離子交換設(shè)備

　　混床是混合離子交換柱的簡(jiǎn)稱，是針對(duì)離子交換技術(shù)所設(shè)計(jì)的設(shè)備。

　　所謂混床，就是把一定比例的陽(yáng)、陰離子交換樹(shù)脂混合裝填于同一交換裝置中，對(duì)流體中的離子進(jìn)行交換、脫除。由于陽(yáng)樹(shù)脂的比重比陰樹(shù)脂大，所以在混床內(nèi)陰樹(shù)脂在上陽(yáng)樹(shù)脂在下。一般陽(yáng)、陰樹(shù)脂裝填的比例為1：2，也有裝填比例為1：1.5的，可按不同樹(shù)脂酌情考慮選擇。混床也分為體內(nèi)同步再生式混床和體外再生式混床。同步再生式混床在運(yùn)行及整個(gè)再生過(guò)程均在混床內(nèi)進(jìn)行，再生時(shí)樹(shù)脂不移出設(shè)備以外，且陽(yáng)、陰樹(shù)脂同時(shí)再生，因此所需附屬設(shè)備少，操作簡(jiǎn)便。

　　混床處理工藝的設(shè)備包括混合離子交換器和體外再生設(shè)備。其中體外再生設(shè)備主要包括樹(shù)脂分離器、陰(陽(yáng))樹(shù)脂再生器、樹(shù)脂貯存塔、混雜樹(shù)脂塔和酸堿再生設(shè)備。國(guó)內(nèi)混床處理工藝主要特點(diǎn)體現(xiàn)在樹(shù)脂分離再生工藝上。樹(shù)脂的分離再生工藝有三種。

　　1、出水水質(zhì)優(yōu)良，出水pH值接近中性。

　　2、出水水質(zhì)穩(wěn)定，短時(shí)間運(yùn)行條件變化（如進(jìn)水水質(zhì)或組分、運(yùn)行流速等）對(duì)混床出水水質(zhì)影響不大。

　　3、間斷運(yùn)行對(duì)出水水質(zhì)的影響小，恢復(fù)到停運(yùn)前水質(zhì)所需的時(shí)間比較短。

　　4、回收率達(dá)到100%

　　混床外殼制作材質(zhì)有玻璃鋼、有機(jī)玻璃、不銹鋼、碳鋼、防腐等，外型為圓柱型，直徑Φ200—2500mm，產(chǎn)水量從0.5t/h—98t/h。陽(yáng)床裝載強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，陰床裝載強(qiáng)堿陰離子交換樹(shù)脂，裝載高度一向在1000—2400 mm，小型濾帽式設(shè)備底部沒(méi)有承托層，中大型設(shè)備底部有粒度不同多級(jí)別石英砂承托層（現(xiàn)不建議這樣做，因?yàn)樗嵯吹臅r(shí)候石英砂和酸會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，對(duì)水質(zhì)造成影響），逆流再生固定床樹(shù)脂頂層有200 mm厚壓脂層樹(shù)脂（特殊的樹(shù)脂用來(lái)覆蓋下面的樹(shù)脂）。有機(jī)玻璃柱運(yùn)行壓力≤0.15MPa，其他材質(zhì)的設(shè)備運(yùn)行壓力≤0.6MPa。陽(yáng)床配備有酸箱、酸泵再生系統(tǒng)，陰床配備有堿箱、堿泵再生系統(tǒng)。

　　運(yùn)行

　　本系統(tǒng)有兩種進(jìn)水方式：軟化(軟化器處理水)進(jìn)水和初脫鹽(反滲透處理水)進(jìn)水，分別由各自的控制閥控制進(jìn)水。

　　運(yùn)行時(shí)，開(kāi)初脫鹽進(jìn)水控制閥、進(jìn)水閥、產(chǎn)水閥，其他閥們均應(yīng)關(guān)閉！

　　反洗

　　關(guān)閉進(jìn)水閥、產(chǎn)水閥；打開(kāi)反洗進(jìn)水閥、反洗排放閥，以10m/h反洗15min。然后，關(guān)閉反洗進(jìn)水閥、反洗排放閥。靜置，沉降5~10min。開(kāi)排氣閥、中排閥，部分排水至樹(shù)脂層表面上10cm左右，關(guān)閉排氣閥、中排閥。

　　再生

　　開(kāi)進(jìn)水閥、加酸泵、進(jìn)酸閥、中排閥，以5m/s、200L/h對(duì)陽(yáng)樹(shù)脂進(jìn)行再生，用反滲透產(chǎn)水對(duì)陰樹(shù)脂進(jìn)行清洗，維持柱內(nèi)液面在樹(shù)脂層表面上10cm。對(duì)陽(yáng)樹(shù)脂再生30min后，關(guān)進(jìn)水閥、加酸泵、進(jìn)酸閥，開(kāi)反洗進(jìn)水閥、加堿泵、進(jìn)堿閥，以5m/s、200L/h對(duì)陰樹(shù)脂進(jìn)行再生，用反滲透產(chǎn)水對(duì)陽(yáng)樹(shù)脂進(jìn)行清洗，維持柱內(nèi)液面在樹(shù)脂層表面上10cm，再生30min。

　　置換、混脂、沖洗

　　關(guān)加堿泵、進(jìn)堿閥，開(kāi)進(jìn)水閥，上下同時(shí)進(jìn)水對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行置換、清洗。30min后，關(guān)進(jìn)水閥、反洗進(jìn)水閥、中排閥，開(kāi)反洗排放閥、進(jìn)氣閥、排氣閥，以壓力0.1~0.15MPa，氣量2~3m3/(m2·min)，混合樹(shù)脂0.5~5min。關(guān)反洗排放閥、進(jìn)氣閥，沉降1~2min。開(kāi)進(jìn)水閥、正洗排放閥，調(diào)節(jié)排氣閥，灌水至柱內(nèi)無(wú)空氣后，關(guān)排氣閥，對(duì)樹(shù)脂沖洗。當(dāng)電導(dǎo)率達(dá)到要求時(shí)，開(kāi)產(chǎn)水閥，關(guān)正洗排放閥，開(kāi)始制水。

　　樹(shù)脂二次分離再生工藝
　　是將失效的混床樹(shù)脂輸送至樹(shù)脂分離器(陽(yáng)樹(shù)脂再生器)，完成水力分離后，將上層的陰離子交換樹(shù)脂移送混床至陰樹(shù)脂再生器。陰陽(yáng)樹(shù)脂分離面附近的混合樹(shù)脂輸送到混雜樹(shù)脂塔，然后分別再生陰陽(yáng)樹(shù)脂。對(duì)于混雜樹(shù)脂塔內(nèi)的樹(shù)脂，下一次再生時(shí)將被送回到樹(shù)脂分離器(陽(yáng)樹(shù)脂再生器)內(nèi)進(jìn)行二次分離。在這里，樹(shù)脂分離器同時(shí)作為陽(yáng)樹(shù)脂再生器。
　　錐體分離再生工藝
　　錐體分離再生工藝是將樹(shù)脂分離器底部作成一錐體。該設(shè)備同時(shí)作為陰樹(shù)脂再生器而不作為陽(yáng)樹(shù)脂再生器。失效樹(shù)脂從混床輸送到樹(shù)脂分離器完成水力分層后，位于樹(shù)脂分離器下部的陽(yáng)樹(shù)脂從錐體底部被輸送到陽(yáng)樹(shù)脂再生器。由于樹(shù)脂分離器底部為一錐形體，樹(shù)脂分離界面的樹(shù)脂很少，從而減少中間混合樹(shù)脂的數(shù)量，提高分離效果。在輸送陽(yáng)樹(shù)脂時(shí)，分離界面在自動(dòng)控制時(shí)的自動(dòng)檢測(cè)常采用光電法或電導(dǎo)法。所謂光電法即采用光電計(jì)檢測(cè)陰陽(yáng)樹(shù)脂顏色的深淺；而電導(dǎo)法則采用測(cè)量陰陽(yáng)樹(shù)脂輸送水的電導(dǎo)變化，當(dāng)充入W2氣體的樹(shù)脂輸送水由陽(yáng)樹(shù)脂變?yōu)殛帢?shù)脂時(shí)，其電導(dǎo)將變小。利用兩種方式產(chǎn)生的信號(hào)變化來(lái)控制陰陽(yáng)樹(shù)脂界限。
　　陰陽(yáng)樹(shù)脂再生工藝
　　是將失效樹(shù)脂從混床輸送到樹(shù)脂分離器內(nèi)，失效樹(shù)脂水力分層后，在分離器內(nèi)同時(shí)對(duì)陰陽(yáng)樹(shù)脂進(jìn)行再生。樹(shù)脂分離器同時(shí)作為樹(shù)脂再生器。該方式同補(bǔ)給水處理除鹽混床完全相同。 

離子交換器

　　離子交換器工藝需要將交換劑放在離子交換器(或稱為床)內(nèi)進(jìn)行，離子交換劑失效后通過(guò)再生來(lái)恢復(fù)離子交換能力。為了提高離子交換工藝的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)適用性，產(chǎn)生了不同樹(shù)脂的組合、不同的床型以及各種離子交換系統(tǒng)。常見(jiàn)的離子交換器有固定床(離子交換器)和連續(xù)床兩類。

　　工作原理就是離子的交換。

　　運(yùn)行時(shí)：陽(yáng)樹(shù)脂(H-R)+(M+)→(M-R)+(H+)

　　陰樹(shù)脂(OH-R)+(X-)→(X-R)+(OH-)

　　其中M+為金屬離子，X-為陰離子。再生過(guò)程為其逆過(guò)程。

　　離子交換器的失效控制

　　離子交換除鹽水處理較簡(jiǎn)單的流程為陽(yáng)床-陰床組成的一級(jí)復(fù)床除鹽系統(tǒng)。有的一級(jí)復(fù)床除鹽系統(tǒng)采用單元制，即每套一級(jí)復(fù)床除鹽系統(tǒng)包括 陽(yáng)床、（除碳器）、陰床各一臺(tái)，在離子交換除鹽運(yùn)行過(guò)程中，無(wú)論是陽(yáng)床還是陰床先失效，都是同時(shí)再生；還有的一級(jí)復(fù)床除鹽系統(tǒng)采用母管制，即陽(yáng)床與陽(yáng)床或陰床與陰床是并聯(lián)運(yùn)行的，哪一臺(tái)交換器失效就再生哪一臺(tái)。

　　1 檢測(cè)和控制原理

　　強(qiáng)酸性陽(yáng)樹(shù)脂對(duì)水中各種陽(yáng)離子的吸附順序?yàn)椋?/p>

  Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>Na+>H+；由此可知，水中金屬離子Na+被吸附的能力較弱，所以當(dāng)離子交換時(shí)樹(shù)脂層的各種離子吸附層逐漸下移，H+.后被其他陽(yáng)離子置換下來(lái)，當(dāng)保護(hù)層穿透時(shí)，首先泄漏的是下層的Na+；因此監(jiān)督陽(yáng)離子交換器失效是以漏鈉為標(biāo)準(zhǔn)的；其反應(yīng)方程為（A代表金屬陽(yáng)離子,R為樹(shù)脂基團(tuán)）：

　　An++nRH=RnA+nH+

　　HCO3-+ H+ =H2O+CO2↑

　　強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂對(duì)水中各種陰離子的吸附順序?yàn)椋?/p>

  SO42->NO3->Cl->OH->HCO3->HSiO3- 。由此可知，HSiO3-的吸附能力較弱，所以當(dāng)離子交換時(shí)樹(shù)脂層的各種離子吸附層逐漸下移，OH-.被其他陰離子置換下來(lái)，當(dāng)保護(hù)層穿透時(shí)，首先泄漏的是下層的HSiO3-；因此監(jiān)督陰離子交換器失效是以漏硅為標(biāo)準(zhǔn)的；其反應(yīng)方程為（B代表酸根陰離子，R為樹(shù)脂基團(tuán)）：

　　Bm-+mROH=RmB+mOH-

　　2 設(shè)備優(yōu)點(diǎn)

　　(1)　出水水質(zhì)優(yōu)良，出水pH值接近中性。　

　　(2) 出水水質(zhì)穩(wěn)定，短時(shí)間運(yùn)行條件變化（如進(jìn)水水質(zhì)或成分、運(yùn)行流速等）對(duì)混床出水水質(zhì)影響不大。　

　　(3) 間斷運(yùn)行對(duì)出水水質(zhì)的影響小，恢復(fù)到停運(yùn)前水質(zhì)所需的時(shí)間比較短。

　　(4) 產(chǎn)水水質(zhì)優(yōu)良，電導(dǎo)率≤0.2us/cm

　　離子交換器主要用于純水和高純水的制備，主要用于中高壓鍋爐給水；新材料、新能源、化工新材料，輕金屬材料、納米材料、玻璃鋼石墨、復(fù)合材料等的生產(chǎn)工藝用水。