無(wú)頂壓逆流再生鈉離子交換器再生操作中的若干技術(shù)探討
目前城市建設(shè)發(fā)展的特點(diǎn)是核心城市周邊的小城鎮(zhèn)發(fā)展迅速、小城鎮(zhèn)發(fā)展的特點(diǎn)又是小城鎮(zhèn)周邊的住宅小區(qū)日益增多，這些小區(qū)的優(yōu)勢(shì)在于開(kāi)發(fā)商可以集中資金在相對(duì)“小”的空間里打造精品住宅。這種精品意識(shí)表現(xiàn)在供暖鍋爐軟化水制備方法的選擇上，是開(kāi)發(fā)商多選擇先進(jìn)的鍋外離子交換水處理法取代落后的鍋內(nèi)加藥法。但是這些小區(qū)的地理位置決定了操作這些先進(jìn)水處理設(shè)備的人員多是文化程度不高的農(nóng)民工、季節(jié)工，使這些精品設(shè)備沒(méi)有發(fā)揮出精品作用。筆者注意到這一現(xiàn)象，撰寫(xiě)本文，希望能夠通過(guò)對(duì)鈉離子交換水處理過(guò)程中再生操作的若干技術(shù)問(wèn)題的探討，與開(kāi)發(fā)商、物業(yè)管理企業(yè)和水處理工共同努力，打造精品的軟化水。
1交換器內(nèi)鹽水線速度的控制
無(wú)頂壓逆流再生鈉離子交換器再生時(shí)的鹽水線速度是決定產(chǎn)水品質(zhì)的一個(gè)重要參數(shù)，只有嚴(yán)格地執(zhí)行鈉離子交換器使用說(shuō)明書(shū)中規(guī)定的線速度（一般為1.5～2.0m/h）才能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的軟化水。在鹽水流程上沒(méi)有安裝流量計(jì)的系統(tǒng)中通過(guò)控制鹽水池（參見(jiàn)圖1）液面下降速度間接地控制交換器內(nèi)的鹽水線速度是比較可靠的方法，具體方法是：
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先根據(jù)說(shuō)明書(shū)對(duì)鹽水線速度的要求和交換器截面尺寸計(jì)算出鹽水的小時(shí)流量，再根據(jù)小時(shí)流量和鹽水池截面尺寸求出鹽水池液面每5分鐘下降的高度，通過(guò)控制鹽水池液面5分鐘下降高度控制交換器內(nèi)鹽水線速度，舉例如下：
例1．某鈉離子交換器內(nèi)徑D=0.75m，說(shuō)明書(shū)規(guī)定的鹽水線速度1.5～2.0m/h，鹽水池截面積2.136m2，求鹽水池液面每5分鐘下降的高度。
解：第一步，先分別計(jì)算線速度1.5m/h和2.0m/h的鹽水流量：
①線速度1.5m/h的流量：
交換器截面積＝πD2/4=0.4418m2，
流量1.5=交換器截面積×線速度1.5=0.4418×1.5=0.6627m3/h
②線速度2.0m/h的流量：
流量2.0=交換器截面積×線速度2.0=0.4418×2=0.8836m3/h
即再生操作時(shí)鹽水流量應(yīng)控制在0.6627～0.8836m3/h之間。
第二步，求鹽水池液面每5分鐘下降的高度：
①鹽水線速度1.5m/h時(shí)，鹽水池液面每5分鐘下降的高度：
下降高度1.5=(流量1.5/鹽水池截面積)＊(5/60)=0.02585m≈2.6cm
②鹽水線速度2.0m/h時(shí)，鹽水池液面每5分鐘下降的高度：
下降高度2.0=(流量2.0/鹽水池截面積)＊(5/60)=0.0345m≈3.5cm
經(jīng)過(guò)兩步計(jì)算可知鹽水池液面每5分鐘下降的高度應(yīng)在2.6～3.5cm之間，那么在再生操作時(shí)，每5分鐘測(cè)量一次鹽水池液面下降高度并及時(shí)調(diào)整鹽水閥的開(kāi)度，把鹽水池液面下降高度控制在2.6～3.5cm之間，就能保證鈉離子交換器內(nèi)的鹽水線速度在1.5～2.0m/h之間。
鹽水閥的開(kāi)度調(diào)整好以后，為了方便以后的操作，可以在鹽水閥的手輪上做一標(biāo)記，比如系上一根線繩，這樣在下次上鹽時(shí)，直接把閥門(mén)開(kāi)到標(biāo)記位置附近，再進(jìn)行微調(diào)就容易了。調(diào)整閥門(mén)開(kāi)度的時(shí)候，最好是單方向運(yùn)動(dòng)，即只朝開(kāi)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，不要來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)，以免出現(xiàn)空輪造成誤差。當(dāng)需要把閥門(mén)關(guān)小時(shí)，最好是先全關(guān)，再逐漸開(kāi)到需要的位置。
2鹽水池靜壓強(qiáng)對(duì)線速度的影響
鹽水閥的開(kāi)度調(diào)整好以后，隨著鹽水池液面的下降，鹽水泵入口（鹽水池出口）的靜壓強(qiáng)也會(huì)逐漸下降，造成鹽水泵出口壓頭下降，這一變化會(huì)導(dǎo)致交換器內(nèi)鹽水線速度的變化。一般說(shuō)來(lái)，DN25的鋼管在0.4Mpa壓強(qiáng)差的作用下，每小時(shí)的極限水流量可達(dá)4m3/h，而以上計(jì)算的鹽水最大流量和最小流量分別為0.8836m3/h和0.6627m3/h，可調(diào)節(jié)的流量范圍只有0.2209m3/h，僅占極限水流量的5.5%左右，所以，鹽水泵出口壓頭的微小變化就可能造成交換器內(nèi)鹽水線速度的超值。
為了消除鹽水池靜壓強(qiáng)對(duì)鹽水泵出口壓頭的影響，筆者設(shè)計(jì)了一套保持鹽水泵入口壓強(qiáng)恒定裝置如圖2：制作一個(gè)浮漂，用尼龍繩將一根軟管的一端吊掛在浮漂的下方，軟管的另一端固結(jié)在鹽水池出口處（注意軟管與鹽水池出口的接口處不能泄露，軟管最好選用內(nèi)置鋼絲螺旋支架的塑料管以防抽癟。安裝軟管時(shí)，注意不要因?yàn)榘惭b了軟管及其管件而使鹽水泵入口管徑變得太小和造成太大的管路阻力，注意不要有浮漂的零部件被鹽水泵吸入）。由于軟管的上端（鹽水泵入口）在浮漂的作用下能保持與鹽水液面的距離不變，從而消除了鹽水池靜壓強(qiáng)對(duì)交換器內(nèi)鹽水線速度的影響。
加裝浮漂的方法消除了鹽水池靜壓強(qiáng)對(duì)交換器內(nèi)鹽水線速度的影響，進(jìn)一步的追求應(yīng)該是操作的精細(xì)化。通過(guò)對(duì)鹽水閥操作的觀察可知，鹽水閥絲杠的磨損以及肉眼對(duì)手輪標(biāo)記位置判斷上的誤差會(huì)影響鹽水閥的開(kāi)度，造成鹽水閥開(kāi)度的不恒定。
配合浮漂的使用，安裝兩道鹽水閥可以保持鹽水閥開(kāi)度的恒定。在兩道鹽水閥中選擇一道（一般選第二道）作為調(diào)節(jié)閥，另一道作為控制閥。第一次再生操作時(shí)，一道閥全開(kāi)，用二道閥調(diào)節(jié)鹽水池液面下降速度。再生結(jié)束時(shí)，二道閥不動(dòng)，全關(guān)一道閥。在以后的再生操作中，只需全開(kāi)或全關(guān)一道閥控制鹽水的進(jìn)入和停止，不用再調(diào)節(jié)二道閥就能輕易獲得合理的鹽水線速度。
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3鹽水濃度的調(diào)節(jié)
鈉離子交換器采用鹽溶液作為再生液進(jìn)行再生，再生前要測(cè)定鹽溶液的濃度。鹽溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般取4～7%，測(cè)得的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在這個(gè)范圍之外就要調(diào)節(jié)。
首先討論溶液的稀釋，稀釋溶液的加水量可以通過(guò)計(jì)算求得，舉例如下：
例2：某次再生操作前測(cè)得溶液密度為1058kg/m3，根據(jù)鹽溶液密度—濃度對(duì)照表查得溶液濃度為8%，已知鹽水池截面積2.136m2，鹽溶液深0.7m，求加多少溶劑（淡水）可以得到濃度為6%的鹽溶液？
解：第一步，根據(jù)密度和體積求出溶液質(zhì)量：
溶液質(zhì)量=溶液體積×溶液密度=2.136×0.7×1058=1582kg
第二步，根據(jù)溶液質(zhì)量和溶液濃度計(jì)算出溶質(zhì)質(zhì)量和溶劑質(zhì)量:
溶質(zhì)質(zhì)量=溶劑質(zhì)量×溶液濃度=1582×8%=126.56kg
溶劑質(zhì)量=溶液質(zhì)量-溶質(zhì)質(zhì)量=1582-126.56=1455.4kg
第三步，根據(jù)目標(biāo)溶液濃度計(jì)算目標(biāo)溶劑質(zhì)量：
由于質(zhì)量分?jǐn)?shù)＝溶質(zhì)質(zhì)量/（溶質(zhì)質(zhì)量＋溶劑質(zhì)量）＊100%
將目標(biāo)條件（濃度6%，溶質(zhì)質(zhì)量126.56kg）代入公式，則目標(biāo)溶劑質(zhì)量＝1982.8kg
第四步,求加水(溶劑)量:
加水量=目標(biāo)溶劑質(zhì)量-目前溶劑質(zhì)量=1982.8-1455.4=527.4kg
至此，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到了稀釋溶液需要加入的淡水量，但是為了便于操作，還要將加水量折算成體積，從而求出加水后鹽水池的液面上升了多少？
第五步，根據(jù)加水量和鹽水池截面積求出鹽水池液面上升高度，淡水的密度按1000kg/m3計(jì)算：
液面上升高度＝加水體積/鹽水池截面積＝（加水量/淡水密度）/鹽水池截面積＝(527.4/1000)/2.136＝24.7cm
即向鹽水池加水使液面上升24.7cm，就可以將濃為8%的鹽水稀釋為6%的鹽水。
接下來(lái)探討溶液（鹽水）的濃化。溶液的濃化相對(duì)簡(jiǎn)單，可以這樣做：先打開(kāi)連通閥（參見(jiàn)圖1），然后舀鹽水池里的稀鹽水澆在溶鹽池里的固體鹽上，邊澆邊測(cè)鹽水的濃度，直到符合要求為止。
4實(shí)際耗鹽量的計(jì)算
鈉離子交換器的使用說(shuō)明書(shū)一般都規(guī)定了一次再生操作的耗鹽量，這是設(shè)計(jì)單位根據(jù)樹(shù)脂型號(hào)、裝填量、樹(shù)脂的工作交換容量、水流速等一系列參數(shù)按工藝計(jì)算得出的結(jié)論，操作人員必須遵守。下面就遵守規(guī)定的前提下，探討實(shí)際耗鹽量的計(jì)算。
實(shí)際耗鹽量的計(jì)算步驟是：先根據(jù)鹽水池截面積和一次再生操作后液面下降的總高度求出消耗鹽水的體積和質(zhì)量，再根據(jù)溶液濃度求出耗鹽量，舉例如下：
例3：某鈉離子交換器使用說(shuō)明書(shū)規(guī)定的再生耗鹽量為59.4Kg，某次再生操作后，鹽水池液面下降了0.44m，已知鹽水密度1058Kg/m3，鹽水濃度6%，鹽水池截面積2.136m2，求耗鹽量。
解：耗鹽量=鹽水體積×鹽水密度×濃度=鹽水池液面下降高度×鹽水池截面積×鹽水密度×濃度=0.44×2.136×1058×6%=59.66Kg
即本次再生操作耗鹽59.66Kg，符合規(guī)定。
打造精品的軟化水，水處理工的責(zé)任心強(qiáng)否是主要的，技術(shù)水平的高低是次要的。偶爾一次再生操作使鈉離子的產(chǎn)水質(zhì)量達(dá)到精品是容易的，但整個(gè)采暖期的軟化水都是精品就不那么容易了，連續(xù)若干采暖期的軟化水都是精品就更不容易了。鈉離子交換器的供水有無(wú)硬度或硬度大小除了水處理工以外誰(shuí)也不知道，即便是供水過(guò)程中出現(xiàn)了事故（漏硬度），造成的破壞也不是短時(shí)期內(nèi)可以表現(xiàn)出來(lái)的，也就是說(shuō)，供水事故很容易被隱瞞。所以，住宅小區(qū)的開(kāi)發(fā)商或物業(yè)管理企業(yè)對(duì)水處理工的知人善任和保持水處理人員的相對(duì)穩(wěn)定是打造精品軟化水的重要前提。
注：文中的加浮漂技術(shù)尚未經(jīng)實(shí)際應(yīng)用的檢驗(yàn)。
［作者簡(jiǎn)介］曹新華，通訊地址：北京市房山區(qū)燕化星城健德一里8-4-401室，郵政編碼：102425，電話：89318654（宅），E-mail：caoxhua@cj.net.cn。(end)
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