除盐系统弱强型树脂联合应用工艺的实践与研究

除盐系统弱强型树脂联合应用工艺的实践与研究摘要除盐系统采用弱强型树脂联合应用工艺时，必须按进水水质对弱强型树脂体积比进行必要的计算，同时还应合理选用实施工艺的设备系统，才能在运行中取得较好的收益。本文对联合应用工艺实践中的一些原理及要点作了初步的小结和研讨。)a%q4U.~/Q'[/V;|7yJ关键词弱强型树脂联合应用工艺最佳体积比9K9@2V5\#F'i$h%|,l:{!l:t*s5}弱强型树脂的联合应用在离子交换水处理中有着诸多的优点，这是因为弱型树脂的离子交换容量比强型树脂要高得多，采用弱型树脂不仅会对离子交换系统具有较大的扩容效果，而且可以降低水处理系统对原水水质的限制；同时由于弱型树脂对再生剂有较强的选择性吸着能力，再生时排出的再生剂残余浓度较低，这不仅可以降低再生剂的比耗，还可以降低对再生废液的治理费用。近年来随着原水水质的污染恶化，一些原仅采用强型树脂的单床系统在运行中，出水水质变差，交换器运行周期缩短，再生剂耗量增加，在安全和经济运行上都愈来愈困难。因此，弱强型树脂联合应用工艺愈来愈得到普遍的重视。但是，因为弱型树脂在离子交换过程中的不彻底性，以及弱型树脂的价格普遍比强型树脂会高，所以在实际使用中，弱型树脂的使用量会受到一定的限制。要在弱强型树脂联合应用工艺中获取较高的收益，则必须依据原水水质对弱强型树脂的最佳使用量进行必要的计算，以及在经济核算的基础上合理选用实施工艺所必需的设备系统。一，弱强型树脂最佳使用体积的计算'E;s1g3S!@6B-t0b在弱强型树脂联合应用工艺中，根据进水水质对弱型树脂和强型树脂的最佳体积比可按下式来进行计算：3X3S1C;A1TV′/V=eF（1－α）/e′[Σ－F（1－α）]式中：e、e′、V、V′分别为强型树脂和弱型树脂的平均工交容量及体积，F为水中能被弱型树脂去除的离子的摩尔浓度，α为运行周期中弱型树脂的平均离子泄漏率，Σ为阳离子或阴离子的总含量。)?.P5a8l0W5h'Z:a6H%]上述计算公式在阳离子交换系统使用时，弱酸树脂能从水中去除的仅是重碳酸盐硬度，式中F即代表水的重碳酸盐硬度；而在阴离子交换系统使用时，弱碱树脂去除的是水中的强酸阴离子，所以式中的F即代表阴床进水的酸度。由于前置的弱型树脂改善了强型树脂的进水水质，进水中强型树脂的平均工交容量应按前置了弱型树脂后的进水水质和再生剂比耗来计算。在一般原水水质情况下，阳、阴离子交换系统弱强型树脂最佳体积比与进水水质关系的计算结果可参见表一。E0_)b0C:X*\&E5n5d二，联合应用工艺系统的运行特点5m9P,C'Y+i,S3J'].j（1）因为弱型树脂的离子交换不象强型树脂那样彻底，而往往只能与水中的某一部分劳资进行交换，因此在联合应用工艺中，系统的出水水质主要由强型树脂的离子交换过程来控制，而弱型树脂的离子交换过程主要是改善系统的运行条件和提高系统运行的经济效益。所以为了保证出水水质在系统设计和运行再生中首先要满足强型树脂的离子交换条件。(k*J*Z)^%|5f,C9{（2）弱型树脂虽然工交容量高，再生比耗低，但弱型树脂价格高，并对进水中各种离子的去除还具有一定的局限性，所以其使用量会有所限制。当水中能被弱型树脂去除的离子含量愈高时，采用联合应用工艺的效益也会愈好。不同水质对采用联合应用工艺后树脂平均工交容量的提高和树脂平均投资费用的增加可参见表二。表一不同水质时弱强型树脂最佳体积比的计算结果阳离子交换系统阴离子交换系统进水重碳酸盐硬度/总离子含量弱酸阳床总工交/强酸阳床总工交弱酸树脂体积/强酸树脂体积进水酸度mmol/L进水酸度/总离子含量弱碱树脂工交/强碱树脂工交弱碱树脂体积/强碱树脂体积0.30.320.161.00.772.701.200.40.470.241.20.803.171.410.50.670.341.40.823.601.600.550.790.401.60.843.991.770.60.920.461.80.864.381.950.651.070.542.00.874.742.110.71.270.642.20.885.102.270.751.490.752.40.895.432.410.81.780.892.60.905.732.550.852.121.062.80.916.002.670.92.571.293.00.916.302.80计算依据弱酸树脂平均工交=2800mol/m3强酸树脂平均工交=1400mol/m3弱酸树脂周期平均离子泄漏率=0.20计算依据弱碱树脂平均工交=900mol/m3强碱树脂平均工交=400mol/m3弱碱树脂周期平均离子泄漏率=0.05进水弱酸阴离子含量=0.3mmol/L表二进水水质对弱强型树脂总平均工交容量及平均投资费用的影响阳离子交换系统阴离子交换系统进水重碳酸盐硬度/总含离子量弱强型树脂总平均费用元/mol弱强型树脂总平均工交容量mol/m3进水酸度/总离子含量弱强型树脂总平均费用元/mol弱强型甚至总平均工交容量mol/m30.54.3217550.8025.66930.554.3618960.8225.37080.64.3919250.8424.87200.654.4319520.8624.67310.74.4719760.8724.47390.754.5020000.8824.27470.84.5420220.8924.17530.854.5820430.9024.07590.94.6220630.9123.9764计算依据1）树脂平均工交容量：弱酸树脂=2800mol/m3；强酸树脂=1400mol/m3；弱碱树脂=900mol/m3强碱树脂=400mol/m3；2）树脂价格：弱酸树脂=18000元/吨，（13680元/m3）；强酸树脂=6500元/吨，（5510元/m3）；弱碱树脂=28000元/吨，（18760元/m3）；强碱树脂=18000元/吨，（12960元/m3）；（3）系统在运行操作中主要是控制强型树脂的出水水质，当强型树脂出水水质超标时，系统停运，弱型树脂随同强型树脂同时进行再生，所以在运行中弱型树脂的运行状态通常不另作控制。（4）联合应用工艺的客人效果不仅在于因使用了弱型树脂而增加了系统的总交换容量，而且由于强型树脂置于弱型树脂后，其进水水质得到了改善，再生水平得到了提高，因而使强型树脂的平均工交容量会有大幅度的增加。在阳、阴离子交换系统因前置了弱型树脂使强型树脂平均工交容量的提高参见表三。（5）在阳离子交换系统实施联合应用工艺时，因为弱酸树脂在离子交换中仅能去除水中的重碳酸盐硬度，而且在整个交换过程中始终都会有不断加大的离子泄漏，使用在联合应用工艺中弱酸树脂的使用量有较严格的限制的。过量使用的弱酸树脂在交换过程中不会发挥其交换容量，不仅增加了树脂的投资费用，而且还会降低系统的平均工交容量。其影响可参见表四。（6）在阴离子交换系统实施联合应用工艺时，水中较大量的强酸阴离子主要由弱碱树脂来去除，强碱树脂主要用来去除进水中较少量的弱酸阴离子，使用在联合应用工艺实施中，强碱树脂的用量通常都较少。当强碱树脂过量时，因它同样能彻底去除所有的阴离子，而弱碱树脂与强碱树脂的价格差相对较小，所以当强碱树脂层每超过0.1m层高时，系统总平均工交容量会降低约2%，但平均每1mol交换容量的树脂费用仅增加约1%。表三联合应用工艺中强型树脂比单床工艺时平均工交容量的提高阳离子交换系统进水重碳酸盐硬度/总离子含量0.30.40.50.60.70.8单床工艺时强酸树脂平均工交mol/m3131012801230119011201060联合工艺时强酸树脂平均工交mol/m3141014501500155015801600强酸树脂平均工交提高mol/m3100170270360460540阴离子交换系统进水酸度mmol/L1.01.44.82.22.63.0单床工艺时强碱树脂平均工交mol/m3360350340340335330联合工艺时强碱树脂平均工交mol/m3440440440440440440强碱树脂平均工交提高mol/m38090100100105110注：1）强型树脂平均工交容量根据树脂工交曲线查得（见树脂使用说明书）2）阳离子交换系统再生水平：单床工艺=1500mol/m3树脂；联合工艺=比耗1.13）阴离子交换系统再生水平：单床工艺=600mol/m3树脂；联合工艺=比耗1.2表四过量应用弱酸树脂对系统平均工交容量及树脂平均费用的影响进水重碳酸盐硬度/总离子含量弱强型树脂最佳体积比组床状况弱酸树脂层高每超过0.1m强酸树脂层高m弱酸树脂层高m系统总平均工交降低树脂总平均费用增加mol/m3占总工交%元/mol占总费用%0.50.342.40.8533.00.325.62.00.7633.60.286.60.60.462.41.1512.80.214.82.00.9613.30.255.81.60.7764.20.327.40.70.642.41.5482.50.194.32.01.3583.00.214.81.61.0713.70.286.30.80.892.42.1442.20.153.32.01.8532.60.173.8三，实施联合应用工艺时的设备系统用来实施联合应用工艺的设备系统常见的主要有复床系统、双室床系统及双层床系统，在运行中各有其不同的工艺特性和操作特点，各种设备系统按最佳体积比的组床状况见表五及表六。（1）复床系统1）复床系统是分别由弱型树脂交换器和强型树脂交换器串联而组成的工艺系统。其弱强型树脂分装在两台交换器内，所以系统的设备和树脂的投资费用相应增大，设备的占地面积也会加大，系统和操作也较复杂。但最大的特点是系统的总工交容量较高，周期制水量大，所以能适用于处理较高含盐量和水质不稳定的原水。表五阳交换系统不同进水水质时各种床型的组床情况进水重碳酸盐硬度/总离子含量弱酸、强酸树脂最佳体积比复床系统双室床双层床弱酸树脂层高/强酸树脂层高（m）0.50.340.8/2.40.7/2.00.6/1.80.550.401.0/2.40.8/2.00.6/1.60.7/1.70.60.461.1/2.40.9/2.00.7/1.60.7/1.60.8/1.60.650.541.3/2.41.1/2.00.9/1.60.9/1.60.7/1.20.8/1.60.70.641.5/2.41.3/2.01.0/1.60.8/1.20.9/1.50.750.751.8/2.41.5/2.01.2/1.60.9/1.20.8/1.01.0/1.40.80.892.1/2.41.8/2.01.4/1.61.1/1.20.9/1.01.1/1.30.851.062.1/2.01.7/1.61.3/1.21.1/1.01.2/1.20.91.292.1/1.61.3/1.01.4/1.0表六阳交换系统不同进水水质时各种床型的组床情况进水酸度mmol/L弱碱、强碱树脂最佳体积比复床系统双室床双层床弱碱树脂层高/强碱树脂层高(m)1.01.201.9/1.61.2/1.01.2/1.01.3/1.11.21.412.3/1.61.4/1.01.4/1.01.4/1.01.41.601.6/1.01.6/1.01.5/0.91.61.771.8/1.01.1/0.61.6/0.81.81.952.0/1.01.2/0.61.6/0.82.02.112.1/1.01.3/0.61.7/0.72.22.272.3/1.01.4/0.61.7/0.72.42.412.4/1.01.5/0.61.7/0.72.62.551.5/0.61.7/0.72.82.671.6/0.63.02.801.7/0.62）在复床系统中强型树脂交换器再生时通常采用逆流再生工艺，以保证再生效果；而弱型树脂交换器则可采用顺流再生工艺，以简化设备结构、降低设备投资和方便操作。3）当复床系统中弱型树脂的层高大于强型树脂层高时，系统串联中弱型树脂交换器的再生液进口会