钠离子交换法在平阴县自来水生产中的应用

董丽华，宋广波

（平阴县自来水公司，山东 济南 250400）

平阴县城区饮用水水源地位于县城西部的平阴镇凌庄村和前寨村，共4眼井，每眼井每小时上水量为200t/h，深度达400m左右。设计供水能力为20000m3/d。水源水通过一条DN500球墨铸铁管输送至黄河水厂，在此经过处理后加压送至县城供水管网到用户。水源地周边裸露灰岩为奥陶纪底层，大部分为奥陶纪下统白云质灰岩，地表溶沟、溶槽、节理裂隙及层间裂隙发育，局部为奥陶纪中统灰色致密块状石灰岩。

经对水源水进行检测，水的总硬度超标，总硬度为540mg/L（根据GB5749—2006《生活饮用水卫生标准》，自来水总硬度应控制在450mg/L以下）。水质硬度过大，饮用后对人体健康有一定影响。

随着县城经济的飞速发展，人们生活水平有了很大提高，对饮用水水质要求也不断提高。为此，平阴县自来水公司应用钠离子交换法软化自来水实施供水生产水质处理工艺改造，以适应城市发展并满足居民生活质量不断提高的需要，保障全县人民的身体健康。

1 钠离子交换法工艺简介

钠离子交换法的工作原理是当含有硬度离子的原水通过交换器树脂层时，水中的钙离子Ca2+、镁离子Mg2+与树脂内的钠离子Na+发生置换，树脂吸附了钙、镁离子而钠离子进入水中，从而产出去除了硬度离子的软化水。随着交换过程的不断进行，树脂中Na+全部被置换达到饱和后就失去了交换功能，此时使用NaCl溶液对树脂进行再生，将树脂吸附的Ca2+、Mg2+置换下来，树脂重新吸附了钠离子，恢复了软化交换能力。

2 钠离子交换法的应用

2.1 工程概述

平阴县自来水公司结合平阴县城水资源现状，采用软化器进行离子交换产出软化水，再混和水源水的方法来降低自来水的总硬度。

该项目设在水源地与黄河水厂中间的DN500输水管道旁，在输水主管道上间隔15m开2个DN200的三通口，一个作为全自动软化器进水管，一个作为出水管。通过进水管将其中的部分原水经增压泵组加压后经旋流除沙器进入树脂罐中进行软化，处理后的硬度为小于5mg/L，然后将处理后的软化水重新进入DN500的主管道中与原水进行充分混合。通过实时检测水的硬度来控制软化水出水量使混合水的总硬度达到450mg/L以下。同时，在DN500主管道软化器进、出水管之间分别加闸阀、止回阀各1个，以防止软化水倒流，造成资源浪费。

2.2 主要技术参数

该公司采用200m3/h全自动软化器，共2套美国富莱流量型控制器，每套控制2个罐，共4个罐，其中每罐运行出力50m3/h。该系统采用单流量计先后再生控制系统。两罐同时供水工作，当流量计回零时，主罐开始再生。一旦主罐返回工作运行状态，副罐开始再生。可根据原水的硬度和用水水质及水量，运行时并联使用，分别再生，错时运行，处理后可达5mg/L以下，两组通过开关阀全自动运行来实现设备反洗—吸盐—正洗—运行等过程的切换。

1）增压泵组。为了保证全自动软化水设备的“反洗—吸盐—正洗—运行”正常进行，需要对原有自来水的压力进行增压，使设备的运行压力保持在0.2～0.4MPa范围内。

2）旋流除沙器。利用旋转离心力原理，使原水中沙粒从水中分离出来，以保护交换树脂，增加其软化出水能力，减少运行费用。

3）美国富莱流量型控制器。采用美国富莱生产的全自动多路控制阀，来完成树脂的自动再生，实现系统长期稳定运行。

钠离子交换器出水管上的传感流量计随机收集输出水量信息并及时输入电脑，经储存、运算后，发出指令给多路通伺服阀或电磁阀进行相应的操作。同时，又把相关信息同步反馈回微电脑。

系统需要再生时，电脑控制电磁阀切断出水管通路，预置程序的定时启动，使反洗—吸盐—正洗—运行等工艺准确无误地操作。微电脑可根据用户的需要进行优化预置。

4）排水池及排水泵。排水池主要是收集软化水设备在反洗过程中排除的废水。排水泵的作用是将排水池中的水增压，并排放至指定位置。

在水池中设置液位控制装置，在高水位时开启排水泵，向外排水，当达到低水位时停止运行，使水池中的水位保持在一定范围内。

3 运行状况及效果

本套200m3/h全自动软化器水处理系统通过一段时间的运行，该公司安排技术科、生产调度中心和水质检测中心3个科室抽专人联合对设备运行状况、加盐量、排水情况、水质总硬度情况等进行了全过程的跟踪调查研究，初步取得了一定的科研数据。

3.1 运行状况

1）设备良好，运行稳定，无一事故发生。

2）加盐量。可根据水质监测的结果进行适度调整，最大程度上节约了成本。

3）排水情况分析。可根据排水口的出水量来确定该罐正处在哪个工作程序中。当设备进入再生状态时，排水量较大；进入吸盐状态时，排水量变小（与反洗时排水量相差非常明显）；进入正洗状态时，排水量又变大，与反洗状态时差不多。

如何判断反洗、正洗的状态，可通过盐箱内的盐水量来分析。盐箱内有盐水时，即是反洗状态；反之，盐箱内无盐水时，则证明设备正处于正洗状态。

还有另一种方法可判断设备运行状态，即通过“机头”上的流量盘的指示来判断。但是此方法较麻烦，需工人上至树脂罐顶部打开“机头”查看，一般不采用。

3.2 运行效果

通过近段时间的运行及测试结果来看，满负荷运行处理后的水质硬度控制在280～320mg/L之间，均在国家生活饮用水标准要求的水总硬度小于450mg/L范围之内。

烧开自来水进行对照比较，比原来没处理的原水明显优质：肉眼可见物明显减少，没有沉淀物和悬浮物，口感也有很大好转，冲茶水口感尤佳。

3.3 经验总结

1）根据实时水质监测结果，可通过调整美国富莱流量型控制器“流量”控制全部工作程序，可连续(或间断)供软化水，进而将自来水的总硬度控制在一个合理的数值范围内。

流量控制器可设定最大制水量，以此自行设定再生程序。当制水量达到限定额时，设备立即启动再生装置而转入再生。流程的时间长短、流量（流速）大小，均有可调节性。

2）增压泵压力的设定可以根据实际运行的需要来确定。在满足出水要求的前提下，尽量降低增压泵的运行压力，以达到节能降耗的目的。这些需要在实际的运行过程中，根据运行情况，不断摸索，总结出最佳运行状态。

3）盐箱加盐量的大小以及软化水掺和量的大小，可以在设备运行的过程中，根据水质化验的结果加以控制，不断调节加盐量和软化水的掺和量，以达到节能减排，保护资源的目的，使整套设备能够以最小的成本，达到最大的效果。

4 结语

该工艺在保证出水水质达标的前提下，采用对部分水源水进行软化，然后再进入输水管网进行充分混合的方法，降低了水的总硬度，有效减少了处理水量，大大节省了运行费用，具有很高的经济价值，值得加以推广。系统投入运行后，取得了较好的效果，用水安全和饮水质量得到大大的提高。但是运行管理经验还需要各地根据水源水的不同情况，不断摸索和积累，进一步达到节能降耗的目的，在保证居民生活、生产用水的同时，为当地经济的发展做出供水行业应有的贡献。