朱國(guó)普

（臨渙水務(wù)股份有限公司，安徽 濉溪 235139）

1 引言

混床離子交換系統(tǒng)是整套工藝中的重要組成部分，混床在除鹽水系統(tǒng)中的作用是除去反滲透出水中殘余的少量離子，使水進(jìn)一步純化[1]?；齑簿哂谐鏊|(zhì)優(yōu)良而且水質(zhì)穩(wěn)定、間斷運(yùn)行對(duì)出水水質(zhì)的影響較小、交換終點(diǎn)明顯、利于監(jiān)督和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等特點(diǎn)[2～6]。臨渙水務(wù)公司除鹽水系統(tǒng)處理流程為：經(jīng)預(yù)處理的原水→自清洗過濾器→超濾系統(tǒng)→保安過濾器→反滲透系統(tǒng)→混床離子交換系統(tǒng)。公司的二期除鹽水生產(chǎn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)產(chǎn)水量為220t／h，實(shí)際產(chǎn)水量為200t／h左右。2008年正式投產(chǎn)使用時(shí)，混床的運(yùn)行周期達(dá)到100h左右，周期制水量達(dá)到20000t左右，但隨著設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，混床的運(yùn)行周期由于各種原因大大縮短，目前的產(chǎn)水量只有2000多t，運(yùn)行周期下降到10h，影響了除鹽水的正常生產(chǎn)，同時(shí)，頻繁的再生造成了藥品過量消耗，使公司的收益下降。

2 混床周期產(chǎn)水量下降的原因分析

臨渙水務(wù)公司二期混床在投入使用3年來，混床使用周期逐漸縮短，周期制水量逐漸下降。為了找出混床制水量下降的原因，該公司根據(jù)設(shè)備情況、樹脂性能、進(jìn)出水水質(zhì)、混床再生等方面進(jìn)行檢查和試驗(yàn)。通過試驗(yàn)和多年來運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，分析了除鹽水系統(tǒng)混床周期縮短、產(chǎn)水量下降的原因。

2.1 混床中離子交換樹脂的流失

自2008年正式投產(chǎn)使用以來，二期混床還未添加過樹脂，生產(chǎn)過程中，離子交換樹脂會(huì)不斷減少。除鹽水二期車間投產(chǎn)前混床添加陰陽(yáng)樹脂比例為1∶2，其中陰樹脂高度為120cm，投加量為7.38t；陽(yáng)樹脂高度為60cm，投加量為3.69t；其工作周期為110h。但近期通過實(shí)際測(cè)量陰樹脂高度為90cm，5.38t；陽(yáng)樹脂高度為50cm，3.07t，混床工作周期為10h，產(chǎn)水量急劇下降，再生頻繁增加藥耗，無法滿足正常的生產(chǎn)需要。

樹脂減少的原因是樹脂流失，經(jīng)長(zhǎng)期調(diào)查發(fā)現(xiàn)該公司混床樹脂流失的原因主有以下幾點(diǎn)：①樹脂在失效后的再生過程中，由于樹脂體積收縮和膨脹，致使部分樹脂破裂，破裂的樹脂就會(huì)隨水流經(jīng)上排閥流出，根據(jù)統(tǒng)計(jì)混床每再生200次，樹脂會(huì)破裂約5%～10%[2]。②在生產(chǎn)過程中樹脂整體結(jié)構(gòu)不均勻，使樹脂顆粒各部分產(chǎn)生的壓力大小也不同，導(dǎo)致其膨脹和收縮的程度不同，由于受壓力作用，構(gòu)成樹脂的高分子鏈斷裂，使活性基因脫落，結(jié)構(gòu)疏松，含水量增加，強(qiáng)度下降。③對(duì)混床進(jìn)行分層時(shí)進(jìn)水流量過大，操作人員經(jīng)驗(yàn)不足，發(fā)現(xiàn)樹脂不動(dòng)時(shí)就加大流量來達(dá)到樹脂松動(dòng)的目的，導(dǎo)致樹脂沖走。

樹脂的流失成為混床周期制水量下降的重要原因，因?yàn)楣ぷ魅藛T生產(chǎn)操作經(jīng)驗(yàn)的不足等原因，如在混床再生過程中，反洗時(shí)反洗流量過大，導(dǎo)致混床樹脂從上排閥大量流失?；齑仓械年帢渲谏蠈?，流失的基本為陰樹脂，導(dǎo)致混床內(nèi)的陰陽(yáng)樹脂比例失調(diào)，一方面混床再生時(shí)酸堿用量保持不變，過多的堿會(huì)中和部分的酸，導(dǎo)致混床再生不完全，陽(yáng)樹脂交換能力沒有完全恢復(fù)就投入使用，致使混床周期制水量下降；另一方面，陰樹脂大量流失，混床再生后投入使用，陰樹脂先失效，陽(yáng)樹脂沒有全部失效時(shí)就要重新再生，藥耗上升，周期制水量下降。

2.2 混床離子交換樹脂性能的下降

樹脂在長(zhǎng)期使用過程中，性能會(huì)逐漸下降。導(dǎo)致樹脂性能下降的原因很復(fù)雜。樹脂污染是影響樹脂性能的重要因素。樹脂污染是指樹脂的表面和空隙中積累污垢或樹脂的交換基團(tuán)上吸附了不可交換離子的污染物質(zhì)。

（1）有機(jī)物的污染?；齑策M(jìn)水中存在的腐殖酸、集團(tuán)性的有機(jī)雜質(zhì)吸附在樹脂上，占據(jù)或結(jié)合了樹脂上的活性基團(tuán)降低了樹脂的交換能力。

（2）油脂的污染。混床進(jìn)水中的膜狀物油類物質(zhì)堵塞或者包裹了樹脂表面的微孔，阻擋了離子的交換吸附，使樹脂受到污染。

（3）懸浮物的污染。懸浮物污染樹脂的原理和油脂類似，懸浮物緊裹著樹脂表面的液膜層，隔絕了陽(yáng)離子樹脂的離子交換過程，使樹脂受到污染。

（4）膠體物質(zhì)的污染。水中以帶負(fù)電為主的膠體顆粒，使陰離子交換樹脂受到污染，膠體物質(zhì)中的膠體硅對(duì)樹脂的危害最為嚴(yán)重，它吸附并聚合在膠體表面，阻止了離子交換過程的進(jìn)行。

（5）金屬離子的污染。進(jìn)水中還含有少量的高價(jià)金屬離子（主要是原水混凝劑中含有的高價(jià)鋁離子，公司取用的地表水含鐵量較高）擴(kuò)散進(jìn)入陽(yáng)離子交換樹脂的內(nèi)部，這些金屬離子的交換勢(shì)能高，容易與樹脂中固定離子結(jié)合，使固定離子失去作用，喪失了離子交換能力。本公司進(jìn)水中含有大分子有機(jī)物與鐵形成螯合物（即有機(jī)鐵），它與強(qiáng)堿性陰樹脂進(jìn)行交換反應(yīng)，集結(jié)在交換基團(tuán)的位置上，堵塞樹脂的交換孔道，使交換容量和再生容量下降，再生效率降低，再生劑與清洗水耗量增加，進(jìn)一步導(dǎo)致樹脂鐵“中毒”。

（6）再生劑的污染。離子交換樹脂的再生劑可能混有許多雜質(zhì)，導(dǎo)致再生劑不純，使樹脂受到污染（如NaOH中含有NaCl會(huì)對(duì)陰樹脂造成污染）。此外，細(xì)菌等都會(huì)使樹脂遭受不同程度的污染。

2.3 混床進(jìn)水水質(zhì)的下降

混床進(jìn)水水質(zhì)是影響混床周期制水量的主要因素。本公司除鹽水系統(tǒng)中混床的進(jìn)水是反滲透的出水，反滲透系統(tǒng)經(jīng)過長(zhǎng)期使用，其中的反滲透膜的性能下降，導(dǎo)致反滲透出水的電導(dǎo)率上升，混床的離子交換樹脂的交換容量一定，就導(dǎo)致其出水水質(zhì)下降或者運(yùn)行周期縮短。

為了探索進(jìn)水對(duì)混床周期的影響，收集了混床投入使用以來混床進(jìn)水水質(zhì)數(shù)據(jù)，因投產(chǎn)運(yùn)行初期進(jìn)水水質(zhì)較好，電導(dǎo)率沒有明顯變化，表1是該公司2010年9月－2011年9月二期混床進(jìn)水水質(zhì)變化，由有表中可以看出，2010混床進(jìn)水的電導(dǎo)率只有20μs／cm左右，由于反滲透系統(tǒng)反滲透膜的性能下降，反滲透出水的電導(dǎo)率上升，到2011年混床進(jìn)水電導(dǎo)率達(dá)到80μs／cm左右。電導(dǎo)率升高，說明進(jìn)水離子濃度上升，相等的水量需要的離子交換樹脂上升，流量不變的情況下，混床的出水水質(zhì)固然下降，混床的出水電導(dǎo)率達(dá)到2μs／cm就需再生，導(dǎo)致混床運(yùn)行周期縮短。

圖1為混床投入使用以來至2011年6月份原水中總硬度和總堿度的變化曲線，從水質(zhì)分析變化曲線可以看出，近3年來原水中的離子濃度呈上升趨勢(shì)，這也直接影響到系統(tǒng)的產(chǎn)水質(zhì)量，加重了末端混床的運(yùn)行壓力，使其再生周期縮短。

表1 2010年9月～2011年9月二期混床進(jìn)水水質(zhì)一覽

圖1 總硬度和總堿度變化曲線

2.4 混床再生的控制

為了有效地使用離子交換樹脂生產(chǎn)高質(zhì)量的除鹽水，必須準(zhǔn)確合理地把握控制好混床樹脂在運(yùn)行產(chǎn)水及酸堿同步再生操作的工藝條件?；齑苍偕僮靼ǚ聪搭A(yù)分層、進(jìn)堿失效、反洗分層、置換、同步?jīng)_洗、氣混、正洗備用等環(huán)節(jié)。其中同步?jīng)_洗主要是沖洗去殘留的酸堿再生劑，同時(shí)沖洗水中的離子，也與部分樹脂發(fā)生離子交換而降低樹脂的交換容量；并且如果酸堿再生劑未被沖凈，就會(huì)在下一操作通氣混合時(shí)產(chǎn)生大量的鹽類（NaCl），NaCl會(huì)污染樹脂，從而進(jìn)一步降低樹脂的交換容量，并可能使樹脂中毒嚴(yán)重時(shí)其交換能力下降30%～50%，影響離子交換性能。所以沖洗終點(diǎn)的控制非常重要，本公司混床的沖洗終點(diǎn)控制采用pH法，即以沖洗出水pH值是否呈中性為判斷依據(jù)?；齑苍偕鷽]有控制好，樹脂分層也是混床再生過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。樹脂分層的效果與陰陽(yáng)樹脂的濕真密度差、樹脂粒度的均勻程度以及樹脂的失效程度等因素有關(guān)。陰陽(yáng)樹脂的濕真密度差和樹脂粒度的均勻程度是樹脂本身的特性，樹脂的失效程度可以通過“進(jìn)堿失效”的方法控制，從混床的進(jìn)堿口加入1.5%～2.0%的NaOH溶液，使陰樹脂盡可能地轉(zhuǎn)化成OH型，陽(yáng)樹脂轉(zhuǎn)化成Na型，增加了陰陽(yáng)樹脂的密度差，來起到強(qiáng)化分層的效果。再生時(shí)反洗流量過大，導(dǎo)致上層樹脂會(huì)被水流帶走，使樹脂大量流失。

該公司除鹽水系統(tǒng)中混床系統(tǒng)運(yùn)行周期縮短的原因可以歸結(jié)為四點(diǎn)：混床中離子交換樹脂的減少、混床離子交換系統(tǒng)樹脂性能的下降、混床進(jìn)水水質(zhì)的下降、混床再生沖洗終點(diǎn)的控制不準(zhǔn)。有效解決這些問題，就能使混床周期制水量得到提升。

3 解決途徑探索

針對(duì)這些可能導(dǎo)致混床周期制水量下降的原因，采取了對(duì)應(yīng)的措施，改進(jìn)了混床再生的方法，提高了混床的周期制水量。

3.1 添加樹脂

因?yàn)闃渲拇罅苛魇?，混床?nèi)的樹脂比例失調(diào)，經(jīng)過取樣試驗(yàn)和外部測(cè)量相結(jié)合，掌握混床內(nèi)的陰陽(yáng)樹脂比例，對(duì)二期混床進(jìn)行了樹脂添加。首先據(jù)測(cè)量陰樹脂和陽(yáng)樹脂的高度來粗略計(jì)算需要添加陰陽(yáng)樹脂的量。通過測(cè)量估算，向混床中加入了1t陰離子樹脂，使混床內(nèi)的陰陽(yáng)樹脂比例重新達(dá)到2∶1。

3.2 檢查是否污染

為探索樹脂是否被有機(jī)物等物質(zhì)污染，我們對(duì)混床樹脂進(jìn)行取樣化驗(yàn)。從外表觀測(cè)，樹脂顏色沒有明顯加深，用清水浸泡，沒有發(fā)現(xiàn)有油脂類污染，對(duì)其中的鐵、硅能離子含量進(jìn)行測(cè)定發(fā)現(xiàn)，鐵離子含量小于0.01%，硅離子含量小于0.03%，即說明混床樹脂未受污染。

3.3 改善水質(zhì)

改善混床的進(jìn)水水質(zhì)，緩解混床的運(yùn)行壓力，增大混床制水量。混床的上級(jí)系統(tǒng)為反滲透系統(tǒng)，提高反滲透的產(chǎn)水水質(zhì)，可以緩解混床的運(yùn)行壓力，提高混床的產(chǎn)水量。為此，對(duì)反滲透膜進(jìn)行取出觀察和稱重發(fā)現(xiàn)反滲透膜的重量明顯增加，判斷為反滲透膜出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，對(duì)此該公司通過改變藥洗試劑和增加阻垢劑的投加來穩(wěn)定反滲透膜結(jié)垢現(xiàn)象，通過觀察發(fā)現(xiàn)起到一定的作用，出水電導(dǎo)率沒有出現(xiàn)明顯的增加，同時(shí)該公司購(gòu)買單只膜清洗設(shè)備，希望通過對(duì)單只膜的清洗來達(dá)到降低產(chǎn)水電導(dǎo)率的效果。然后對(duì)反滲透膜進(jìn)行重組，有效的提升了反滲透的運(yùn)行效果，改善了混床的進(jìn)水水質(zhì)。進(jìn)水水質(zhì)的提高能夠使混床周期制水量增大，運(yùn)行周期上升，這就提高了反滲透系統(tǒng)的出水水質(zhì)要求。

3.4 改進(jìn)混床再生方法，提高混床產(chǎn)水量

（1）要求運(yùn)行人員在分層時(shí)先用小流量松動(dòng)樹脂，再逐步加大流量，如確因壓實(shí)或樹脂抱團(tuán)不能松動(dòng)樹脂，應(yīng)采用放水至樹脂層上200mm后通壓縮空氣的方法松動(dòng)樹脂后再分層。通過上述方法在運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)，混床的周期產(chǎn)水量增加到4000t，大大提高了混床的產(chǎn)水量。

（2）控制沖洗終點(diǎn)。林江、周永輝等在《純水生產(chǎn)中離子交換柱混床再生沖洗終點(diǎn)的控制》一文中指出電導(dǎo)率法比pH法能更準(zhǔn)確、可靠的控制沖洗終點(diǎn)，有效地避免了沖洗不足對(duì)樹脂造成危害或沖洗過度降低樹脂生產(chǎn)交換能力及水的浪費(fèi)，并根據(jù)理論分析，結(jié)合實(shí)際再生中電導(dǎo)率的變化趨勢(shì)曲線確定混床沖洗終點(diǎn)為電導(dǎo)率降至60μs／cm以下[7]。離子交換是除鹽水生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)，其再生沖洗終點(diǎn)的控制尤為重要?；齑苍偕鷽_洗時(shí)控制出水電導(dǎo)率小于60μs／cm即為沖洗終點(diǎn)。以電導(dǎo)率控制混床沖洗終點(diǎn)效果良好，比以pH值控制混床沖洗終點(diǎn)更加靈敏、準(zhǔn)確，可以避免因終點(diǎn)控制不準(zhǔn)而造成氯化鈉污染樹脂的可能性。

（3）控制反洗的壓力，防止混床內(nèi)樹脂的流失。本公司的混床反洗壓力控制在0.2MPa左右，要求再生人員逐漸增大反洗壓力直至0.2MPa，并嚴(yán)密關(guān)注上排閥出口是否有樹脂流失。

2.5 設(shè)備的改進(jìn)

為了防止樹脂流失，該公司在上排閥處安裝濾網(wǎng)，防止樹脂的流失；另外對(duì)中排閥進(jìn)行改進(jìn)，方便工作人員對(duì)樹脂分層的觀察。

4 結(jié)語(yǔ)

通過各方面的研究和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：樹脂的流失及進(jìn)水水質(zhì)是影響本公司混床周期制水量的主要因素，本公司通過添加樹脂及對(duì)混床設(shè)備的改進(jìn)，成功解決的周期制水量下降的問題，同時(shí)要求工作人員在混床再生時(shí)嚴(yán)格按照再生規(guī)程操作，減少了樹脂的流失。混床的周期制水量由2000t恢復(fù)到6000t以上。

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