離子交換器周期制水量下降的原因和策略分析

尹麒

摘要：針對離子交換器周期制水量下降的問題，通過對離子交換器運行原理的研究，總結水源水質降低、鐵離子污染離子交換樹脂、有機物污染陰離子交換樹脂三點原因，并且提出改善原水工藝、篩分補充破碎樹脂、有效分離混淆樹脂三點策略，有效提高離子交換器制水量。

關鍵詞：離子交換器;周期制水量;硬水軟化;水處理

離子交換器作為水處理的關鍵裝置，主要作用是硬水軟化，除去水中的陰陽離子，是熱電廠在生產過程中必不可少的設備。綜合考慮離子交換器的運行，發現經常出現周期制水量下降的問題，一定程度上影響了離子交換器運行效率，增加了運行成本。同時不利于熱電廠的安全生產。所以，分析離子交換器周期制制水量下降的原因，總結針對性解決策略非常重要。

一、離子交換器運行原理

離子交換器的運行是在離子交換的基礎上實現，交換過程中離子交換樹脂當做吸附劑，溶液內部的待分離組分按照電荷之間的差異，在庫侖力作用下吸附于樹脂，選擇洗脫劑洗脫吸附質并且進行再生處理，以此完成分離操作[1]。

二、離子交換器周期制水量下降的原因

（一）水源水質降低

一般情況下化學工區水源在不同的季節，水質也會出現變化，如果遇到暴雨、降雪等惡劣天氣，必然會導致水源水質降低。水源預處理不到位，化學工區反應器內部的生水中存在大量泥沙，不僅降低水質，還會增加水內的離子含量，快速提高電導率，使得陰陽離子交換器負荷短時間內提高，隨之制水量下降。

（二）鐵離子污染

離子交換器內部的酸性陽樹脂，會在設備運行過程中吸附水內的所有陽離子，吸附順序如下：Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>Na+>H+[2]。由此一來，可以確定水中Na這一金屬離子所呈現出來的被吸附性最低。因此，離子交換過程中，樹脂層所有離子吸附層不斷開始下移，H+必然會被其他陽離子所置換，如果保護層穿透，位于最下層的Na+最先泄露，所以陽離子交換器失效性的監督標準為“漏鈉”。

鐵離子本身會對離子交換樹脂造成污染，主要可以總結為三個條件：第一，鐵離子通過膠體懸浮物的形式存在，通過過濾器進入到陽離子交換器中，對陽離子交換樹脂造成污染;第二，鐵利用二價鐵離子這一形式被交換于樹脂，在氧化作用下轉變為三價鐵離子，位于樹脂顆粒之上會以凝膠狀態的氫氧化物存在，且該氫氧化物不溶于水;第三，鐵通過三價鐵離子這一形式被交換至樹脂交換基團，再生期間因為無法完全去除，所以會有一部分殘留于樹脂內。

以某熱電廠為例，因為運行時間比較長，廠內所有工業水管網均已出現老化、腐蝕現象，盡管也定期更換了管線，并且進行防腐處理，但是工水中鐵離子的含量仍然居高不下。廠內的陽離子交換器進行樹脂再生期間，工業鹽酸含有一定量的鐵離子，這也會對離子交換器的運行造成影響，且降低制水量。

（三）有機物污染

強堿性陰樹脂硒鼓水內所有陰離子，具體按照SO42->NO3->Cl->OH>HC03->HSi03-的順序進行，發現HC03-吸附能力低，在離子交換的過程中，樹脂層內部的所有離子吸附層開始下移，陰離子將OH-置換，如果保護層穿透HC03-必然會最先發生泄漏[3]。所以，針對陰離子交換器失效監督的標準同樣為“漏硅”。例如某熱電廠的水源并為設置有機物凈化設備，出現暴雨天氣時，供水管線內部往往會有大量泥沙與有機物。該熱電廠的化學工區過濾器，采用無煙煤濾料，盡管有機物在過濾器的初期可以獲得理想的過濾效果，但后期過濾器正反洗環節，過濾有機物有時會進入到過濾器的下層，透過石英砂層進入到預置水箱中，最后直達陰陽離子交換器設備。因為有機物吸附性是陰離子交換樹脂的主要影響因素，特別是該水電廠采用的強堿陰離子交換樹脂，一旦遭受有機物污染，析出有機物的難度增加，還會失去活性。所以，為了解決離子交換器周期制水量下降的問題，必須要解決有機物對陰離子交換樹脂的污染。

三、解決制水量下降問題的策略

（一）改善原水工藝

原水工藝的改善，建議將原本的凈化水水源替換為滇池水，如果情況緊急也可以使用生活水。同時，按照順序取出活性炭過濾器中的活性炭，放置于太陽下，通過暴曬的方法消除去活性炭空隙的有機物，通過篩分去除細碎活性炭，隨后由工作人員將完整顆粒回填，經過浸泡、清洗之后，選擇椰殼活性炭作為回填材料，將其補充到設計要求的高度，其中椰殼活性炭要保證強度、吸附質、比表面積。經過改善的原水工藝，在離子交換器運行中運用，可以有效提升周期制水量。

（二）篩分補充破碎樹脂

第一，樹脂篩分。按照樹脂粒徑制作具有篩分雙層樹脂功能的裝置，替換原有的水盆分離破碎樹脂。篩分樹脂破碎情況比較嚴重的床子，將粉末狀、顆粒較小、半顆粒破碎樹全部去除，使用新樹脂將其補充到設計要求的填裝高度;第二，結合實際情況進行清洗。清洗罐可以設置無濾芯排水管，將已經破碎的樹脂排出，按照制水狀況、要求的裝填高度進行補充;第三，優化操作流程。床子運行之前反洗樹脂捕捉器，樹脂捕捉器中的破碎樹脂在反洗過程中排出。采用以上三種方式可以對樹脂破碎的問題進行良好控制，離子交換器運行過程中，陽、陰離子交換器阻力下降，混合離子交換器阻力提升。

（三）有效分離混淆樹脂

混淆樹脂分離操作，需要遵循重力沉降這一根本原則，強、弱樹脂所呈現的濕真密度存在差異，水內沉降速率也無法保證一致，在水力作用下樹脂會先浮起再降落，一些占比較小的樹脂停留在樹脂層上方，將上方樹脂取出便可以完成混淆樹脂分離。按照制水現狀將陽、陰雙層床子樹脂運輸到清洗罐內分離處理，所有床子混脂不能超過10%，從而提升周期制水量。

四、結束語

綜上所述，熱電廠運行過程中，如果發生離子交換器周期制水量下降的問題，技術人員必須展開全面調查，總結制水量下降的根本原因，通過改善工藝、樹脂分離等手段解決制水量下降的問題，提高熱電廠運行效率，進而達到凈化水質的目的。

參考文獻：

[1]段志棟，蘇宇.再生液堿溫度對混合離子交換器產水量的影響[J].工業鍋爐，2018（06）：24-26+30.

[2]羅鳴.對電廠化學混合離子交換器合理運行的技術控制探討[J].化工管理，2018（15）：44-45.

[3]楊勇.鍋爐水處理設備離子交換器常見故障及原因研究[J].科技資訊，2017，15（28）：91-93.