浮動床離子交換器屬于再生固定床的一種，對于高硬度原水的處理及水質(zhì)比較差的水源硬度處理比現(xiàn)在市場上的一般全自動閥固定床設備有其獨特的優(yōu)勢。

• 浮動床離子交換器工作原理

浮動床離子交換器內(nèi)幾乎裝滿離子交換劑，上部自由空間僅2%—5%。原水從浮動床下部進入，從上部流出。交換劑層處于懸浮狀態(tài)，但浮而不亂，仍為壓實狀態(tài)。在交換器底部，有很薄的水墊層。在水的流量波動時，交換劑受水流的沖動以及本身重力的作用而上下浮動，故有浮動床之稱。

  再生時，再生液從浮動床上部進入，首先與上部交換劑接觸，使之具有很高的再生度。再生液向下流動，到失效程度*高的底層交換劑時，盡管再生劑中反離子濃度較大，但仍能發(fā)揮作用。因此，浮動床的這種逆流再生方式和通常的逆流再生固定床一樣。由于出水處交換劑保護層的質(zhì)量好，再生過程中反離子的影響小，浮動床也具有出水水質(zhì)好、再生劑耗量低、排放的廢液少、設備體積小、出水量大、操作簡單等優(yōu)點。另外，它的交換劑裝量多，工作周期長，周期制水量增加，并對原水水質(zhì)變化的適應性增強，也適合于高交換流速運行。

  浮動床的亂層只有在運行過程中才可能發(fā)生，只要保持運行流速大于1.5m/h，交換劑層底部的水墊層高度小于100mm，浮動床的亂層問題是可以避免的。

圖4—4浮床本體結構示意圖

• 上部分配裝置；2—惰性樹脂層；3—體內(nèi)取樣管；4—樹脂層；

5—水墊層；6—下部分配裝置；7—原水入口；8—下部全排污口；9—下部排污口；

10—處理水出口；11—正洗水入口；12—再生液入口；13—上部排污口；14—上部取樣口

2．浮動床離子交換器的結構

  浮動床離子交換器的結構與固定床水處理設備基本相同，但有特殊要求。如圖4—4所示，主要包括如下裝置。

  （1）上部分配裝置   有兩個作用。1在運行或向上清洗時作為疏水裝置；2在再生或向下清洗時為再生液或清洗水的分配裝置。

  （2）惰性樹脂層    在上部分配裝置的下邊，放置一層厚約為200mm的惰性樹脂。用于防止破碎樹脂堵塞濾網(wǎng)，提高水流的分配均勻性和減少設備的阻力。

  （3）床層和水墊層  在上下分配裝置之間的為床層和水墊層。運行狀態(tài)時，床層在上水墊層在下；再生狀態(tài)時，水墊層在上，床層在下。

      床層高度一般為1.5~3.0m，由于交換劑在轉(zhuǎn)型時體積會發(fā)生變化，所以在一個運行周期內(nèi)床層高度也會有變化。

     水墊層的作用，一是作為床層變化的緩沖高度；二是使水流或再生劑分配均勻。水墊層的高度應適當，過高易使床在成床或落床時亂層，不足又會使床層在膨脹時沒有足夠的緩沖高度，使交換劑受到壓縮而產(chǎn)生結塊、擠碎、清洗時間長以及運行阻力增大等問題。交換劑經(jīng)再生后用水力壓實，水墊層高度應在100mm以下。

    （4）下部分配裝置  在運行或順洗時，作為水流分配裝置；在再生或清洗時，起支承交換劑層和疏水的作用。因此下部分配裝置應能布水均勻。

    （5）體內(nèi)取樣管  為了保證出口水質(zhì)量，可在交換劑層表面下200~300mm處安裝取樣管，取出水樣。

    （6）空氣管   浮動床*高點裝有空氣管和管閥，下端部裝置水帽式濾網(wǎng)，防止交換劑漏出。

    （7）窺視孔   在本體上、中、下各設一個窺視孔，用于觀察交換器內(nèi)部交換劑的數(shù)量和工作情況。

    （8）管道與閥門  浮動床本體允許較高的流速，一般管道內(nèi)流速以1~3m/s為宜，閥門也要相應選擇較大的尺寸。下部排污出口要用倒“U”型管，以防止再生和下流清洗時交換劑曾內(nèi)侵入空氣。無倒“U”管時，在再生和正洗階段要調(diào)整下部排污閥門的開啟度，以保持交換器內(nèi)壓力不小于0.05MPa，防止進入空氣。

3．附屬設備

  （1）體外清洗裝置  因浮動床本體內(nèi)裝滿樹脂，無法在體內(nèi)進行清洗，因此，需設有體外清洗樹脂的專用設備，目前有空氣擦洗器和樹脂清洗器兩種。

    空氣擦洗器的直徑比交換器大。使用時靠水力將樹脂輸送到空氣擦洗器，

并使水面距樹脂層上部100mm左右，然后送壓縮空氣進行擦洗。將樹脂表面的污物擦凈后，從下部進水，有上部出水，進行反洗，洗凈后將樹脂送回交換器。樹脂的輸出、輸入要用成品水，不可用原水，以免影響樹脂的再生程度。對于除鹽系統(tǒng)，陽樹脂與陰樹脂要分別使用不同的空氣擦洗器，以防樹脂混淆�？諝獠料雌魃涎b有防止樹脂漏出的壓縮空氣噴咀、樹脂輸送管、樹脂補充或卸出管和上中下三個突窺視孔等。

    樹脂清洗器與空氣擦洗器相似，但沒有壓縮空氣管，樹脂清洗器與離子交換器的直徑相同。樹脂從離子交換器上部進入，操作時必須調(diào)整進水速度，以使清洗器內(nèi)保持一定量的樹脂。樹脂層的膨脹高度，應控制在樹脂清洗器上部。在清洗至取出水樣透明無懸浮物時，將樹脂送回離子交換器。

 （2）儀表   為便于操作，在交換器或者管道上裝有運行終點計、壓力表和流量表等服務于工藝操作的附屬設備。

4．操作方法

   浮床的運行操作包括落床、再生、置換、正洗、順洗和運行等六個步驟。

   （1）落床  當浮動床運行操作到達終點時，關閉原水進口閥和成品水出口閥，其余各閥也應處于關閉狀態(tài)，事實重力落床；為避免亂層，可先開空氣閥，并迅速打開排水閥，進行排水落床。

   （2）再生  落床后，全部閥門處于關閉狀態(tài)。再生時，開啟再生液入口閥和倒U形上的排水閥，使一定濃度和體積的再生液自上而下流經(jīng)床層，由倒U形管排出。再生流速一般為5~10m/h，具體取值可通過調(diào)整試驗確定。再生過程中，要防止再生液漏進被處理水中，并注意觀察下部有無樹脂漏出。

       用食鹽再生，用量為60kg/m³樹脂，鹽液濃度為2%~4%；用鹽酸再生，濃鹽酸用量為40kg/m³樹脂，濃度為2%~3%；用硫酸再生，濃硫酸用量為30kg/m³樹脂，濃度為1%；用氫氧化鈉再生時，固體氫氧化鈉用量為15kg/m³樹脂，濃度為0.5%~1%。

  （3）置換    進完再生液后，關再生液進口閥，并打開正洗水進口閥，以與進再生液相同的流速進行置換。置換時間一般為15~30min。

  （4）正洗   開大正洗水進口閥，以10~15m/s的流速清洗，此時廢液濃度迅速下降。取下部排水水樣分析，當水樣中[C1—]不大于正洗水[C1—]100mg/L、除鹽系統(tǒng)陽床不大于正洗水強酸根0.5mmol/L、陰床電導率不大于100S/cm（或堿度小于0.5mmol/L）時，關閉清洗水進口閥和倒U型管上排水閥。

  （5）順洗（向上流清洗）  開入口水閥與上部排污閥，觀察樹脂成床與水墊層的情況。此時以20-30m/h的流速對成床清洗，至出水合格時，再打開處理水出口閥，關上部排污閥，即可投入運行送水，一般清洗時間只需3~5min。

  （6）運行  在送水過程中，要注意壓力表和流量表的指示，并定期分析出水水質(zhì)，作好記錄。浮動床的*低流速為7m/h，*高可達60m/h，一般運行流速控制在20~40m/h。

   當陽床運行2~3個月，陰床運行4~6月后，要將樹脂送入空氣擦洗器或者樹脂清洗器進行一次體外清洗。如果沒有空氣擦洗器或清洗器時，可在交換器上加裝高位塑料槽或臨時水箱代替清洗器。

5．特點

  （1）出水水質(zhì)好  一般鈉型浮動床出水硬度小于5mmol/l，只要頂部200~300mm不亂層，就能保證出水水質(zhì)。對進水的適應能力強。

  （2）再生劑比耗低   浮動床再生劑比耗一般為1.1~1.4，再生劑的利用率為70%~90%。由于再生劑的利用率高，排放廢液少，減輕了對環(huán)境的污染。

  （3）運行流速高     浮動床允許在7~60m/h的流速下運行，一般流速20m/h。固定床改為浮動床后，其效率提高1~1.5倍，周期制水量也可以提高20%~40%。

  （4）設備結構簡單   浮動床不需中間排液裝置，因此設備結構簡單，不易損壞。

  （5）運行操作簡單   其操作比順流再生固定床還要簡單，省去了反洗操作。

  （6）自用水率低     由于浮動床的再生液濃度低，過剩量少，反洗次數(shù)少，正洗也容易洗凈，故而自用水率低。

  （7）必須嚴格控制運行終點    浮動床的運行流速高、工作層厚度薄，所以在快到達終點時，離子漏過量增加很快。如不及時停止運行，出水水質(zhì)會很快惡化。因此，必須加強監(jiān)督，可通過體內(nèi)取樣管取樣化驗，以便及早發(fā)現(xiàn)終點，停止運行。

  （8）要定期進行體外清洗   由于浮動床內(nèi)樹脂基本填滿，每次再生前都不進行反洗，因此要定期進行體外清洗。

    為應用和推廣浮動床離子交換技術，近年來，許多科研部門和生產(chǎn)單位都在積極探索，已在交換器材料、結構、整體成套供應及多路閥自動控制方面作了不少工作，比較成功的有自動浮床軟水器（全稱ZF型自動浮床軟水器）、自控單閥多柱浮床（又稱ZDF自動切換鈉離子交換器）、體內(nèi)抽氣擦洗式浮床、S型浮動床、提升床、清洗床和雙室沸騰浮動床等。這些新型床和逆流再生新工藝的應用以及設備自動化水平的提高，大大地提高了固定床中交換劑的利用率和設備的效率，改善了出水水質(zhì)，降低了運行費用，從而發(fā)展了固定床離子交換水處理技術。