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阴阳混床纯水设备的工作原理及特点

2013-03-20

  混床是混合离子交换柱的简称(ME),是针对离子交换技术所设计的设备。所谓混床,就是把一定比例的阳、阴离子交换树脂混合装填于同一交换装置中,对流体中的离子进行交换、脱除。由于阳树脂的比重比阴树脂大,所以在混床内阴树脂在上阳树脂在下。一般阳、阴树脂装填的比例为1:2,也有装填比例为1:1.5的,可按不同树脂酌情考虑选择。混床也分为体内同步再生式混床和体外再生式混床。同步再生式混床在运行及整个再生过程均在混床内进行,再生时树脂不移出设备以外,且阳、阴树脂同时再生,因此所需附属设备少,产水好、操作简便等特点。

  一、阴阳混床纯水设备的主要性能

  混床离子交换是一种特殊的固体吸附过程,它是在离子交换剂的电解质溶液中进行的。一般的离子交换剂是一种不溶于水的固体颗粒状物质,即离子交换树脂。它能够从电解质溶液中吸取某种阳离子或者阴离子,而把自身所含的另外一种带相同电荷符号的离子等量地换出来,并释放到溶液中去,这就是所谓的离子交换。按照所交换离子的种类,离子交换剂可分为阳离子交换剂和阴离子交换剂两大类。

  阴阳混床纯水设备为深度脱盐设备,用于制造高纯水,产水电阻率为10-18MΩ/CM(25C),二氧化硅含量(SIO2)≤0.02mg/L, 混床分为单、双床、抛光床、双床可一用一备(不影响生产用水的连续性);可串联使用,以提高产水水质,有效利用树脂的交换容量。当生产用水量大时,可并联使用,运行相当灵活、方便,出水电导率由高精度电阻率仪监控。

  阴阳混床纯水设备的再生系统为环保型再生系统。高浓度酸碱通过射流器与进水按一定的比例配制成再生溶液进行再生,不需要酸碱泵及酸碱配制储罐,防止酸雾对环境的污染。

  阴阳混床纯水设备系统以过滤、吸附、离子交换、消毒等水质净化单元设备为主体,加上各种相应的辅助设备和材料,组成满足各种用水要求的成套设备。处理水质要求从简单的除盐水到十分严格的超纯水都能适应,单套处理能力从0.5m3/h到250m3/h,可满足几乎所有行业的用水要求。用户遍布全国各地及海外,水源条件千变万化,应用范围包括发电、电子元器件、化工、日用化工、医药、食品、金属表面处理等各种行业,用户普遍反映质量稳定,信誉良好。

  二、阴阳混床纯水设备的工作原理

  按交换情能,混床分为H/OH型混床和Na/OH型混床。

  1、H/OH型混床交换原理:当内冷水经过H/OH型混床时,水中的阳离子Ca2+ 、Mg2+、Cu2+与树脂中的交换基团H+进行交换

  2、Na/OH型混床交换原理:当内冷水经过Na/OH型混床时,水中的阳离子Ca2+、Mg2+、Cu2+和阴离子Cl-与树脂中的交换基团Na+和OH-进行交换。

  在系统运行时,监测内冷水的pH值和电导率,根据指标的变化来调整控制2台混床的处理水量。当内冷水的pH值偏低(低于7.0)时,可投运Na/OH型混床,Na+从RNa型树脂中泄漏出来,相当于产生了少量的NaOH,内冷水pH值得以提高。随着Na+的泄漏,冷却水电导率逐渐升高。当Na+泄漏量较大,电导率达到一定指标时,关闭或减小Na/OH型混床流量,同时投运H/OH型混床,吸收水中的Na+,此时内冷水的pH值会适当降低,电导率也随之降低。当pH值低到一定值时,再增大Na/OH型混床流量或减小甚至关闭H/OH型混床,如此反复操作以达到内冷水的各项指标均合格。

  三、阴阳混床纯水设备工艺

  确将阴阳树脂按一定比例均匀混合装在一个交换器里。为了便于混合床中阳、阴树脂的分层,混合床中阴、阳树脂的湿真密度应大于15%~20%,混合床中阴、阳树脂装填比例的原则是阴、阳树脂同时失效,当进水水质不同时,其比例要随之调整。对于锅炉给水处理的混合床,常用的树脂体积比为:阴树脂:阳树脂=2:1;对于凝结水处理的混合床,由于进水中有大量氨存在,其阴树脂:阳树脂=1:2。混合床的工作过程由反洗分层、再生、树脂混合、正洗、交换运行等操作骤组成。

  1、混床的反洗分层

  反洗分层是混合床运行操作中的重要步骤之一。即向经反洗预分离的树脂内加入介于两种树脂之间的溶液(如NaCI和NaOH溶液),使小于溶液密度的各种大小颗粒的阴树脂浮起,而使大于溶液密度的各种大小颗粒的阳树脂沉于底部。

  2、混床的再生

  再生有三种方法。

  A、 酸、碱分别流经阳、阴树脂层的两步法再生。(a)反洗分层后,从上部送入NaOH再生液再生阴树脂,废液从阴、阳树脂分界处的排液管排出,为防止碱液污染阳树脂,在再生同时,由底部通入清洗水通过阳树脂由中间排液管排出;(b)从下部通入再生阳树脂用的酸液,废液同样由分界处排液管排出,同样为防止酸液污染阴树脂,由上部送入清洗水通过阴树脂层由中间排液管排出;(c)用除盐水分别由底部和上部送入,自下而上清洗阳树脂层至排水酸度降至0.5mmol/L以下为止,由上而下清洗阴树脂层至排水OH-碱度降到0.5mmol/L为止。

  B、酸、碱同时流经阳、阴树脂层体内再生(a)树脂反洗分层后,再生时,由交换器上下同时送入再生用的碱液和酸液,分别流经阴、阳树脂层后,由中间排液装置同时排出;(b)清洗水亦同样由交换器上下送入,分别流经阴、阳树脂层后,由中间排水装置同时排出。

  C、阴阳树脂移出体外再生:阴阳树脂移出体外再生法是将阴树脂移出混合床至专用的阴树脂再生罐,然后送入再生液进行再生。混合床再生剂比耗,阳树脂一般为理论量的2倍,阴树脂为理论量的3倍。

  3、阴、阳树脂的混合

  树脂混合时,先使交换器中的水高出树脂层表面100~200mm,再通入洁净的压缩空气,使分层的树脂重新混合均匀,立即快速排水,迫使整个树脂层迅速下落,以免阴、阳树脂由于密度不同而在缓慢下沉时再次分层。

  4、正洗

  混合后的树脂层要用除盐水以10~20m/h的流速进行正洗,直至出水的电导率和硅酸含量合格时再投入运行。

  5、交换运行

  混合床的交换运行一般在较高的流速(一般为50~100m/h)下进行。

  四、混床的优缺点

  1、混床的优点:出水水质优良和出水水质稳定;间断运行对出水水质的影响较小;交换终点明显,利于监督和实现自动控制;设备比复床少,布置集中。

  2、其混床缺点:树脂交换容量的利用率低;树脂损耗率大;对有机物污染敏感;再生操作复杂,且需时间长等。

  阴阳混床纯水设备是为配合特殊行业用高纯度的用水而设计的离子交换纯水处理设备,如电子、半导体、液晶、光学清洗、医疗、制药、电泳涂装等到行业都要用到高要求的超纯水,而一般复床式纯水机出水质量难以达到指标,但特别设计混合型高纯水机系列产品就能达到很好的效果。由于通过混合离子交换后进入水中的氯离子与氢氧离子立即生成电离度很低的水分子,混床树脂在交换过程中,由于是处于均匀混合状态,交错排列,互相接角,可以看作是许多的阴阳离子交换树脂而组成的多级双床纯水机,可相当于1000-2000级双床。因为是均匀混合,阴、阳离子的交换反应几乎是同时进行的,所产生H+,OH-随即合成H2O,交换反应进行得很彻底,因而阴阳混床纯水设备的出水水质优于双床式纯水机多台串联所能达到的水质,能制取纯度相当高的纯水。

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