离子交换器失效控制

离子交换器失效控制

高平

摘要：阐述了离子交换器的原理，水处理的控制和改进方法。 关键词：水处理，离子交换，水质

Abstract： It is said that the Principle of Lonic exchange Equipment ,the

con trol of Water treatme nt and Improvied Water treatme nt.

Key words: Water treatment, Lonic exchange , Water quality

刖言

离子交换除盐水处理最简单的流程为

阳床-阴床组成的一级复床除盐系统。

阳床、（除

有的一级复床除盐系统采用单元制，即每套一级复床除盐系统包括

碳器）、阴床各一台，在离子交换除盐运行过程中，无论是阳床还是阴床先失效， 都是同时再生；还有的一级复床除盐系统采用母管制， 即阳床与阳床或阴床与阴 床是并联运行的，哪一台交换器失效就再生哪一台。

1检测和控制原理

强酸性阳树脂对水中各种阳离子的吸附顺序为： Fe3+>AI3+>ca+>Mg+>Na>H.； 由此可知，水中金属离子Na+被吸附的能力最弱，所以当离子交换时树脂层的各 种离子吸附层逐渐下移，H+.最后被其他阳离子置换下来，当保护层穿透时，首 先泄漏的是最下层的Na+因此监督阳离子交换器失效是以漏钠为标准的；其反 应方程为（A代表金属阳离子,R为树脂基团）：

A +n RH=RA+n H

n+

+

HCO + H + =H2O+C砂

强碱性阴树脂对水中各种阴离子的吸附顺序为：

2

SO>NO>C「>O\"HCO>HSiO。由此可知，HSiQ的吸附能力最弱，所以当离子 交换

---

时树脂层的各种离子吸附层逐渐下移， OH.被其他阴离子置换下来，当保护 层穿透时，首先泄漏的是最下层的 HSiQ ;因此监督阴离子交换器失效是以漏硅 为标准的；其反应方程为（B代表酸根阴离子，R为树脂基团）：

B +mROH=R+mOH

m- -

2控制点和控制方法

由于母管制系统包含了单元制系统，而且它具有能充分使用树脂、提高交换 器的出水能力、降低酸碱消耗等优点，我们在研究中主要讨论以这种结构为基础 的离子交换除盐水处理系统。

以成都生物制品研究所蛋白分离车间纯水站为例，该系统为母管制水处理系 统，系统的结构为：砂滤-活性炭过滤-粗滤-阳床-一阴-二阴-混床-精滤-纯水 罐，系统产水能力为5 t/h，在系统的失效控制研究中，我们提出单元失效控制 概念，也就是充分利用了母管制制水系统的优点对系统进行失效控制。

以下是该车间第一套水处理器的一阴（即1.1阴）在一个运行周期中的 部

分数据：

表1 一阴运行周期中的部分数据

供水离子柱 电导率（卩S/cm）供水离子柱 电导率（卩S/cm）

1.1 阳-1.1 阴 2.1 阳-1.1 阴 ：4.99 3.00 ；4.47 ；3.05 3.59 [3.09 3.30 2.57 3.27 3.30 ：2.57 3.27 2.22 ：3.26 1.1阳床失效 4.93(4.05) 3.15 3.52 2.89 3.44 3.802.28 3.82 2.16 3.68 2.03 3.13 5.12 1.1阴床失效

以上数据均为车间实际运行记录数据，1.1阴出水供给1.2阴后出水电导率保证 在3卩S/cm以下,结合末级混床,最终出水水质一直保持在0.1卩S/cm - 0.5卩 S/cm。根据以上数据和该车间纯化水检测报告，我们进行标准化处理（ 25度， 不间断运行）后，绘制了三种情况下的水质曲线图（分别如下）：

图1阳床出水水质

图2阴床出水水质

- --■

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圈缶躺送签时阴床出水水战

从图2、图3可见：

（1） RC对各有机溶质的去除率大于 NF膜。（2）不同有机溶质 的去除率不相同，有的甚至相差很大（例如， RC和NF膜对乙酸的吸 光度去除率分别为95.34%、81.45%,而对苯胺的吸光度去除率则分

别为 61.50% 46.82%）。

3出水水质

原水经一级复床除盐后，电导率（25°C）低于10^ S/cm,水中硅含量低于 100 卩 g/L。

3.1阳床出水水质

图1中b点以前三条曲线都迅速下降，表明离子交换器中树脂再生后，正 洗时出水中各种杂质的含量（酸度、钠离子浓度和硬度）都迅速下降，当出水水 质达到一定的标准（如b点）时就可以投入运行。所以，在 ba段运行期间，阳 床出水呈酸性，而且基本呈缓慢变化趋势。运行至a点时，阳床开始有阳离子穿 透，根据离子交换活性知道，最先泄漏出的是钠离子；在除盐系统中，为了除去

水中H+以外的所有阳离子，强酸性离子交换器必须在有钠泄漏时停止运行 （一般 此时出水的酸度接近中性），并进行再生，如图1的a点位置，此点为钠离子穿 透点。

3.2阴床出水水质

由于离子交换除盐系统中阴床始终是阳床的后级， 所以阴离子交换器的水质 变化分两种情况：

① 阳床正常运行时，阴床先失效时的阴床出水水质

阴床出水水质见图2, b点以前几条曲线迅速下降，表明再生后正洗时，水 中杂质迅速下降直至达到运行的出水水质标准，

ba区间为稳定交换运行期，出

水水质的pH值为7-9，电导率＜5卩S/cm,含硅量（以S© 计）为20-50卩g/L。 运行至a点后，阴床开始失效，但阳床仍在正常运行。此时，阴床由于酸泄漏， 故PH值下降；与此同时，阴床出水中的硅含量和电导率增加。

② 阳床先失效时，阴床出水水质

如图3复床系统运行到a点，阳床开始失效，但阴床仍在正常运行。此时阳 床漏出的Na+流经阴床，在阴床的出水中含有 NaOH使阴床出水PH值升高，并 对强碱性阴树脂对HSiQ-的吸附产生干扰作用，使出水的含硅量增加，其反应 为：

RHSiO3+NaOH=ROH+NaHSiO3

4改进方法

（1）当阳床接近失效时，水中Na+的含量逐渐增加，从而影响阴离子交换器， 在对纯化水水质要求不是很高时（如医药行业等），可以通过控制阳床出水的酸 度（母管制）和阴床的出水电导率（一级复床）来控制阳床的失效。由于阳床产

水中溶解有C02，未经过排除进入阴床，在阴床中与 0H-反应，影响阴床处理 能力，因此，可以在阳床和阴床之间加装除碳器。

(2) 由于HCO3-—般在阳床中已经去除，加之电导率对 0H较敏感，因此在 对于对将硅作为非检测项目的行业 (如医药行业等)，可以通过检测阴床的出水 电导来控制阴床的失效。

(3) 离子交换的硅泄漏是世界性的难题，实践证明：采用 床的离子交换系统对于控制硅泄漏十分有效。

阳床+双阴床+混

参考文献

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[2] 中华人民共和国国家标准，GB/T11446.1-1997，《电子级水规格和实验

方法》

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