雙室浮動床離子交換水處理技術(shù)的應(yīng)用

文_談姬偉 國家能源集團(tuán)國電肇慶熱電有限公司

雙室浮動床作為化學(xué)除鹽水的處理設(shè)備，其具有周期出水量大，運(yùn)行阻力小，投資少，出水質(zhì)量高、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。近年來，水處理工業(yè)迅猛發(fā)展，雙室浮動床技術(shù)因其優(yōu)勢得到了廣泛運(yùn)用。但是，從實(shí)際的應(yīng)用情況來看，設(shè)備的配置與設(shè)計(jì)、再生方法以及工藝參數(shù)的變化等因素均會影響雙室浮動床的出水量和水質(zhì)質(zhì)量。以國家能源集團(tuán)國電肇慶熱電公司化學(xué)水處理除鹽水的雙室雙層浮動床工藝為主體，就裝置問題、樹脂問題、再生問題以及設(shè)計(jì)問題進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的解決方案，以保證雙室浮動床技術(shù)的應(yīng)用效果。

1 雙室浮動床裝置及工藝流程

國家能源集團(tuán)國電肇慶熱電公司采用雙室雙層浮動床作為化學(xué)水處理除鹽水的裝置，其原水來自于江水。配套設(shè)計(jì)五套生產(chǎn)能力為180t/h的雙室雙層浮動床裝置，五套離子交換系統(tǒng)設(shè)計(jì)制水能力相同，每套裝置各自運(yùn)行生產(chǎn)能力最小為150t/h ，最大為180t/h，制水周期12h，制水時間10h，再生時間2h。設(shè)計(jì)五套，兩用三備，整個浮動床除鹽水工藝流程如圖1所示。

圖1 雙室雙層浮動床除理鹽水工藝流程

2 雙室浮動床在運(yùn)行過程中存在的問題

國家能源集團(tuán)國電肇慶熱電公司雙室浮動床裝置更換樹脂后從調(diào)試階段到日常運(yùn)行階段，五套設(shè)備均多次出現(xiàn)樹脂亂層、出水量低、水質(zhì)不合格以及再生不合格等情況。對其出水進(jìn)行水質(zhì)分析化驗(yàn)顯示，其陽床出水鈉含量為200～300g/L，陰床出水電導(dǎo)率大于15μs/cm，且投運(yùn)一段時間后出水指標(biāo)明顯升高。另外，在交換器內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)樹脂成床困難，可觀察到樹脂上下移動，說明樹脂出現(xiàn)亂層。需要針對周期制水量少，水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的問題，對陰、陽床進(jìn)行檢修，分析問題出現(xiàn)的原因，并針對相關(guān)問題提出解決方法。

3 雙室浮動床存在的問題與解決方法

3.1 設(shè)備問題與解決方法

3.1.1 解決水帽需經(jīng)常更換問題

對陰、陽床進(jìn)行檢查、檢修，發(fā)現(xiàn)了多個水帽斷裂的情況。雙室雙層浮動床在運(yùn)行時上下進(jìn)水與出水過程均需通過中部的一塊多孔板，這塊多孔板上裝有數(shù)個單頭豎縫式ABS水帽，屬于傳統(tǒng)的塑料水帽，而塑料水帽的抗老化性能差，長時間使用容易出現(xiàn)損壞，并且所選用的ABS水帽若不滿足強(qiáng)度要求，在使用過程中則容易發(fā)生破裂，導(dǎo)致樹脂漏出，堵塞多孔板，造成兩邊的壓力差增大，甚至使多孔板發(fā)生變形，對交換效果產(chǎn)生影響。在對陰、陽床檢查后將全部的ABS水帽替換成不銹鋼的豎縫式水帽，以增加水帽的抗老化性能，避免經(jīng)常更換。

3.1.2 糾正儀表損耗測量出現(xiàn)的偏差

檢查發(fā)現(xiàn)，交換器的在線儀表出現(xiàn)了一定程度的損耗，儀表在測量進(jìn)水流量時存在較大偏差，甚至在再生過程中出現(xiàn)無顯示的現(xiàn)象，使得再生液流量、濃度和流速全部憑操作人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行手動控制處理，而雙室雙層浮動床操作工藝繁雜，有較多的變量參數(shù)，手動控制時容易出現(xiàn)誤差，從而對離子交換的效果產(chǎn)生影響。所以，在工藝過程中，為避免誤差，應(yīng)采取DCS自動控制，在自動控制暫時無法工作時，考慮安裝必備的在線儀表，如裝備酸堿計(jì)量箱，以控制各工藝指標(biāo)。

3.2 樹脂問題與解決方法

3.2.1 樹脂反洗及解決措施

雙室雙層浮動床在交換器中完成制水和再生過程的操作，因交換器的空間有限，樹脂的清洗工作難以展開，所以必須在體外進(jìn)行樹脂大反洗。但在對樹脂反洗過程中，浮動床陰、陽床的強(qiáng)、弱樹脂都在同一臺清洗罐中進(jìn)行清洗，若樹脂管路沒有清洗干凈，部分樹脂就會因?yàn)椴料垂掊F形坡度比較小的緣故而在底部沉積，不易清除。另外，在過高的擦洗罐中進(jìn)行樹脂反洗時，會因?yàn)橥衅鸬母叨炔粔颍豢杀苊獾貢斐蓮?qiáng)、弱樹脂相混，導(dǎo)致清洗效果差。

為了避免出現(xiàn)強(qiáng)、弱樹脂混脂現(xiàn)象，可采取的措施：①在出脂管上額外接上一條膠管，用清水把沒有清洗干凈的廢樹脂沖入地溝，再用清水沖洗兩遍擦洗罐。②為陰、陽床各配備一臺清洗罐，分開清洗強(qiáng)、弱樹脂。③關(guān)閉除碳器進(jìn)水門增加陰、陽床清洗水的壓力和流量，避免樹脂托起高度不足問題，保證清洗效果。

3.2.2 核算確定樹脂裝填量

一般情況下，雙室浮動床交換器內(nèi)樹脂填充量應(yīng)在80%～90%范圍內(nèi)，當(dāng)樹脂裝填量偏少時，樹脂容易出現(xiàn)亂層現(xiàn)象，甚至導(dǎo)致下室的樹脂懸浮，而缺少壓實(shí)層，影響出水量和出水水質(zhì)。國家能源集團(tuán)國電肇慶熱電公司配備的水處理系統(tǒng)180t/h的化學(xué)除鹽裝置，5臺雙室浮床直徑為2800mm，設(shè)計(jì)陽室樹脂裝填高度強(qiáng)0.8m，弱1.0m，陰室樹脂裝填高度強(qiáng)1.1m，弱1.6m。將流速設(shè)定為28～40m/h，陰、陽床出力設(shè)定為150～180 t/h。重新核算5臺雙室浮動床上、下室樹脂的裝填量，得出樹脂應(yīng)補(bǔ)充的量。

3.2.3 及時補(bǔ)填惰性浮球填充量

雙室浮床上、下室樹脂層上部裝有的惰性浮球填充高度也會對制水量產(chǎn)生一定影響。一般情況下，應(yīng)該保證惰性浮球填充量在200mm，其能夠起到防止樹脂觸碰水帽，避免破碎樹脂將水帽堵塞的作用。因?yàn)槎栊愿∏虻牧捷^大，所以可為出水裝置配置間隙較大的濾水帽，降低運(yùn)行時阻力的損耗，同時起到再分配再生液的作用，使再生液分配均勻，有利于運(yùn)行時出水均勻。

3.3 再生工藝問題與解決方法

3.3.1 控制再生劑濃度保證再生后正洗效果

通過對運(yùn)行報(bào)單的統(tǒng)計(jì)分析，國家能源集團(tuán)國電肇慶熱電公司雙室雙層浮動床離子交換水處理系統(tǒng)中的陽床出現(xiàn)了再生后正洗不合格的問題。因此，為了確保離子交換樹脂再生具有效果以及制水量大小，用鹽酸作為再生劑時，應(yīng)該將鹽酸的濃度控制在3%～4%，才能保證再生效果，以及控制經(jīng)濟(jì)成本。

3.3.2 修改流程避免程控再生對浮動床再生效果的影響

程控再生會對浮動床再生效果產(chǎn)生影響，為了避免再生后出現(xiàn)成床沖洗的現(xiàn)象，將對原再生流程中的預(yù)噴射、進(jìn)酸堿和置換時間進(jìn)行修改，現(xiàn)再生工藝流程步驟為：正洗 →小反洗→ 靜止→預(yù)噴射（5min）→進(jìn)酸堿（35min）→置換（60min）→沖洗。經(jīng)過實(shí)踐證明，修改再生流程后，除每年增加少量樹脂消耗外，月平均酸堿消耗量降低，兩套浮動床設(shè)備均正常運(yùn)行，達(dá)到100%的再生合格率。

3.4 設(shè)計(jì)問題與解決方法

#3陰床床體泄漏頻繁是國家能源集團(tuán)國電肇慶熱電公司雙室雙層浮動床離子交換水處理系統(tǒng)出現(xiàn)的設(shè)計(jì)問題。經(jīng)過分析，老#3陰床水帽板的總厚度在除去上、下襯膠后，僅剩6 mm的鋼板，實(shí)在無法提供足夠的強(qiáng)度，用以支撐樹脂的重量和水流的沖擊，導(dǎo)致水帽板形狀發(fā)生改變、拉筋脫開、襯膠損壞、鋼結(jié)構(gòu)被腐蝕穿孔等，出現(xiàn)泄漏。為了彌補(bǔ)老#3陰床厚度不足問題，改造時將#3陰床水帽板的鋼結(jié)構(gòu)厚度增加為25 mm，將襯膠層設(shè)計(jì)為3+2兩層橡膠，為水帽板設(shè)計(jì)三道加強(qiáng)筋，滿焊連接加強(qiáng)筋、筒體以及水帽板，確保水帽板具有足夠的強(qiáng)度，避免因水流沖擊和填料重量造成損壞。該設(shè)備自改造完成投入運(yùn)行后，狀態(tài)良好。

4 結(jié)語

針對國家能源集團(tuán)國電肇慶熱電公司化學(xué)水處理生產(chǎn)除鹽水的雙室浮動床工藝研究來看，在實(shí)際運(yùn)用過程之中，有較多的因素會對雙室浮動床的運(yùn)行效果產(chǎn)生影響。為了保證雙室浮動床的運(yùn)行效果，在裝置運(yùn)作過程中，應(yīng)注意設(shè)備（水帽、工藝控制儀表）存在的問題，更換高強(qiáng)度的水帽、配置必要的在線儀表，保證樹脂的反洗效果、及時改變樹脂、惰性浮球的裝填高度，合理選擇、配置再生劑的類型、濃度、以及用量，對再生工藝進(jìn)行調(diào)整，使其保持最優(yōu)的工況。