第四章 离子交换水处理
4.3 离子交换除盐水处理
弱碱阴树脂的再生:
再生特点:极易用碱再生,碱耗比低。
弱碱树脂特性:交换容量高于强碱树脂,抗有机污染能力强。设 在强碱阴床前,可减轻强碱树脂的负荷,并保护其不受有机污染。
4.3 离子交换除盐水处理
4.3 离子交换除盐水处理
常见的化学除盐主系统及其选择 采用阳、阴离子交换器组成主系统时,通常参照下面 的原则: (1)第一个交换器应是H型交换器。 (2)弱酸性阳树脂;适用于处理碱度大或碳酸盐硬度 大的水。 (3)弱碱性阴树脂;是用于处理强酸阴离子含量大的 水。 (4)除硅必须采用强碱性阴树脂。 (5)水质要求高时应设混床。 (6)除碳器应置于强碱性阴树脂之前,以保证除硅效 果。
4.2 软化脱碱水处理
H型弱酸离子交换过程(目前应用广的主要是丙烯
酸型)
4.2 软化脱碱水处理
•由于电离较弱,只能去除碳酸盐硬度
2 RCOOH Ca( HCO3 ) 2 ( RCOO) 2 Ca 2 H 2O 2CO2 2 RCOOH Mg ( HCO3 ) 2 ( RCOO) 2 Mg 2 H 2O 2CO2
4.4 离子交换装置及其运行 三塔式移动床
4.4 离子交换装置及其运行
各种类型的交换器,各有其特点。 从实践看,应用最普遍的仍属固定床,并且可制 得纯度很高的水,连续床适用于软化处理,当供水 量不大,对水质要求又不太高时,移动床是可行的。 流动床应用很少。
4.5 混合床
混合床是将再生后的阳、阴离子交换树脂放在同一个 交换器中并混合均匀。 混床的设备结构示意见图4-42。 混床的运行分反洗分层、再生、混合、正洗和交换五 个步骤,其中反洗分层是运行操作的关键。
第四章
离子交换水处理
4.1 动态离子交换水处理
4.2 Na离子交换软化及H-Na软化脱 碱水处理
4.3 离子交换除盐水处理 4.4 离子交换装置及运行操作 4.5 混合床除盐 4.6 除碳器 4.7 离子交换水处理系统的选择
4.1 动态离子交换水处理 •离子交换方式可分为静态交换与动态交换两种。 •静态交换是将废水与交换剂同置于一耐腐蚀的容器 内,使它们充分接触(可进行不断搅拌)直至交换 反应达到平衡状态。静态交换效率低、操作繁琐、 耗时,实用意义不大 •动态交换是指废水与树脂发生相对移动,它又有塔 式(column)(柱式)与连续式之分。在离子交换系统 中多采用柱式交换法。
4.4 离子交换装置及其运行
正洗:冲去交换剂层里残留的NaCl溶液和许多再生的产物CaCl2 和MgCl2等。
交换:清洗合格后,交换器即可投入运行。
顺流再生床的缺点:上部再生程度高,下部再生程度差;出水剩 余硬度较高,提前超标,导致过早失效,降低了设备工作效率。 适用于设备较小,原水硬度较低的场合。
4.1 动态离子交换水处理
4.1 动态离子交换水处理
饱和区
•交换带形 成阶段
交换区
未交换区
•交换带下 移
4.1 动态离子交换水处理
4.1 动态离子交换水处理
c0
失效区
交换区 未用区
c0 c
c0
c0
进水
Ca2+ Mg2+ Na+
h
H+
出水
c=0 (a)
c=0 (b)
c0 (c)
c0 (d)
(e)
RH型树脂工作过程
4.1 动态离子交换水处理
• 树脂再生
RNa型:用NaCl再生 RH型:用HCl 或H2SO4 再生。
4.1 动态离子交换水处理
•工作交换容量:在给定工作条件下的实际交换能力。
P1:再生完毕,软化开始前残 存硬度离子所占的百分数
P2(工作交换容量) P1+P2+P3=100 影响因素:再生程度、软化时的 流速、原水水质
非碳酸盐硬度(永久硬度) 2 RH Ca 2 R2Ca 2 H
2 RH Mg 2 R2Ca 2 H
Na型盐
RH + NaHCO3 RNa + H 2O+CO2 RH + NaCl RNa + HCl
4.2 软化脱碱水处理
Na+泄漏
硬度泄漏
4.2 软化脱碱水处理
强碱树脂的选择性次序:
运行中,各种离子带下移,首先出现硅(HSiO3-)泄漏。 影响阴树脂工作交换容量的因素有:再生剂用量、工作周期、 原水中SO42-与Cl-含量的比值、SiO2/(Σ阴离子)比值、允许 阴离子泄漏浓度及原水总含盐量。
4.3 离子交换除盐水处理
强碱阴树脂运行过程线:
NaOH → NaHCO3、 NaHSiO3
图4-42 混床结构示意
混床两步法再生示意图
步骤: 1、反洗分层 2、阴树脂再生 3、阴树脂正洗 4、阳树脂再生 5、阳树脂清洗 6、混合 7、最后正洗至PH≈7,电阻率大于5×105Ω·cm,即可运行。
混合床的特点: ①. 阴、阳离子交换反应几乎同时进行 ②. 出水呈中性,出水水质稳定,纯度高(用于制纯水,超纯水) ③.不存在反离子(强碱出水呈碱性,强酸出水呈酸性) ④.失效终点分明 ⑤. 设备小 缺点: ①. 再生时,难以彻底分层 。 ②. 混合床对有机物敏感,阴树脂变质后,出水水质恶化,下降 ③. 一般常需进行预处理(混凝、沉淀 、活性炭吸附) ④. 再生操作复杂 交叉污染:部分阳树脂混合在阴树脂层时,经碱液再生,这部 分阳树脂转为Na型,造成运行后Na+泄漏。 三层混合床:(为了有利于分层)中间另装10~15cm惰性树脂使其 分层彻底。
•开始时出水呈酸性。
•Na+开始泄漏时,出水酸度急剧下降。
•之后,RH交换转变为RNa型运行模式,对Ca和Mg仍有交换
能力。出水Na离子逐渐超过原水中的浓度,呈碱性。
•然后硬度离子开始泄漏
•出水中离子泄漏的顺序为:H+、Na+、Mg2+、Ca2+
•失效点控制:脱碱,以Na泄漏为准
软化,以硬度离子泄漏为准。
强碱树脂除硅对进水的要求:进水应呈酸性、进水漏钠量要低。 强碱阴树脂的再生:一般只能用NaOH再生。注意点:再生条件 要求较高,再生液浓度2%~4%,时间不少于2h。
4.3 离子交换除盐水处理
(2)弱碱性阴离子交换树脂的工艺特性
只能与水中强酸离子起交换反应,不能吸附弱酸阴离子。
反应速度较慢,在进水呈强酸性的条件下进行,设置在强酸阳床后。 运行过程线:
强酸H阳树脂+脱除CO2+强碱OH阴树脂
Ca2+ Mg2+ 2Na+ 2HCO3SO422ClCa Mg Na2 (HCO3)2 SO4 Cl2
2RH
+
R2
+
H2
脱除CO2应放在强碱OH阴树脂前,以减轻阴树脂的负担
。强酸树脂应放在阴树脂之前,否则生成的CaCO3, Mg(OH) 2沉积在树脂孔内,降低孔隙率;阳树脂抗有机污染 强。
4.4 离子交换装置及其运行
这样,尽管上层树脂再生程度差一些,但接触的是含 盐量较大的进水,仍可较好地交换。而下层树脂再生彻底, 将保证出水水质。因此,逆流再生是一种较理想的再生方 式,已在电厂广泛采用。 ②交换器的结构及运行 逆流再生离子交换器见图4-27。它和顺流再生固定床 的主要区别在于:在交换剂的表面设有中间排液装置。
4.4 离子交换装置及其运行
气 顶 压 法 再 生 操 作 过 程:
小反洗 5~10m/h
放水
顶压 30~50 kPa
进再生 液5m/h
逆向清 洗 5~7m/h
正洗 10~15 m/h
4.4 离子交换装置及其运行
(3)浮动床 浮动床是对流再生技术的一种形式。浮动床工 作过程示意见图4-34。 浮动床本体是钢制圆筒和上下封头,内部装 有上、下分配装置,床层和水垫层。 浮动床的操作过程分落床、再生、置换和正洗、 成床和顺洗、运行五个步骤。
P3:软化结束时,树脂层中交 换不到部分所占的百分数。
4.1 动态离子交换水处理
4.2 软化脱碱水处理
4.1.1 离子交换软化的化学反应
离子交换器内发生如下反应:
(1)Na离子交换软化法
特点:a. 阳离子总重量会有变化,但当量数不变。b. 碱度不 变,不产生酸性水。 用8%~10%的NaCl水溶液再生。(第3个反应的逆反应) 锅炉用水还要求去除碱度,因此要用RH型树脂。
4.2 软化脱碱水处理
4.2 软化脱碱水处理
4.1 H离子交换软化 (1)交换过程 H型强酸离子交换过程 碳酸盐硬度(暂时硬度)
2 RH Ca ( HCO3 ) 2 R2Ca 2 H 2O CO2 2 RH Mg ( HCO3 ) 2 R2 Mg 2 H 2O CO2 Biblioteka 4.4 离子交换装置及其运行
(2)逆流再生固定床 逆流再生属对流式,即运行时进水和再生时进再生剂 的方向相对进行的水处理工艺。 ①逆流再生原理 逆流再生时,再生剂自下而上,首先接触的是失效程 度最小,又易于再生的 Na 型树脂,因此底层树脂再生程 度较高。另外,下层树脂的再生产物Na+在上升过程中, 对上层树脂中的 Ca、 Mg有一定的交换能力,使再生剂的 利用率提高。
4.4 离子交换装置及其运行 图4-27 逆流再生离子交换器
4.4 离子交换装置及其运行
逆流再生操作: 小反洗:进水反洗树脂压实层,清除压实层和中间排 液装置上的污物,至出水澄清。 放水:小反洗后放掉中间排液装置上部的水。 顶压:放水后进压缩空气顶压以防乱层。 进再生剂:在顶压情况下进再生剂。 逆流冲洗:以进再生剂相同流速,自下而上进纯水冲 洗残留废液和再生产物至出水合格。 小反洗:进水反洗树脂压实层中残留再生剂。 正洗:用水自上而下冲洗,至出水合格后转入正常运 行。
4.4 离子交换装置及其运行