盐水浓度控制在水处理工作中的应用

刘天鹏，陈 郁

（胜利油田井下作业公司稠油试油大队，山东 东营 257077）

钠离子交换器进行水质处理的同时，需要用食盐进行再生。为了更加明晰食盐溶液的浓度和性质对钠离子交换设备处理能力的影响，特此进行分析探讨。

一、硬度与设备简述

关于给水硬度，在标准中如下规定。

1.采用锅外化学水处理的蒸汽锅炉与汽水两用炉，额定蒸汽压力在P≤2.5MPa的锅炉给水硬度≤0.030mmol/L；2.5MP＜P＜3.8MPa的锅炉给水硬度≤5.0×10-3mmol/L；

2.采用锅外化学水处理的热水锅炉给水硬度≤0.6mmol/L。

针对油田内部多数的锅炉，如果有热水锅炉与蒸汽锅炉两种设备给水并不分离的现状，这就要求钠离子交换器出水必须至少达到蒸汽锅炉给水的标准，这对钠离子交换器的运行提出了较高的要求。

自动控制钠离子交换器因其操作方便、制水效果良好得到了普遍的应用，其设备的原理图见图1。

该设备软化水的原理是利用交换剂即树脂进行离子交换反应，使硬度较高水中的Ca2+、Mg2+两种离子与树脂中Na+进行交换，使水得到软化。树脂要进行周期性的再生方能使这种交换反应持续进行下去，树脂再生用液即食盐溶液，而食盐溶液的浓度便是探讨的重点。

二、波美计的使用

作为树脂再生液的配置，应当使用锅炉房专用工业原盐，NaCl含量能达到96%以上，符合相应的GB1882-2003标准，但在实际工作中有达不到此标准的现象发生。

有些工业食盐掺杂较多土块、污泥等悬浮物质，其溶液一般要经过澄清、过滤、充分溶解后方能使用。为了保证再生液的再生能力，溶解与配制成8%左右的再生液都用软化水来进行。图1中有两个流量计，右边为趋于饱和或者浓度较大的食盐水进入盐水流量计，左边则是软化水流量计，两种流量计的水经过配比而混合成再生用液。

为了方便观察原盐的溶解情况，在溶解池中放一个“婆梅氏比重计”即波美度比重计，波美度（°Bé）是表示溶液浓度的一种方法，波美比重计浸入所测溶液中，得到的度数就叫波美度，波美度数值较大，读数方便，得到了普遍应用。相对密度是液体一个重要的物理常数，其波美计重表刻度的方法是把15℃的纯水的相对密度作为0°Bé，波美度与比重换算方法：对于比水重的波美度=144.3-(144.3/比重)；比重＝144.3/(144.3-波美度)。

重于水的液体的波美度与比重的关系(15°/4°)见表1。

表1

氯化钠溶液的密度（g/cm3）与百分比浓度(%)的关系（20℃）见表2。

表2

在10℃时，氯化钠的溶解度是35g；20℃时，氯化钠的溶解度为36g，可见氯化钠的溶解度随温度变化较小，所以在实际工作中，可以忽略溶液的温度因素来参看表2。例如：10℃时的饱和浓度为35/(100+35)=25.926%，20℃时的饱和浓度为36/(100+36)=26.47%，查看表2，食盐液饱和溶液密度为1.2，再查表1，则对应的波美度应为24。

根据放置于盐池内的婆梅氏比重计上的读数，可以方便地查出其溶盐池内盐水的百分比浓度，还可以通过波美计读数的变化，比较方便地判断其食盐的纯度，对实现钠离子交换器的优质高效运行起到一定的指导作用。

三、实践应用解决生产问题

各溶盐设备由于设计与运行使用方式不同，其溶盐效果也不尽相同，有的溶盐设备体积较大、设计合理，能够使盐水长时间的浸泡，浓盐水趋于饱和，盐水波美度就大；而有的溶盐池体积较小，盐水长期处在一个动态平衡状态，盐水达不到饱和状态，盐水的波美度就小。此外，工业用盐的纯度也对波美计读数有一定影响，所以应该根据溶盐设备的具体运行状况来密切观察波美计的读数，使其读数真正为水处理设备的优质高效运行提供参考。

当发现盐水内波美计的读数与平常值有了明显偏差时，就要引起重视。如果是偏低现象，例如平时某清盐池内的盐水波美度在15°Bé，如果在运行了一段时间后，波美度变成了12°Bé，往往钠离子交换器出水水质也会有变化，水质容易不达标，这有可能一方面是盐的纯度不够造成的，需要增加钠离子交换器盐水流量计开度，同时减小软水流量计开度，另一个方面则可能是溶盐池堵塞造成盐水浓度降低，需要清理堵塞达到提高盐水浓度的目的。

实践证明，当食盐中含有0.5%以上的钙盐与镁盐时，将会明显地影响离子交换剂的再生效果，这种现象表现在盐水内波美计的读数比平常值明显高出4、5个数量级，而钠离子交换器出水硬度值升高，在排除改善溶盐设备提高溶盐能力与水处理设备本身问题两个因素后，基本可以断定是由于食盐溶液的纯度不够而造成了钠离子交换器出水硬度值升高。当操作人员误认为是盐水浓度太高而使树脂交换能力下降时，往往会减小盐水流量计的开度（即减少进盐量），增加软水流量计的开度，以期降低盐水浓度而达到硬度达标的目的，这就造成了误操作，其效果则适得其反，致使再生效果达不到应有的要求。

可考虑两种解决此问题的方案。

1.将食盐溶液预先进行软化处理，这是首选方案。处理方法是在已溶解的饱和食盐溶液中，投加一定量的碳酸钠和氢氧化钠。投加量可按下式估算：

Na2CO3=53×(HCa+α)（g/L）

NaOH=40×(HMg+β)（g/L）

式中：HCa、HMg——分别表示饱和食盐水中Ca2+、Mg2+离子含量，mg当量/L；

53、40——分别表示碳酸钠、氢氧化钠的当量；

α——碳酸钠的过剩量，mg当量/L，可取2～3；

β——氢氧化钠的过剩量，mg当量/L，取1～2。

在溶盐池中加药后沉淀6～8h，沉淀后的溶液，残留CO32-碱度不超过1mg当量/L，OH-碱度不超过0.2～0.5mg当量/L。

另外，在钠离子交换器运行期间，可用软化水进行再生盐液的配置，这样会大大提高再生液的配置效率，使再生进入良性循环。

2.其次可以运用适当增加再生液浓度的方法。因为食盐溶液中含有杂质Ca2+、Mg2+，造成了波美计比重值上升，当这种盐水再生剂进入树脂层进行交换时，将需要更多的Na+对树脂上的金属离子进行置换，所以不应该减小再生剂的浓度，相反应该增大盐水流量计的开度，相应减小软水流量计的开度，使再生剂的浓度变得稍大，此外还应适当延长钠离子交换器的再生时间与置换时间，以期提高树脂的交换能力，但要注意一点：再生液浓度并非越高越好，高浓度再生液将使树脂的交换能力下降。

工业用食盐的纯度与水处理效果确实有着密不可分的关系，有些从表面看白皙剔透、粒径小的漂亮晶体反而纯度不高，而有些颜色乌沉、甚至或带有泥沙杂质的大粒粗盐经过手工挑出杂质、澄清、过滤后反而是好原盐，适合设备使用，这需要认真、科学地进行鉴别。

四、结语

利用波美计来判断解决有关工业用食盐溶液的浓度与硬度问题对实现水处理设备的优质高效运行有一定帮助，但是精确分析工业用食盐的杂质以及其溶液的浓度实际上是一个非常严谨的化学试验过程，所以应通过实践工作过程中进一步观察研究这方面问题所在，找出一定的规律与经验，以期对实际水处理工作有一定的指导意义。