摘要：闡述了離子交換器的原理，水處理的控制和改進 方法 。
關(guān)鍵詞：水處理，離子交換，水質(zhì)
Abstract:It is said that the Principle of Lonic exchange Equipment ,the control of Water treatment and Improvied Water treatment.
Key words: Water treatment, Lonic exchange , Water quality
前言
離子交換除鹽水處理最簡單的流程為 陽床-陰床 組成的一級復床除鹽系統(tǒng)。有的一級復床除鹽系統(tǒng)采用單元制，即每套一級復床除鹽系統(tǒng)包括 陽床、(除碳器)、陰床各一臺，在離子交換除鹽運行過程中，無論是陽床還是陰床先失效，都是同時再生;還有的一級復床除鹽系統(tǒng)采用母管制，即陽床與陽床或陰床與陰床是并聯(lián)運行的，哪一臺交換器失效就再生哪一臺。
1 檢測和控制原理
強酸性陽樹脂對水中各種陽離子的吸附順序為：Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>Na+>H+. ;由此可知，水中金屬離子Na+被吸附的能力最弱，所以當離子交換時樹脂層的各種離子吸附層逐漸下移，H+.最后被其他陽離子置換下來，當保護層穿透時，首先泄漏的是最下層的Na+;因此監(jiān)督陽離子交換器失效是以漏鈉為標準的;其反應方程為(A代表金屬陽離子,R為樹脂基團)：
An+ +nRH=RnA+n H+
HCO3- + H+ =H2O+CO2↑
強堿性陰樹脂對水中各種陰離子的吸附順序為：SO42->NO3->Cl->OH->HCO3->HSiO3- 。由此可知，HSiO3-的吸附能力最弱，所以當離子交換時樹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，當保護層穿透時，首先泄漏的是最下層的HSiO3-;因此監(jiān)督陰離子交換器失效是以漏硅為標準的;其反應方程為(B代表酸根陰離子，R為樹脂基團)：
Bm- +mROH=RmB+mOH-
2 控制點和控制方法
由于母管制系統(tǒng)包含了單元制系統(tǒng),而且它具有能充分使用樹脂、提高交換器的出水能力、降低酸堿消耗等優(yōu)點，我們在 研究 中主要討論以這種結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的離子交換除鹽水處理系統(tǒng)。
以成都生物制品研究所蛋白分離車間純水站為例，該系統(tǒng)為母管制水處理系統(tǒng)，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為：砂濾-活性炭過濾-粗濾-陽床- 一陰-二陰-混床-精濾-純水罐，系統(tǒng)產(chǎn)水能力為5 t/h，在系統(tǒng)的失效控制研究中，我們提出單元失效控制概念，也就是充分利用了母管制制水系統(tǒng)的優(yōu)點對系統(tǒng)進行失效控制。
以下是該車間第一套水處理器的一陰(即1.1陰) 在一個運行周期中的部分數(shù)據(jù)：
表1 一陰運行周期中的部分數(shù)據(jù)
供水離子柱 電導率(μS/cm) 供水離子柱 電導率(μS/cm)

1.1陽-1.1陰	2.1陽-1.1陰
4.99	4.93(4.05)
3.00	3.15
4.47	3.52
3.05	2.89
3.59	3.44
3.09	3.80
3.30	2.28
2.57	3.82
3.27	2.16
3.30	3.68
2.57	2.03
3.27	3.13
2.22	5.12
3.26
1.1陽床失效	1.1陰床失效

以上數(shù)據(jù)均為車間實際運行記錄數(shù)據(jù)，1.1陰出水供給1.2陰后出水電導率保證在3μS/cm以下,結(jié)合末級混床,最終出水水質(zhì)一直保持在0.1μS/cm - 0.5μS/cm。根據(jù)以上數(shù)據(jù)和該車間純化水檢測報告，我們進行標準化處理(25度，不間斷運行)后，繪制了三種情況下的水質(zhì)曲線圖(分別如下)：
(1)RO對各有機溶質(zhì)的去除率大于NF膜。(2)不同有機溶質(zhì)的去除率不相同，有的甚至相差很大(例如，RO和NF膜對乙酸的吸光度去除率分別為95.34%、81.45%，而對苯胺的吸光度去除率則分別為61.50%、46.82%)。
3 出水水質(zhì)
原水經(jīng)一級復床除鹽后，電導率(25℃)低于10μS/cm，水中硅含量低于100μg/L。
3.1 陽床出水水質(zhì)
圖1中b 點以前三條曲線都迅速下降，表明離子交換器中樹脂再生后，正洗時出水中各種雜質(zhì)的含量(酸度、鈉離子濃度和硬度)都迅速下降，當出水水質(zhì)達到一定的標準(如b點)時就可以投入運行。所以，在ba段運行期間，陽床出水呈酸性，而且基本呈緩慢變化趨勢。運行至a點時，陽床開始有陽離子穿透，根據(jù)離子交換活性知道，最先泄漏出的是鈉離子;在除鹽系統(tǒng)中，為了除去水中H+ 以外的所有陽離子，強酸性離子交換器必須在有鈉泄漏時停止運行(一般此時出水的酸度接近中性)，并進行再生，如圖1的a點位置，此點為鈉離子穿透點。
3.2 陰床出水水質(zhì)
由于離子交換除鹽系統(tǒng)中陰床始終是陽床的后級，所以陰離子交換器的水質(zhì)變化分兩種情況：
① 陽床正常運行時,陰床先失效時的陰床出水水質(zhì)
陰床出水水質(zhì)見圖2，b 點以前幾條曲線迅速下降，表明再生后正洗時，水中雜質(zhì)迅速下降直至達到運行的出水水質(zhì)標準，ba區(qū)間為穩(wěn)定交換運行期，出水水質(zhì)的pH值為7-9，電導率<5μS/cm,含硅量(以SiO2 計)為20-50μg/L。運行至a點后，陰床開始失效，但陽床仍在正常運行。此時，陰床由于酸泄漏，故PH值下降;與此同時，陰床出水中的硅含量和電導率增加。
② 陽床先失效時, 陰床出水水質(zhì)
如圖3復床系統(tǒng)運行到a點，陽床開始失效，但陰床仍在正常運行。此時陽床漏出的Na+ 流經(jīng)陰床，在陰床的出水中含有NaOH,使陰床出水PH值升高，并對強堿性陰樹脂對HSiO3- 的吸附產(chǎn)生干擾作用，使出水的含硅量增加，其反應為：
RHSiO3+NaOH=ROH+NaHSiO3
4 改進 方法
(1)當陽床接近失效時，水中Na+的含量逐漸增加，從而 影響 陰離子交換器，在對純化水水質(zhì)要求不是很高時(如醫(yī)藥行業(yè)等)，可以通過控制陽床出水的酸度(母管制)和陰床的出水電導率(一級復床)來控制陽床的失效。由于陽床產(chǎn)水中溶解有CO2 ，未經(jīng)過排除進入陰床，在陰床中與OH-反應，影響陰床處理能力，因此，可以在陽床和陰床之間加裝除碳器。
(2) 由于HCO3-一般在陽床中已經(jīng)去除，加之電導率對OH-較敏感，因此在對于對將硅作為非檢測項目的行業(yè)(如醫(yī)藥行業(yè)等)，可以通過檢測陰床的出水電導來控制陰床的失效。
(3) 離子交換的硅泄漏是世界性的難題，實踐證明：采用 雙陰床+混床 的離子交換系統(tǒng)對于控制硅泄漏十分有效。
5結(jié)束語
本文是在大唐甘肅公司蔣平鎖主任的悉心指導下完成的。在此，謹向蔣平鎖主任致以崇高的敬意和由衷的感謝!
參考 文獻
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