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常见故障分析及说明
混合离子交换器

 一、概述

阴阳混合离子交换器(混合床)是用于初级纯水的进一步精制,一般设置于阴阳离子交换器之后,也可设置在电渗析或反渗透后串联使用,出水水质可达含二氧化硅≤0.02mg/l,电导率≤0.02μs/cm。处理后的高纯水可供高压锅炉、电子、医药、造纸、化工和石油等工业部门。
二、工作原理
混合离子交换法,就是阴阳交换树脂放置在同一个交换器中,将它们混合,所以可成是由无数阴、阳交换树脂交错排列的多级式复床。水中所含盐类的阴、阳通过该交换器,则被树脂交换,而得到高纯度的水。
离子交换法制取脱盐水的原理就是利用离子交换树脂的离子交换作用,将水中的各种离子去除或减少到一定程度,为了达到这一目的,用离子交换法制备纯水必须使用阳、阴两种离子交换树脂,下面说明脱盐水制备的基本原理。
假如原水中含有K+、Ca2+、Mg2+等阳离子和SO2-4 、CL-、HCO-3 、HSiO-3 等阴离子,当原水通过阳离子交换器时,水中阳离子被树脂吸附,树脂上可交换的阳离子H+被置换到水中,并和水中的阴离子组成相应的无机酸,其反应可用下式表达:
K+ 1/2SO2-4 
K+ 1/2SO2-4 
 
Na+ CL- R-SO-3 
Na+ + H+ CL-
R-SO-3  H+
+ 1/2Ca2+ HCO-3 
1/2Ca2+ HCO-3 
 
1/2 Mg2+ HSiO-3 
1/2 Mg2+ HSiO-3 
 
含有无机酸的水再先通过除二氧化碳除去大部分CO2,减轻阴离子工作负荷再进入阴离子交换器,水中的阴离子被树脂吸附,树脂上的可交换阴离子OH-被置换到水中,并与水中的H+结合成水,其反应可由下式表达:
R—N+OH-+ H+ 1/2SO2-4 
R—N+ 1/2SO2-4 
+H2O
CL- CL-
HCO-3 
HCO-3 
 
HSiO-3 
HSiO-3 
 
实际上离子交换反应可归纳为如下过程:水中离子在水溶液中向树脂表面扩散进入树脂颗粒的交联网孔;然后水中离子与树脂内交换基团接触并与交换基团上可交换的同性离子进行交换;被交换下来的离子在树脂交联网孔内向树脂表面扩散且进入水中。
在混合床中,由于阴、阳树脂是相互均匀的,所以其阴、阳离子的交换反应几几乎同时进行。或者说,水的阳离子交换和阴离子交换是多次交错进行的,经H型交换所产生的H+和OH-都不能积累起来,基本上消除了反离子的影响,交换时行的比较彻底。
混体体内再生时利用两种树脂的比重不同,用反洗使阴阳离子交换树脂完全分离,阳树脂沉积在下,阴树脂浮在上面,然后阳树脂用盐酸(或硫酸)再生,阴树脂用烧碱再生。
三、结构简述
1、进水装置:在交换器上部设有布水装置,使进水能均匀分布。
2、再生装置:在阴离子交换树脂上方设有进液母管,管上开水孔布液,阴离子交换树脂再生用碱液即由该进液母管送入,再生阳离子交换树脂用的酸液由底部排水装置进入。再生酸、碱液均由中排口排出。
3、中排装置:中排装置设置在阴、阳树脂的分界面上,用于排泄再生时酸、碱废液和冲洗液,型式为双母管或母支管。
4、排水装置:采用多孔板上装设滤水帽的型式。
另外,在阴、阳树脂分界面外、树脂表面外及最大反洗膨胀高度处各设视窥镜一个,用以观察树脂表面及反洗树脂的情况。
筒体上部设树脂输入口,筒体下部近多孔板处设树脂卸料口,考虑了树脂输入和卸出采用水输送的可能。
四、再生原理:
在制取脱盐水的交换过程中,水中阳离子与阳树脂上的氢离子H+交换;水中阴离子与阴树脂上的氢氧根离子OH—-进行交换,当离子交换树脂上的H+和OH—被交换完以后,即树脂吸附达到了饱和,树脂便失去了继续交换水中阳、阴离子的能力,通常称为树脂失效,如果在树脂失效后继续进水交换,则出水中所含离子数量就会显著增加,甚至某些离子会等于或超过原水中的含量。
把离子交换树脂上已吸附的阳、阴离子去除,并代之以新的H+和OH—交换离子的方法称为再生。离子交换树脂经再生后就能重新获得交换水中阳、阴离子的能力,因此,在纯水制取中,离子交换树脂的再生是十分重要的操作。
离子交换树脂的再生一般都用酸、碱再生法,其基本原理是将一定浓度的酸、碱溶液加之失效的离子交换树脂,利用酸、碱溶液中的H+和OH—离子,分别将饱和树脂上所吸附的阳、阴离子置换下来,使离子交换树脂重新获得重交换水中阳、阴离子的能力,这种使失效树脂重新获得交换能力的酸、碱溶液为再生剂,用盐酸和氢氧化钠作再生剂时,其再生反应方程式为:
阳离子交换树脂:
R(-SO3)2Ca+2HCL   2R(-SO32H+CaCL2)
R—SO3Na+HCL   R——SO3H+NaCL
阴离子交换树脂:
R≡NHCO3+NaOH   R≡NOH+NaHCO3
R≡NaCL+NaOH   R≡NOH+NaCL
失效后树脂再生后,树脂重新获得可交换的H+和OH—,从而恢复了交换能力,同时,由于所采用的再生剂以及水中离子种类的不同,在再生过程中亦生成一定数量的盐类。
五、再生方法:
离子交换树脂的再生方法有动态法和静态法两种,动态法一般在交换柱或再生柱中进行,再生剂溶液不断进入柱中,并不断排出废液;静态可在容器或交换柱内进行。先用清水洗涤失效树脂,然后加入再生剂溶液并加以搅拌混合,然后倒去再生废液,用清水洗涤树脂,在工业水处理系统中,常采用逆流动态再生法。本工工艺采用逆流动态法。
各主要再生操作步骤说明如下:
⑴小反洗
为了保持交换剂床层不乱,每次再生前只进行中间排水以上的压脂层的反洗。反洗水从中间排水管进入交换器,由顶部排出。流速一般为10m/h,以出口水中不逸出交换剂颗粒为准。洗至出水清澈为止。
步骤:开启中排进水阀,关闭进水阀,开启上排阀,关闭出水阀。
⑵顶压
为了防止交换剂乱层,顶压是一项重要措施。顶压操作是在进再生液之前先将顶压水送入,并保持顶压水的流量为再生液流量的1-1.5倍,约12m3/h左右,在进再生液和正洗的全部过程中,顶压用的水应该稳定,不可中断。
步骤:打开中排出水阀,关闭上排阀,打开进水阀,关闭中排进水阀。
⑶再生
①单床的再生比较简单,把3%酸、碱溶液按流速4~8米/时,缓缓逆流进入柱中,时间约为30~45分钟。
步骤:打开再生阀,开启再生泵。
②逆流冲洗(置换)
进完再生液后,关闭再生液门,开逆流冲洗水,用水置换再生废液。逆流冲洗水的流速应保持与再生液流速大致相同,直到废液基本排尽为止。一般逆流冲洗时间为30-40min。
步骤:关闭再生泵,打开反冲洗阀,关闭进水阀
③正洗
关闭中间排水装置的排水门,开启下部排水门,用较大流量的水按顺流方向进行冲洗,直至出水质量合格为止。流速一般为15m/h左右。
④大反洗
逆流再生的离子交换器,在一般再生时,只反洗交换剂层表面的压脂层,以保持下部交换剂的层次,获得较高的再生效率。但是,长时间的运行后,下部交换器会不断被压实或因积有悬浮物而结块,造成水流阻力过大,甚至出现偏流现象,从而影响树脂的工作交换容量和降低出水质量,以及使再生剂比耗增高。为此,经过一定周期的运行,需要进行整个床层的反洗(称大反洗)。大反洗的周期与进水浊度有关,一般经10-20个运行周期大反洗一次。
大反洗操作时,必须注意防止损坏中间排水装置,因为交换剂层较脏,交换剂层压实紧密易结块,如果反洗一开始水的流量很大时,交换剂层可能成活塞状托起而冲撞坏中间排水装置。为此,反洗水的流量必须从小到大。在大反洗之前应先进行压脂层的小反洗,松动压脂层。
大反洗后,因交换剂层次破坏,再生时需增加再生剂用量的50%-100%,或采用连续进行两次再生的方法来恢复下部交换剂的再生度。
六、操作步骤 
1、反洗分层:开混床再生泵进口门,启动再生泵,再开混床再生泵出口门,混床反洗排水门和排空气门,反洗进水门。待排空门有水流出后,关闭排空气门。开始反洗流速宜小,待树脂松动后,逐渐加大流速,直至全部床层都能松动,此时流速大致达到10m/h。阴树脂膨胀率为70%以上,阳树脂的膨胀率约为30%以上,这样经10~15分钟就可使阴、阳树脂分层。(可以使用混床出水母管中的水经出水门来加大反洗分层流量。)
2、关闭混床反洗进水门,停止以后,若树脂分层不完全,应按1的操作重新进行反洗分层。
 3、放水;待阴阳树脂完全分层后,开正洗排水门,将混床内的水放出,水放至离树脂表面层表面约10cm处。
4、进再生液:开混床再生泵进口门,启动混床再生泵运行,开再生泵出口门,酸碱喷射器进水门,中间排水门,维持交换器内水位在树脂表面10cm处,稳定2分钟,再开酸碱计量箱出口门。调整酸浓度在4-5%,碱浓度在3-4%内。
5、置换;当酸碱进完后,关酸碱计量箱出口门,继续用酸碱喷射器保持原来水量进行置换,直至中间排水呈中性为止。关混床进酸碱门,中间排水门、喷射器出口门,再生泵出口门。停运再生泵,关再生泵进口门。
6 、阴阳树脂的混合:混合前开中间排水门,将混床内的水放到树脂层表面上100-150mm处,关闭中间排水门。开混床底部进气门,母管出口门。从底部通入压缩空气,使树脂搅匀。所用压缩空气压力0.1-0.15MPa,时间约为5分钟。通完压缩空气要快速排水以迫使树脂迅速降落,避免树脂在降落时重新分层。排水时开混床正洗排水门。
7 、正洗:开中间水泵进口门,启动中间水泵运行,开中间水泵出口门,阴床进水门及出水门,再开混床进水门及正洗排水门以10-20m/h的流速正洗。洗至出水合格方可作备用或投入运行。
8、再生时一定要阴、阳树脂完全分开才能再生,其余与阴阳床注意事项相同。
七、操作注意事项
1、操作前的准备工作:
⑴脱盐水制取装置运行以前,所有脱盐水制取系统、输水系统、再生剂配制及输送系统等均应部分进行试转,检查合格后方能正式运行。
⑵水泵开机前,应先检查一下水箱水位,水泵泵头一定要浸入水中方能启动。
⑶脱盐水站在冬季使用时,应增添加温设备,具有可靠的防冻措施。
⑷纯水站运行时,应定时测试水质,并做好记载,并定时化验原水水质以便验算,调整交换柱的工作周期及酸、碱的耗量,并不断总结经验,提高管理水平。
2、制水时操作工应注意以下几点:
⑴应定期检查进水流量及进水压力,使其达到设计产水量。
⑵应经常检查水箱水位,使进出水保持平衡,防止水箱脱水水泵空转。
⑶应定期检查交换柱的出水水质,如果检查的项目超过要求的数值,即表明树脂已达交换终点,需进行再生。
3、反洗时操作应注意如下几点:
⑴排水是否正常。
⑵树脂是否松动上升。
⑶树脂是否膨胀到极限位置及高度,应注意勿使树脂层顶至上布水板。
⑷当树脂结块上升并久而不散时,应立即关闭进水阀门,打开排水阀门,待树脂松动后再重新进行反洗。
⑸反洗强度及反洗流量大小,一般要把不使树脂层顶至上布水板为标准。
⑹反洗时是可按排水的清洁决定,一般应到排水清晰为至。
4、再生:
交换柱再生时,应首先打开放气阀,以便排除柱内的空气,而后打开排水阀门,并从下部输入酸、碱液,使其均匀地通达树脂层再生。
交换柱再生时,操作人员应注意以下几点:
⑴应检查再生剂的浓度和温度。
⑵酸(碱)液流入是否正常。
⑶酸(碱)液输入后,应在树脂层顶至上部一定的水垫层高度,一般应略将再生剂进液阀门较排水阀门开得大一些。
5、正洗:
树脂正洗时,应先打开放空阀排气,而后方可进行正洗,正洗时应注意如下几点:
⑴进水压的大小。
⑵进水是否均匀。
⑶应控制正洗流量,并应在树脂层上部保持一定的水垫层高度。
⑷应每隔3~4分钟取样化验一次,检查是否已达到正洗终点。
6、再生泵的运行操作:
⑴泵在使用前必须先检查一下叶轮转动方向是否与泵体要求方向相符合,检查时将电动机与泵间连接解除,单独检查电动机转动方向,不使泵处于无液体空转。
⑵工作时轴承座处温升不超过60℃
⑶再生泵应先打开进水阀,然后才能启动电机。