行出水周期。否则,将使阴浮床运行出水周期下降300～800t/周期。

四、阴离子浮动床的投入和运行调整对运行出水周期的影响

1.阴离子浮动床在投入时,关键是不要让树脂乱层,实际证明,只有快速打开进水门,使水高速的、均匀的将整

个交换剂层平稳托起,树脂才不会乱层。否则,树脂发生乱层根据程度的不同,可降低出水量100～300t/周期。

2.阴离子浮动床在运行调整流量时,调整幅度不能过大。以确保运行的树脂层稳定,以免乱层。流量不要过高,过高水与树脂接触反应时间较短影响出水水质和运行周期。也会造成出水装置变形或损坏,引起跑树脂造成事故的发生。也不要过低,以免成床不好,影响出水水质也会影响运行周期。

五、阴离子浮动床失效后的实际再生操作对运行出水周期的影响

设备再生操作要保证准确无误,一般浮动床的运行操作可分为五步:1. 交换制水;2. 失效落床;3. 再生置换;4. 正洗; 5.顺流正洗启动。在实际工作中,由于操作者的操作技能的差别和操作水平的不同,是造成阴浮床周期不稳定的主要因素。在再生操作时首先应将阴浮床体里的空气排净,以免影响还原效果。在实际操作中一般保持罐内压力为0.05～0.07MPa即可。在实际操作中往往有时压力表失灵或损坏,可以用阴浮床空气门少量流水来确保罐内不进空气,这样也能确保再生效果。在注碱时应先浓后稀必须按操作规程进行,才能保证出水周期。在小流量正洗(小流量正洗,是完成小浓度二步还原的过程)。一般流速为5m/t,约15分钟后,增至10～20 m/t为宜,一直洗至合格停运备用或投入运行。

六、如何提高阴离子浮动床的运行出水周期

在前面几个方面的讨论中,我们知道只有保证阴浮床不偏流、树脂不乱层、调整稳定再生液用量、浓度、温度、纯度和压力等适当,入口水质符合要求的前提下,才能保证阴床的周期出水量。那么,我们如何在此基础上进一步提高它的周期呢?通过多年的实践经验,通过一次又一次的反复实验,笔者认为在阴床再生过程中,应在注碱之后,正洗之前对树脂进行浸泡,因为阴树脂的交换集团活动性小,HSiO3-被置换下来的速度比较缓慢,在注完碱液时还可能有少部分HSiO3-没有被置换下来,所以通过浸泡,可以增加再生液与树脂充分接触的时间,使再生更彻底,实际经验得出最佳浸泡时间为5～8分钟。时间过长,会增加正洗时间,提高自用水率,故而不经济。时间过短则达不到彻底再生的效果,实验证明,对于我厂的阴浮床来说,采用合理的浸泡过程,可使每台阴浮床出水量提高300～400t/周期。如果我们按一台阴浮床出水平均提高300t/周期连续运行一年计算效益可见下表:

经上表可以看出浸泡后的直接效益,经浸泡后每年少处理46次床,间接效益是46次再生还原的自用水率。按每次处理阴浮床自用水为85t,一年计算总计节约用水3 910t。

综上所述,影响阴离子浮动床运行出水周期的因素很多。所以,对对阴离子浮动床的各项指标,操作再生等过程中,必须严格执行操作规程。在此基础上,如果能采用再生浸泡过程,不但能提高出水量,降低碱耗,还能节约自用水,减少设备操作,提高经济效益。在今后的工作中,我们应总结经验,积累经验,更进一步改进操作标准,以保证和提高阴离子浮动床的运行出水周期。

(编辑/李舶)