浮动床在实际应用中的原理及操作方法

浮动床离子交换器属于再生固定床的一种，对于高硬度原水的处理及水质比较差的水源硬度处理比现在市场上的一般全自动阀固定床设备有其独特的优势。

• 浮动床离子交换器工作原理

浮动床离子交换器内几乎装满离子交换剂，上部自由空间仅2%—5%。原水从浮动床下部进入，从上部流出。交换剂层处于悬浮状态，但浮而不乱，仍为压实状态。在交换器底部，有很薄的水垫层。在水的流量波动时，交换剂受水流的冲动以及本身重力的作用而上下浮动，故有浮动床之称。

  再生时，再生液从浮动床上部进入，首先与上部交换剂接触，使之具有很高的再生度。再生液向下流动，到失效程度*高的底层交换剂时，尽管再生剂中反离子浓度较大，但仍能发挥作用。因此，浮动床的这种逆流再生方式和通常的逆流再生固定床一样。由于出水处交换剂保护层的质量好，再生过程中反离子的影响小，浮动床也具有出水水质好、再生剂耗量低、排放的废液少、设备体积小、出水量大、操作简单等优点。另外，它的交换剂装量多，工作周期长，周期制水量增加，并对原水水质变化的适应性增强，也适合于高交换流速运行。

  浮动床的乱层只有在运行过程中才可能发生，只要保持运行流速大于1.5m/h，交换剂层底部的水垫层高度小于100mm，浮动床的乱层问题是可以避免的。

图4—4浮床本体结构示意图

• 上部分配装置；2—惰性树脂层；3—体内取样管；4—树脂层；

5—水垫层；6—下部分配装置；7—原水入口；8—下部全排污口；9—下部排污口；

10—处理水出口；11—正洗水入口；12—再生液入口；13—上部排污口；14—上部取样口

2．浮动床离子交换器的结构

  浮动床离子交换器的结构与固定床水处理设备基本相同，但有特殊要求。如图4—4所示，主要包括如下装置。

  （1）上部分配装置   有两个作用。1在运行或向上清洗时作为疏水装置；2在再生或向下清洗时为再生液或清洗水的分配装置。

  （2）惰性树脂层    在上部分配装置的下边，放置一层厚约为200mm的惰性树脂。用于防止破碎树脂堵塞滤网，提高水流的分配均匀性和减少设备的阻力。

  （3）床层和水垫层  在上下分配装置之间的为床层和水垫层。运行状态时，床层在上水垫层在下；再生状态时，水垫层在上，床层在下。

      床层高度一般为1.5~3.0m，由于交换剂在转型时体积会发生变化，所以在一个运行周期内床层高度也会有变化。

     水垫层的作用，一是作为床层变化的缓冲高度；二是使水流或再生剂分配均匀。水垫层的高度应适当，过高易使床在成床或落床时乱层，不足又会使床层在膨胀时没有足够的缓冲高度，使交换剂受到压缩而产生结块、挤碎、清洗时间长以及运行阻力增大等问题。交换剂经再生后用水力压实，水垫层高度应在100mm以下。

    （4）下部分配装置  在运行或顺洗时，作为水流分配装置；在再生或清洗时，起支承交换剂层和疏水的作用。因此下部分配装置应能布水均匀。

    （5）体内取样管  为了保证出口水质量，可在交换剂层表面下200~300mm处安装取样管，取出水样。

    （6）空气管   浮动床*高点装有空气管和管阀，下端部装置水帽式滤网，防止交换剂漏出。

    （7）窥视孔   在本体上、中、下各设一个窥视孔，用于观察交换器内部交换剂的数量和工作情况。

    （8）管道与阀门  浮动床本体允许较高的流速，一般管道内流速以1~3m/s为宜，阀门也要相应选择较大的尺寸。下部排污出口要用倒“U”型管，以防止再生和下流清洗时交换剂曾内侵入空气。无倒“U”管时，在再生和正洗阶段要调整下部排污阀门的开启度，以保持交换器内压力不小于0.05MPa，防止进入空气。

3．附属设备

  （1）体外清洗装置  因浮动床本体内装满树脂，无法在体内进行清洗，因此，需设有体外清洗树脂的专用设备，目前有空气擦洗器和树脂清洗器两种。

    空气擦洗器的直径比交换器大。使用时靠水力将树脂输送到空气擦洗器，

并使水面距树脂层上部100mm左右，然后送压缩空气进行擦洗。将树脂表面的污物擦净后，从下部进水，有上部出水，进行反洗，洗净后将树脂送回交换器。树脂的输出、输入要用成品水，不可用原水，以免影响树脂的再生程度。对于除盐系统，阳树脂与阴树脂要分别使用不同的空气擦洗器，以防树脂混淆。空气擦洗器上装有防止树脂漏出的压缩空气喷咀、树脂输送管、树脂补充或卸出管和上中下三个突窥视孔等。

    树脂清洗器与空气擦洗器相似，但没有压缩空气管，树脂清洗器与离子交换器的直径相同。树脂从离子交换器上部进入，操作时必须调整进水速度，以使清洗器内保持一定量的树脂。树脂层的膨胀高度，应控制在树脂清洗器上部。在清洗至取出水样透明无悬浮物时，将树脂送回离子交换器。

 （2）仪表   为便于操作，在交换器或者管道上装有运行终点计、压力表和流量表等服务于工艺操作的附属设备。

4．操作方法

   浮床的运行操作包括落床、再生、置换、正洗、顺洗和运行等六个步骤。

   （1）落床  当浮动床运行操作到达终点时，关闭原水进口阀和成品水出口阀，其余各阀也应处于关闭状态，事实重力落床；为避免乱层，可先开空气阀，并迅速打开排水阀，进行排水落床。

   （2）再生  落床后，全部阀门处于关闭状态。再生时，开启再生液入口阀和倒U形上的排水阀，使一定浓度和体积的再生液自上而下流经床层，由倒U形管排出。再生流速一般为5~10m/h，具体取值可通过调整试验确定。再生过程中，要防止再生液漏进被处理水中，并注意观察下部有无树脂漏出。

       用食盐再生，用量为60kg/m³树脂，盐液浓度为2%~4%；用盐酸再生，浓盐酸用量为40kg/m³树脂，浓度为2%~3%；用硫酸再生，浓硫酸用量为30kg/m³树脂，浓度为1%；用氢氧化钠再生时，固体氢氧化钠用量为15kg/m³树脂，浓度为0.5%~1%。

  （3）置换    进完再生液后，关再生液进口阀，并打开正洗水进口阀，以与进再生液相同的流速进行置换。置换时间一般为15~30min。

  （4）正洗   开大正洗水进口阀，以10~15m/s的流速清洗，此时废液浓度迅速下降。取下部排水水样分析，当水样中[C1—]不大于正洗水[C1—]100mg/L、除盐系统阳床不大于正洗水强酸根0.5mmol/L、阴床电导率不大于100S/cm（或碱度小于0.5mmol/L）时，关闭清洗水进口阀和倒U型管上排水阀。

  （5）顺洗（向上流清洗）  开入口水阀与上部排污阀，观察树脂成床与水垫层的情况。此时以20-30m/h的流速对成床清洗，至出水合格时，再打开处理水出口阀，关上部排污阀，即可投入运行送水，一般清洗时间只需3~5min。

  （6）运行  在送水过程中，要注意压力表和流量表的指示，并定期分析出水水质，作好记录。浮动床的*低流速为7m/h，*高可达60m/h，一般运行流速控制在20~40m/h。

   当阳床运行2~3个月，阴床运行4~6月后，要将树脂送入空气擦洗器或者树脂清洗器进行一次体外清洗。如果没有空气擦洗器或清洗器时，可在交换器上加装高位塑料槽或临时水箱代替清洗器。

5．特点

  （1）出水水质好  一般钠型浮动床出水硬度小于5mmol/l，只要顶部200~300mm不乱层，就能保证出水水质。对进水的适应能力强。

  （2）再生剂比耗低   浮动床再生剂比耗一般为1.1~1.4，再生剂的利用率为70%~90%。由于再生剂的利用率高，排放废液少，减轻了对环境的污染。

  （3）运行流速高     浮动床允许在7~60m/h的流速下运行，一般流速20m/h。固定床改为浮动床后，其效率提高1~1.5倍，周期制水量也可以提高20%~40%。

  （4）设备结构简单   浮动床不需中间排液装置，因此设备结构简单，不易损坏。

  （5）运行操作简单   其操作比顺流再生固定床还要简单，省去了反洗操作。

  （6）自用水率低     由于浮动床的再生液浓度低，过剩量少，反洗次数少，正洗也容易洗净，故而自用水率低。

  （7）必须严格控制运行终点    浮动床的运行流速高、工作层厚度薄，所以在快到达终点时，离子漏过量增加很快。如不及时停止运行，出水水质会很快恶化。因此，必须加强监督，可通过体内取样管取样化验，以便及早发现终点，停止运行。

  （8）要定期进行体外清洗   由于浮动床内树脂基本填满，每次再生前都不进行反洗，因此要定期进行体外清洗。

    为应用和推广浮动床离子交换技术，近年来，许多科研部门和生产单位都在积极探索，已在交换器材料、结构、整体成套供应及多路阀自动控制方面作了不少工作，比较成功的有自动浮床软水器（全称ZF型自动浮床软水器）、自控单阀多柱浮床（又称ZDF自动切换钠离子交换器）、体内抽气擦洗式浮床、S型浮动床、提升床、清洗床和双室沸腾浮动床等。这些新型床和逆流再生新工艺的应用以及设备自动化水平的提高，大大地提高了固定床中交换剂的利用率和设备的效率，改善了出水水质，降低了运行费用，从而发展了固定床离子交换水处理技术。