試論陰離子浮動床的運行出水周期

劉海君

[關鍵詞]陰離子;浮動床;出水周期

目前,隨著工業的飛速發展,在工業部門的各種生產過程中,水是不可缺少的物質。各種工業對水質都有一定的要求,所以在大多數情況下,天然水都必須經凈化處理后才能使用,尤其是熱力發電廠對水的要求更為嚴格。

由于一般熱力發電廠因鍋爐用水量大,水質要求高等特點,故采用了一級除鹽系統。陰離子浮動床成為我廠整個水處理設備中最重要的設備之一(其中采用強堿性季胺Ⅰ型陰離子交換樹脂)。它綜合了逆流再生和其他設備的特點,并具有堿耗低、出水質量好、運行周期出水量大(一般陰浮床設計出水量2 200～2 400t/周期)、排廢再生液濃度低、自用水率小、操作簡單以及利于實現制水設備自動化等特點;它的作用是在制取除鹽水的過程中,內部的陰離子交換樹脂上的OH-與來水中的陰離子進行交換,當陰離子交換樹脂上的OH-交換完畢后,樹脂失去繼續交換水中陰離子的能力,此時,通常稱之為樹脂失效。

陰浮床從投入運行到樹脂失效,所制出水的總量,稱之為陰離子浮動床的運行出水周期。如果樹脂失效后繼續進水交換,則出水中所含陰離子的數量顯著增加,使出水水質劣化,若如此,將直接影響出水質量。那么,如何來提高陰離子浮動床的運行周期呢?我們可以通過以下幾個方面來論述這個問題:

一、陰離子浮動床設備結構對運行出水周期的影響

陰浮床的設備結構主要有如下裝置:交換器底部設有進水裝置,頂部有出水裝置,進再生液裝置與出水裝置是一個裝置。

1.底部裝置采用彎形孔板(或稱大鍋底)鋪石英砂層,這種裝置結構簡單,配水較均勻,在高流速下能保持墊層平整不松動。

2.上部出水裝置。現有多種形式,無論什么形式,只要符合如下條件,都能達到較好的效果。

(1)出水裝置上部的空間盡量小。

(2)出水分配均勻。

(3)開孔面積要適宜(一般應大于出水管截面的3～4倍)。

所以陰離子交換器配水裝置和排水裝置,必須符合上述要求以免引起偏流影響出水周期。

實際證明,在生產中由于偏流造成的出水周期下降的情況是經常出現的,根據偏流的程度不同,可使出水量下降300t/周期～700t/周期。

二、陰離子浮動床進水水質對運行出水周期的影響

必須保證進入陰離子浮動床的水質符合以下要求,才能確保陰離子浮動床的運行出水周期。

1.懸浮物不能超標;

2.陽浮床工作正常,出水符合要求,不能漏鈉;

3.除碳器運行正常,CO2含量符合要求;

4.源水指標保持穩定;

5.澄清池加藥量要符合規定,不要過大。以確保進入陰浮床的入口含鹽量不超標準。也不能小,以免出水渾濁增加過濾器及陽浮床的負擔,也會影響陰浮床的入口水質。

實際證明,陰浮床入口含鹽量如增加1倍,出水周期會下降1.3～2.0倍。

三、陰離子樹脂的再生條件對運行出水周期的影響

當陰離子交換樹脂失效后,怎樣才能恢復它的交換能力呢?怎樣把陰離子交換樹脂上已吸附的陰離子去除,并代之以新的OH-交換離子呢?這就是陰離子交換樹脂的再生問題。離子交換樹脂經過再生后就能重新獲得交換水中陰離子的能力。

在還原操作時必須達到強堿性陰樹脂的再生條件。由于強堿性陰樹脂的交換集團的活動性比較小,其雙電層易受壓縮,HSiO3-被置換下來的速度比較緩慢。決定影響強堿性陰樹脂再生條件有:

1.再生劑(NaOH)的用量。試驗證明,在一定程度上,陰樹脂的除硅效果取決于再生劑的消耗量。只有NaOH的消耗量達到一定數值時,才能達到徹底的除硅效果。所以根據陰浮床型號大小的不同,必須按設計進行計算出足夠量的還原液。但也不要超出計算值,那樣會造成浪費,且不經濟。

2.再生液的濃度。由于強堿性陰樹脂交換集團的活動性弱,所以若采用濃度較高的NaOH再生樹脂時,其雙電層易受壓縮,這樣,OH-就難以將樹脂上吸著的HSiO3-置換徹底。所以必須保持適當的還原濃度,在實際操作時一般控制在3%～5%。只有這樣才能將HSiO3-置換出來達到樹脂徹底的還原。

3.再生液的溫度和再生時間。提高再生液的溫度可以改善對硅酸的再生效果和縮短其再生時間,但溫度過高,易使樹脂交換集團分解,影響其交換容量和使用壽命。再生和清洗的最優溫度:(一般陰浮床為35℃～50℃)對于Ⅰ型強堿性陰樹脂為35℃～50℃。在再生時,樹脂層中HSiO3-被置換出來的速度也比較緩慢。所以在處理陰浮床時要掌握好還原處理時間。以使樹脂與還原液充分接觸以保證化學交換反應的進行。

4.再生液的純度。NaOH的純度對陰樹脂的再生過程影響很大。工業堿中的雜質大部分是氯化物和鐵的化合物。強堿性陰樹脂對Cl-有較大的親和力(比OH-大15～25倍)。所以不宜使用含有較多Cl-的堿來再生。當采用含較多Cl-的堿再生就會使樹脂的工作交換容量降低,運行周期縮短,除鹽水水質下降。實踐證明,必須保證上述強堿性陰樹脂的再生反應條件,才能保證陰離子的、浮動床的正常運行出水周期。否則,將使陰浮床運行出水周期下降300～800t/周期。

四、陰離子浮動床的投入和運行調整對運行出水周期的影響

1.陰離子浮動床在投入時,關鍵是不要讓樹脂亂層,實際證明,只有快速打開進水門,使水高速的、均勻的將整

個交換劑層平穩托起,樹脂才不會亂層。否則,樹脂發生亂層根據程度的不同,可降低出水量100～300t/周期。

2.陰離子浮動床在運行調整流量時,調整幅度不能過大。以確保運行的樹脂層穩定,以免亂層。流量不要過高,過高水與樹脂接觸反應時間較短影響出水水質和運行周期。也會造成出水裝置變形或損壞,引起跑樹脂造成事故的發生。也不要過低,以免成床不好,影響出水水質也會影響運行周期。

五、陰離子浮動床失效后的實際再生操作對運行出水周期的影響

設備再生操作要保證準確無誤,一般浮動床的運行操作可分為五步:1. 交換制水;2. 失效落床;3. 再生置換;4. 正洗; 5.順流正洗啟動。在實際工作中,由于操作者的操作技能的差別和操作水平的不同,是造成陰浮床周期不穩定的主要因素。在再生操作時首先應將陰浮床體里的空氣排凈,以免影響還原效果。在實際操作中一般保持罐內壓力為0.05～0.07MPa即可。在實際操作中往往有時壓力表失靈或損壞,可以用陰浮床空氣門少量流水來確保罐內不進空氣,這樣也能確保再生效果。在注堿時應先濃后稀必須按操作規程進行,才能保證出水周期。在小流量正洗(小流量正洗,是完成小濃度二步還原的過程)。一般流速為5m/t,約15分鐘后,增至10～20 m/t為宜,一直洗至合格停運備用或投入運行。

六、如何提高陰離子浮動床的運行出水周期

在前面幾個方面的討論中,我們知道只有保證陰浮床不偏流、樹脂不亂層、調整穩定再生液用量、濃度、溫度、純度和壓力等適當,入口水質符合要求的前提下,才能保證陰床的周期出水量。那么,我們如何在此基礎上進一步提高它的周期呢?通過多年的實踐經驗,通過一次又一次的反復實驗,筆者認為在陰床再生過程中,應在注堿之后,正洗之前對樹脂進行浸泡,因為陰樹脂的交換集團活動性小,HSiO3-被置換下來的速度比較緩慢,在注完堿液時還可能有少部分HSiO3-沒有被置換下來,所以通過浸泡,可以增加再生液與樹脂充分接觸的時間,使再生更徹底,實際經驗得出最佳浸泡時間為5～8分鐘。時間過長,會增加正洗時間,提高自用水率,故而不經濟。時間過短則達不到徹底再生的效果,實驗證明,對于我廠的陰浮床來說,采用合理的浸泡過程,可使每臺陰浮床出水量提高300～400t/周期。如果我們按一臺陰浮床出水平均提高300t/周期連續運行一年計算效益可見下表:

經上表可以看出浸泡后的直接效益,經浸泡后每年少處理46次床,間接效益是46次再生還原的自用水率。按每次處理陰浮床自用水為85t,一年計算總計節約用水3 910t。

綜上所述,影響陰離子浮動床運行出水周期的因素很多。所以,對對陰離子浮動床的各項指標,操作再生等過程中,必須嚴格執行操作規程。在此基礎上,如果能采用再生浸泡過程,不但能提高出水量,降低堿耗,還能節約自用水,減少設備操作,提高經濟效益。在今后的工作中,我們應總結經驗,積累經驗,更進一步改進操作標準,以保證和提高陰離子浮動床的運行出水周期。

(編輯/李舶)