離子交換器制水能力降低的原因分析及對策

郭宏棟 姜在寧 劉學靜 妥巍 魏月莉

摘? 要：本文針對某電廠離子交換器制水能力下降，分析了其產生的原因，并提出了相應的對策。試驗表明：原水與反滲透出水中陰陽離子的總量發生變化，反滲透出水水質惡化、導電率升高是造成離子交換器制水能力下降的主要原因。電廠應及時對現場儀表檢查、校驗、調整水源結構、檢查、更換反滲透膜元件、優化離子交換器再生過程，以保證其運行周期及制水量。

關鍵詞：離子交換器;反滲透;電導率;制水量

中圖分類號：TQ085.4? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1671-2064（2019）24-0000-00

1 概述

受自然環境影響，我國西北部地區水資源嚴重匱乏，同時，火力發電又是我國西北部地區最重要的電力能源來源。火力發電過程中，需要使用大量水資源，如果直接使用新鮮水，將增加發電成本，同時，也會加重西北部地區缺水的壓力。目前，城市中水成為重要的火力發電水源，如何提高中水利用率、增加化學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直接空冷供熱機組，生產用水以城市中水為主，鍋爐補給水處理系統配置超濾反滲透預脫鹽、一級除鹽（陽床、陰床）及二級除鹽（混床）處理設備。正常情況下，超濾入口的生水DD1100-1200μs/cm、pH值7.0-7.2，陽床出水控制指標為：Na≤100ug/L，陰床出水DD≤5μs/cm、SiO2≤100ug/L。系統運行平穩時，陽床、陰床的周期制水量約2萬噸，混床的周期制水量約5萬噸，除鹽水電導率控制在0.1μs/cm。

2 離子交換器運行周期縮短、制水量下降的問題

2018年11月，水處理兩套一級除鹽設備離子交換器周期制水量均大幅度下降，陽床、陰床頻繁失效，陰床先于陽床。從非采暖期的30天、采暖期的15天再生一次，縮短至3-4天，運行周期從236h縮短至48h，縮短近80%;周期制水量從2萬噸降至0.33萬噸左右，下降85%;同時陰床出現電導率快速上升問題，后續的混床周期制水量也明顯下降，幅度最大的一次是從5.2萬噸降至1.3萬噸，下降75%，對機組的安全生產運行及供熱穩定性構成威脅。

3 原因排查、分析

3.1 再生過程檢查

離子交換樹脂不發生亂層是逆流再生的關鍵，如果再生過程發生了亂層（即上下樹脂層錯亂），樹脂層中的離子型態分布規律就被打亂，樹脂逐層置換作用降低，再生效率及再生度降低，對制水產生影響[1]。經過對陽床、陰床再生過程的檢查，床體無亂層問題，只是#1陽床的樹脂的壓脂層存有減少現象。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，樹脂存有未置換飽和現象，影響了再生效果，影響了周期制水量。同時，對樹脂進行了化驗檢測，各項指標基本正常，僅是存有輕微的有機物污染。

3.2 再生劑品質檢查

再生劑的純度對離子交換樹脂的再生效果有較大影響[2]。再生液的純度高、雜質含量少，則樹脂的再生度高，出水水質越好，尤其是陰樹脂對工業堿的純度要求更為嚴格，所以，要嚴加控制再生劑品質。某電廠化學水處理使用的再生劑為工業鹽酸（30%）和工業液堿（30%），由固定供貨商供貨，入場做了濃度分析控制，未進行成分化驗。通過對再生劑成分分析，發現液堿中鐵含量存在超標，其它控制指標均正常，鐵污染陰離子交換樹脂后，樹脂性能、再生度會下降，對陰床的運行周期及出口水質存有不利影響，使混床的離子交換量增大，可引起混床制水量的衰減。

3.3 設備檢查

對#1、#2一級除鹽設備的內部出水穹形板、中排裝置、支撐管、襯膠的防腐情況進行檢查，設備本體結構完整、良好;同時，對噴射器噴嘴、閥門、管路等酸、堿再生設備進行了再次檢查、試驗，也未發現異常情況。

3.4 進水水質排查、分析

自供熱及工業供汽投運后，化學制水系統滿負荷運行，產生的化學廢水脫硫島不能完全吸納，部分濃排水只能進入工業廢水池、中水島，再次循環進入生水系統，造成超濾入口電導率超過2500μs/cm，ORP超過400mv，反滲透膜運行壓力增加，膜單元產水電導率上升至150μs/cm。同時，濃排水中存有大量的氯離子、碳酸根離子、碳酸氫根、硫酸根、鈣鎂離子等無機鹽和溶解性微生物產物、部分生物降解有機物等，進入中水系統后，過高的TDS對微生物的生長產生了不利影響，影響中水生物處理工藝的穩定性;當進入反滲透時，反滲透膜兩側的濃度差變大，使得膜的透鹽率升高，導致其脫鹽率隨之降低。進入一級除鹽設備后，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，造成陽床、陰床、混床的產水量下降。

3.5 在線表計校驗、排查

使用實驗室便攜式電導率表計、pH計，對水樣進行化驗分析，發現在線儀表測試結果與實驗室測試結果存在偏差，通過標準溶液對便攜式、在線表計校驗，發現#1-#4反滲透產水電導率、超濾入口電導率顯示值嚴重偏小。現場分析表明：在線電導率表計安裝在反滲透產水母管端頭，只能設備停運后拆除、校驗，給電極的定檢工作帶來不便，電極長時間未進行清洗、校驗保養，存有結垢、污堵、老化問題，不能如實顯示讀數，導致現場儀表不能準確反映設備的運行狀態及水質的變化情況，未能及時發現膜脫鹽率大幅下降及產水水質惡化問題。

3.6 反滲透膜單元檢查、分析

采用便攜式電導率儀對四套反滲透膜單元進水、產水電導率進行現場監測分析，發現四套反滲透設備膜單元的產水電導大幅升高，最大的已經超過150μs/cm，脫鹽率已明顯下降，膜元件存在不同程度的衰減，反滲透產水水質已發生惡化，但在線儀表讀數顯示為50μs/cm左右，能及時發現。

綜上所述，反滲透進水導電率劇烈變化，現場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，制水品質下降的主要原因。

4 對策實施和效果

4.1 在線表計進行校驗、更換

在線化學儀表是反映水質品質的主要儀器，也是為化學監督提供依據的重要手段[3]。因此，儀表的準確性尤為重要，要加強、規范在線儀表管理，儀表維護人員要及時認真巡檢，確保樣水壓力、電極正常，定期對電導率、pH計等表計的電極定期進行清洗及標定校驗。通過儀表的準確測量，及時反映水質品質惡化等問題，為化學工作人員提供真實可信的分析數據。問題出現后儀表維護人員從反滲透產水取樣閥后接入新安裝的電導表計，對現場儀表進行了自校準，并使用實驗室設備及現場儀表同步對水質進行連續15日測試分析，連續15日誤差均在2%以內，表計顯示全部合格。

4.2 調整水源結構

為了保證制水安全可靠，電廠調整了水源結構，并優化了反滲透濃排水處理流程，對反滲透濃排水稀釋后分級循環利用，用作循環水的補給水、脫硫工藝水，未將其全部直接進入工業廢水、中水系統，以保證水系統的平衡。將水源臨時由中水改為城市自來水后，生水的電導率從1200降低至800μs/cm，反滲透濃排水回收至脫硫用作工藝水，以確保生水的水質指標。陽、離子交換器周期制水量從0.33萬噸增加至0.8萬噸，周期制水量明顯好轉。

4.3 優化、控制除鹽設備的再生過程

離子交換器再生過程的好壞直接影響周期制水量，主要影響因素有進水水質、再生液質量、置換時間等。問題出現后，電廠在操作過程中避免了#1、#2陽床、陰床交替運行，以防止同時失效、再生，造成除鹽水制水中斷，給安全生產、供熱保障帶來危害。同時，嚴格控制進水余氯、COD等水質指標，防止樹脂被氧化、污染。同時，控制陰陽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、時間、用量均滿足要求，保證樹脂的再生率，從而提高制水量。

4.4 反滲透膜單元的檢修、更換

隨著使用時間的增長，反滲透膜污堵程度加重，脫鹽率會逐步下降，產水量減少，尤其在冬季，水溫低透水性變小，反滲透膜密度也相應產生變化，產水量更少[4]。因此，為了控制好水溫，應保證生水加熱器投運正常，以免反滲透設備運行變得遲鈍。反滲透運行時，應保證回收率低于75%或者更低，嚴禁反滲透膜過負荷運行，以免造成各膜單元的電導率急需上升，進而影響其使用壽命;當跨膜壓差大于0.2MPa時，及時進行化學清洗，以免對膜元件造成不可逆的損壞。同時，電廠對性能衰減的膜單元進行了更換，使反滲透產水電導率降至20μs/cm，一級除鹽設備制水量逐步恢復至正常范圍，陽床、陰床的周期制水量增加至3萬噸以上，緩解了化學制水壓力，保證了機組及供熱的安全穩定運行。

5 結論

通過對離子交換器周期制水量減少的問題排查、原因分析、運行調整及檢修處理，有效控制了陽床、陰床的運行周期及制水量。結果表明：反滲透進水導電率劇烈變化，現場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、產水品質下降的主要原因。為保證除鹽設備的長期穩定運行，電廠采取了如下措施：

（1）及時對現場儀表進行了自校驗，并進行的連續跟蹤檢驗分析;（2）優化了反滲透濃排水處理流程，并調整了水源結構;（3）對樹脂運行狀態及時進行跟蹤，嚴格控制再生過程;（4）對反滲透膜單元進行了檢修、更換。措施實施后，反滲透出水導電率明顯降低，陽床、陰床周期制水量顯著增加，離子交換器單元系統實現了長時間安全、平穩運行。

參考文獻

[1] 周黃斌，杜偉華，蘇寧，許懷鵬.優化離子交換器的再生工藝[J].冶金動力，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策[J].大科技，2014（10）：303-305.

[3] 王超.熱電廠化學在線儀表標準化管理的實踐研究[J].科技創新，2015（6）：14-15.

[4] 葉光華.反滲透運行影響因素分析與調整對策[J].凈水技術，2002（21）：31-33.

收稿日期：2019-11-04

作者簡介：郭宏棟（1981—），男，甘肅靖遠人，碩士研究生，畢業于西北師范大學，工程師，研究方向：化學水處理。