離子交換器制水能力降低的原因分析及對(duì)策

郭宏棟 姜在寧 劉學(xué)靜 妥巍 魏月莉

摘? 要：本文針對(duì)某電廠離子交換器制水能力下降，分析了其產(chǎn)生的原因，并提出了相應(yīng)的對(duì)策。試驗(yàn)表明：原水與反滲透出水中陰陽(yáng)離子的總量發(fā)生變化，反滲透出水水質(zhì)惡化、導(dǎo)電率升高是造成離子交換器制水能力下降的主要原因。電廠應(yīng)及時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表檢查、校驗(yàn)、調(diào)整水源結(jié)構(gòu)、檢查、更換反滲透膜元件、優(yōu)化離子交換器再生過(guò)程，以保證其運(yùn)行周期及制水量。

關(guān)鍵詞：離子交換器;反滲透;電導(dǎo)率;制水量

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ085.4? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1671-2064（2019）24-0000-00

1 概述

受自然環(huán)境影響，我國(guó)西北部地區(qū)水資源嚴(yán)重匱乏，同時(shí)，火力發(fā)電又是我國(guó)西北部地區(qū)最重要的電力能源來(lái)源?；鹆Πl(fā)電過(guò)程中，需要使用大量水資源，如果直接使用新鮮水，將增加發(fā)電成本，同時(shí)，也會(huì)加重西北部地區(qū)缺水的壓力。目前，城市中水成為重要的火力發(fā)電水源，如何提高中水利用率、增加化學(xué)制水能力是提高城市水資源二次利用的重要途徑。

某電廠為2×330MW直接空冷供熱機(jī)組，生產(chǎn)用水以城市中水為主，鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)配置超濾反滲透預(yù)脫鹽、一級(jí)除鹽（陽(yáng)床、陰床）及二級(jí)除鹽（混床）處理設(shè)備。正常情況下，超濾入口的生水DD1100-1200μs/cm、pH值7.0-7.2，陽(yáng)床出水控制指標(biāo)為：Na≤100ug/L，陰床出水DD≤5μs/cm、SiO2≤100ug/L。系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)時(shí)，陽(yáng)床、陰床的周期制水量約2萬(wàn)噸，混床的周期制水量約5萬(wàn)噸，除鹽水電導(dǎo)率控制在0.1μs/cm。

2 離子交換器運(yùn)行周期縮短、制水量下降的問(wèn)題

2018年11月，水處理兩套一級(jí)除鹽設(shè)備離子交換器周期制水量均大幅度下降，陽(yáng)床、陰床頻繁失效，陰床先于陽(yáng)床。從非采暖期的30天、采暖期的15天再生一次，縮短至3-4天，運(yùn)行周期從236h縮短至48h，縮短近80%;周期制水量從2萬(wàn)噸降至0.33萬(wàn)噸左右，下降85%;同時(shí)陰床出現(xiàn)電導(dǎo)率快速上升問(wèn)題，后續(xù)的混床周期制水量也明顯下降，幅度最大的一次是從5.2萬(wàn)噸降至1.3萬(wàn)噸，下降75%，對(duì)機(jī)組的安全生產(chǎn)運(yùn)行及供熱穩(wěn)定性構(gòu)成威脅。

3 原因排查、分析

3.1 再生過(guò)程檢查

離子交換樹(shù)脂不發(fā)生亂層是逆流再生的關(guān)鍵，如果再生過(guò)程發(fā)生了亂層（即上下樹(shù)脂層錯(cuò)亂），樹(shù)脂層中的離子型態(tài)分布規(guī)律就被打亂，樹(shù)脂逐層置換作用降低，再生效率及再生度降低，對(duì)制水產(chǎn)生影響[1]。經(jīng)過(guò)對(duì)陽(yáng)床、陰床再生過(guò)程的檢查，床體無(wú)亂層問(wèn)題，只是#1陽(yáng)床的樹(shù)脂的壓脂層存有減少現(xiàn)象。檢查再生記錄，再生操作存在隨意性，酸堿用量、濃度、流量存在一定的偏差，樹(shù)脂存有未置換飽和現(xiàn)象，影響了再生效果，影響了周期制水量。同時(shí)，對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行了化驗(yàn)檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)基本正常，僅是存有輕微的有機(jī)物污染。

3.2 再生劑品質(zhì)檢查

再生劑的純度對(duì)離子交換樹(shù)脂的再生效果有較大影響[2]。再生液的純度高、雜質(zhì)含量少，則樹(shù)脂的再生度高，出水水質(zhì)越好，尤其是陰樹(shù)脂對(duì)工業(yè)堿的純度要求更為嚴(yán)格，所以，要嚴(yán)加控制再生劑品質(zhì)。某電廠化學(xué)水處理使用的再生劑為工業(yè)鹽酸（30%）和工業(yè)液堿（30%），由固定供貨商供貨，入場(chǎng)做了濃度分析控制，未進(jìn)行成分化驗(yàn)。通過(guò)對(duì)再生劑成分分析，發(fā)現(xiàn)液堿中鐵含量存在超標(biāo)，其它控制指標(biāo)均正常，鐵污染陰離子交換樹(shù)脂后，樹(shù)脂性能、再生度會(huì)下降，對(duì)陰床的運(yùn)行周期及出口水質(zhì)存有不利影響，使混床的離子交換量增大，可引起混床制水量的衰減。

3.3 設(shè)備檢查

對(duì)#1、#2一級(jí)除鹽設(shè)備的內(nèi)部出水穹形板、中排裝置、支撐管、襯膠的防腐情況進(jìn)行檢查，設(shè)備本體結(jié)構(gòu)完整、良好;同時(shí)，對(duì)噴射器噴嘴、閥門(mén)、管路等酸、堿再生設(shè)備進(jìn)行了再次檢查、試驗(yàn)，也未發(fā)現(xiàn)異常情況。

3.4 進(jìn)水水質(zhì)排查、分析

自供熱及工業(yè)供汽投運(yùn)后，化學(xué)制水系統(tǒng)滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，產(chǎn)生的化學(xué)廢水脫硫島不能完全吸納，部分濃排水只能進(jìn)入工業(yè)廢水池、中水島，再次循環(huán)進(jìn)入生水系統(tǒng)，造成超濾入口電導(dǎo)率超過(guò)2500μs/cm，ORP超過(guò)400mv，反滲透膜運(yùn)行壓力增加，膜單元產(chǎn)水電導(dǎo)率上升至150μs/cm。同時(shí)，濃排水中存有大量的氯離子、碳酸根離子、碳酸氫根、硫酸根、鈣鎂離子等無(wú)機(jī)鹽和溶解性微生物產(chǎn)物、部分生物降解有機(jī)物等，進(jìn)入中水系統(tǒng)后，過(guò)高的TDS對(duì)微生物的生長(zhǎng)產(chǎn)生了不利影響，影響中水生物處理工藝的穩(wěn)定性;當(dāng)進(jìn)入反滲透時(shí)，反滲透膜兩側(cè)的濃度差變大，使得膜的透鹽率升高，導(dǎo)致其脫鹽率隨之降低。進(jìn)入一級(jí)除鹽設(shè)備后，使得其快速失效。由于陰床去除陰離子的效果較差，所以較先失效，造成陽(yáng)床、陰床、混床的產(chǎn)水量下降。

3.5 在線表計(jì)校驗(yàn)、排查

使用實(shí)驗(yàn)室便攜式電導(dǎo)率表計(jì)、pH計(jì)，對(duì)水樣進(jìn)行化驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)在線儀表測(cè)試結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果存在偏差，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)便攜式、在線表計(jì)校驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)#1-#4反滲透產(chǎn)水電導(dǎo)率、超濾入口電導(dǎo)率顯示值嚴(yán)重偏小。現(xiàn)場(chǎng)分析表明：在線電導(dǎo)率表計(jì)安裝在反滲透產(chǎn)水母管端頭，只能設(shè)備停運(yùn)后拆除、校驗(yàn)，給電極的定檢工作帶來(lái)不便，電極長(zhǎng)時(shí)間未進(jìn)行清洗、校驗(yàn)保養(yǎng)，存有結(jié)垢、污堵、老化問(wèn)題，不能如實(shí)顯示讀數(shù)，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)儀表不能準(zhǔn)確反映設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及水質(zhì)的變化情況，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)膜脫鹽率大幅下降及產(chǎn)水水質(zhì)惡化問(wèn)題。

3.6 反滲透膜單元檢查、分析

采用便攜式電導(dǎo)率儀對(duì)四套反滲透膜單元進(jìn)水、產(chǎn)水電導(dǎo)率進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)四套反滲透設(shè)備膜單元的產(chǎn)水電導(dǎo)大幅升高，最大的已經(jīng)超過(guò)150μs/cm，脫鹽率已明顯下降，膜元件存在不同程度的衰減，反滲透產(chǎn)水水質(zhì)已發(fā)生惡化，但在線儀表讀數(shù)顯示為50μs/cm左右，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

綜上所述，反滲透進(jìn)水導(dǎo)電率劇烈變化，現(xiàn)場(chǎng)儀表失效及反滲透膜損傷及性能衰減是造成離子交換器制水能力下降，制水品質(zhì)下降的主要原因。

4 對(duì)策實(shí)施和效果

4.1 在線表計(jì)進(jìn)行校驗(yàn)、更換

在線化學(xué)儀表是反映水質(zhì)品質(zhì)的主要儀器，也是為化學(xué)監(jiān)督提供依據(jù)的重要手段[3]。因此，儀表的準(zhǔn)確性尤為重要，要加強(qiáng)、規(guī)范在線儀表管理，儀表維護(hù)人員要及時(shí)認(rèn)真巡檢，確保樣水壓力、電極正常，定期對(duì)電導(dǎo)率、pH計(jì)等表計(jì)的電極定期進(jìn)行清洗及標(biāo)定校驗(yàn)。通過(guò)儀表的準(zhǔn)確測(cè)量，及時(shí)反映水質(zhì)品質(zhì)惡化等問(wèn)題，為化學(xué)工作人員提供真實(shí)可信的分析數(shù)據(jù)。問(wèn)題出現(xiàn)后儀表維護(hù)人員從反滲透產(chǎn)水取樣閥后接入新安裝的電導(dǎo)表計(jì)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行了自校準(zhǔn)，并使用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備及現(xiàn)場(chǎng)儀表同步對(duì)水質(zhì)進(jìn)行連續(xù)15日測(cè)試分析，連續(xù)15日誤差均在2%以?xún)?nèi)，表計(jì)顯示全部合格。

4.2 調(diào)整水源結(jié)構(gòu)

為了保證制水安全可靠，電廠調(diào)整了水源結(jié)構(gòu)，并優(yōu)化了反滲透濃排水處理流程，對(duì)反滲透濃排水稀釋后分級(jí)循環(huán)利用，用作循環(huán)水的補(bǔ)給水、脫硫工藝水，未將其全部直接進(jìn)入工業(yè)廢水、中水系統(tǒng)，以保證水系統(tǒng)的平衡。將水源臨時(shí)由中水改為城市自來(lái)水后，生水的電導(dǎo)率從1200降低至800μs/cm，反滲透濃排水回收至脫硫用作工藝水，以確保生水的水質(zhì)指標(biāo)。陽(yáng)、離子交換器周期制水量從0.33萬(wàn)噸增加至0.8萬(wàn)噸，周期制水量明顯好轉(zhuǎn)。

4.3 優(yōu)化、控制除鹽設(shè)備的再生過(guò)程

離子交換器再生過(guò)程的好壞直接影響周期制水量，主要影響因素有進(jìn)水水質(zhì)、再生液質(zhì)量、置換時(shí)間等。問(wèn)題出現(xiàn)后，電廠在操作過(guò)程中避免了#1、#2陽(yáng)床、陰床交替運(yùn)行，以防止同時(shí)失效、再生，造成除鹽水制水中斷，給安全生產(chǎn)、供熱保障帶來(lái)危害。同時(shí)，嚴(yán)格控制進(jìn)水余氯、COD等水質(zhì)指標(biāo)，防止樹(shù)脂被氧化、污染。同時(shí)，控制陰陽(yáng)床的再生酸堿用量不低于1700L，再生液的濃度控制在2.5-3.5%，保證每次再生液濃度、時(shí)間、用量均滿(mǎn)足要求，保證樹(shù)脂的再生率，從而提高制水量。

4.4 反滲透膜單元的檢修、更換

隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，反滲透膜污堵程度加重，脫鹽率會(huì)逐步下降，產(chǎn)水量減少，尤其在冬季，水溫低透水性變小，反滲透膜密度也相應(yīng)產(chǎn)生變化，產(chǎn)水量更少[4]。因此，為了控制好水溫，應(yīng)保證生水加熱器投運(yùn)正常，以免反滲透設(shè)備運(yùn)行變得遲鈍。反滲透運(yùn)行時(shí)，應(yīng)保證回收率低于75%或者更低，嚴(yán)禁反滲透膜過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，以免造成各膜單元的電導(dǎo)率急需上升，進(jìn)而影響其使用壽命;當(dāng)跨膜壓差大于0.2MPa時(shí)，及時(shí)進(jìn)行化學(xué)清洗，以免對(duì)膜元件造成不可逆的損壞。同時(shí)，電廠對(duì)性能衰減的膜單元進(jìn)行了更換，使反滲透產(chǎn)水電導(dǎo)率降至20μs/cm，一級(jí)除鹽設(shè)備制水量逐步恢復(fù)至正常范圍，陽(yáng)床、陰床的周期制水量增加至3萬(wàn)噸以上，緩解了化學(xué)制水壓力，保證了機(jī)組及供熱的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)離子交換器周期制水量減少的問(wèn)題排查、原因分析、運(yùn)行調(diào)整及檢修處理，有效控制了陽(yáng)床、陰床的運(yùn)行周期及制水量。結(jié)果表明：反滲透進(jìn)水導(dǎo)電率劇烈變化，現(xiàn)場(chǎng)儀表失效及反滲透膜性能衰減是造成離子交換器制水能力、產(chǎn)水品質(zhì)下降的主要原因。為保證除鹽設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，電廠采取了如下措施：

（1）及時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行了自校驗(yàn)，并進(jìn)行的連續(xù)跟蹤檢驗(yàn)分析;（2）優(yōu)化了反滲透濃排水處理流程，并調(diào)整了水源結(jié)構(gòu);（3）對(duì)樹(shù)脂運(yùn)行狀態(tài)及時(shí)進(jìn)行跟蹤，嚴(yán)格控制再生過(guò)程;（4）對(duì)反滲透膜單元進(jìn)行了檢修、更換。措施實(shí)施后，反滲透出水導(dǎo)電率明顯降低，陽(yáng)床、陰床周期制水量顯著增加，離子交換器單元系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)時(shí)間安全、平穩(wěn)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 周黃斌，杜偉華，蘇寧，許懷鵬.優(yōu)化離子交換器的再生工藝[J].冶金動(dòng)力，2015（6）：31-34.

[2] 李鈴.淺談離子交換器周期制水量下降的原因和對(duì)策[J].大科技，2014（10）：303-305.

[3] 王超.熱電廠化學(xué)在線儀表標(biāo)準(zhǔn)化管理的實(shí)踐研究[J].科技創(chuàng)新，2015（6）：14-15.

[4] 葉光華.反滲透運(yùn)行影響因素分析與調(diào)整對(duì)策[J].凈水技術(shù)，2002（21）：31-33.

收稿日期：2019-11-04

作者簡(jiǎn)介：郭宏棟（1981—），男，甘肅靖遠(yuǎn)人，碩士研究生，畢業(yè)于西北師范大學(xué)，工程師，研究方向：化學(xué)水處理。