摘要：介紹采用雙室雙層浮動床的程序控制優(yōu)化。通過對陰陽床再生酸堿用量的理論計算，優(yōu)化再生工藝；通過對陰陽床再生過程的分析，摸索出可靠的優(yōu)化方案，減少再生水用量，減少污水總量，達(dá)到降物耗和減排水。

關(guān)鍵詞：除鹽水站；雙室雙層浮動床；酸堿耗量；酸堿濃度雙室雙層浮動床是強(qiáng)弱樹脂聯(lián)合應(yīng)用工藝，利用強(qiáng)型和弱型不同的特點，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點。制水時，弱型樹脂減輕了強(qiáng)型樹脂的負(fù)荷，同時發(fā)揮強(qiáng)型樹脂交換的徹底性，保證了出水質(zhì)量；再生時，全部再生劑先通過強(qiáng)型樹脂，再生后的廢液再通過弱型樹脂。這樣發(fā)揮了弱型樹脂易再生、省再生劑的長處，使再生劑的比耗能夠降到1.0～1.2。本文以中國石化青島煉油化工責(zé)任有限公司化學(xué)水站對陰陽床的再生控制進(jìn)行分析和優(yōu)化。

1裝置簡介

本公司一級除鹽工藝采用陰陽雙室浮床+除碳工藝，預(yù)處理系統(tǒng)出水進(jìn)入陽床底部入口，水由下至上運行。下室D111FC型大孔弱酸性丙烯酸系陽離子交換樹脂，下室出水由塔內(nèi)進(jìn)入上室。上室裝有D001FC大孔強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂。陽床出水進(jìn)入對應(yīng)的除CO2器，水中的CO2被除CO2器風(fēng)機(jī)的鼓風(fēng)空氣帶走。通過中間水泵送至陰床底部入口，水由下至上運行。陰床下室裝有SQD92大孔弱堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂，除去水中強(qiáng)酸陰離子。上室裝有D201FC大孔強(qiáng)堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂，可以除去水中余下的強(qiáng)酸陰離子和弱酸陰離子。陰床出水即為一級除鹽水（其電導(dǎo)率小于5 μS/cm），并送入二級除鹽系統(tǒng)。

2樹脂再生劑耗量調(diào)整

傳統(tǒng)再生技術(shù)為了保證再生效果，采用的均是過量再生，即用離子交換樹脂交換容量的1.5倍物質(zhì)的量來確定再生劑的用量，這樣必然造成再生廢液中有大量的過量酸堿隨著排出。而且再生液是用大量的除鹽水配制，這也勢必造成大量的除鹽水浪費，廢酸液、廢堿液不能等物質(zhì)的量排出，中和廢酸堿液問題，又造成了再生劑的二次浪費。

2.1樹脂再生劑耗量計算

以設(shè)計條件下的數(shù)據(jù)推算理論酸堿用量，除鹽水站的工藝設(shè)計主要參照HG/T 20552—2016《化工企業(yè)化學(xué)式處理設(shè)計計算標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行，列舉了主要的計算過程（見表1）。

2.1.1實際樹脂裝填量

在化學(xué)水站對流再生離子交換器（雙室床）陽離子交換器中，強(qiáng)酸陽樹脂量為22 m3，弱酸陽樹脂量為7.01 m3；陰離子交換器中強(qiáng)堿陰樹脂量為7.5 m3，弱堿陰樹脂量為18.1 m3。其中濕視密度分別取：弱酸陽樹脂為0.82 g/cm3，強(qiáng)酸陽樹脂為0.8 g/cm3，弱堿陰樹脂為0.82 g/cm3，強(qiáng)堿陰樹脂為0.7 g/cm3。

2.1.2樹脂工作交換容量

理論上全交換容量與工作交換容量沒有固定的比值關(guān)系，不能以全交換容量換算工作交換容量。但是由于工作交換容量的難以測定和不可控因素過多，再加上是理論上計算酸堿耗量，所以一般取體積交換容量的50%來計算。

取弱酸陽樹脂的工作交換容量為1 750 mmol/L，強(qiáng)酸陽樹脂的工作交換容量為998 mmol/L。SQD92弱堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂是蘇青集團(tuán)制備的樹脂，可以參考樹脂設(shè)計數(shù)據(jù)，取弱堿性樹脂的工作交換容量為800 mmol/L，取強(qiáng)堿陰樹脂的工作交換容量為500 mmol/L。

2.1.3再生劑耗量計算

（1） 陽床再生用酸量按下式計算：G1=（V′C1×EC1+V′C2×EC2）×gC×10-3

V1=100×G1C1×ρ1式中：

G1——100%純度酸再生劑質(zhì)量耗量（kg）；

gC——酸再生劑耗量（mg/mmol），酸耗取值范圍為：40～50 g/mol，取47 g/mol；

V1——液體工業(yè)產(chǎn)品酸再生劑體積耗量（m3）；

C1——液體工業(yè)產(chǎn)品酸再生劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）；

ρ1——液體工業(yè)產(chǎn)品酸再生劑的密度（kg/m3），取1.155 kg/m3。

由樹脂裝填數(shù)據(jù)可知，強(qiáng)酸性陽樹脂是弱酸性陽樹脂的3倍，根據(jù)雙室雙層浮動床的再生原理，下室所填裝的弱酸性陽樹脂可利用上室強(qiáng)酸性陽樹脂再生后的廢酸再生，所以計算時可將弱酸性陽樹脂所需的酸耗量忽略不計。

所以：G1=22.8×998×47×10-3=1 070 kg

M1=1 0700.31=3 451 kg式中：

M1——31%純度酸再生劑質(zhì)量耗量（kg）。

（2） 陰床再生用堿量按下式計算：

根據(jù)雙室雙層浮動床的再生原理，本次計算取弱堿陰樹脂量的2/3代入計算。G2=（7.5×500+12×800）×60×10-3=801 kg

M2=8010.32=2 503 kg式中：

M2——32%純度堿再生劑質(zhì)量耗量（kg）。

2.2樹脂酸堿耗量調(diào)整對比試驗

在確定再生劑耗量的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步做了進(jìn)酸量與單系列周期制水量對比試驗。從2021年5月6日起至6月8日，總計再生20套一級系統(tǒng)，以用酸量3 300 kg為分界，酸量高于3 300 kg時平均制水量為17 891 m3，酸量低于3 300 kg的平均制水量為18 991 m3。過量再生與陰陽床再生酸堿用量按上述計算控制量（HCl≤3 451 kg；NaOH≤2 500 kg）相比，其制水量相差不大。

實際應(yīng)用時，根據(jù)來水水質(zhì)變化、出水電導(dǎo)率變化、樹脂失效度情況，靈活調(diào)整酸堿用量。如電導(dǎo)率表現(xiàn)為陽床失效，則用酸量增大（≤3 451 kg），用堿量相應(yīng)減少。若水質(zhì)變化，電導(dǎo)率表現(xiàn)為陰床失效，則用堿量增大（≤2 500 kg），用酸量相應(yīng)減少。達(dá)到再生時合理使用酸堿，節(jié)能降耗。

3雙室浮動床再生濃度的調(diào)整

當(dāng)再生劑用量一定，適當(dāng)增加再生劑濃度，可以提高再生效率。再生劑濃度太低，可能使再生反應(yīng)不徹底，同時還會增加再生操作時間和自用水率；再生劑濃度太高，會縮短再生劑與樹脂的接觸時間，反而降低再生效率。所以在一定范圍內(nèi)再生劑濃度的提高，不但節(jié)約了自用水量，還能使再生程度提高。目前，一級系統(tǒng)再生酸濃度控制在3%～5%，再生堿濃度控制在2%～4%。

3.1雙室浮動床酸濃度對比試驗

以試驗期間20套陰陽床為研究對象，分別研究再生酸濃度在3.0%～4.5%與gt;4.5%作對比試驗。其中再生酸濃度在3.0%～4.5%時，平均制水量為17 415 m3，當(dāng)再生酸濃度gt;4.5%時，平均制水量為19 831 m3。

對于陽樹脂，在低再生濃度區(qū)，H+隨鹽酸濃度的增加而增多，置換的離子也相應(yīng)增多，再生度提高。當(dāng)鹽酸濃度增加到一定程度，進(jìn)入高濃度區(qū)，此時，高濃度的鹽酸容易使樹脂發(fā)生破碎。所以陽床再生酸濃度提高1%，控制在4%～5%。

3.2雙室浮動床堿濃度的調(diào)整

陰樹脂再生時，再生劑先與強(qiáng)堿性樹脂交換，因強(qiáng)堿性樹脂主要吸著的是硅酸，故排出的再生液中含有大量硅酸鹽膠體物質(zhì)，用此再生液再去再生弱堿性樹脂容易發(fā)生膠體硅析出，污染弱陰樹脂，故運行中需采取措施防止膠體硅析出。所以采用較低再生劑濃度為宜，故再生堿濃度仍控制在2%～4%。

4經(jīng)濟(jì)核算

根據(jù)2020年數(shù)據(jù)，累計再生125套陰陽床。2021年至今陰陽床平均耗酸量3 395 kg，平均耗堿量2 940 kg，年平均可節(jié)約燒堿54.6 t（32%）。按再生時用再生水（二級除鹽水）稀釋成3%的再生液，可節(jié)約再生水522.5 t。根據(jù)試驗對比確定將酸濃度由3%～5%提升至4%～5%，酸濃度由3%提升至4%時，可節(jié)約再生水（二級除鹽水）約10 t，清洗水量總計節(jié)約25 t。故二級水年節(jié)約4 897.5 t；中和池外排污水4 897.5 t；按電耗1.124 kWh/t，除鹽水年可節(jié)約5 504.5 kWh。

按廠標(biāo)價：32%液堿535.64元/t，31%鹽酸354.76元/t，電0.58元/kWh，二級除鹽水12.3元/t，污水處理費用5.62元/t，排污費0.3元/t。節(jié)約費用：液堿費用2.9萬元；電費用0.32萬元；二級除鹽水費用6.1萬元；污水處理費用2.8萬元；排污費用0.15萬元。總計年節(jié)約12.27萬元。通過對再生條件的優(yōu)化，實現(xiàn)了良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。