提高阴阳浮动床周期制水量效果研究

任刚伟

摘 要：通过对阴阳浮动床体再生进行正交试验，得到阴阳浮动床再生液再生浓度、再生液再生温度的最优配比参数，达到提高阴阳浮动床周期制水量的目的。经过试验验证以及经济性分析，再生盐酸溶液浓度为3.3%，再生氢氧化钠溶液浓度2.9%，再生氢氧化钠溶液温度为30℃时，再生效果最好，周期制水量显著增加。

关键词：阴阳浮动床;周期制水量;再生;离子交换

Abstract：The mass fraction and temperature of the regenerated liquid can increase or decrease the water production of cation-anion exchanger Cycle， so it is necessary to obtain the optimum ratio parameters of regeneration through orthogonal test. The test results showed that 3.3% mass fraction of regenerating hydrochloric， 2.9% mass fraction and 30℃of sodium hydroxide are found to have a dramatic effect on cation-anion exchanger regeneration and increase water production .

Keywords：cation-anion exchanger;water production;regeneration;ion exchange.

普光净化厂化学水站除盐水系统共有4套离子交换床，为该厂锅炉及蒸汽系统提供除盐补给水，该系统由源水→活性炭过滤器→阳床→除碳器→阴床→混床→除盐水罐组成。阴、阳床采用双室浮动床，无顶压逆流再生方式。近2年，阴阳浮动床年平均周期制水量均低于设计要求，致使阴阳浮动床再生次数频繁，再生强度大，酸碱消耗高，水资源浪费，既降低树脂交换性能，又增加制水成本。

本研究结合现场实际情况，分析造成制水量低的主要原因，对单套3#阴阳浮动床进行多组再生试验，寻找再生参数最优配比，据此对整个除盐水系统进行再生参数优化，提高阴阳浮动床周期制水量，以达到节能降耗，增产创效目的。

1 原因分析

现场阴阳浮动床体近期均填补新的离子交换树脂，树脂质量经检验合格，所以树脂的数量及质量完全满足工艺要求。现场操作人员均严格按照岗位操作法要求进行再生操作，所以排除再生操作失误及失效指标变更等因素，主要从阴阳浮动床体再生过程分析研究，分析造成浮动床周期制水量低主要原因：①再生盐酸溶液浓度的影响，再生液浓度对再生程度影响较大，当再生盐酸溶液流量及注入时间一定的条件下，再生盐酸溶液浓度越高，再生程度越高，周期制水量越高，浓度进一步增加，再生液体积小，与树脂接触时间变短，不能均匀地与交换树脂反应，影响交换容量，制水量会有所降低;②再生氢氧化钠溶液浓度影响，与盐酸溶液浓度影响相似，周期制水量也随氢氧化钠溶液浓度升高逐渐增加达到最大值后又相应降低;③再生氢氧化钠溶液温度的影响，因提高再生氢氧化钠溶液温度可加快再生过程中离子内扩散和膜扩算的速度，有利于再生交换，但再生温度升高，树脂热稳定性会受影响，温度过高，树脂的交换机团分解，促使交换机团变质，影响交换容量，从而影响周期制水量。通过以上因素分析，寻找再生参数最优配比，以使阴阳浮动床再生达到最佳状态是提高床体周期制水量关键所在。

2 试验及效果

涉及的三个参数变量且相互影响，本研究采用正交试验方法优化阴阳浮动床再生工艺参数。选取再生盐酸溶液浓度，再生氢氧化钠溶液浓度，再生氢氧化钠溶液温度3项因素，3个位级，列出位级表1。

直接看，第5号试验最好，结果：制水量为4569m3，其工艺条件为A2B2C3。经计算，由极差R值可知，再生盐酸溶液浓度对再生效果影响大于氢氧化钠溶液浓度及温度。从位级之和看出，最好的工艺条件应是A3B3C3。两者结果有差异，对三个因素做趋势图进一步分析：理论上继续对酸液、碱液浓度进行提高能达到提高制水量目的。但研究发现，随着盐酸溶液、氢氧化钠溶液浓度提高，盐酸、氢氧化钠用量随之增加，会增加运行成本。结合正交表试验结果，对制水量较高A2B2C3 和初步最优工艺A3B3C3在酸、碱消耗和制水量方面进一步对比，选择经济效益最大者。在相同来水电导率条件下，分别使用A2B2C3 和A3B3C3工艺参数进行再生，并记录阴阳浮动床周期制水量、盐酸、氢氧化钠增加情况：其中A2B2C3盐酸溶液增加13.3%，氢氧化钠溶液增加8.0%，制水量增加10.3%;A3B3C3盐酸溶液增加20.0%，氢氧化钠溶液增加36.0%，制水量增加12.1%。由此可知，尽管酸、碱液浓度提高有助于制水量增加，但A3B3C3制水量并未显著增加，而盐酸、氢氧化钠增加幅度较大，投入成本增加。所以最终将A2B2C3作为最佳工艺组合，即盐酸溶液浓度3.3%，氢氧化钠溶液浓度为2.9%，氢氧化钠温度为30℃。

3 实际应用效果

2019年9月15日对一级A进行整体对策实施，实施后密切观察一级A系列的制水情况，A系列阳床出口Na+离子稳定，阴床出口电导率、SiO2稳定。2019年9月19日，一级A系列失效，阴床出口电导率≥10μs/cm（失效值），制水量为8186m3，效果良好。又对现场4套阴阳浮动床进行再生参数调整，共进行4×2组试验，记录平均制水量，从表3可知，4套浮动床周期制水量均大于试验前。

综上，通过分析确定影响阴阳浮動床周期制水量主要因素为再生盐酸溶液浓度、再生氢氧化钠溶液浓度、再生氢氧化钠溶液温度。使用正交试验法得出3个主要因素的参数最优配比，并明确三个因素中，盐酸溶液浓度变化对周期制水量的影响要高于其余2个因素。通过本次试验，现场优化再生工艺操作，有效提高阴阳浮动床周期制水量，降低了工作强度，提高了经济效益。

参考文献：

[1]薛明强，吴康，张振江.离子交换树脂最适再生条件探索[J].苏州大学学报，1999，15（2）：76-77.

[2]黄伟.运用正交试验方法提高阴床周期制水量[J].工业用水与废水，2012，43（5）：55.