浅谈离子交换器逆流再生技术

史欣欣

摘要：在电厂化学水处理中，随着生产技术的发展，原有的固定床正流再生离子交换器因工艺落后，已被淘汰，取而代之的是逆流再生离子交换器。这种离子交换器无论运行制水，还是再生还原，其离子交换反应均朝各自的正反应顺序进行，把反离子影响减小到最小程度。同时，交换过程的“钩出”作用使制水质量获得改善，提高树脂再生度。因此逆流再生在现代水处理中具有十分广阔前景。本文对逆流再生工艺及离子交换器逆流再生技术进行分析。

关键词：离子交换器；逆流再生技术；优点

1、逆流再生工艺

逆流再生工艺即再生时再生液的流向与运行时水的流向相反。这种方法再生时，再生液均可以充分发挥他们的作用，因再生液首先接触失效程度最低的树脂层，从而获得更高的再生度，而且出水最后通过再生程度最好的交换剂层，保证了水质品质。

以氢离子交换为例：在氢同Na+的交换过程中，一般是按照下列反应式进行的：

式中：H++Na+-溶液中阳离子总浓度（mmol/L），以S表示；RH+RNa-交换剂中离子浓度（mmol/L），以CE表示。

化學平衡常数K表示如下式：

若以T=[RH]/CE代表交换剂的再生度，即在交换剂离子总浓度中H+浓度的百分数，则在除盐过程中，漏钠量同下式有关：

2、逆流再生的优点

2.1再生耗水率小

采用逆流再生以后无须每一周期进行大反洗，一般在15～20周期以后才进行大反洗。因此可以降低再生用水量达50%左右。

2.2出水水质好

逆流再生由于树脂的再生度越往下越高，而且层次清楚。含盐量大的水进入交换器内，自上而下地流动，首先接触到上层再生度较低的交换剂，到最后较纯的水接触再生度高的树脂，从而使水质进一步提高。顺流再生时，一般残留硬度为5～10mmol/L，逆流再生可降到接近于零的水平，并提高了周期制水量。

2.3对原水水质的适应范围大

逆流再生钠离子交换器出水硬度一般小于0.005mmol/L，相当于顺流再生两级钠离子交换的水质。当原水水质很差时，顺流再生工艺由于存在反离子作用，不能制出合格的水，但逆流再生工艺仍可适用，可以制出合格的水。

2.4再生液利用率高，再生比耗低

逆流再生离子交换器失效时，树脂层中离子分布状态与顺流再生时是相同的，然而因工艺不同，逆流再生时再生液自下而上的流过树脂层，使保护层中没有失效的树脂仍然保留原有型态，所以，上一周期残留的交换容量仍然保留在树脂层中而不被排代。由于树脂层态未被搅乱，这一层态分布满足了逐层排代的有利再生条件，从而提高了再生效率。

2.5废液浓度低

采用逆流再生后，再生剂耗量显著降低，且持续时间也短，因而减少了三废的影响，如图1、图2所示。

3、离子交换器逆流再生技术

3.1逆流置换

当进完再生液后，树脂层中的再生液正在进行离子交换反应，为了让再生管道系统中的再生液按照原流速流过树脂层，置换环节必不可少，置换水量约为树脂体积的2倍。操作时，等到进酸（碱）结束后，关闭酸（碱）计量箱出口阀，维持原再生流速置换30min后，关闭再生泵出口阀，停再生水泵，关闭喷射器进水阀、阳床（阴床）进酸（碱）阀、顶压进水阀和中间排水阀。

3.2小正洗

小正洗的作用是冲洗干净压脂层中残留的再生液，从而确保离子交换器投入运行后的出水水质。操作时，开启阳床（阴床）运行进水阀、放空阀，待放空阀出水后关闭，开中间排水阀，由上而下进行系统正洗，控制流量在65（75）m3/h，时间大约为15min，出水合格以后，关闭运行进水阀、中间排水阀，将离子交换器投入运行或进入备用状态。

3.3顶压

逆流再生离子交换器一般均设有压脂层。压脂层的作用，一是滤掉水中的悬浮物，使它不进入下部树脂中，这样便于将其洗去而又不影响下部的树脂层态；二是可以使顶压空气或水通过压脂层均匀地作用于整个树脂层表面，从而起到防止树脂向上串动或松动的缓冲作用。该单位离子交换器设计采用水顶压，在进再生液之前，先将顶压水送入，并保持顶压水流量为再生液流量的1～1.5倍。操作时，开启顶压进水阀和中间排液阀，按照规程要求启动再生水泵，并使床内压力控制在0.05MPa左右，顶压水流量为5m3/h。

3.4小反洗

小反洗指逆流床在再生前，从中间排水装置引入，从上部进水装置排出，对压脂层进行的冲洗。小反洗的目的一是松动树脂层，二是清除树脂层中的悬浮物和碎树脂，最终提高树脂的再生效果。在实际运行中，每次再生前为保持交换剂床层不乱层，一般仅进行小反洗，即只进行中间排水装置以上压脂层的反洗，反洗水从中间排水装置进入离子交换器，从顶部排出。操作时，开启并调节阳床（阴床）的反洗进水阀、反洗出水阀，待出水清澈后，关闭反洗进水阀、反洗出水阀。操作中反洗流量的控制以出水不跑树脂为原则，反洗时间约为30分钟。

3.5进再生液

树脂的再生是离子交换器运行中最重要的一个环节，是将适当浓度的再生液（酸或碱）以适当的流速自下而上均匀地流过树脂层，用氢离子或氢氧根离子交换出树脂基团上的阳离子或阴离子，使失效树脂恢复交换能力。操作时，打开阳床（阴床）进酸（碱）阀、酸喷射器进水阀，打开并调节酸（碱）计量箱出口阀，使再生液浓度为3%左右，维持床内压力约为0.05MPa，再生液的流量控制在9（13）m3/h左右，进再生液的时间约为30min。

4、结语

通过以上对固定床离子交换器逆流再生技术的浅析，该工艺的优点突出，在锅炉水处理技术中是一项投入少、见效快，值得向公司相关企业推广的较先进的技术。对降低公司消耗，提高效益具有明显的经济意义和现实意义。

参考文献：

[1]张晋，叶春松等.《离子交换树脂逆流再生工艺优化研究》[J].中国电力，2003，36（12）：23.

[2]空气顶压逆流再生阳离子交换器还原故障分析及应对措施[J].马连凤，吴玉娟，许磊.化工管理.2016（15）.

（作者单位：山西平朔煤矸石发电有限责任公司）