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离子交换软化系统设计导则及数量的计算
1、水的软化系统
(1)钠离子交换系统
①钠离子交换系统的特点 通过钠离子交换软化的水质具有下列两个特点:
a.水中所有钙、镁离子转化为2倍摩尔质量的钠离子,使交换后水中总含盐量略有提高,交换后水中的总含盐量可按下式计算:
C0=K+Na+1.15Ca+1.89Mg+CA (8-21)
C0——经过钠离子交换后水中的总含盐量,mg/L;
K、Na、Ca、Mg——进水中相应的离子含量,mg/L;
CA——进水中阴离子总量,mg/L;
1.89、1.15——换算系数(1.15==,1.89==)。
b.阴离子成分没有变化,其值与原水阴离子含量相等,碱度亦不变化。
②钠离子交换系统的主要类型
a.单、双级钠离子交换软化系统 单、双级钠离子交换软化系统可以用顺流再生、逆流再生固定床和浮动床等床型组成。
b.石灰-纳离子交换系统 本系统的化学反应方程式如下。
投加石灰除去碳酸盐硬度及碱度:
Ca(HCO3)2+Ca(OH)2 2CaCO3 +2H2O
钠离子交换除去残余碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度:
2RNa+CaCl2 R2Ca+2NaCl
采用石灰加镁剂处理主要是为了增加系统的除硅能力。
(2)常用氢-钠离子交换系统
①氢-钠并联软化水系统 一般有下列两种组合方式:
氢离子交换柱
进水 混合 除二氧化碳器 软化水
钠离子交换柱
氢离子交换柱
进水 混合 除二氧化碳器
钠离子交换柱
二级纳离子交换器 软化水
两种组合方式的区别仅在于是否设置二级钠离子交换柱。二级钠离子交换柱可以防止由于短时间内混合比例失控或进水水质发生变化等原因导致的系统出酸性水,还可以进一步降低出水的残余硬度。氢-钠并联系统运行水量分配按正式计算:
QNa=()Q (8-22)
QH=()Q (8-23)
式中 Q——处理水流量,m3/h;
Q Na——通过钠离子交换的水量,m3/h;
QH——通过强酸氢离子交换器的水量,m3/h;
A1——原水的碱度,m3/h;
AC——处理后混合水的碱度,一般为0.35~0.5mmol/L;
S1——原水中强酸根含量,mmol/L。
氢-钠并联软化水系统的交换柱可能用逆流再生固定床、顺流再生固定床、浮动床等床型配备,用磺化煤(需用足量酸再生)或强酸性阳树脂装填。
氢、钠离子交换柱的出水,在进入除二氧化碳器前必须混合,混合设备一般用管式压力混合器。
氢-钠并联软化水系统出水的残余碱度AC一般不宜小于0.5mmol/L,且需用工业酸度计连续监测软化水的PH值,严格防止系统出酸性水,避免给后续用水设备带来危害。
②氢-钠串联系统
a.不足量酸再生(磺化煤)氢-钠串联系统 用不足量酸再生磺化煤 是充分利用磺化煤中羧酸(COOH)基团的氢离子交换能力,去除进水中的碳酸盐硬度,同时使生成的二氧化碳自水中脱除,再经钠离子交换去除水中非碳酸盐硬度及氢离子交换后残余的碳酸盐硬度,使出水软化、脱碱,又部分降低含盐量。
b.弱酸树脂氢-钠串联系统 弱酸树脂的COOH基团对水中的碳酸盐硬度有较强的交换能力,其反应如下:
2RCOOH+Ca(HCO3)2 R(COO)2Ca+2H2O+CO2
2RCOOH+Mg(HCO3)2 R(COO)2Mg+2H2O+CO2
弱酸树脂对水中非碳酸盐硬度和中性钠盐基本上无交换能力,其交换生成物抑制了交换反应的继续进行。通过弱酸氢离子交换,去除水中的碳酸盐硬度,同时使碱度生成二氧化碳自水中脱除,再经钠离子交换去除水中的非碳酸盐硬度和残余碳酸盐硬度。其工作原理、出水水质、软化水总含盐量计算、交换柱的计算负荷等均与不足量酸再生(磺化煤)氢-钠串联系统相同。
③强酸氢-钠串联系统 利用强酸氢离子交换对所有阳离子均有较强交换能力和出水呈较强酸性的特点,与钠离子交换组成强酸氢-钠串联系统,其原则流程如下:
进水 强酸氢离子交换 混合 除二氧化碳器
钠离子交换 软化水
通过强酸氢交换器的水量可按正式计算:
QH=×Q1 m3/h (8-24)
式中 HZ——原水中碳酸盐硬度,mmol/L;
AC——处理后混合水的碱度,一般为0.35~0.5,mmol/L;
Q1——处理水流量,m3/h;
S1——原水的强酸根含量,mmol/L。
此系统可用于水的软化、脱碱处理,出水总含量也部分降低。当进水水质组分发生变化或混合比例失调时,此系统除二氧化碳器极易出酸性水,甚至导致系统输出酸性软化水。为了保证系统的安全运行,此系统出水残余碱度控制指标不应低于0.5mmol/L
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