鹽水濃度控制在水處理工作中的應(yīng)用

劉天鵬，陳 郁

（勝利油田井下作業(yè)公司稠油試油大隊，山東 東營 257077）

鈉離子交換器進行水質(zhì)處理的同時，需要用食鹽進行再生。為了更加明晰食鹽溶液的濃度和性質(zhì)對鈉離子交換設(shè)備處理能力的影響，特此進行分析探討。

一、硬度與設(shè)備簡述

關(guān)于給水硬度，在標(biāo)準(zhǔn)中如下規(guī)定。

1.采用鍋外化學(xué)水處理的蒸汽鍋爐與汽水兩用爐，額定蒸汽壓力在P≤2.5MPa的鍋爐給水硬度≤0.030mmol/L；2.5MP＜P＜3.8MPa的鍋爐給水硬度≤5.0×10-3mmol/L；

2.采用鍋外化學(xué)水處理的熱水鍋爐給水硬度≤0.6mmol/L。

針對油田內(nèi)部多數(shù)的鍋爐，如果有熱水鍋爐與蒸汽鍋爐兩種設(shè)備給水并不分離的現(xiàn)狀，這就要求鈉離子交換器出水必須至少達到蒸汽鍋爐給水的標(biāo)準(zhǔn)，這對鈉離子交換器的運行提出了較高的要求。

自動控制鈉離子交換器因其操作方便、制水效果良好得到了普遍的應(yīng)用，其設(shè)備的原理圖見圖1。

該設(shè)備軟化水的原理是利用交換劑即樹脂進行離子交換反應(yīng)，使硬度較高水中的Ca2+、Mg2+兩種離子與樹脂中Na+進行交換，使水得到軟化。樹脂要進行周期性的再生方能使這種交換反應(yīng)持續(xù)進行下去，樹脂再生用液即食鹽溶液，而食鹽溶液的濃度便是探討的重點。

二、波美計的使用

作為樹脂再生液的配置，應(yīng)當(dāng)使用鍋爐房專用工業(yè)原鹽，NaCl含量能達到96%以上，符合相應(yīng)的GB1882-2003標(biāo)準(zhǔn)，但在實際工作中有達不到此標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象發(fā)生。

有些工業(yè)食鹽摻雜較多土塊、污泥等懸浮物質(zhì)，其溶液一般要經(jīng)過澄清、過濾、充分溶解后方能使用。為了保證再生液的再生能力，溶解與配制成8%左右的再生液都用軟化水來進行。圖1中有兩個流量計，右邊為趨于飽和或者濃度較大的食鹽水進入鹽水流量計，左邊則是軟化水流量計，兩種流量計的水經(jīng)過配比而混合成再生用液。

為了方便觀察原鹽的溶解情況，在溶解池中放一個“婆梅氏比重計”即波美度比重計，波美度（°Bé）是表示溶液濃度的一種方法，波美比重計浸入所測溶液中，得到的度數(shù)就叫波美度，波美度數(shù)值較大，讀數(shù)方便，得到了普遍應(yīng)用。相對密度是液體一個重要的物理常數(shù)，其波美計重表刻度的方法是把15℃的純水的相對密度作為0°Bé，波美度與比重換算方法：對于比水重的波美度=144.3-(144.3/比重)；比重＝144.3/(144.3-波美度)。

重于水的液體的波美度與比重的關(guān)系(15°/4°)見表1。

表1

氯化鈉溶液的密度（g/cm3）與百分比濃度(%)的關(guān)系（20℃）見表2。

表2

在10℃時，氯化鈉的溶解度是35g；20℃時，氯化鈉的溶解度為36g，可見氯化鈉的溶解度隨溫度變化較小，所以在實際工作中，可以忽略溶液的溫度因素來參看表2。例如：10℃時的飽和濃度為35/(100+35)=25.926%，20℃時的飽和濃度為36/(100+36)=26.47%，查看表2，食鹽液飽和溶液密度為1.2，再查表1，則對應(yīng)的波美度應(yīng)為24。

根據(jù)放置于鹽池內(nèi)的婆梅氏比重計上的讀數(shù)，可以方便地查出其溶鹽池內(nèi)鹽水的百分比濃度，還可以通過波美計讀數(shù)的變化，比較方便地判斷其食鹽的純度，對實現(xiàn)鈉離子交換器的優(yōu)質(zhì)高效運行起到一定的指導(dǎo)作用。

三、實踐應(yīng)用解決生產(chǎn)問題

各溶鹽設(shè)備由于設(shè)計與運行使用方式不同，其溶鹽效果也不盡相同，有的溶鹽設(shè)備體積較大、設(shè)計合理，能夠使鹽水長時間的浸泡，濃鹽水趨于飽和，鹽水波美度就大；而有的溶鹽池體積較小，鹽水長期處在一個動態(tài)平衡狀態(tài)，鹽水達不到飽和狀態(tài)，鹽水的波美度就小。此外，工業(yè)用鹽的純度也對波美計讀數(shù)有一定影響，所以應(yīng)該根據(jù)溶鹽設(shè)備的具體運行狀況來密切觀察波美計的讀數(shù)，使其讀數(shù)真正為水處理設(shè)備的優(yōu)質(zhì)高效運行提供參考。

當(dāng)發(fā)現(xiàn)鹽水內(nèi)波美計的讀數(shù)與平常值有了明顯偏差時，就要引起重視。如果是偏低現(xiàn)象，例如平時某清鹽池內(nèi)的鹽水波美度在15°Bé，如果在運行了一段時間后，波美度變成了12°Bé，往往鈉離子交換器出水水質(zhì)也會有變化，水質(zhì)容易不達標(biāo)，這有可能一方面是鹽的純度不夠造成的，需要增加鈉離子交換器鹽水流量計開度，同時減小軟水流量計開度，另一個方面則可能是溶鹽池堵塞造成鹽水濃度降低，需要清理堵塞達到提高鹽水濃度的目的。

實踐證明，當(dāng)食鹽中含有0.5%以上的鈣鹽與鎂鹽時，將會明顯地影響離子交換劑的再生效果，這種現(xiàn)象表現(xiàn)在鹽水內(nèi)波美計的讀數(shù)比平常值明顯高出4、5個數(shù)量級，而鈉離子交換器出水硬度值升高，在排除改善溶鹽設(shè)備提高溶鹽能力與水處理設(shè)備本身問題兩個因素后，基本可以斷定是由于食鹽溶液的純度不夠而造成了鈉離子交換器出水硬度值升高。當(dāng)操作人員誤認為是鹽水濃度太高而使樹脂交換能力下降時，往往會減小鹽水流量計的開度（即減少進鹽量），增加軟水流量計的開度，以期降低鹽水濃度而達到硬度達標(biāo)的目的，這就造成了誤操作，其效果則適得其反，致使再生效果達不到應(yīng)有的要求。

可考慮兩種解決此問題的方案。

1.將食鹽溶液預(yù)先進行軟化處理，這是首選方案。處理方法是在已溶解的飽和食鹽溶液中，投加一定量的碳酸鈉和氫氧化鈉。投加量可按下式估算：

Na2CO3=53×(HCa+α)（g/L）

NaOH=40×(HMg+β)（g/L）

式中：HCa、HMg——分別表示飽和食鹽水中Ca2+、Mg2+離子含量，mg當(dāng)量/L；

53、40——分別表示碳酸鈉、氫氧化鈉的當(dāng)量；

α——碳酸鈉的過剩量，mg當(dāng)量/L，可取2～3；

β——氫氧化鈉的過剩量，mg當(dāng)量/L，取1～2。

在溶鹽池中加藥后沉淀6～8h，沉淀后的溶液，殘留CO32-堿度不超過1mg當(dāng)量/L，OH-堿度不超過0.2～0.5mg當(dāng)量/L。

另外，在鈉離子交換器運行期間，可用軟化水進行再生鹽液的配置，這樣會大大提高再生液的配置效率，使再生進入良性循環(huán)。

2.其次可以運用適當(dāng)增加再生液濃度的方法。因為食鹽溶液中含有雜質(zhì)Ca2+、Mg2+，造成了波美計比重值上升，當(dāng)這種鹽水再生劑進入樹脂層進行交換時，將需要更多的Na+對樹脂上的金屬離子進行置換，所以不應(yīng)該減小再生劑的濃度，相反應(yīng)該增大鹽水流量計的開度，相應(yīng)減小軟水流量計的開度，使再生劑的濃度變得稍大，此外還應(yīng)適當(dāng)延長鈉離子交換器的再生時間與置換時間，以期提高樹脂的交換能力，但要注意一點：再生液濃度并非越高越好，高濃度再生液將使樹脂的交換能力下降。

工業(yè)用食鹽的純度與水處理效果確實有著密不可分的關(guān)系，有些從表面看白皙剔透、粒徑小的漂亮晶體反而純度不高，而有些顏色烏沉、甚至或帶有泥沙雜質(zhì)的大粒粗鹽經(jīng)過手工挑出雜質(zhì)、澄清、過濾后反而是好原鹽，適合設(shè)備使用，這需要認真、科學(xué)地進行鑒別。

四、結(jié)語

利用波美計來判斷解決有關(guān)工業(yè)用食鹽溶液的濃度與硬度問題對實現(xiàn)水處理設(shè)備的優(yōu)質(zhì)高效運行有一定幫助，但是精確分析工業(yè)用食鹽的雜質(zhì)以及其溶液的濃度實際上是一個非常嚴(yán)謹?shù)幕瘜W(xué)試驗過程，所以應(yīng)通過實踐工作過程中進一步觀察研究這方面問題所在，找出一定的規(guī)律與經(jīng)驗，以期對實際水處理工作有一定的指導(dǎo)意義。