酸性水的预防及控制

　　安玻公司一期、二期工程软水制备采取H－Na并联离子交换系统，其工艺：
　　在生产过程中，氢离子交换以硬度泄漏为控制终点（原水中钠离子含量较低0.82mg－N/L，钠离子泄漏与硬度泄漏几乎同时），几年来，在锅炉大修时发现有腐蚀现象，且较为严重，对腐蚀现象进行分析，认为以酸性腐蚀为主。为此控制残留碱度由1.0 mg－N/L提高到2.5 mg－N/L，经运行，仍有腐蚀产生。对软水系统设备、管道、水池进行检查，发现有腐蚀情况，同时和生活区软水系统（单钠离子交换系统）比较，其设备、管道、水池未发现腐蚀产生。因此，认为腐蚀与制水工艺有关，其工艺存在缺陷。
　　离子交换反应如同化学反应一样，服从当量定律，即等当量进行交换反应。离子交换反应也是可逆反应，并遵守质量作用定律。离子交换技术就是基于等当量交换反应与可逆反应来进行交换和再生的。
　　在水的软化过程中，离子交换反应就是阳离子交换树脂上的可交换离子（Na+或H+）与水中钙、镁离子之间的交换过程。若交换反应是静态的，很快就达到了平衡状态。此时，处理水只能部分被软化。如要提高交换程度，应采用动态交换方式，即将反应生成物（在上式为NaCI）及时的排除，离子交换就能顺利地向右进行。为此，在生产实际中，采用离子交换柱的形式，让要处理的水不断地流过树脂层，就是基于这个道理。
　　水中常见离子的选择性顺序：
　　Ca2＋>Mg2＋>K＋>NH4＋>Na＋>H＋>Li＋
　　即位于顺序前列的阳离子可以从树脂上取代位于顺序后列的阳离子。而上述选择性顺序均指常温、低浓度情况而言。当高浓度时，顺序的前后变成次要的问题，而浓度的大小则成为离子交换反应的决定性因素。在离子交换过程中，水中离子浓度以及该离子与树脂的亲合力存在着下面四种情况：
　　1、水中离子浓度不大，但树脂对它的亲和力大于原有可交换离子的亲和力，在此情况下，交换反应容易进行。式（1）的正方向反应就代表这种情况。
　　2、树脂对水中离子的亲和力虽较小，但若加大水中离子的浓度，使之大量扩撒迁移到树脂交联网空中去，以便将树脂上原来吸附的离子置换出来。式（1）的逆方向反应，即用高浓度的食盐再生液再生饱和钙离子的树脂就属于这一情况。
　　3、水中离子浓度很大，而且树脂对它的亲和力又较大，这两个因素都有利于交换反应。H型树脂用食盐再生液再生，转换成Na型，即属于这种情况。
　　4、水中离子浓度很小，而树脂对它的亲和力也较小，此时，交换反应很难进行。例如用浓度很高的食盐溶液来再生饱和树脂R2Ca置换出来。
　　 一、氢型强酸性阳离子交换树脂的交换反应
　　1、与碳酸盐硬度的交换反应
　　Ca(HCO3)2+2RH=R2Ca+2H2O+CO2↑
　　Mg(HCO3)2+ 2RH= R2Mg+2H2O+CO2↑
　　2、与非碳酸盐硬度的交换反应
　　CaSO4+2RH=R2Ca+H2SO4
　　CaCI2+2RH=R2Ca+2HCI MgSO4+2RH=R2Mg+H2SO4
　　MgCI2+2RH=R2Mg+2HCI
　　3、与钠盐交换反应
　　NaHCO3+RH=RNa+H2O+CO2↑
　　NaCI+RH=RNa+HCI
　　 Na2SO4+2RH=2RNa+H2SO4
　　 Na2SiO3+2RH=2RNa+H2SiO3
　　上述各反应式可概括地用下列离子反应式表示：
　　 Ca2++2RH=R2Ca+2H+
　　Mg2++2RH=R2Mg+2H+
　　Na++RH=RNa+H+
　　 二、强酸性H-Na离子交换软化和脱碱系统
　　氢型强酸性阳树脂交换器出水中含有游离酸，呈酸性水，不能作为锅炉补给水，而钠离子交换器出水是含碱度的水，若将这两部分水相混合，则将发生如下的中和反应：
　　HCI+NaHCO3=NaCI+H2O+CO2↑
　　H2SO4+NaHCO3= Na2SO4+2H2O+2CO2↑
　　中和后产生的CO2用除二氧化碳器去除。
　　这样，既降低了碱度，又可除去硬度，且使水的含盐量有所降低。这就是强酸性氢－钠离子交换软化和脱碱联合水处理系统
　　的原理。
　　在强酸性H-Na离子交换软化系统中，若进入Na型离子交换器的水量为QNa，进入H型离子交换器的水量为QH，保留两个交换器出水混合中和后水的残留碱度为Ar则：
　　QH(SO42-＋CL－)＝（Q－QH）（HC）－QAr
　　(SO42-＋CL－)－原水硫酸根和氯根含量，mg－N/L；
　　HC－原水碳酸盐硬度即碱度，mg－N/L；
　　Ar－混合后软水的剩余碱度，mg－N/L；
　　Q－处理水量，m3/h；
　　QH＝（HC－Ar）Q/ (HC+SO42-＋CL－) m3/h
　　QNa= (Ar+ SO42-＋CL－)Q/(HC+SO42-＋CL－) m3/h
　　并联系统的特点是：出水碱度低，使水的残留碱度降低至0.5 mg－N/L左右，且可随水源水质变化而随时调整；设备费用低，投资少。
　　通过上述分析可知，氢离子交换器出水与钠离子交换器出水采取瞬时混合方式，混合后的水立即进入二氧化碳器，HCO3－以CO2的形式排入大气，软水中碳酸盐碱度降低，出水呈中性水。但实际生产过程中，由于交换器内树脂结块、再生的控制水平、正洗不彻底、水压波动、比例失调等原因，初期出水虽经混合仍可能呈酸性。根据上述离子交换原理，在原H－Na并联离子交换系统之后加二级钠离子交换，可以有效除去酸性水，并可以降低剩余硬度，起到二级保护作用。
　　 结论：
　　1、软水工艺改变后，几年来，系统未出现过酸性水，酸性腐蚀得到有效解决，在以后的工程中均采取了此工艺。
　　2、二级钠离子交换器控制流速25m/h以下，倍量再生，再生周期15天。