关键词:离子交换器；运行周期；树脂层高度
某厂水处理负责全集团的无离子水的供应，主要采用一级除盐+混床系统，一期水处理设计出力为810t/h，阴阳床各6套，每套设计处理为177t/h,二期水处理设计出力为710t/h,阴阳床各7套，每套设计出力为150 t/h。公司主要为化工供给无离子水，供水量较大，每月外供水约60万吨，因此，床体的运行周期直接影响供水是否充足。
1 工艺流程介绍
原水经预处理后到日用水池储存，生水泵升压后经机械过滤器除去悬浮物，经双室双层阳离子交换器除去水中金属阳离子,水质呈酸性，经鼓风式（大气式）除碳器除去水中CO2，除二氧化碳后的水经中间水泵升压到单室阴子交换器除去阴离子，除去阴离子的水经混合离子交换器除去残余的阴阳离子成为合格除盐水，贮存于除盐水箱，经除盐水泵送向主厂房作为锅炉补给水或化工厂生产用水。
凝结水部分由各用水点释放的蒸汽凝结后经过电磁除铁过滤器的处理后存储在凝结水箱，由提升泵打至前置过滤器，经过阳离子交换器，阴离子交换器成为合格的除盐水，贮存于除盐水箱。
2 存在问题
2016年9月份开始，公司一期阳床运行周期不稳定周期制水量由正常的6000T左右下降至3500T左右，本次运行周期正常，下个周期使用相同的再生条件，阳离子交换器出水钠含量偏大或再生失败，运行周期明显缩短，存在周期反复的现象，需要进行二次再生才能恢复交换能力，每月平均再生酸耗由60g/moL上涨至85g/moL，严重影响经济运行。
3 运行周期不稳定的原因分析
我们利用头脑风暴法,从人、机、料、法等几个方面寻找阳离子交换器运行周期不稳定的原因，最终列出了6条可能原因，分别为1.原水水温变化大；1.原水水质变差；3.离子交换树脂收到铁离子污染严重；4.树脂板结严重；5.凝结水回水的不稳定因素；6，再生剂的质量问题。
3.1原水水温变化大
本单位位于陕西省榆林市，气温四季差异大，冬季受北方冷气团控制，平均气温-7.8～4.1℃，夏季受大陆气团和副热带高压西伸北抬的影响，平均气温在20℃以上，由于全年气温变化大，影响到原水水温变化大，进而影响原水的净化出水指标变化大，阳离子交换器的再生效果、制水效果均呈现出了不稳定的状态。水温越高，离子的热运动越剧烈，单位时间碰撞的次数增加，可以加快反应速率，从而提高了阳离子交换器的运行周期。
3.2原水水质变差
原水水质分析见表1，从原水水质分析发现，原水水质变换较大。由于阳离子交换器对原水缓冲调节能力较弱，再生效果一般容易随进水水质变化而产生较大波动［1］。
表1 2016年9月份前后原水水质分析数据
.png)
3.3离子交换树脂受到铁离子污染严重
铁离子对离子交换树脂的污染有三种不同的情况。
1.铁离子以胶态悬浮体出现时, 它会从过滤器中漏过而污染阳离子交换树脂。
2.铁以二价铁离子的形式交换到树脂上, 随后被氧化成三价铁离子, 从而在树脂颗粒上形成凝胶状的不溶于水的铁的氢氧化物。
3.铁以三价铁离子的形式交换到树脂的交换基团上,在再生过程中不能被完全除去而残留在树脂中[2]。
树脂体外反洗时，对阳离子交换树脂进行取样，发现树脂颜色较深，呈棕色、黑色。取一定量被铁污染的树脂用除盐水洗净并浸泡在食盐水溶液中浸泡半小时左右后倾去食盐水溶液，再用除盐水洗剂2-3次后从中取出一部分树脂放入具塞试管中加入两倍树脂体积的6 mol/L盐酸溶液盖严盖子震荡15分钟后。取出一部分酸液至另一试管中并滴入饱和亚铁氰化钾溶液形成普鲁士蓝沉淀，从而判断出阳离子交换树脂受铁污染。
3.4树脂板结严重
公司阳离子交换器为双室逆流再生固定床，上室为弱阳树脂，下室为强阳树脂，由于下室树脂无膨胀高度，体内反洗时树脂反洗不彻底。体外反洗时采用管道进行输送，下室底部树脂不能全部被导出，未起到反洗的目的，导致底部树脂有结块现象。再生时，出现短路，减小再生液与树脂的接触面，导致再生失败或再生效果差的情况出现。
3.5凝结水回水的不稳定因素
由于本装置收集处理蒸汽凝结水，这就增加了许多不确定的因素，如外界装置的污染，换热器的泄漏等等，会导致凝结水钠含量的上升，这就大大增加了阳离子交换器的树脂工作层，降低了阳树脂的工作交换容量，极大的缩短了阳离子交换器的正常运行周期。
3.6 再生剂的质量问题
离子交换反应是一种可逆反应, 服从质量作用定律。所以, 离子交换器的出水水质取决于树脂的再生度, 再生液的质量好坏直接影响树脂的再生度。因强酸性阳离子交换器以监测出水Na+含量的大小来判断水质是否达标。再生用工业盐酸中的Na+含量当然直接影响阳床出水水质。
4处理措施
4.1 原水水温变化大
由于原水的水温变化大，对本系统的稳定运行造成了一定影响，同时在日常运行中积累了经验。在系统原水来水处安装了，板式换热器，分别用低温度的原水和高温度的凝结水在板式换热器内进行了换热处理。使原水温度稳定在20～25℃之间，出水水质明显变好，阳离子的运行周期变长，再生的次数大大减少。
4.2原水水质差
我厂原水采用地表水和地下水水源，为了降低生产成本，原水使用地下水较经济，地下水供水部门设置软化水处理装置，运行中加强原水进水水质的监督，及时进行水质分析，发现异常指标，及时联系进行调整，保证原水水源水质稳定，硬度小于5mmol/L。
4.3树脂受铁污染
在离子交换器内，采用10%的高浓度盐酸进行浸泡48小时，浸泡后采用5%盐酸进行再生，并增大再生剂量为正常剂量的2倍，对阳离子交换树脂进行复苏。
凝结水回水首先经过电磁除铁过滤器，使凝结水的氧化铁含量在≤0.3mg/L，水质稳定度提高。
4.4树脂结块，再生短路
将阳离子交换树脂下室强阳树脂导入清洗罐，对树脂清洗罐及离子交换器分别进行大反洗，彻底清洗树脂，并将离子交换器下部未导出的树脂进行反洗疏松，消除底部树脂反洗不到位造成再生短路的现象。
4.5凝结水水质的监测分析
在各路凝结水的回水口安装了取样点，加大了每个运行班组的取样分析频次，随时发现问题，外界各用水点及时处理问题，使得凝结水的水质指标稳定，阳离子交换器的运行周期延长。
4.6 选用合适的盐酸作为再生剂
阳离子交换器再生时, 再生用工业盐酸中Na+的浓度分率YNa应小于0.001, 即工业盐酸中Na+含量极限值不应大于0.01 mol/L。即如阳离子树脂再生用工业盐酸中Na+含量小于0.010 mol/L, 理论上可以保证强酸性阳离子交换器运行出水达标, Na+含量小于100μg/L, 且再生用工业盐酸中Na+含量越小, 阳离子交换器运行出水Na+含量越小, 水质越优。
4.6其他
对离子交换器树脂层高度进行排查，并补加，使树脂层高度达到设计要求，从而延长离子交换器运行周期。
5 结论
影响离子交换器运行周期有很多因素，树脂层高度、原水水质、再生效果等，在实际运行过程中，应根据实际情况进行一一排查，同时可以进行类比，及时排查原因并采取措施，确保离子交换器安全稳定运行，降低生产成本。
参考文献
[1]曹德平.阳离子交换器酸耗渐高原因分析及处理[J].华电技术，2014，36（2）:57-59.
[2] 罗召礼. 离子交换器周期制水量下降的原因分析与对策[J]. 湖南有色金属, 2010，26（3）：51-53
论文作者:袁宇
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年第3期
论文发表时间:2020/4/22
标签：树脂论文; 阳离子论文; 水质论文; 凝结水论文; 周期论文; 交换器论文; 原水论文; 《工程管理前沿》2020年第3期论文;