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化学除盐水处理设备
双击自动滚屏 发布者:zq1229 发布时间:2020/4/5 17:00:48 阅读:44次 【字体:
 

 

化学除盐水处理设备
水处理中应用最广泛的是固定床离子交换器。所谓固定床是指交换剂在一个容器内先后完成制水、再生等过程的设备。固定床离子交换器按水和再生液的流动方向分为:顺流再生式、对流再生式(包括逆流再生和浮床式)和分流再生式;按交换器内树脂种类和状态分为:单层床、双层床、双室双层床、满室床及混合床;按设备的功能有分为:阳离子交换器(包括钠离子交换器和氢离子交换器)、阴离子交换器和混合离子交换器。

介绍常用化学除盐设备的基本原理、工作过程和工艺特点。
1  顺流再生离子交换器
顺流再生离子交换器是离子交换装置中应用最早的一种形式。这种设备运行时,水流自上而下通过树脂层;再生时,再生液也是自上而下通过树脂层,即水和再生液的流向是相同的。
1.1顺流再生离子交换器的运行
顺流再生离子交换器的运行通常分为五步,从交换器失效后算起为:反洗、进再生液、置换、正洗和制水。这五个步骤,组成交换器的一个循环,称运行周期。
1)反洗:交换器中的树脂失效后,在进再生液之前,通常先用水自下而上进行短时间的强烈反洗。反洗的目的是:
a)松动树脂层。在交换过程中带有一定压力的水持续地自上而下通过树脂层,因此树脂层被压紧。为了使再生液在树脂层中均匀分布,需在再生前进行反洗,使树脂层充分松动。
b)清除树脂上层中的悬浮物、碎粒。在交换过程中,上层树脂还起着过滤作用,水中的悬浮物被截留在这层中,使水通过时的阻力增大。此外,在运行中产生的树脂碎屑,也会影响水流通过。反洗可以清除这些悬浮物和碎屑,这一步骤对处于最前级的阳离子交换器尤为重要。
反洗水的水质应不污染树脂,反洗强度可由试验确定,一般应控制在既能使污染树脂层表面的杂质和树脂碎屑被带走,又不使完好的树脂颗粒跑掉,而且树脂层又能得到充分松动。经验表明,反洗时使树脂层膨胀50%~60%效果较好。反洗要一直进行到排水不浑为止,一般需10~15min。
反洗也可以依据具体情况在运行几个周期后,定期进行。这是因为,有时在交换器中悬浮物颗粒的积累并不很快,而且树脂层并不是在1个周期内就压得很紧,所以有时没有必要每次再生前都要进行反洗。
2)进再生液:进再生液前,现将交换器内的水放至树脂层以上约100~200mm处,然后使一定浓度的再生液以一定的流速自上而下流过树脂层。再生是离子交换器运行操作中很重要的一环。影响再生效果的因素很多,如:再生剂的种类、纯度、用量、浓度、流速、温度等。
3)置换:当全部再生液送完后,树脂层中仍有正在反应的再生液,而树脂层面至计量箱之间的再生液则尚未进入树脂层。为了使这些再生液全部通过树脂层,需用水按再生液流过树脂的流程及流速通过交换器,这一过程称为置换。它实际上是再生过程的继续。置换水一般用配再生液的水,水量一般为树脂层体积的1.5~2倍,以排出液离子总浓度下降到再生液浓度的10%~20%以下为宜。
4)正洗:置换结束后,为了清除交换器内残留的再生产物,应用运行时的进水自上而下清洗树脂层,流速约10~15m/h。正洗一直进行到出水水质合格为止。正洗水量一般为树脂层体积的3~10倍,因设备和树脂不同而有所差别。
5)制水:正洗合格后即可投入制水。
1.2顺流再生离子交换器的工艺特点
1)设备结构简单,运行操作方便,工艺控制容易;
2)对进水悬浮物含量要求不很严格(浊度≤5mg/L);
3)再生度较低的树脂处于出水端,因此出水水质较差;
4)失效后残留再生度较高的树脂正处于再生液排出端,再生时上层再生排出液中大量的失效离子将这部残留再生树脂消耗掉;
5)再生液首先再生较难再生的两价离子,并依次取代,使再生液主要消耗于再生高交换势的离子,因此再生剂用量大,再生度低,导致树脂工作交换容量低。
   鉴于以上工艺特点,这种交换器通常适用于下述情况:①对经济性要求不高的小容量除盐装置;②原水水质较好的情况,以及(Na+/阳)比值较低的水质;③采用弱酸树脂或弱碱树脂时。
2  逆流再生离子交换器
为了克服顺流再生工艺出水端树脂再生度低的缺点,现在广泛采用对流再生工艺,即运行时水流方向和再生时再生液流动方向相对进行的水处理工艺。习惯上将运行时水向下流动、再生时再生液向上流动的对流水处理工艺称逆流再生工艺,采用逆流再生工艺的装置称逆流再生离子交换器;将运行时水向上流动、再生时再生液向下流动的对流水处理工艺称浮床水处理工艺。这里先介绍逆流再生离子交换器。
由于逆流再生工艺中再生液及置换水都是从下而上流动的,如果不采取措施,流速稍大就会发生和反洗那样使树脂层扰动的现象,有利于再生的层态会被打乱,这通常称乱层。若再生后期发生乱层,那么会将上层再生差的树脂或多或少的翻到底部,这样就发挥不出逆流再生工艺的优点。为此,在采用逆流再生工艺时,必须从设备的运行操作采取措施,以防止溶液向上流动时发生树脂乱层。
2.1交换器的运行管理
在逆流再生离子交换器的运行操作中,制水过程和顺流式没有区别。设备再生时,必须保证再生液达到中排装置时失去向上流动的可能。操作是随防止乱层措施的不同而异,主要有顶压和无顶压两种方法,顶压还可分为空气顶压和水顶压。下面将空气顶压再生法和无顶压再生法的操作做简要的介绍。
2.1.1空气顶压再生法
1)小反洗:为了保持有利于再生的失效树脂层不乱,不能象顺流再生那样,每次再生前都对整个树脂层进行反洗,而只对中间排液管上面的压脂层进行反洗,以冲洗掉运行时积聚在压脂层中的污物。小反洗用水为该级交换器的进口水,流速按压脂层膨胀50%~60%控制,反洗一直到排水澄清为止。系统中的第一个交换器,一般为15~20min,串联其后的交换器一般为5~10min。
2)放水:小反洗后,待树脂沉降下来以后,打开中排放水门,放掉中间排液装置以上的水,是压脂层处于无水状态。
3)顶压:从交换器顶部送入压缩空气,使气压维持在0.03~0.05MPa。用来顶压的空气应经除油净化。
4)进再生液:在顶压的情况下,将再生液送入交换器内,控制再生液浓度和再生流速,进行再生。
5)逆流清洗:当再生液进完后,关闭再生液计量器出口门,按再生液的流速和流程继续用稀释再生液的水进行清洗。清洗时间一般为30~40min,清洗水量约为树脂体积的1.5~2倍。
逆流清洗结束后,应先关闭进水门停止进水,然后再停止顶压,防止乱层。在逆流清洗过程中,气压应稳定。
6)小正洗:再生后压脂层中往往有部分残留的再生废液,如不清洗干净,将影响运行时的出水水质。小正洗时,水从上部进入,从中间排液管排出,流速一般阳树脂为10~15m/h,阴树脂为7~10 m/h,时间约5~10min。小正洗用水为运行时进口水。此步也可以用小反洗的方式进行。
7)正洗:最后按一般运行方式用进水自上而下进行正洗,流速10~15m/h,直到出水水质合格,即可投入运行。
8)大反洗:交换器经过多个运行周期后,下部树脂层也会受到一定的污染,因此必须定期的对整个树脂层进行大反洗。由于大反洗扰乱了树脂层,所以大反洗后再生时,再生剂用量应比平时增加50%~100%。大反洗的周期应视进水浊度而定,一般为10~20个周期。大反洗用水为运行时的进口水。大反洗前应进行小反洗,松动压脂层和去除其中的悬浮物。进行大反洗的流量应由小到大,逐步增加,以防中间排液装置损坏。
水顶压法就是用压力水代替压缩空气,使树脂层处于压实状态。再生时将压力0.05 MPa的水以再生流量的0.4~1倍引入交换器顶部,通过压脂层后,与再生废液一起由中间排液管排出。水顶压法的操作与气顶压法基本相同。
2.1.2无顶压再生法
对逆流再生离子交换器再生时,为了保持树脂层稳定,通常采用气顶压或水顶压,这不仅增加了一套顶压设备和系统,而且操作也比较麻烦。研究指出,如果将中间排液装置上的孔开的足够大,使这些孔的水流阻力较小,并且在中间排液装置以上仍装有一定厚度的压脂层,那么在无顶压情况下进行逆流再生操作时就不会出现水面超过压脂层的现象,因而树脂层就不会发生扰动,这就是无顶压逆流再生。无顶压逆流再生的操作步骤与顶压再生操作步骤基本相同,只是不进行顶压。
研究结果表明,对于阳离子交换器来说,只要将中间排液装置的小孔流速控制在0.1~0.15m/s和压脂层厚度保持在100~200mm之间,再生液的上升流速为7m/h以下时不需任何顶压措施,树脂层也能保持稳定,并能达到逆流再生的效果。
无顶压再生法操作如下:
1)小反洗
开启小反洗进水阀门和反洗排水阀门,对中排装置以上的压脂层进行冲洗,以除去进水带入压脂层中的污泥。进水流速一般控制在5~10m/h,以反洗排水不溢出树脂为限,冲洗至排水清澈为止,关反洗排水阀门。小反洗时间一般为15min。
2)放水
小反洗后,待树脂沉降下来后,开启中间放水门,放掉中间排水装置以上的水,使树脂处于无水状态。
3)进再生液和置换
在无顶压情况下,开启再生液阀门和中间排水阀门,将再生液送入交换器内,控制再生液浓度和再生流速。当再生液进完后,关闭再生液计量箱出口门,按再生液的流量用除盐水进行置换,置换时间一般为30~40min。置换结束后,关进水门。
4)小正洗
开启进水阀门和排气阀门,待排气门有水排出时关闭并开启中间排水阀门,从上部进水清洗压脂层中残留的再生费液。小正洗时间5~10min,流速为:阳床10~15m/h,阴床7~10m/h。
5)正洗
开启进水阀门和正洗排水阀门,从上部进水进行清洗,流速控制在10~15m/h,直至出水水质合格,即可投入运行。
6)运行
开启进水门和出水门,即可实现制水。
7)大反洗
交换器运行过若干周期后,下部树脂也会受到一定程度的污染,因此,应定期进行大反洗。开启大反洗进水门和反洗排水门,从交换器下部进水,冲洗树脂层。大反洗流量应从小到大,逐步增加,以防损坏中排装置。大反洗时应控制流量,使树脂膨胀高度至上部视镜为宜,否则流量过大会冲跑树脂。大反洗后再生剂用量应比正常再生时增加50%~100%。
2.2逆流再生离子交换器的工艺特点
与顺流再生工艺相比,逆流再生工艺具有以下优点:
1)对水质适应性强:当进水含盐量较高或比值较大而顺流工艺达不到水质要求时,可采用逆流再生工艺。
2)出水水质好:由逆流再生离子交换组成的除盐系统,强酸H型交换器出水Na+含量低于100µg/L,一般在20~30 µg/L;强碱OH交换器出水SiO2低于100µg/L,一般在10~20 µg/L,电导率通常低于2µs/cm。
3)再生剂比耗低  一般为1.5左右。视水质条件的不同,再生剂用量比顺流再生节约50%~100%,因而排废酸、废碱量也少。
4)自用水率低  一般比顺流的低30%~40%。
但逆流再生设备和运行操作更复杂一些,对进水浊度要求较严,一般浊度应≦2mg/L,以减少大反洗次数。
3  分流再生离子交换器
分流再生工艺又称顺逆流再生或双流再生工艺,其交换器结构和逆流再生离子交换器基本相似,只是将中间排液装置设置在树脂层表面下400~600mm处,不设压脂层。
3.1工作过程
分流再生离子交换器和逆流再生离子交换器的工作过程大体相同,树脂失效后,先进行上部反洗,然后再生。反洗时水由中间排液装置进入,由交换器顶部排出,使中排管以上的树脂得以反洗。再生时再生液分两股,小股自上部,大股自下部同时进入交换器,废液均从中间排液装置排出。置换与进再生液相同。运行时水自上而下流过整个树脂层。
3.2工艺特点
1)分流再生流过上部的再生液可以起到顶压作用,所以无需另外用水或空气顶压,中排管以上的树脂起到压脂层的作用,并且也能获得再生,所以交换器中树脂的交换容量利用率较高;
2)尽管每周期对中排管以上树脂进行反洗,但中排管以下树脂层仍保持着逆流再生的有利层态,所以可取得较好的再生效果;
3)用硫酸进行再生时,这种再生方式可以有效地防止硫酸钙沉淀在树脂层中析出。因为分流再生时,可以用两种不同浓度的再生液同时对上、下树脂层进行再生,由于上部树脂层主要是钙型树脂,最易析出硫酸钙沉淀,为此可用较低浓度的硫酸以较高流速进行再生除去钙离子,加之含有钙离子的水流经树脂层距离短,可防止硫酸钙沉淀在这一层树脂中析出。
4  浮床
浮床式离子交换器一般简称浮床。浮床运行时水流自下而上,同时将整个树脂层托起,离子交换反应是在水向上流动的过程中完成。树脂失效后,停止进水,使整个树脂层下落,再生时,再生液流动方向自上而下。
4.1浮床的运行管理
4.1.1浮床的运行过程
制水→落床→进再生液→置换→下流清洗→成床、上向流清洗,再转入制水。上述过程构成浮床的一个运行周期。
1)落床:当运行至出水水质达到失效标准时,停止制水,靠树脂本身重力从下部起逐层下落,在这一过程中同时还起到疏松树脂层,排除气泡的作用。
2)进再生液:一般采用水射器输送。先启动再生专用水泵(也称自用水泵),调整再生流速;再开启再生计量箱出口门,调整再生液浓度,进行再生。
3)置换  待再生液进完后,关闭计量箱出口门,继续按再生流速和流向进行置换,置换水量约为树脂体积的1.5~2倍。
4)下流清洗:置换结束后,开清洗水门,调整流速至10~15m/h进行下流清洗,一般需15~30 min。
5)成床 、上流清洗:用进水以20~30m/h的较高流速将树脂层托起,并进行上流清洗,直至出水水质达到标准时,即可转入制水。
4.1.2浮床树脂的体外清洗
由于浮床内树脂是基本装满的,没有反洗空间,故无法进行体内反洗。当树脂需要反洗时,需将部分或全部树脂移至专用清洗装置内进行清洗。经清洗后的树脂送回交换器后再进行下一个周期的运行。清洗周期取决于进水中悬浮物含量的多少和设备再工艺流程中的位置,一般是10~20个周期清洗一次。清洗方法有下述两种:
1)水力清洗法  它是将约一半的树脂输送到体外清洗罐中,然后在清洗罐和交换器串联的情况下进行水反洗,反洗时间通常为40~60 min。
2)气—水清洗法  它是将树脂全部送到体外清洗罐中,先用净化的压缩空气擦洗5~10 min,然后再用水以7~10m/h流速反洗至排水透明为止。该法清洗效果好,但清洗罐容积要比交换器大一倍左右。清洗后的再生,也应象逆流再生交换器那样增加50%~100%的再生剂用量。
4.2浮床的工艺特点
1)浮床成床时,为了使成床保持原床层状态,水流不宜缓慢上升,应使其流速突然增大。在制水过程中,应保持足够的水流速度,不得过低,以避免出现树脂层下落的现象。为了防止低流速时树脂层下落,可在交换器出口设回流管。此外,浮床制水周期中不宜停床,尤其是后半周期,否则会导致交换器提前失效。
2)由于浮床制水时和再生时的液流方向相反,因此,与逆流再生离子交换器一样,可以获得较好的再生效果,再生后树脂层中的离子分布,对保证运行时出水水质也是非常有利的。
3)浮床除了具有对流再生工艺的优点之外,还具有水流过树脂层时压头损失小的特点。这是因为它的水流方向和重力方向相反,在相同流速条件下,与水流从上至下的流向相比,树脂层的压实程度较小,因而水流阻力也小,这也是浮床可以高流速运行和树脂层可以较高的原因。
4)浮床体外清洗需增加设备和操作操作更为复杂,为了不使体外清洗次数过于频繁,因此对进水浊度要求严格,一般应≤2mg/L。
5  双层床/双室床
双层床和双室床都属于强、弱型树脂联合应用的离子交换装置,是将强型和弱型两种离子交换树脂放在同一个交换床内的水处理设备。
5.1双层床
在复床除盐系统中的弱型树脂总是与相应的强型树脂联合使用,为了简化设备可以将它们分层装填在同一个交换器中,组成双层床的形式。装填弱酸性阳树脂和强酸性阳树脂的称阳双层床,装填弱碱性阴树脂和强碱性阴树脂的称阴双层床。
在双层床离子交换器中,通常是利用弱性树脂的比重比相应的强型树脂小的特点,使其处于上层,强型树脂处于下层。在交换器运行时,水的流向自上而下先通过弱型树脂层,后通过强型树脂层;而再生时,再生液的流向自下而上先通过强型树脂层,后通过弱型树脂层。所以,双层床离子交换器属逆流再生工艺,具备逆流再生工艺的特点。
双层床的特点及注意事项:
①双层床充分发挥了弱型树脂工作交换容量高、再生比耗低、周期制水量大,以及强型树脂能确保出水质量的特点,对高含盐量的原水处理具有独特的优势;
②阳双层床再生时,弱酸树脂层出现大量钙离子。当用硫酸再生时,为防止硫酸钙沉淀析出,必须采用分步再生;
③阴双层床再生时,弱碱树脂层出现大量硅酸根离子。为防止胶硅析出,再生碱应加热至40℃左右,并采用先稀后浓(先1%后2%~3%),先高速后低速(先5m/h后3m/h)的再生法。
④当原水水质变化时,两种树脂的负担就发生变化,这会使双层床提前失效或降低经济性。可根据原水水质变动,对强弱树脂比例作相应调整。
⑤双层床中的弱、强两种树脂虽然由于密度的差异,能基本做到分层,但要做到完全分层是很困难的。如强弱两种树脂再生后反洗分层不好,混层范围大,则混入强型树脂层中的弱型树脂不能充分发挥交换作用,混入弱型树脂层中的强型树脂得不到有效再生,都会影响周期制水量和出水水质,会直接影响运行的经济性。
5.2双室床
为克服双层床中强弱两种树脂混脂的缺点,在双层床交换器中加一块多孔板将交换器分隔成上、下两室,弱、强树脂各处一室,强型树脂在下室,弱型树脂在上室,这样就避免了因树脂混层带来的问题。
双室双层床是上、下两室间通常装有带双向水帽的多孔板,以沟通上、下室的水流。为了防止细碎的强型树脂堵塞水帽的缝隙,可在强型数脂的上面填充密度小而颗粒大的惰性树脂层。在此种设备中,由于下室中是装满树脂的,所以不能在体内进行清洗,需另设体外清洗装置。双室双层床的运行和再生操作与双层床相同。
6  满室床
所谓满室床就是交换器内装满树脂。可以是单室满室床或双室满室床,其结构类似普通浮床和双室双层浮床。满室床系统是由满室床离子交换器和体外树脂清洗罐组成。
满室床运行时,水流由下而上流经树脂层的过程中完成交换反应,处理后的水由顶部出水装置引出。再生前先将树脂层下部约400mm高度的树脂移入清洗罐中进行清洗,清洗后的树脂再送回满室床树脂层的上部。后续的再生、置换、清洗等步骤与浮床相同。
满室床的工艺特点是:
1)交换器内是装满树脂的,没有惰性树脂层。为防止细小颗粒的树脂堵塞出水装置的网孔或缝隙,采用了均粒树脂。由于没有惰性树脂层,因此增加了交换器空间的利用率。
2)树脂的这种清洗方式有以下优点:清洗罐体积可以很小,清洗工作量小;基本上没有打乱有利于再生的失效层态,所以每次清洗后仍按常规计量进行再生;在树脂移出或移入的过程中树脂层得到松动。
3)满室床的运行和再生过程与浮床一样,因此具有对流再生工艺的优点。但这种床型要求树脂粒度均匀、转型体积改变率小以及较高的强度,并要求进水悬浮物含量小于1mg/L。
7  混合离子交换器
7.1混床工作原理
混合离子交换器简称混床,它是将阴、阳两种离子交换树脂按一定比例混合装填于同一交换床中,在运行前,先把它们分别再生成OH型和H型,然后用压缩空气混合均匀后再投入制水。由于运行时混床中阴、阳树脂颗粒互相紧密排列,所以阴、阳离子交换反应几乎是同时进行的,因此经阳离子交换所产生的氢离子和经阴离子交换所产生的氢氧根都不会积累起来,而是立即生成水,基本上消除了反离子的影响,因此交换反应进行彻底,出水水质好。常用在串接在一级复床后用于初级纯水的进一步精制,处理后的纯水可作为高压及以上锅炉的补给水。
混床失效后通常采用体内再生法。再生时首先利用失效时两种树脂的比重不同,用反洗的方法使阴、阳树脂彻底分离,阳树脂沉在下面,阴树脂浮在上面,然后阳树脂用盐酸再生,阴树脂用烧碱再生。再生技术的关键有两点:一是两种树脂应彻底分离;二是两种再生剂应彻底隔离。这对于常用体内再生混合床是比较困难的,主要原因有:a.树脂粒度选择不合理,树脂颗粒在使用中发生破碎,树脂因污染密度发生变化等均会造成分层不彻底;b.体内再生混床的中排位置不会正处于两种树脂界面线上,即使新装树脂能达到这一要求,也会因树脂体积变化或树脂的损失而使树脂分界面偏离中排;c.阴树脂卸脂口不处在两种树脂界面线上或水力卸脂时不能按界面划分两种树脂。
7.2混合床的运行操作
1)反洗分层
开启排气阀门和反洗进水阀门,缓慢开启反洗排水阀门,待空气排尽后关排气阀门。反洗水从反洗进水阀门流入,从反洗排水阀门流出。开始反洗时流速宜小,待树脂层松动后,逐步加大流速,直至全部床层都能松动,此时流速大约为10m/h,阳树脂的膨胀率应达到50%以上,阴树脂层的膨胀率应达到70%以上,这样经过10~15min,就可使阴、阳树脂分开。
2)再生和置换
反洗分层后,开启排气门、正洗排水门,放水至阴树脂层表面上约200mm处。关闭正洗排水门、排气门,开启进碱门,中间排水门,从上部进碱再生阴树脂,然后关闭碱计量箱出口阀,让清水对阴树脂进行清洗。开启进酸门,从下部进酸再生阳树脂,然后关闭酸计量箱出口阀,让清水对阳树脂进行清洗,清洗结束后,关闭进碱门、进酸门。
3)正洗
开启排气阀门和进水阀门,待空气排尽后关闭排气门,开正洗排水阀门。正洗30min左右后,测出水电导率,待电导率小于10µs/cm时,停止正洗,关进水阀门和正洗排水阀门。
4)阴、阳树脂混合
开启正洗排水门,把交换器中的水面降低到阴树脂层表面上100~150mm,然后关闭正洗排水门,打开排气门和进压缩空气门,从下部通入压力为0.1~0.15Mpa,经净化的压缩空气1~5min,树脂层被搅匀后,开启正洗排水门,关闭进气门,快速排水,迫使树脂层迅速沉降,树脂沉降完毕,关闭正洗排水门。
5)大反洗
开启进水阀门,待排气门有水排出时,关闭排气门,开启正洗排水阀门,正洗流速在25~50m/h,自上而下进行整体冲洗。正洗20min左右后,检测排水电导率,待电导率小于0.2µs/cm,二氧化硅小于20PPb时,停止正洗,关进水阀门和正洗排水。.
混床运行中需要注意的几个问题:
a)阳、阴树脂的分层操作要控制好
阳、阴树脂分层的好坏是混床再生操作的关键。目前大都采用水力筛分的方法,即借助反洗水将树脂悬浮起来,当其达到一定膨胀高度后,停止反洗,同时进行大排水,使树脂尽快沉降下来,由于阳树脂密度较大,沉于阴树脂的下面。
b)阳、阴树脂要混合均匀
若再生后的阳、阴树脂混合不均匀,会引起沉积在交换器下部的阳树脂缓慢地释放出残余再生液,使混床投运后产生酸性水。
8  除碳器
8.1除CO2原理
水中的碳酸、二氧化碳有下式的平衡关系:
          H++HCO-3 →H2CO3 →CO2↑+H2O
由上式可知,水中H+浓度越大,平衡越易向右移动。经H+交换后的水呈强酸性,因此水中碳酸化合物几乎全部以游离CO2形式存在。
CO2气体在水中的溶解度服从于亨利定律,即在一定温度下气体在溶液中的溶解度与液面上该气体的分压成正比。所以,只要降低与水相接触的气体中CO2的分压,溶解于水中的游离 CO2便会从水中解吸出来,从而将水中游离CO2除去。除碳器就是根据这一原理设计的,降低气体分压的办法:一是在除碳器中鼓入空气,即大气式除碳;另一办法是从除碳器的上部抽真空,即为真空式除碳。
8.2除碳器工作过程
电厂补给水处理系统常用大气式除碳器。水从除碳器上部进入,经布水装置淋下,通过填料层后,从下部排入水箱。用来除CO2的空气是由风机从除碳器底部送入,通过填料层后由顶部排出。在除碳器中,由于填料的阻挡作用,经H交换处理的水在下落的过程中被分散成许多小股水流或水膜,增大了空气与水的接触面积。由于空气中的CO2的量很少(约为0.03%),所以分压很小,所以当空气和水接触时,水中的CO2便会逸出并被空气流带走。在正常情况下,阳床出水通过除碳器后,可将水中的CO2含量降至5mg/L以下。
8.3影响除CO2效果的因素
当处理水量、原水中碳酸化合物含量和出水中CO2要求一定时,影响除碳效果因素有:
1)水温
除CO2效果与水温有关,水温越高,CO2在水中溶解度越小,因此除去的效果也就越好。
2)水和空气的流动工况和接触面积
水和空气的逆向流动以及比表面积大的填料能有效的将水分散成线状、膜状或水滴状,从而增大了水和空气的接触面积,也缩短了CO2从水中析出的路程和降低了阻力。
3)风压和风量
风机的风量和风压是根据处理水量、填料类型等因素决定的。通常,当用φ25×25×3瓷环作填料、在淋水密度为60m3/(m2·h)时,每处理1m3水需空气量为30~50m3,风水比低于上述数值时,会影响除碳效果。填料层阻力通常为200~400Pa/m,当选用用轻质的φ50mm塑料多面空心球时可降至120~140Pa/m。
9  连续电去离子(EDI)
9.1 EDI工作原理
EDI(Electrodeionization)是一种不耗酸、碱而制取纯水的新技术,又称“填充床电渗析”。它是将传统的电渗析技术和离子交换技术有机地结合起来,既克服了电渗析不能深度除盐的缺点,又弥补了离子交换不能连续制水、需要用酸碱再生等不足。EDI适用于处理反渗透出水等低含盐量水,其产水水质满足锅炉用水对电导率、硬度和硅等要求。
EDI除盐机理主要有两种理论:一种说法是利用离子交换原理除去水中离子,利用水在直流电能的作用下分解产生H+和OH-去再生混合离子交换树脂,从而实现在通电状态下,连续制水、再生;另一种理论是在电场作用下,纯水里离子在树脂相的迁移速率要比水中高2~3个数量级,阴、阳离子会与树脂颗粒不断发生交换过程而构成“离子迁移通道”,即阴、阳离子主要通过树脂相迁移至阳膜和阴膜而进入浓水室。
EDI装置包括膜堆、直流电源、控制保护等设备。膜堆由淡水室、浓水室和电极室组成,见图2-1。淡水室内填充常规混合离子交换树脂,给水中离子由该室除去;淡水室和浓水室之间装有阴离子交换或阳离子交换膜,淡水室中阴(阳)离子在两端电极作用下不断通过阴(阳)离子交换膜进入浓水室;H2O 在直流电能作用下可分解成H+和OH-,使淡水室中混合离子交换树脂经常处于再生状态,因而有交换容量,而浓水室中浓水不断地排走。因此,EDI 在通电状态下,可以不断地制出纯水,其内填的树脂无需使用工业酸、碱进行再生。EDI 的每个制水单元均由一组树脂、离子交换膜和有关的隔网组成。每个制水单元串联起来,并与两端的电极组成一个完整的EDI设备。

图2-1  EDI工作原理图
9.2 EDI产品的应用
EDI装置通常用于处理反渗透出水,用于制备超纯水。EDI对进水含盐量、弱电解质含量要求比较严格,主要是因为EDI对弱电解质的脱除能力受限于这些物质在水中电离度的大小。EDI要求进水硬度小于1.0mg/L(CaCO3),当原水硬度不能满足该要求时,可以使用钠离子软化器等工艺去除硬度。
目前世界上主要由美国Ionpure、GE、Omexell等大公司占领市场。GE的膜堆在淡水室中填充了阴、阳离子交换树脂,并在浓水室中设置了浓水循环系统,一方面可通过增加浓水室的电导率以减小浓水室电阻,另一方面浓水室保持较高的流速增强混合效果以减少结垢的可能,浓水中的离子通过从循环回路排出一部分以达到盐量平衡。Ionpure公司的膜堆与其他公司不同之处在于将浓水室中也填充了离子交换树脂,通过树脂的导电能力维持装置电流,系统较为简化,不需要加入NaCl维持浓水室的电导率,也不需要使用浓水循环泵。
9.3 EDI与传统混床的比较
EDI与传统混合离子交换技术相比,具有以下特点:
a)能够连续运行,不需要因为再生而备用一套设备;
b)模块化组合方便,运行操作简单;
c)水回收率高,EDI的浓水可以回收至反渗透进水;
d)占地面积小,不需要再生和中和处理系统;
e)运行费用低,不使用酸碱。

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