提高陰陽浮動床周期制水量效果研究

任剛偉

摘 要：通過對陰陽浮動床體再生進行正交試驗，得到陰陽浮動床再生液再生濃度、再生液再生溫度的最優配比參數，達到提高陰陽浮動床周期制水量的目的。經過試驗驗證以及經濟性分析，再生鹽酸溶液濃度為3.3%，再生氫氧化鈉溶液濃度2.9%，再生氫氧化鈉溶液溫度為30℃時，再生效果最好，周期制水量顯著增加。

關鍵詞：陰陽浮動床;周期制水量;再生;離子交換

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.

普光凈化廠化學水站除鹽水系統共有4套離子交換床，為該廠鍋爐及蒸汽系統提供除鹽補給水，該系統由源水→活性炭過濾器→陽床→除碳器→陰床→混床→除鹽水罐組成。陰、陽床采用雙室浮動床，無頂壓逆流再生方式。近2年，陰陽浮動床年平均周期制水量均低于設計要求，致使陰陽浮動床再生次數頻繁，再生強度大，酸堿消耗高，水資源浪費，既降低樹脂交換性能，又增加制水成本。

本研究結合現場實際情況，分析造成制水量低的主要原因，對單套3#陰陽浮動床進行多組再生試驗，尋找再生參數最優配比，據此對整個除鹽水系統進行再生參數優化，提高陰陽浮動床周期制水量，以達到節能降耗，增產創效目的。

1 原因分析

現場陰陽浮動床體近期均填補新的離子交換樹脂，樹脂質量經檢驗合格，所以樹脂的數量及質量完全滿足工藝要求?，F場操作人員均嚴格按照崗位操作法要求進行再生操作，所以排除再生操作失誤及失效指標變更等因素，主要從陰陽浮動床體再生過程分析研究，分析造成浮動床周期制水量低主要原因：①再生鹽酸溶液濃度的影響，再生液濃度對再生程度影響較大，當再生鹽酸溶液流量及注入時間一定的條件下，再生鹽酸溶液濃度越高，再生程度越高，周期制水量越高，濃度進一步增加，再生液體積小，與樹脂接觸時間變短，不能均勻地與交換樹脂反應，影響交換容量，制水量會有所降低;②再生氫氧化鈉溶液濃度影響，與鹽酸溶液濃度影響相似，周期制水量也隨氫氧化鈉溶液濃度升高逐漸增加達到最大值后又相應降低;③再生氫氧化鈉溶液溫度的影響，因提高再生氫氧化鈉溶液溫度可加快再生過程中離子內擴散和膜擴算的速度，有利于再生交換，但再生溫度升高，樹脂熱穩定性會受影響，溫度過高，樹脂的交換機團分解，促使交換機團變質，影響交換容量，從而影響周期制水量。通過以上因素分析，尋找再生參數最優配比，以使陰陽浮動床再生達到最佳狀態是提高床體周期制水量關鍵所在。

2 試驗及效果

涉及的三個參數變量且相互影響，本研究采用正交試驗方法優化陰陽浮動床再生工藝參數。選取再生鹽酸溶液濃度，再生氫氧化鈉溶液濃度，再生氫氧化鈉溶液溫度3項因素，3個位級，列出位級表1。

直接看，第5號試驗最好，結果：制水量為4569m3，其工藝條件為A2B2C3。經計算，由極差R值可知，再生鹽酸溶液濃度對再生效果影響大于氫氧化鈉溶液濃度及溫度。從位級之和看出，最好的工藝條件應是A3B3C3。兩者結果有差異，對三個因素做趨勢圖進一步分析：理論上繼續對酸液、堿液濃度進行提高能達到提高制水量目的。但研究發現，隨著鹽酸溶液、氫氧化鈉溶液濃度提高，鹽酸、氫氧化鈉用量隨之增加，會增加運行成本。結合正交表試驗結果，對制水量較高A2B2C3 和初步最優工藝A3B3C3在酸、堿消耗和制水量方面進一步對比，選擇經濟效益最大者。在相同來水電導率條件下，分別使用A2B2C3 和A3B3C3工藝參數進行再生，并記錄陰陽浮動床周期制水量、鹽酸、氫氧化鈉增加情況：其中A2B2C3鹽酸溶液增加13.3%，氫氧化鈉溶液增加8.0%，制水量增加10.3%;A3B3C3鹽酸溶液增加20.0%，氫氧化鈉溶液增加36.0%，制水量增加12.1%。由此可知，盡管酸、堿液濃度提高有助于制水量增加，但A3B3C3制水量并未顯著增加，而鹽酸、氫氧化鈉增加幅度較大，投入成本增加。所以最終將A2B2C3作為最佳工藝組合，即鹽酸溶液濃度3.3%，氫氧化鈉溶液濃度為2.9%，氫氧化鈉溫度為30℃。

3 實際應用效果

2019年9月15日對一級A進行整體對策實施，實施后密切觀察一級A系列的制水情況，A系列陽床出口Na+離子穩定，陰床出口電導率、SiO2穩定。2019年9月19日，一級A系列失效，陰床出口電導率≥10μs/cm（失效值），制水量為8186m3，效果良好。又對現場4套陰陽浮動床進行再生參數調整，共進行4×2組試驗，記錄平均制水量，從表3可知，4套浮動床周期制水量均大于試驗前。

綜上，通過分析確定影響陰陽浮動床周期制水量主要因素為再生鹽酸溶液濃度、再生氫氧化鈉溶液濃度、再生氫氧化鈉溶液溫度。使用正交試驗法得出3個主要因素的參數最優配比，并明確三個因素中，鹽酸溶液濃度變化對周期制水量的影響要高于其余2個因素。通過本次試驗，現場優化再生工藝操作，有效提高陰陽浮動床周期制水量，降低了工作強度，提高了經濟效益。

參考文獻：

[1]薛明強，吳康，張振江.離子交換樹脂最適再生條件探索[J].蘇州大學學報，1999，15（2）：76-77.

[2]黃偉.運用正交試驗方法提高陰床周期制水量[J].工業用水與廢水，2012，43（5）：55.