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生活饮用水方案
地下水净化解决方
工作原理 技术参数 应用范围 设备图片

一、设备概述:

为了有效降低地下水中硬度,系统前级增加软化水系统
水质软化的反应方程式为:(R代表树脂本体)2RNa + Ca2+ =R2Ca + 2Na+2RNa + Mg2+ =R2Mg + 2Na+吸附钙、镁离子饱和后的树脂经过钠盐溶液的处理,可重新转化为钠型而恢复其交换能力,这一再生过程的反应式为:R2Ca + 2Nacl =2RNa + Cacl2       R2Mg + 2Nacl =2RNa + Mgcl2 原水在一定的压力(0.2-0.6Mpa)、流量下,通过控制阀腔,进入装有离子交换树脂的容器(树脂罐),树脂中所含的Na+与水中的Ca2+、Mg2+等阳离子进行交换,使容器出水的Ca2+、Mg2+离子含量达到既定的要求,从而实现了硬水的软化,容器出水残余硬度的标准为:≤0.03mmol/L。

当树脂失效后、进行再生之前, 先用水自下而上的进行反洗。 反洗流速可控制在11-18m/h之间,反洗须至出水澄清为止,反洗时间约为 10~15min,以沉降后阳,阴树脂层界面是否清晰判别分层效果。反洗的目的有二个,一是通过反洗,使运行中压紧的树脂层松动,有利于树脂颗粒与再生液充分接触;二是使树脂表面积累积的悬浮物及碎树脂随反洗水排出,从而使交换器的水流阻力不会越来越大。为了保证一定的反洗效果,要有一定的反冲洗膨胀高度。膨胀高度过低,达不到反洗的要求,又会造成树脂的流失;过高,也要增加设备的投资。实际生产表明,交换器的反洗膨胀高度为树脂层的60﹪( 又有80﹪)左右为好。
由于采用虹吸原理,故本套设备再生过程为自动从盐箱吸盐,在一定浓度(盐液浓度以 6~10 × 1/100 为宜)、流速(为4-6m/h)下,流经失效的树脂层,再一次进行阳离子交换,使其恢复原有的交换能力。在再生液进完后,交换器内尚有未参与再生交换的盐液,采用小于或等于再生液流速即≤4-6m/h的清水进行清洗(慢速清洗),以充分利用盐液的再生作用并减轻正洗的负荷。正洗(快速清洗)的目的是:清除树脂层中残留的原生废液,通常以正常流速清洗至出水合格为止。


二、离子交换树脂的选择:
离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。
阳离子交换树脂大都含有磺酸基(-SO3H),羟基(-COOH)或苯酚基(-C6H4OH)等酸性基团,其结构式可简单表示为R--SO3H,式中R代表树脂母体。

反应式为:2R--SO3H + Ca2+=(R--SO3)2Ca + 2H+
阴离子交换树脂含有季胺基[-N(CH3)3OH]、胺基(-NH3)或亚胺基(-NH2)等碱性基团它们在水中能生成OH-离子,可与各种阴离子起交换作用。

反应式为:R-N(CH3)OH + cl-=R-N(CH3)3cl + OH-
本套设备的主要工艺为软化,即原理为置换其中的钙、镁等阳离子,故采用Na型阳离子交换树脂。

钠离子交换软化处理的特点是:
(1)除去水中的硬度而碱度不变,只不过是Ca2+、Mg2+与Na+进行等电荷摩尔量交换而已;
(2)在一般天然水中Mg2+的含量都比较少,主要起交换作用的是Ca2+和Na+,而钙的摩尔质量M(1/2Ca)是20,钠的摩尔质量M(Na)是23,基本接近,因此,钠离子交换软化处理的水中含盐量基本不变,水中溶解固形物也没有多大变化;
(3)在再生过程中,有时由于正洗不彻底,或者是再生剂系统阀门的泄漏,使软化处理后的水中氯根反而比原水有所增加,但通过精心操作是可以避免的。

离子交换树脂用量的计算先是进行初算,再进行复算调整。树脂的湿视密度一般在0.6-0.85g/ml之间。树脂的体积可以通过计算求得,之后就可以大概算出树脂的装填量。

(1)树脂的体积用量计算:
V=Q*∑I/E
式中 V—树脂体积,m³;
Q—周期制水量,m³或t;
∑I—原水中阳离子的浓度,mmol/L,取分析最高值;
E—离子交换树脂的工作交换容量,mmol/L。

(2)树脂的重量计算:
W=V*R
式中W—树脂重量,t;
R—树脂的视密度,g/mL。
第二步进行复算调整。
因为,    V=¼∏d²*H
式中  d—离子交换塔内径,m;
H—树脂的填装高度,m。

注意:H的选择,对一级除盐水处理,当交换塔径在2m以上时,树脂层高度不低于1.5m(一般选择1.8m);对塔径〈2m时,高度可适当放低。混合床的塔径在1.5m以上时,树脂总高度不低于1m,不高于1.5m;塔径〈1.5m时,高度可适当放低。混床的阴、阳树脂比例原则上可按2比1。使用上可根据具体情况适当调整。


所谓盐耗是对已经失效的树脂,使其再恢复交换能力所消耗的再生剂量。即每恢复1mol树脂交换能力M时,所消耗再生剂(Nacl)的克数。
盐耗=2G/VH   g/mol
式中 G—再生一次所消耗的Nacl的量,g;
V—周期制水量,m³;
H—被处理水的硬度,mol/m³。
由于离子交换是等[H+]摩尔进行的,从理论上来说每除去0.5mol的硬度需要消耗1mol的Nacl,即58.8g。然而,实际生产运行中盐耗是上述理论值的3倍左右。通常为150-200g/mol,主要与操作管理及工艺等都有关。