满室床工艺简介
1. 简介
1.1 本手册概要说明
本手册是用来帮助被授权工程公司建立满室床水处理设备。
本手册是针对熟悉离子交换树脂技术工程师, 依他们实际工作经验来使用本手册所列的相关技术, 本手册所提供的资料是涵盖在一整个工程项目中的优良工程应用(特别在软水及除盐水处理的效果中特别明显)，各种安全措施是使用本技术者的责任。

1.2 满室床工艺的特性
离子交换采用由下向上运行，由上向下再生的逆流再生观念已广被接受。满室床工艺是由此发展出来的，它有专利的保护，它克服了先前工艺的缺失，能达到离子交换或吸附的高效率处理。
满定床是可以反洗的。这是它设计上的特点之一，传统的逆流再生系统是采用气顶压法，它们是可以反洗的，但是这些方式是浪费空间或水。然而一般的满床虽可节省空间，但是不容易或无法做适当的反洗，满室床的设计不但可节省空间及水用量，在需要的情况下，也可以做树脂的反洗。
满室床的组成包含一个或多个的交换柱，每个交换柱有单一或双床室，每室有上层及下层集水器或散水器。它包含了一个可以做反洗的反洗塔，因为悬浮杂质一般是集中在交换柱的下层，细颗粒集中在交换柱的上层，因此部分的树脂在一般时间内要进行反洗。

罗间哈斯提供了一系列的离子交换树脂，针对树脂颗粒的严格要求而适用于满室床系统。
满室床工艺保留了向上运行向下再生的逆流再生系统优点，采用满室固定交换柱，同时它可以在运行中，将部分树脂移出做机械清洗。

使用满室床的效果
·极佳的再生效率及极高的树脂工作交换容量。
·极优良的处理水质。
·水质保持优良稳定，即使原水水质发生变化。
·依各种不同的水质及应用，可选择最佳树脂组合。
·树脂的反洗不影响水质。

操作方面的优点
·最可靠及易操作。
·水耗量少，因交换柱的无效空间少。
·再生液快速和完全的置换。
·在运行中树脂可进行部分反洗。

设备方面的优点
·交换柱和反洗塔结构简单。
·因交换柱无效空间少，交换柱高度较少。
·在运行及再生过程中，可提供水及再生液的最佳流动分布。
·简易快速的树脂转移和交换柱再填充。

1.3 满室床系统的说明和其操作方式
1.3.1 离子交换柱
交换柱是依不同的用途而有单室或多室的构造，每一个交换柱，有一个上层和一个下层水帽隔板，水帽的设计使得液体不管在运行或再生均能达到有效的分散。在多室床的交换柱，以中间的水帽隔板分离。
交换柱形状是依可容许的高流速下的最高床高而设计，强酸和强碱树脂床大小是依树脂在最大膨胀状态下，其自由空间不超过5％为原则。
在交换柱内不留反洗空间，但是交换柱与反洗塔连接。每一个树脂床室有上下各一个与反洗塔连接的树脂移转开口。

1.3.2 树脂转移和反洗塔
这通常是一个可以提供树脂转移和反洗的开口容器，也有人使用密闭式容器。
反洗塔通常是重量轻、经济、常压的容器，其大小相当於单一树脂床室30％到40％大小，假如原水中含较多的悬浮杂质，反洗塔不必设计固定的管线与交换柱连接，要反洗时以机动性的软管连接即可。大型的满室床装置只需配备2个反洗塔即可。（其中一个为阳树脂反洗塔，另一个为阴树脂反洗塔）

1.3.3 离子交换树脂
满室床的工艺必须采用特殊的Amberlite和Amberjet离子交换树脂，这些树脂有别於一般的Amberlite树脂，不单是在树脂颗粒大小方面，而且在物理机械强度方面，弱酸和强酸，弱碱和强碱树脂可以形成双室交换柱。
树脂的性能应用及使用效果，在树脂的产品资料中说明，树脂的体积及各室的大小可依工程资料计算。

1.3.4 运行
运行是采用由下往上的流动方式。
因树脂几乎塞满交换柱，不会造成树脂乱层的现象。

1.3.5 再生
再生和置换是采用由上往下流动方式，树脂层因重力关系保持稳定的状况。

1.4 三明治型满室床
当水处理的离子交换负荷比较低时，可选择强酸和强碱树脂在同一个交换柱内，分别置於两个交换室中。
这种形式的满室床特别适用於小型的水处理系统，其使用空间相当不足的情况。
这种装置称之为三明治型满室床，由於处理后的水质非常好，因此可用来做为同向或逆向再生除盐装置后的精制处理，这种三明治型满室床精制塔可以做到导电度0.1µs／cm以下的水质。

2、满室床应用
满室床适用於流体状态的离子交换或吸附的处理过程。
一般较常使用的用途如：
·工业用水除盐
·工业和民生用水的软化和脱碱
·饮用水除硝酸盐
·废水处理
·物质的回收
·溶液的纯化
·除盐水的精制

3、 满室床工艺
本节讨论针对满室床用於水处理方面。

3.1 运行状态
在运行时所有的离子交换柱是由下往上流的模式，依不同的水质要求及原水水质，每一交换柱有一单一或多室的设计，每室中装填相同或不同的树脂。满室床的交换柱，多室床时上层树脂保持几乎是填满树脂的状态，以避免树脂在运行时发生乱层的现象。除盐的效果和树脂床是否稳定扎实有关。树脂床依树脂对各种离子的亲和性而形成离子吸附的层次。如此可以保证再生液的有效使用及高的交换能力。达成此目标的先决条件就是再生时不发生乱层现象。

3.1.1 线流速
线流速是受限於压降和树脂的机械强度，在除盐及软化的过程中，主要限制线流速的因素是压降一般最高的线流速是设定在50米/小时。在一些特殊状况，如凝结水精处理，线流速会更高些，但也不会有技术上的困难。至於最低的线流速则是限於树脂床的紧密性。要达到预期的效益，离子交换树脂必须运行及再生时保持相当紧密状态。但是少量的树脂的浮动是可以被允许的。经实验发现，如果刚开始时树脂床是紧密扎实状态，满室床可以在后来的减慢流速下运行而不影响水质。这对於比重最大的强酸性阳离子树脂床来说便是如此。在实际操作上，纯水设备可以设计运行最大线流速在25到50米／小时。而在通行一段时间后，可减速到12到15米／小时的线流速。过低的线流速会导致较高的离子泄漏和较低采水量。

3.1.2 体积流量
离子交换和吸附的速度和许多因素有关，实际上的经验得知满室床的系统在不超过40树脂体积/小时流量下，可以得到高的交换容量和优异的处理水水质。

3.1.3 运行周期
因为满室床系统可以在高流速下运行，一般建议用较短的运行周期, 如此可以得到套扎实经济及低投资费用的优点。再生的步骤相当简单有效率,因此整个再生过程在阳阴塔同时再生的情况下，所需的时间在2个半小时之内。

设计运行周期长短的考量在于：
·原水的水质：高总溶解固形物的水质导致短的运行周期。
·交换柱的组成：含弱酸和弱碱配合强酸和强碱的组合时，运行周期较长。
最适当的运行周期，可透过罗门哈斯公司在授权下提供的计算机软件，由计算机精确计算出来。可行的最短运行周期要考虑在第3.1.1和3.1.2节中所设定的体积流量和线速度的限制。

3.1.3 运行期间中辍
虽然满室床系统对於运行中辍或流量变化比较不敏感，但是如果经常发生上述情况会造成树脂层的不稳定。如果中辍常发生时，阴塔出口水部分再循环回到阳塔。

3.1.6 处理后的水质
在正常操作情况下，采用满室床工艺，其处理后的水质受原水水质的影响。
以下的水质是一般可达成的水质：
软化 残留硬度<0.02毫克当量/升
除盐(150C) 导电度<1.0µs/㎝
残留量 <0.02毫克/升(采用强碱1型树脂)
任何以下措施，可进一步改善处理水水质。
方法A 依原水水质，约50％或更多的水采用再循环的方式。
·导电度：<0.5µs/cm
·残留量: <0.01毫克/升
方法B 满室床工艺也提供了一种精制塔(参考第1.3节)
这种三明治型满室床，含有强酸性阳离子树脂和强碱性阴离子树脂分别在两个不同树脂室中。

工业上的应用证明，这种精制塔可以达到混床效果的水质，而其再生液用量相对少很多。
出口水水质如下：
·导电度：0.07 µs/cm
·残留量:0.005 毫克/升
方法C: 采用传统的混床。

3.2 再生
在所有满室床的交换柱,其再生及置换用水均是采用由上往下流动的方式。

3.2.1 接触时间
在满室床系统再生液与树脂的接触时间不得少於15分钟。如果装置只要求部分除盐或以硫酸做再生剂时，可容许接触时间少於25分钟，较长的接触时间对於再生效果不会有影响，除非再生液在低流速下均匀地分步无法维持。

3.2.2 再生药剂
在目前的水处理技术最常用的再生剂为：
氯化钠、盐酸、硫酸、氢氧化钠，其他的再生药剂也可用於满室床。

3.2.3 再生液的浓度
再生液的浓度最好调酸到以下的范围：
氯化钠 8到10％
盐酸 5到10％
硫酸 0.5到5%
氢氧化钠 2到5%
在任何情况下,至少要有一个树脂床体积的再生液用量.
*高浓度的酸对於阳塔的再生效率是比较好的,至於硫酸的浓度请参考第7.3-1小节。

3.2.4 原水及再生剂的温度限制，但是也可例外，如：
·当用硫酸再生时，温度不得高过250C以避免硫酸钙沉淀。
·当采用强碱二型树脂时，运行温度不要超过250C，偶而高到300C，是可被接受的。丙烯酸强碱，树脂再生时，再生温高不要高於350C。
·当有二氧化硅沉淀的顾虑时，氢氧化钠再生液的温度不要超过200C。再生所用的氢氧化钠，每公升树脂不要超过80克。再生液浓度不超过20克／升。
·当再生要释出有机物时，再生温度对强碱型树脂而言，最好控制在30到500C之间。

3.2.5 稀释和正洗水水质
由各交换柱的出口水可以用来做为该交换柱再生的稀释水和正洗用水,但是以设计的观点来看,采用除盐水是比较好。

3.2.6 置换水
由于再生液的置换水是由上往下流,上满室床的自由空间小,及采用较均匀颗粒的树脂,置换水的用量很小,置换的时间很短, 置换水的用量约相当于以下的树脂床体积的倍数。
·阳塔 1.2倍
·阴塔(苯乙稀系) 2.0倍
(丙稀酸系) 3.0倍
置换的目的是将残留的再生液排除。

3.2.7 快洗
快洗的是再生液置换后让水由下往上运行以达到要求的水质。
3.2.8 快洗水再循环
置换末期的水质通常比原水的水质好,因此用这种水再循环快洗比用原水快洗对於树脂床离子的负荷较小。因此，我们建议在快洗之前略为增加置换的水量，置换所需的水量我们的建议如下：
·阳塔 2.2倍树脂体积床
·阴塔(苯乙稀系) 3.0倍树脂体积床
(丙稀酸系) 4.0倍树脂体积床

当由上往下置换结束后,由下往上的快洗现循环开始操作,当使用快洗再循环专用泵水时,快洗线流速在20米/小时就足够.再循环一直持续到阴塔出口水水质达到要求,这种方式可以节省几个树脂床体积的快洗耗水量。

3.3 树脂反洗
满室床的设计提供在需要下可以进行反洗的功能。反洗是在快洗时进行不会影响正常采水或再生周期，也不必改变操作方式。基本原则是反洗一部分刚再生好的树脂，因此所生产的除盐水水质不受影响。反洗是在交换柱体外的反洗塔内进行，树脂是用水力传送。

3.3.1 细颗粒的去除
细的树脂颗粒可以在置换的下半段经由树脂床的上层开口移到反洗塔。移出的树脂量约为已再生好的树脂床上层30公分高的树脂。置换洗的水可以用来做树脂转移，转移30公分高的树脂到反洗塔约需10分钟。
转移到反洗塔的树脂用除盐水做反洗，反洗之后的树脂在置换的末期，再经由上层开口用除盐水将树脂送回树脂床。

3.3.2 悬浮杂质的去除
在原水中的悬浮杂质一般是累积在每一个交换柱的下层，当需要去除这些悬浮杂质时，可以在置换顺洗的末期将约40公分的下层已再生的树脂经由下层的开口以置换的水将树脂移到反洗塔，经过反洗后树脂在运行的初期送回交换柱的下层。

3.3.3 反洗树脂床内的所有树脂
当树脂床在不寻常的状况下造成整个树脂都受到悬浮杂质污染时，可以做树脂的全部反洗。

要做所有树脂的反洗，先将40公分高已再生的树脂在置换顺洗的末期由下层开口，以顺洗将树脂转移到反洗塔。

在反洗之后，将树脂经由交换柱上层开口送回树脂床上层，如此重覆进行数次直到所有树脂都完成反洗步骤，（重覆5次可反洗2米高的树脂床）

3.3.4 用来做树脂移转和反洗的水质
用来做树脂移转到反洗塔用水，反洗用水及将树脂送回交柱用水需采用如第3.2.5小节所到的水质，将树脂送回交换柱下层时采用原水即可，但是方便工程设计，一般全部采用除盐水在所有的操作过程。

3.3.5 反洗的频率
在满室床系统，反洗的主要目的是将在树脂床内的杂质和颗粒排除，考虑到操作性和经济性，压降不应比正常值高出50％。用於满室床的专用树脂是强度很好的树脂经长期使用仅会有极少量的细颗粒产生，这些细颗粒若形成，会累积在树脂床的上层，在实际的使用经验细颗粒的去除约为200到400的运行周期反洗一次。

3.3.6 水帽
水帽的先型以及水帽板的设计和建造均相当重要。处理液在交换柱内非常均匀的流动是必须要达成的。不管是在采水或再生长，为了不让树脂颗粒卡在水帽缝隙，因而水帽缝隙必须为0.2毫米.
水帽每平米的数量是由线速度决定。但每平米至少要有45个以上,每一个水帽通过的水量约为700升/小时，在最大流速下帽所造成的压降应在1到5KPA内。
为确保再生液的完美分布，5KPA原上层水帽必须有阻流阀以使再生液的流速有足够的背压而得到控制。
例如：
流量 ：60立方米／小时
交换柱直径 ：1500毫米
截面积 ：1.77平方米
水帽数目 ：85个
单一水帽流量 ：706升/小时
不同的满室床的装置其水帽的选择如下:
·单室阳塔
上层水帽：附阻流阀单向水帽
下层水帽：当原水不含悬浮杂质时用单向水帽当原水含悬浮杂质时用双向水帽。
·单室阴塔
上层水帽：附阻流阀单向水帽
下层水帽：单向或双向水帽