淺談離子交換器逆流再生技術

史欣欣

摘要：在電廠化學水處理中，隨著生產技術的發展，原有的固定床正流再生離子交換器因工藝落后，已被淘汰，取而代之的是逆流再生離子交換器。這種離子交換器無論運行制水，還是再生還原，其離子交換反應均朝各自的正反應順序進行，把反離子影響減小到最小程度。同時，交換過程的“鉤出”作用使制水質量獲得改善，提高樹脂再生度。因此逆流再生在現代水處理中具有十分廣闊前景。本文對逆流再生工藝及離子交換器逆流再生技術進行分析。

關鍵詞：離子交換器；逆流再生技術；優點

1、逆流再生工藝

逆流再生工藝即再生時再生液的流向與運行時水的流向相反。這種方法再生時，再生液均可以充分發揮他們的作用，因再生液首先接觸失效程度最低的樹脂層，從而獲得更高的再生度，而且出水最后通過再生程度最好的交換劑層，保證了水質品質。

以氫離子交換為例：在氫同Na+的交換過程中，一般是按照下列反應式進行的：

式中：H++Na+-溶液中陽離子總濃度（mmol/L），以S表示；RH+RNa-交換劑中離子濃度（mmol/L），以CE表示。

化學平衡常數K表示如下式：

若以T=[RH]/CE代表交換劑的再生度，即在交換劑離子總濃度中H+濃度的百分數，則在除鹽過程中，漏鈉量同下式有關：

2、逆流再生的優點

2.1再生耗水率小

采用逆流再生以后無須每一周期進行大反洗，一般在15～20周期以后才進行大反洗。因此可以降低再生用水量達50%左右。

2.2出水水質好

逆流再生由于樹脂的再生度越往下越高，而且層次清楚。含鹽量大的水進入交換器內，自上而下地流動，首先接觸到上層再生度較低的交換劑，到最后較純的水接觸再生度高的樹脂，從而使水質進一步提高。順流再生時，一般殘留硬度為5～10mmol/L，逆流再生可降到接近于零的水平，并提高了周期制水量。

2.3對原水水質的適應范圍大

逆流再生鈉離子交換器出水硬度一般小于0.005mmol/L，相當于順流再生兩級鈉離子交換的水質。當原水水質很差時，順流再生工藝由于存在反離子作用，不能制出合格的水，但逆流再生工藝仍可適用，可以制出合格的水。

2.4再生液利用率高，再生比耗低

逆流再生離子交換器失效時，樹脂層中離子分布狀態與順流再生時是相同的，然而因工藝不同，逆流再生時再生液自下而上的流過樹脂層，使保護層中沒有失效的樹脂仍然保留原有型態，所以，上一周期殘留的交換容量仍然保留在樹脂層中而不被排代。由于樹脂層態未被攪亂，這一層態分布滿足了逐層排代的有利再生條件，從而提高了再生效率。

2.5廢液濃度低

采用逆流再生后，再生劑耗量顯著降低，且持續時間也短，因而減少了三廢的影響，如圖1、圖2所示。

3、離子交換器逆流再生技術

3.1逆流置換

當進完再生液后，樹脂層中的再生液正在進行離子交換反應，為了讓再生管道系統中的再生液按照原流速流過樹脂層，置換環節必不可少，置換水量約為樹脂體積的2倍。操作時，等到進酸（堿）結束后，關閉酸（堿）計量箱出口閥，維持原再生流速置換30min后，關閉再生泵出口閥，停再生水泵，關閉噴射器進水閥、陽床（陰床）進酸（堿）閥、頂壓進水閥和中間排水閥。

3.2小正洗

小正洗的作用是沖洗干凈壓脂層中殘留的再生液，從而確保離子交換器投入運行后的出水水質。操作時，開啟陽床（陰床）運行進水閥、放空閥，待放空閥出水后關閉，開中間排水閥，由上而下進行系統正洗，控制流量在65（75）m3/h，時間大約為15min，出水合格以后，關閉運行進水閥、中間排水閥，將離子交換器投入運行或進入備用狀態。

3.3頂壓

逆流再生離子交換器一般均設有壓脂層。壓脂層的作用，一是濾掉水中的懸浮物，使它不進入下部樹脂中，這樣便于將其洗去而又不影響下部的樹脂層態；二是可以使頂壓空氣或水通過壓脂層均勻地作用于整個樹脂層表面，從而起到防止樹脂向上串動或松動的緩沖作用。該單位離子交換器設計采用水頂壓，在進再生液之前，先將頂壓水送入，并保持頂壓水流量為再生液流量的1～1.5倍。操作時，開啟頂壓進水閥和中間排液閥，按照規程要求啟動再生水泵，并使床內壓力控制在0.05MPa左右，頂壓水流量為5m3/h。

3.4小反洗

小反洗指逆流床在再生前，從中間排水裝置引入，從上部進水裝置排出，對壓脂層進行的沖洗。小反洗的目的一是松動樹脂層，二是清除樹脂層中的懸浮物和碎樹脂，最終提高樹脂的再生效果。在實際運行中，每次再生前為保持交換劑床層不亂層，一般僅進行小反洗，即只進行中間排水裝置以上壓脂層的反洗，反洗水從中間排水裝置進入離子交換器，從頂部排出。操作時，開啟并調節陽床（陰床）的反洗進水閥、反洗出水閥，待出水清澈后，關閉反洗進水閥、反洗出水閥。操作中反洗流量的控制以出水不跑樹脂為原則，反洗時間約為30分鐘。

3.5進再生液

樹脂的再生是離子交換器運行中最重要的一個環節，是將適當濃度的再生液（酸或堿）以適當的流速自下而上均勻地流過樹脂層，用氫離子或氫氧根離子交換出樹脂基團上的陽離子或陰離子，使失效樹脂恢復交換能力。操作時，打開陽床（陰床）進酸（堿）閥、酸噴射器進水閥，打開并調節酸（堿）計量箱出口閥，使再生液濃度為3%左右，維持床內壓力約為0.05MPa，再生液的流量控制在9（13）m3/h左右，進再生液的時間約為30min。

4、結語

通過以上對固定床離子交換器逆流再生技術的淺析，該工藝的優點突出，在鍋爐水處理技術中是一項投入少、見效快，值得向公司相關企業推廣的較先進的技術。對降低公司消耗，提高效益具有明顯的經濟意義和現實意義。

參考文獻：

[1]張晉，葉春松等.《離子交換樹脂逆流再生工藝優化研究》[J].中國電力，2003，36（12）：23.

[2]空氣頂壓逆流再生陽離子交換器還原故障分析及應對措施[J].馬連鳳，吳玉娟，許磊.化工管理.2016（15）.

（作者單位：山西平朔煤矸石發電有限責任公司）