再生钠离子交换器再生操作中的技术探讨
摘 要：加装浮漂的方法消除了盐水池静压强对交换器内盐水线速度的影响，进一步的追求应该是操作的精细化。通过对盐水阀操作的观察可知，盐水阀丝杠的磨损以及肉眼对手轮标记位置判断上的误差会影响盐水阀的开度，造成盐水阀开度的不恒定。
目前城市建设发展的特点是核心城市周边的小城镇发展迅速、小城镇发展的特点又是小城镇周边的住宅小区日益增多，这些小区的优势在于开发商可以集中资金在相对“小”的空间里打造精品住宅。这种精品意识表现在供暖锅炉软化水制备方法的选择上，是开发商多选择先进的锅外离子交换水处理法取代落后的锅内加药法。但是这些小区的地理位置决定了操作这些先进水处理设备的人员多是文化程度不高的农民工、季节工，使这些精品设备没有发挥出精品作用。笔者注意到这一现象，撰写本文，希望能够通过对钠离子交换水处理过程中再生操作的若干技术问题的探讨，与开发商、物业管理企业和水处理工共同努力，打造精品的软化水。
1 交换器内盐水线速度的控制
无顶压逆流再生钠离子交换器再生时的盐水线速度是决定产水品质的一个重要参数，只有严格地执行钠离子交换器使用说明书中规定的线速度（一般为1.5～2.0m/h）才能生产出优质的软化水。在盐水流程上没有安装流量计的系统中通过控制盐水池（参见图1）液面下降速度间接地控制交换器内的盐水线速度是比较可靠的方法，具体方法是：
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先根据说明书对盐水线速度的要求和交换器截面尺寸计算出盐水的小时流量，再根据小时流量和盐水池截面尺寸求出盐水池液面每5分钟下降的高度，通过控制盐水池液面5分钟下降高度控制交换器内盐水线速度，举例如下：
例1．某钠离子交换器内径D=0.75 m，说明书规定的盐水线速度1.5～2.0 m/h，盐水池截面积2.136 m2，求盐水池液面每5分钟下降的高度。
解：第一步，先分别计算线速度1.5 m/h和2.0 m/h的盐水流量：
① 线速度1.5 m/h 的流量：
交换器截面积＝πD2/4 =0.4418 m2，
流量1.5 = 交换器截面积×线速度1.5 = 0.4418×1.5 = 0.6627 m3/h
② 线速度2.0 m/h的流量：
流量2.0=交换器截面积×线速度2.0=0.4418×2 = 0.8836 m3/h
即再生操作时盐水流量应控制在0.662 7～0.883 6 m3/h之间。
第二步，求盐水池液面每5分钟下降的高度：
① 盐水线速度1.5 m/h时，盐水池液面每5分钟下降的高度：
下降高度1.5 =(流量1.5/盐水池截面积)* (5/60) = 0.025 85 m≈2.6cm
② 盐水线速度2.0 m/h时，盐水池液面每5分钟下降的高度：
下降高度２.０ =(流量２.０/盐水池截面积)* (5/60) = 0.0345 m≈3.5 cm
经过两步计算可知盐水池液面每5分钟下降的高度应在2.6～3.5cm之间，那么在再生操作时，每5分钟测量一次盐水池液面下降高度并及时调整盐水阀的开度，把盐水池液面下降高度控制在2.6～3.5cm之间，就能保证钠离子交换器内的盐水线速度在1.5～2.0 m/h之间。
盐水阀的开度调整好以后，为了方便以后的操作，可以在盐水阀的手轮上做一标记，比如系上一根线绳，这样在下次上盐时，直接把阀门开到标记位置附近，再进行微调就容易了。调整阀门开度的时候，最好是单方向运动，即只朝开的方向转动，不要来回转动，以免出现空轮造成误差。当需要把阀门关小时，最好是先全关，再逐渐开到需要的位置。
2 盐水池静压强对线速度的影响
盐水阀的开度调整好以后，随着盐水池液面的下降，盐水泵入口（盐水池出口）的静压强也会逐渐下降，造成盐水泵出口压头下降，这一变化会导致交换器内盐水线速度的变化。一般说来， DN25的钢管在0.4Mpa压强差的作用下，每小时的极限水流量可达4m3/h，而以上计算的盐水最大流量和最小流量分别为0.8836m3/h和0.6627 m3/h，可调节的流量范围只有0.2209 m3/h，仅占极限水流量的5.5%左右，所以，盐水泵出口压头的微小变化就可能造成交换器内盐水线速度的超值。
为了消除盐水池静压强对盐水泵出口压头的影响，笔者设计了一套保持盐水泵入口压强恒定装置如图2：制作一个浮漂，用尼龙绳将一根软管的一端吊挂在浮漂的下方，软管的另一端固结在盐水池出口处（注意软管与盐水池出口的接口处不能泄露，软管最好选用内置钢丝螺旋支架的塑料管以防抽瘪。安装软管时，注意不要因为安装了软管及其管件而使盐水泵入口管径变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盐水泵吸入）。由于软管的上端（盐水泵入口）在浮漂的作用下能保持与盐水液面的距离不变，从而消除了盐水池静压强对交换器内盐水线速度的影响。
加装浮漂的方法消除了盐水池静压强对交换器内盐水线速度的影响，进一步的追求应该是操作的精细化。通过对盐水阀操作的观察可知，盐水阀丝杠的磨损以及肉眼对手轮标记位置判断上的误差会影响盐水阀的开度，造成盐水阀开度的不恒定。
配合浮漂的使用，安装两道盐水阀可以保持盐水阀开度的恒定。在两道盐水阀中选择一道（一般选第二道）作为调节阀，另一道作为控制阀。第一次再生操作时，一道阀全开，用二道阀调节盐水池液面下降速度。再生结束时，二道阀不动，全关一道阀。在以后的再生操作中，只需全开或全关一道阀控制盐水的进入和停止，不用再调节二道阀就能轻易获得合理的盐水线速度。
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3 盐水浓度的调节
钠离子交换器采用盐溶液作为再生液进行再生，再生前要测定盐溶液的浓度。盐溶液的质量分数一般取4～7%，测得的质量分数在这个范围之外就要调节。
首先讨论溶液的稀释，稀释溶液的加水量可以通过计算求得，举例如下：
例2：某次再生操作前测得溶液密度为1 058 kg/m3，根据盐溶液密度—浓度对照表查得溶液浓度为8%，已知盐水池截面积2.136m2，盐溶液深0.7 m，求加多少溶剂（淡水）可以得到浓度为 6% 的盐溶液？
解：第一步，根据密度和体积求出溶液质量：
溶液质量=溶液体积×溶液密度=2.136×0.7×1058=1 582 kg
第二步，根据溶液质量和溶液浓度计算出溶质质量和溶剂质量:
溶质质量=溶剂质量×溶液浓度=1582×8%=126.56 kg
溶剂质量=溶液质量-溶质质量=1582-126.56=1455.4 kg
第三步，根据目标溶液浓度计算目标溶剂质量：
由于质量分数＝溶质质量／（溶质质量＋溶剂质量）*100%
将目标条件（浓度6%，溶质质量126.56 kg）代入公式，则 目标溶剂质量＝1 982.8 kg
第四步,求加水(溶剂)量:
加水量=目标溶剂质量-目前溶剂质量=1982.8-1455.4=527.4 kg
至此，经过计算得到了稀释溶液需要加入的淡水量，但是为了便于操作，还要将加水量折算成体积，从而求出加水后盐水池的液面上升了多少？
第五步，根据加水量和盐水池截面积求出盐水池液面上升高度，淡水的密度按1 000 kg/m3计算：
液面上升高度＝加水体积／盐水池截面积＝（加水量／淡水密度）／盐水池截面积＝(527.4/1000)/2.136＝24.7 cm
即向盐水池加水使液面上升24.7cm，就可以将浓为8%的盐水稀释为6%的盐水。
接下来探讨溶液（盐水）的浓化。溶液的浓化相对简单，可以这样做：先打开连通阀（参见图1），然后舀盐水池里的稀盐水浇在溶盐池里的固体盐上，边浇边测盐水的浓度，直到符合要求为止。
4 实际耗盐量的计算
钠离子交换器的使用说明书一般都规定了一次再生操作的耗盐量，这是设计单位根据树脂型号、装填量、树脂的工作交换容量、水流速等一系列参数按工艺计算得出的结论，操作人员必须遵守。下面就遵守规定的前提下，探讨实际耗盐量的计算。
实际耗盐量的计算步骤是：先根据盐水池截面积和一次再生操作后液面下降的总高度求出消耗盐水的体积和质量，再根据溶液浓度求出耗盐量，举例如下：
例3：某钠离子交换器使用说明书规定的再生耗盐量为59.4 Kg，某次再生操作后，盐水池液面下降了0.44m，已知盐水密度1058Kg/m3，盐水浓度6%，盐水池截面积2.136m2，求耗盐量。
解：耗盐量=盐水体积×盐水密度×浓度=盐水池液面下降高度×盐水池截面积×盐水密度×浓度=0.44×2.136×1058×6%=59.66Kg
即本次再生操作耗盐59.66Kg，符合规定。
打造精品的软化水，水处理工的责任心强否是主要的，技术水平的高低是次要的。偶尔一次再生操作使钠离子的产水质量达到精品是容易的，但整个采暖期的软化水都是精品就不那么容易了，连续若干采暖期的软化水都是精品就更不容易了。钠离子交换器的供水有无硬度或硬度大小除了水处理工以外谁也不知道，即便是供水过程中出现了事故（漏硬度），造成的破坏也不是短时期内可以表现出来的，也就是说，供水事故很容易被隐瞒。所以，住宅小区的开发商或物业管理企业对水处理工的知人善任和保持水处理人员的相对稳定是打造精品软化水的重要前提。
注：文中的加浮漂技术尚未经实际应用的检验。
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