CN114354695A - 一种阳离子交换器出水钠离子含量的测定装置及测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阳离子交换器出水钠离子含量的测定装置，包括阳离子交换器、比电导率电极杯、氢电导率电极杯，所述比电导率电极杯内安装有比电导率电极，且所述比电导率电极电连接有比电导率表，所述氢电导率电极杯内安装有氢电导率电极，且所述氢电导率电极电连接有氢电导率表，所述阳离子交换器出水一部分通过管道流通至所述比电导率电极杯中，另一部分通过管道流通至所述氢电导率电极杯中。本发明通过测定阳离子交换器出水的氢电导率数值、比电导率数值，实现了间接测定钠离子含量，相较于传统的在线钠表，本发明的测定装置投入费用低，各装置之间安装连接科学合理、实用性强、操作方便，值得大力推广应用。

Description

一种阳离子交换器出水钠离子含量的测定装置及测定方法

技术领域

本发明涉及钠离子含量测定技术领域，更具体的说是涉及一种利用电导率表测定水处理阳离子交换器出水中钠离子含量的测定装置及测定方法。

背景技术

水处理除盐系统中含有多种离子，因为树脂对各种离子的选择性系数不同，所以它们在离子交换柱上会发生离子间的互相排代作用，其排代关系与溶液中的离子组成和树脂中各种离子所占的比例有关。当含有多种离子的水溶液通过氢离子交换柱时，其主要规律为被交换离子在交换柱中的分布按照其被交换树脂吸着能力的大小沿水流方向分布，最上部是吸着能力最大的离子，下面则为吸着能力小的离子。

在实际应用中，由于在离子交换器内横断面上的各个部位再生程度的差异和运行中水力特性的不均匀等因素的影响，各层的断面不是水平的，而是互相交错的，因此上述离子排代现象，只是大致符合上述规律。

下面以阳离子交换为例，讨论动态离子交换过程：天然水中通常含有Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺等多种阳离子及HCO₃ ^-、HSiO₃ ^-、SO4₂ ^-、Cl^-等多种阴离子，在水通过阳离子交换器的初期，水中的各种阳离子都与RH型树脂中的H⁺进行交换，依据它们被树脂吸着能力的大小，最上层以最易被吸着的Ca²⁺为主，自上而下依次排列的大致顺序为Ca²⁺，Mg²⁺，Na⁺，随着通过水量的增加，进水中的Ca²⁺也与生成的Mg型树脂进行交换，使Ca型树脂层不断扩大；当被交换下来的Mg²⁺连同进水中的Mg²⁺一起进入Na型树脂时，又会将Na型树脂中的Na⁺交换出来，结果Mg型树脂层也会不断的扩大和下移；同理，Na型树脂层也会不断的扩大和下移，逐渐形成R2Mg-Ca，RNa-Mg，RH-Na的交换区域，当阳离子交换器失效后，首先泄漏Na⁺，所以检测阳离子交换器出水中Na⁺含量的变化，可判断阳离子交换器是否失效，但在线钠表费用较高，在很大程度上提高了测定成本。

因此，如何提供一种低成本的阳离子交换器出水钠离子含量的测定装置及测定方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决现有钠离子测定设备单一、价格昂贵的缺点，提供了一种阳离子交换器出水钠离子含量的测定装置及测定方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种阳离子交换器出水钠离子含量的测定装置，包括阳离子交换器，还包括比电导率电极杯、氢电导率电极杯，所述比电导率电极杯内安装有比电导率电极，且所述比电导率电极电连接有比电导率表，所述氢电导率电极杯内安装有氢电导率电极，且所述氢电导率电极电连接有氢电导率表；

所述阳离子交换器出水一部分通过管道流通至所述比电导率电极杯中，另一部分通过管道流通至所述氢电导率电极杯中。

优选的，在上述一种阳离子交换器出水钠离子含量的测定装置中，还包括样水恒温装置，所述样水恒温装置进水口与所述阳离子交换器出水口连通，且所述样水恒温装置出水口通过管道分别与所述比电导率电极杯、所述氢电导率电极杯进水口连通。

进一步优选的，所述样水恒温装置连接有温控器。

优选的，在上述一种阳离子交换器出水钠离子含量的测定装置中，所述比电导率电极杯、所述氢电导率电极杯进水端均设置有流量计。

优选的，在上述一种阳离子交换器出水钠离子含量的测定装置中，所述氢电导率电极杯的进水端还设置有阳离子交换柱。样水经过阳离子交换柱后，将水中的阳离子全部除去，出水中只剩余阴离子，然后测量其电导率数值，此数据为样水氢电导率数值。

优选的，在上述一种阳离子交换器出水钠离子含量的测定装置中，所述比电导率电极杯、所述氢电导率电极杯均设置有溢流口，且所述溢流口连通至外部的溢流槽。

本发明还公开了一种阳离子交换器出水钠离子含量的测定方法，包括以下步骤：

(1)样水从阳离子交换器出口通过管道分别流通至比电导率电极杯和氢电导率电极杯中；

(2)待样水流量稳定且无波动后，分别记录比电导率表和氢电导率表的显示数值；

(3)利用以下公式计算阳离子交换器出水钠离子含量：C＝A×1000/Λ；

在上述公式中：C为钠离子的浓度(μmol/L)，A为比电导率与氢电导率的差值(μS/cm)，Λ为钠离子的摩尔电导率(50.1×10^-4S·m²·mol^-1)。

优选的，在上述一种测定装置进行阳离子交换器出水钠离子含量的测定方法中，样水温度控制在25±1℃。

温度对电导率的测量影响较大，包括离子导电能力变化、水的电离平衡移动、杂质离子对水电离平衡的影响。结合《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》(GB/T12145-2016)要求，将控制样水温度为25℃±1℃。

优选的，在上述一种测定装置进行阳离子交换器出水钠离子含量的测定方法中，进入比电导率电极杯和氢电导率电极杯的样水流量控制在130-160ml/min。

常规的阳离子交换器测量氢电导率时，测量系统漏入二氧化碳，会使结果产生正偏差；树脂不能彻底地交换阳离子，会使结果产生或正或负的偏差，树脂再生不完全或冲洗不充分，释放出杂质离子会引起正误差；这要求测量需要较大流速以减少上述误差，另外结合电导率仪表的适用范围，本发明控制流量130-160ml/min为宜。

优选的，在上述一种测定装置进行阳离子交换器出水钠离子含量的测定方法中，步骤(3)中，当阳离子交换器出水钠离子含量＞50μg/L时，判断为阳离子交换器失效，对阳离子交换器还原再生后再次投入运行。

优选的，在上述一种测定装置进行阳离子交换器出水钠离子含量的测定方法中，当比电导率电极杯或者氢电导率电极杯内的样水过多时，样水经溢流口通过管道流至溢流槽内。

本发明由比电导率表和氢电导率表组成的差式电导率表替换掉传统的钠表的设计原理为：一方面，比电导率表数值减氢电导率表数值，即减掉了阴离子所产生的电导率的数值，剩下的电导率数值即主要为钠离子贡献的；根据钠离子摩尔电导率，依据比电导率表与氢电导率表的差值进行计算得到钠离子的含量；另一方面，阳床相当于一个大的氢交换柱，未失效时，出口比电导率和氢电导率基本一致，当阳床失效漏钠后才有差值出现，利用差值计算钠离子的含量。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种测定装置进行阳离子交换器出水钠离子含量的测定装置及测定方法，具有以下优点：

阳离子交换器相当于一个大的氢交换柱，未失效时，出口比电导率数值和氢电导率数值基本一致，当阳离子交换器失效，即阳离子交换器漏钠后会有差值，本发明通过测定阳离子交换器出水的氢电导率数值、比电导率数值，实现了间接测定钠离子含量，相较于传统的在线钠表，本发明的测定装置投入费用低，各装置之间安装连接科学合理、实用性强、操作方便，值得大力推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明测量装置系统图；

图2附图为电导率差值与钠含量的回归方程和回归曲线。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种阳离子交换器出水钠离子含量的测定装置，包括阳离子交换器，还包括比电导率电极杯、氢电导率电极杯，比电导率电极杯内安装有比电导率电极，且比电导率电极电连接有比电导率表，氢电导率电极杯内安装有氢电导率电极，且氢电导率电极电连接有氢电导率表；

阳离子交换器出水一部分通过管道流通至比电导率电极杯中，另一部分通过管道流通至氢电导率电极杯中。

为了进一步优化上述技术方案，还包括样水恒温装置，样水恒温装置进水口与阳离子交换器出水口连通，且样水恒温装置出水口通过管道分别与比电导率电极杯、氢电导率电极杯进水口连通。

为了进一步优化上述技术方案，比电导率电极杯、氢电导率电极杯进水端均设置有流量计。

为了进一步优化上述技术方案，比电导率电极杯、氢电导率电极杯均设置有溢流口，且溢流口连通至外部的溢流槽。

本发明还公开了一种阳离子交换器出水钠离子含量的测定方法，包括以下步骤：

(1)样水从阳离子交换器出口通过管道分别流通至比电导率电极杯和氢电导率电极杯中；

(2)待样水流量稳定且无波动后，分别记录比电导率表和氢电导率表的显示数值；

(3)利用以下公式计算阳离子交换器出水钠离子含量：C＝A×1000/Λ；

在上述公式中：C为钠离子的浓度(μmol/L)，A为比电导率与氢电导率的差值(μS/cm)，Λ为钠离子的摩尔电导率(50.1×10^-4S·m²·mol^-1)。

为了进一步优化上述技术方案，样水温度控制在25±1℃。

为了进一步优化上述技术方案，进入比电导率电极杯和氢电导率电极杯的样水流量控制在130-160ml/min。

为了进一步优化上述技术方案，步骤(3)中，当阳离子交换器出水钠离子含量＞50μg/L时，判断为阳离子交换器失效，对阳离子交换器还原再生后再次投入运行。

为了进一步优化上述技术方案，所述氢电导率电极杯的进水端还设置有阳离子交换柱。样水经过阳离子交换柱后，将水中的阳离子全部除去，出水中只剩余阴离子，然后测量其电导率数值，此数据为样水氢电导率数值。

为了进一步优化上述技术方案，当比电导率电极杯或者氢电导率电极杯内的样水过多时，样水经溢流口通过管道流至溢流槽内。

下面，将结合附图1对钠离子含量测定装置的具体操作流程进行详细说明：

S1、检查钠离子测量装置外观无异常、管路无泄漏、各阀门状态正常；

S2、检查比电导率电极杯、氢电导率电极杯无渗漏现象，氢电导率电极、比电导率电极在使用有效期限内；

S3、检查氢电导率表、比电导率表通电正常显示，并通电预热10min左右；

S4、检查样水恒温装置运行正常，控制样水温度显示在25℃±1℃范围；

S5、首先打开阳离子交换器出水至测定装置出水口，使样水进入样水恒温装置中，进行温度恒温控制，控制温度在25±1℃范围；

S6、打开用于测定比电导率电极杯流入水量的流量计，调整至流量指示在130～160ml/min范围内，使进入比电导率电极杯的样水流量控制在要求的范围内；

S7、打开用于测定氢电导率电极杯流入水量的流量计，调整至流量指示在130～160ml/min范围内，使进入氢电导率电极杯的样水流量控制在要求的范围内；

S8、样水流量正常后，观察比电导率表数值显示在正常范围内且稳定无波动后，记录显示数值，为测定数据；

S9、样水流量正常后，观察氢电导率表数值显示在正常范围内且稳定无波动后，记录显示数值，为测定数据；

S10、利用下列公式计算钠离子含量：

C＝A×1000/Λ

C——代表钠离子的浓度(μmol/L)

A——代表比电导率与氢电导率的差值(μS/cm)

Λ——代表钠离子的摩尔电导率(50.1×10^-4S·m²·mol^-1)

当阳离子交换器出水钠离子含量大于50μg/L时，判断阳离子交换器失效，对阳离子交换器进行再生还原，通过再生还原，阳离子交换器恢复处理水质的功能后再投入运行。

具体的，摩尔电导率∧、离子浓度C(μmol/L)和电导率贡献值A(μS/cm)之间的关系为：A＝C∧/1000

以阳离子主要为铵离子作为假定条件，阴离子为被检出的各种离子计算，则A＝(C_NH4+∧_NH4++C_Cl-∧_Cl-+…)/1000+0.0548；

pH值为中性时，纯水电离出的氢离子和氢氧根离子对电导率的贡献值为0.0548。

阳离子交换器出水比电导率贡献主要应为：氢离子、钠离子和所有阴离子；阳离子交换器出水氢导率贡献主要应为：氢离子和所有阴离子。

阳离子交换器刚开始运行未漏钠时，阳离子交换器出水比电导率和氢电导率的值应相同，阳离子交换器漏钠后，两者纯水电离出的氢离子和氢氧根离子对电导率的贡献值不一样。

如果电导率相差5μS/cm，C*50.1/1000＝5，这里只能是近似等于，因为首先没考虑水中氢离子和氢氧根离子的影响(过氢交换柱前后的pH值不一样)；其次，理论计算是在稀溶液中计算各离子对电导率贡献，非稀溶液也有误差。

所以结合实际运行时检测钠离子的浓度和电导率差值来对比。

以下为试验运行过程中的实际测定数据，具体参见表1。

表1

利用表1中的比电导率数值与氢电导率数值的差值，与实际钠表检测钠值，进行线性回归分析，得到的电导率差值与钠含量的回归方程和回归曲线参见图1，利用回归曲线、回归方程计算钠含量。

利用电导率差值与钠含量形成的回归方程式，线性相关系数为0.8338，大于0.7较好，适合于钠含量回归计算，在实际工作有很好的实用性。

本发明的阳离子交换器出水钠离子含量的测定装置及测定方法，解决了实际在线钠表装置费用昂贵的不足，本发明投入成本低；在线钠表运行成本高、钠电极较贵、还需使用二异丙胺碱化剂，耗材费用高；本发明利用差式电导率法测量钠值，不需要任何药剂，维护成本低。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方案而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种阳离子交换器出水钠离子含量的测定装置，包括阳离子交换器，其特征在于，还包括比电导率电极杯、氢电导率电极杯，所述比电导率电极杯内安装有比电导率电极，且所述比电导率电极电连接有比电导率表，所述氢电导率电极杯内安装有氢电导率电极，且所述氢电导率电极电连接有氢电导率表；

所述阳离子交换器出水一部分通过管道流通至所述比电导率电极杯中，另一部分通过管道流通至所述氢电导率电极杯中。

2.根据权利要求1所述的一种阳离子交换器出水钠离子含量的测定装置，其特征在于，还包括样水恒温装置，所述样水恒温装置进水口与所述阳离子交换器出水口连通，且所述样水恒温装置出水口通过管道分别与所述比电导率电极杯、所述氢电导率电极杯进水口连通。

3.根据权利要求1或2所述的一种阳离子交换器出水钠离子含量的测定装置，其特征在于，所述比电导率电极杯、所述氢电导率电极杯进水端均设置有流量计。

4.根据权利要求3所述的一种阳离子交换器出水钠离子含量的测定装置，其特征在于，所述氢电导率电极杯的进水端还设置有阳离子交换柱。

5.根据权利要求1所述的一种阳离子交换器出水钠离子含量的测定装置，其特征在于，所述比电导率电极杯、所述氢电导率电极杯均设置有溢流口，且所述溢流口连通至外部的溢流槽。

6.一种采用权利要求1-5任一项所述的测定装置进行阳离子交换器出水钠离子含量的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)样水从阳离子交换器出口通过管道分别流通至比电导率电极杯和氢电导率电极杯中；

(2)待样水流量稳定且无波动后，分别记录比电导率表和氢电导率表的显示数值；

(3)利用以下公式计算阳离子交换器出水钠离子含量：C＝A×1000/Λ；

在上述公式中：C为钠离子的浓度(μmol/L)，A为比电导率与氢电导率的差值(μS/cm)，Λ为钠离子的摩尔电导率(50.1×10^-4S·m²·mol^-1)。

7.根据权利要求6所述的一种测定装置进行阳离子交换器出水钠离子含量的测定方法，其特征在于，样水温度控制在25±1℃。

8.根据权利要求6所述的一种测定装置进行阳离子交换器出水钠离子含量的测定方法，其特征在于，进入比电导率电极杯和氢电导率电极杯的样水流量控制在130-160ml/min。

9.根据权利要求6所述的一种测定装置进行阳离子交换器出水钠离子含量的测定方法，其特征在于，步骤(3)中，当阳离子交换器出水钠离子含量＞50μg/L时，判断为阳离子交换器失效，对阳离子交换器还原再生后再次投入运行。

10.根据权利要求6所述的一种测定装置进行阳离子交换器出水钠离子含量的测定方法，其特征在于，当比电导率电极杯或者氢电导率电极杯内的样水过多时，样水经溢流口通过管道流至溢流槽内。

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