(新疆奎屯热电厂二厂 新疆省伊犁州奎屯市 833200)
摘要：文章从浮动床的特点，浮动床的工作原理，浮动床本体结构，工艺流程，工艺特性五方面来介绍。
关键词： 浮动床； 离子交换；水质分析
浮动床离子交换水处理再生过程中, 不存在反离子污染问题, 且出水质量好, 再生剂耗量低, 废液排放少。提高了再生效果，降低了再生剂的消耗。
一、浮动床的特点
浮动床是属于逆流交换的一种床型，它同样符合逆流再生理论的一般规律，它还具有以下特点:
1、水质好，单室阳、阴浮动床后的除盐水质比顺流再生固定床除盐水质要好
2、出力大，阻力小，顺流再生固定床的运行流速常控制为15 ～ 20 m/h，而浮动床的运行流速可达50 m/h． 由于被交换水是从浮动床下部向上流动的，即被交换水先进入颗粒较大的树脂层，水流可顺畅地向上流动．
3、再生剂用量少，能获得高再生度的保护层． 顺流再生固定床的酸比耗( HCl 作再生剂) 为1．5 倍，碱比耗( NaOH 作再生剂) 一般为1.5 倍，而单室阳浮动床酸比耗只有1.1～ 1.2倍，单室阴浮动床碱比耗只有1.1 ～ 1.2 倍． 由于浮动床在运行时被交换水是自下而上流动，再生时再生液是自上而下流动，上层的离子交换树脂吸附的被交换离子少，而每次再生时都是接触的新鲜再生液，因此它能获得较高的再生度． 这层高再生度的树脂在运行过程中完全达到了保护除盐水水质的目的，因而浮动床可以获得高纯度的除盐水．
4、再生前不反洗，浮动床中离子交换树脂的充填量很大，几乎全部充满筒体，筒体内没有反洗空间． 失效后，经自然落床，颗粒大的树脂最先沉降，因此出现了从下而上的由大到小的颗粒分布部局，这样一来床层状态完全保持运行时的状态． 当由上而下进入再生液时，满足了逐层排代的条件，再生时只要操作得当，可获得90%～100%的再生度，再生前不反洗是浮动床的一大特点。
二、浮动床的工作原理
浮动床的工作是床层的运行和再生两种工况交替循环的过程。在运行状态时, 入口水由底部进入浮动床, 经下部分配装置配匀后, 进入床层, 靠上升水流将树脂以密实的状态向上浮动(称为成床), 在水流流经床层时, 完成离子交换反应, 处理好的水经上部分配装置引出体外。当床层失效后, 利用出口水管中水的倒流或者床层的重力使床层下落(称为落床), 于是浮动床由运行状态转入停运状态。在再生状态时, 再生液由上部进入浮动床, 经上部分配装置配匀后, 由上而下流过床层时完成再生反应, 再生液由底部排出, 然后依次用合格的水经正洗反洗, 直到水合格, 便可投入运行。
三、浮动床本体结构
浮动床本体结构，如图1 所示．
图1 浮床结构图
1、 简体高度
简体高度包括离子交换树脂层高度，惰性白球层高度和自由空间高度3 部分． 这3 部分的高度，就单室浮动床来讲分别为:离子交换树脂层高度2 000 ～ 3 000 mm惰性白球高度200 ～ 300 mm树脂膨胀空间50 ～ 100 mm( 国内) ＜ 30 mm( 国外)。阴阳床为改造前的结构情况是: 直径:2 500 mm，直管段高度为3．8 m，改造为浮床后，树脂层高为3．1 m，惰性白球高为0．3 m，树脂膨胀空间0．4 m．树脂膨胀空间，指离子交换树脂失效经体积收缩后，树脂层上部到惰性树树脂之间的空间高度。 自由空间的高度是由充填离子交换树脂和惰性树脂量来决定的．自由空间高度太小离子交换树脂呈压实状态的量就多，水垫层不明显，再生后由于离子交换树脂体积的膨胀，严重时会造成浮动床内部装置被胀坏。自由空间高度太大，离子交换树脂呈压实状态的量就少，而呈沸腾状态的量会增加，运行时容易使水中被交换离子提前穿透而使之失效， 使除盐水质受到一定影响。
2 、进水、出水及再生液分配装置
浮动床的进水装置在筒体的下部，有两种类型，一种是石英砂垫层加穹形多孔板，另一种是多孔板上装排水帽． 我车间采用的是第二种类型，这种类型水流分布均匀。 出水装置也为孔板水帽式，采用孔板水帽式进水装置，可以解决一下问题:(1) 使树脂在现有设备情况下提高工作交换容量．(2) 使再生溶液分布更均匀。(3) 解决出水装置经常维修更换问题。(4) 单台设备处理由原来的100 t /h 提高到150 t /h．然而排水帽也可能脱落、损坏、破裂、堵塞等．所以在浮床中需要安装树脂捕捉器，并且定期更换水帽。
3、惰性白球的充填
惰性白球是一种聚苯己烯泡沫塑料珠体，直径在0.6～2.0 mm，比重轻，在水中浮力大，容易和离子交换树脂分开，有良好的伸缩性，挤压时可变形，浮动床中由于惰性白球的充填，能防止离子交换树脂颗粒穿透进入除盐水中减少离子交换树脂的破损，消除破碎的离子交换树脂堵塞出水水帽; 改善床层上部水流和再生液分配．惰性树脂的充填，常控制在200 ～ 300 mm 高度。
四、工艺流程
浮动床的操作方法有运行操作和床层的体外清洗两部分, 这里主要介绍浮动床的运行操作。自床层失效算起, 依次分为落床、再生、向下流清洗(正洗)、向上流清洗(反洗)运行。
1、落床
(1)重力落床 关闭浮动床出入口阀, 利用床层本身的重力自然落床, 落床时间一般为2～ 3min , 适用于水垫层低的设备。(2)排水落床 (也称反压落床)关闭浮动床的入口阀, 开启下部的排水阀, 利用出水管中存水的倒流, 强迫床层整体下落, 落床时间一般为1min, 落床后关闭下部排水阀和出入口阀, 排水落床适用于水垫层高的设备。
2、再生
落床后, 开启再生液进口阀和倒U 形管上的排水阀,使再生液自上而下流经床层, 由倒U 形管排出。
3、向下流清洗(正洗)
进完再生液后, 关闭再生液进口阀, 开向下流清洗进口阀, 清洗时间一般为15～ 30min , 清洗后期可将流速提高至10 ～ 15m/h 。清洗结束后, 关闭清洗水进口阀和倒U 形。
五、工艺特性
1、提高了出水品质
在运行状态, 出水区的树脂为再生度最好的树脂, 因而出水品质得到了保证, 并有所提
2、提高出水率
运行浮床采用了进水快速上流的运行方式。当水流由离子交换剂层下部进入, 向上流动时, 随其流速不同, 有三种不同情况: 当流速很慢时, 水流渗过交换剂层流出, 交换剂层是稳定的, 不能起床; 流速稍快, 交换剂层就发生扰动, 犹如逆流再生固定床反冲洗状态, 交换剂层膨胀, 并且发生树脂游动而乱层; 当流速再加快至一定值时, 产生了一种新的状况, 即整个交换层被水托起, 顶住床的上部, 层间各树脂颗粒间基本保持原来紧密相连的状况, 这就是所介绍的浮动床。显而易见, 浮动床的运行流速在固定床的离子交换中可取较高值。按我国树脂的交换特性及机械强度, 一般都在30-50m/ h范围内运行, 最大值可达60 m / h, 最低值要求大于成床速度。成床速度影响因素也是较多的, 一般与树脂的物理特性、树脂层厚度等有关。
3、再生剂耗量低
浮动床再生方式同样具有固定床逆流再生的优点, 床的上部树脂总是和新鲜的再生掖相接触, 故可得到较高的再生度。同时再生剂在浮动床内分布比逆流再生固定床更为均匀, 故耗量更有所降低。关于再生剂耗量计算问题, 现由于浮动床盛行时, 各有不同讲法, 有的甚至认为比理论消耗量还低, 虽目前尚无一完整的机理来说明, 加上某些讲法也有欠妥之处, 当然也不能轻易否定一些运行数据。
5、自耗水率低
浮动床采用体外擦洗, 擦洗时间短, 耗用水量小, 且效果好。一般自耗水在5%以下。
6、树脂机械强度要求高浮动床运行流速高, 压差大, 上层树脂的机械破损率高。再加上树脂体外清洗, 多次输送, 也加速了破损, 故需要强度高的树脂。
浮床离子交换水处理技术的应用，给企业带来了可观的经济效益。对于运行中分析的问题完全可以找到有效的解决方法。浮床作为一种有发展前景的除盐设备，在未来将有更大的发展空间。
参考文献
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[3]李学志.张英才.离子交换器再生水回收及利用[J].工业用水与废水.2006( 4) : 47-51．
论文作者:李东平
论文发表刊物:《电力设备》2016年第15期
论文发表时间:2016/11/4
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