純水質(zhì)量波動(dòng)的分析

王俊文，歐陽(yáng)玉霞

（1.太原理工大學(xué)，山西 太原030024；2.山東鋁業(yè)公司氯堿廠(chǎng)，山東，淄博255051）

在離子膜法燒堿生產(chǎn)系統(tǒng)中， 高純水作為最基礎(chǔ)的生產(chǎn)原料，主要用做向陰極液添加高純水、高純鹽酸生產(chǎn)用水、 鹽水二次精制離子交換樹(shù)脂再生用水、整流器冷卻用水、化驗(yàn)分析用水、泵密封用水、電槽組裝及其他用水。因此，高純水的質(zhì)量是氯堿生產(chǎn)的基礎(chǔ)，高純水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，是氯堿生產(chǎn)高效長(zhǎng)期運(yùn)行的保證。

1 高純水質(zhì)量事故

2009 年2 月，山東鋁業(yè)公司氯堿廠(chǎng)的高純水質(zhì)量出現(xiàn)波動(dòng)，pH 值降低且不穩(wěn)定。 具體指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 高純水pH值變化情況

根據(jù)出現(xiàn)的問(wèn)題，該廠(chǎng)成立了攻關(guān)小組，對(duì)純水系統(tǒng)分段取樣，層層分析，排除故障。

2 原水質(zhì)量排查

廠(chǎng)使用的一次水是地下井水，水質(zhì)穩(wěn)定。分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 一次水質(zhì)量指標(biāo) mg/L

從表2 可以看出，井水質(zhì)量穩(wěn)定，但鈣離子和鎂離子含量高，屬于高硬度水。

3 工藝系統(tǒng)排查

該廠(chǎng)現(xiàn)有離子膜燒堿生產(chǎn)能力16 萬(wàn)t/a， 擁有2套純水制備系統(tǒng)， 一期能力25 m3/h， 二期能力80 m3/h。 純水制備工藝流程示意圖見(jiàn)圖1。

原水自深井泵打入原水池， 通過(guò)原水泵打入多介質(zhì)過(guò)濾器（由上而下）去除水中的懸浮物、有機(jī)物及游離氯。 過(guò)濾后的合格清水經(jīng)過(guò)保安過(guò)濾器的濾芯過(guò)濾后，通過(guò)高壓水泵進(jìn)入高壓反滲透裝置，濃水排放， 淡水經(jīng)脫氣塔除去水中的二氧化碳后進(jìn)入中間水箱，經(jīng)中間水泵送至離子交換器，使水中的雜質(zhì)離子在交換器中進(jìn)行離子交換， 深度去除水中的微量雜質(zhì)離子。自交換器出來(lái)的純水進(jìn)入高純水貯罐，通過(guò)高純水泵將高純水送至各用戶(hù)。 工藝流程成熟穩(wěn)定，不存在生產(chǎn)隱患。

4 設(shè)備管道系統(tǒng)檢查

純水系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行檢查， 通過(guò)樹(shù)脂塔視鏡發(fā)現(xiàn)陰床的樹(shù)脂顏色發(fā)深。 打開(kāi)人孔取出樹(shù)脂并檢查陰床塔體及周?chē)艿溃帢?shù)脂上半部分嚴(yán)重污染，下半部分基本正常。污染陰樹(shù)脂顏色呈深褐色，部分樹(shù)脂甚至呈黑褐色。 同時(shí)，取出部分陽(yáng)樹(shù)脂，陽(yáng)樹(shù)脂顏色呈黃色，表觀(guān)看，受污染的程度較輕。

同時(shí)，對(duì)純水再生樹(shù)脂塔進(jìn)行檢查，塔體內(nèi)部襯膠層完好，沒(méi)有鼓泡和脫襯的現(xiàn)象。對(duì)拆開(kāi)的部分管道進(jìn)行檢查，部分管道的內(nèi)壁有鼓泡現(xiàn)象。

根據(jù)樹(shù)脂塔內(nèi)樹(shù)脂的情況可以判定， 系統(tǒng)的陰樹(shù)脂已經(jīng)失效。

5 樹(shù)脂污染物和污染源的確定

5.1 樹(shù)脂污染物的分析

（1）對(duì)取出的陰離子交換樹(shù)脂分別用10%NaCl溶液、4%Na2SO3溶液、10%HCl 等酸性鹽水進(jìn)行浸泡17 h。通過(guò)對(duì)浸泡液和樹(shù)脂的顏色變化判定，陰樹(shù)脂內(nèi)有部分灰塵類(lèi)雜質(zhì)， 并且受到有機(jī)物和鐵離子的污染，通過(guò)樹(shù)脂顏色判定鐵離子污染嚴(yán)重。

（2）對(duì)取出的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂用純水和10%NaCl 溶液浸泡17 h，浸泡液基本沒(méi)有變化，初步判定陽(yáng)樹(shù)脂基本未受到有機(jī)物污染。

用鹽酸浸泡的陰樹(shù)脂， 浸泡溶液發(fā)黃， 用ICP進(jìn)行定性分析，溶液內(nèi)有鐵、鎂和少量鈣，推測(cè)此次陰樹(shù)脂污染， 系陽(yáng)樹(shù)脂失效后沒(méi)有及時(shí)切換和再生，導(dǎo)致陰樹(shù)脂受污染。 而陽(yáng)樹(shù)脂可以通過(guò)再生恢復(fù)其性能。

認(rèn)為是陰離子交換樹(shù)脂受到鐵、有機(jī)物等污染。通過(guò)對(duì)樹(shù)脂污染情況進(jìn)行初步分析認(rèn)為是由于樹(shù)脂污染是上部污染嚴(yán)重，下部污染較輕，同時(shí)，2# 陰床內(nèi)樹(shù)脂污染比1#陰床樹(shù)脂嚴(yán)重，認(rèn)為此次樹(shù)脂污染是短期污染所致。建議從陽(yáng)床出水開(kāi)始查污染源，并檢查2#陰床上一周期內(nèi)的所有操作記錄。觀(guān)察樹(shù)脂內(nèi)雜質(zhì)多，說(shuō)明反洗不徹底。這與樹(shù)脂塔是無(wú)頂壓再生，無(wú)法實(shí)現(xiàn)中排進(jìn)水進(jìn)行小反洗有著密切的關(guān)系。

5.2 污染物來(lái)源的分析

（1）再生液質(zhì)量

該廠(chǎng)使用的再生液燒堿是自產(chǎn)的離子膜燒堿，燒堿從電解槽流出后直接通過(guò)管道輸送到純水系統(tǒng)堿罐，從堿罐中燒堿的顏色觀(guān)察，呈無(wú)色透明狀，表觀(guān)判斷無(wú)污染情況。 再生堿液，分析結(jié)果見(jiàn)表3。 再生鹽酸，分析結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 再生堿液分析結(jié)果%

表4 再重鹽酸分析結(jié)果%

通過(guò)表3、表4 看出，再生燒堿和再生鹽酸質(zhì)量均符合優(yōu)等品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，不是造成樹(shù)脂污染的因素。

（2）樹(shù)脂塔周?chē)艿?/p>

由于樹(shù)脂受到了鐵離子的污染， 設(shè)備管道是鐵離子的主要來(lái)源。 雖然前期已經(jīng)對(duì)樹(shù)脂塔塔體和周?chē)艿肋M(jìn)行了初步的檢查， 但為了保證檢查效果和質(zhì)量，決定采用電弧測(cè)試的方法。對(duì)樹(shù)脂塔周?chē)艿肋M(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)部分管道，特別是酸性水管道，存在襯膠鼓泡和脫落的現(xiàn)象。 這是樹(shù)脂被鐵離子污染的一個(gè)重要來(lái)源。

（3）樹(shù)脂塔進(jìn)水質(zhì)量

對(duì)污染樹(shù)脂進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果表明， 樹(shù)脂受到了有機(jī)物的污染，而純水制造系統(tǒng)中，只有在高壓反滲透前增加的阻垢劑屬于高分子有機(jī)物。目前，使用的反滲透阻垢劑的外觀(guān)呈淡黃色， 并且有刺激性的氣味。 對(duì)其進(jìn)行ICP 分析，其中，鐵含量為1×10-6左右。為了進(jìn)一步確認(rèn)反滲透阻垢劑是否有問(wèn)題，決定采用另一種阻垢劑。此種阻垢劑外觀(guān)無(wú)色透明，沒(méi)有刺激性氣味，用ICP 分析，基本檢測(cè)不到鐵離子。 由此判斷， 反滲透阻垢劑也是造成樹(shù)脂污染的一個(gè)重要來(lái)源。但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的測(cè)定比較，高壓反滲透膜組前后出水pH 值及電導(dǎo)率無(wú)明顯變化。

（4）其他方面

在日常操作中， 根據(jù)出水指標(biāo)情況來(lái)決定樹(shù)脂塔的再生。 有時(shí)候，1 個(gè)月再生1 次樹(shù)脂塔，在樹(shù)脂塔備用期間， 受環(huán)境影響可能會(huì)產(chǎn)生藻類(lèi)等有機(jī)物質(zhì)，這也是造成本次樹(shù)脂污染的原因之一。

通過(guò)交流分析，發(fā)現(xiàn)該廠(chǎng)RO 膜組出水的pH值偏低，為5.7 左右。 推測(cè)是由于前段時(shí)間的酸洗有些過(guò)量，導(dǎo)致H+透過(guò)膜組進(jìn)入淡水系統(tǒng)，導(dǎo)致RO 出水pH 值偏低。 但是分析二期膜組剛開(kāi)車(chē)時(shí)淡水出水量為80 m3/h 左右，濃水25 m3/h 左右，而目前，淡水出水量為65 m3/h， 濃水為35 m3/h 左右， 說(shuō)明RO膜組的產(chǎn)水率明顯降低。

6 改進(jìn)措施

通過(guò)排查， 基本找到了引起本次純水質(zhì)量事故的主要原因，并制定了整改措施：

（1）對(duì)檢查出的管道進(jìn)行內(nèi)部橡膠充襯，特別是鹽酸和酸性水管道，要保證襯膠的質(zhì)量。

（2）更換反滲透阻垢劑廠(chǎng)家，并對(duì)反滲透高壓膜組進(jìn)行檢查，更換部分膜組件，保證膜組正常運(yùn)行。

（3）規(guī)范樹(shù)脂塔的再生，每2 周再生1 次，每1個(gè)月深度再生1 次，杜絕塔內(nèi)藻類(lèi)的滋生。

（4）依以下方法對(duì)失效的陰離子樹(shù)脂進(jìn)行復(fù)蘇。

a.利用陽(yáng)床出水對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行大反洗，反洗時(shí)間約1 小時(shí)，至排水呈無(wú)色透明狀，即反洗合格。 注意反洗流量不易過(guò)大。

b.開(kāi)始對(duì)陰床進(jìn)酸。 先進(jìn)1%的鹽酸，進(jìn)入10 min后，調(diào)整鹽酸濃度到10%左右。 進(jìn)入鹽酸時(shí)應(yīng)緩慢，閥門(mén)開(kāi)度不宜過(guò)大，進(jìn)酸時(shí)，一定注意保證樹(shù)脂層不能有大波動(dòng)。直到樹(shù)脂完全被鹽酸浸沒(méi)。 進(jìn)酸時(shí)，注意檢查罐體溫度。

c.鹽酸浸泡至少12 h（視實(shí)際情況調(diào)整）。

d.浸泡結(jié)束后，排凈樹(shù)脂塔內(nèi)的鹽酸至回收裝置。使用高純水對(duì)陰床進(jìn)行沖洗，首先排出的水酸性較強(qiáng)，一并進(jìn)入回收裝置，直到?jīng)_洗到中性。

e.進(jìn)入再生堿液（濃度10%），進(jìn)入方法同鹽酸注入，直到樹(shù)脂完全被堿液浸沒(méi)。

f.堿液浸泡至少12 h（視實(shí)際情況調(diào)整）。

g.浸泡結(jié)束后，排凈樹(shù)脂塔內(nèi)的堿液至回收裝置（與先前排放的酸水中和）。 使用高純水對(duì)陰床進(jìn)行沖洗， 首先排出的水堿性較強(qiáng)， 一并進(jìn)入回收裝置，直到?jīng)_洗到pH 值穩(wěn)定。

h.進(jìn)行樹(shù)脂塔小正洗，約15 min。

i.進(jìn)行樹(shù)脂塔正洗，到pH 值穩(wěn)定。

7 操作注意事項(xiàng)

（1）陽(yáng)床和陰床長(zhǎng)時(shí)間不運(yùn)行，樹(shù)脂會(huì)發(fā)生部分分解，導(dǎo)致交換容量下降。 建議投運(yùn)全部樹(shù)脂塔。

（2）運(yùn)行超過(guò)7 天的樹(shù)脂塔失效后，最好進(jìn)行充分的大反洗。

（3）不論有無(wú)鐵離子污染，1 年內(nèi)在陰床失效后用鹽酸浸泡陰樹(shù)指均有益。

（4）為提高堿再生效果，在有條件的情況下，對(duì)再生堿液加溫到35～40 ℃。

（5）根據(jù)陽(yáng)床出水情況，更改判斷陽(yáng)床失效的方法， 即由陰床出水電導(dǎo)率與pH 值判定更改為用DWS-51 型鈉離子測(cè)定儀測(cè)定 （安排崗位人員嚴(yán)格按照操作規(guī)程測(cè)定陽(yáng)床出水的鈉離子含量， 控制鈉離子濃度≤100 mg/L）。另給崗位配備pH 計(jì)，制定膜組、陰床、陽(yáng)床、混床進(jìn)出水運(yùn)行記錄表，每2 h 記錄一次。

8 效果驗(yàn)證

通過(guò)這次純水質(zhì)量事故的發(fā)生， 該廠(chǎng)規(guī)范了純水系統(tǒng)的操作，更換了部分管道，經(jīng)過(guò)1 年的運(yùn)行，純水系統(tǒng)運(yùn)行良好，指標(biāo)合格穩(wěn)定。