王志良

摘 要：本文通過(guò)對(duì)浮動(dòng)床工藝運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的制水量逐步偏低的問(wèn)題，從原水水質(zhì)、浮動(dòng)床差壓、流速、預(yù)處理、有機(jī)物污染、再生劑用量等不同因素進(jìn)行了具體分析，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)提出了相應(yīng)的解決辦法。

關(guān)鍵詞：浮動(dòng)床；制水量；原水水質(zhì)；壓差；流速；預(yù)處理；高效纖維過(guò)濾器；有機(jī)物污染；再生劑用量

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.201

某公司化學(xué)水處理裝置為一級(jí)過(guò)濾、兩級(jí)離子交換除鹽工藝，其中一級(jí)離子交換除鹽設(shè)備采用的是雙室浮動(dòng)床加除碳工藝。該公司現(xiàn)有4個(gè)系列的雙室浮動(dòng)床，在近期的運(yùn)行過(guò)程中，制水量明顯逐步減少，從年初的每周期3000 m3左右下降至2000 m3。影響浮動(dòng)床制水量的因素主要有原水水質(zhì)、浮動(dòng)床壓差、流速、預(yù)處理效果、樹(shù)脂污染及再生劑用量等，本文結(jié)合該公司雙室浮動(dòng)床在運(yùn)行中出現(xiàn)過(guò)的實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行了具體的原因分析，并提出了相應(yīng)的解決方法。

1 生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)介

該化學(xué)水站使用當(dāng)?shù)氐淖詠?lái)水為原水。

1.1 陽(yáng)床制水流程

原水經(jīng)高效過(guò)濾器處理后，進(jìn)入陽(yáng)床底部入口，水由下至上運(yùn)行進(jìn)入陽(yáng)床下室，下室裝有D113-ⅢFC大孔弱酸性丙烯酸系陽(yáng)樹(shù)脂離子交換樹(shù)脂，可除去水中90%的暫時(shí)硬度。下室出水由塔內(nèi)進(jìn)入上室，上室裝有D001 x 7FC凝膠型強(qiáng)酸苯乙烯陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，可以將水中余下的10%暫時(shí)硬度和其他陽(yáng)離子大部分除去。

1.2 陰床制水流程

陽(yáng)床出水進(jìn)入對(duì)應(yīng)的除碳塔，水中的CO2被除碳塔風(fēng)機(jī)的鼓風(fēng)空氣帶走，經(jīng)除碳后的水中殘留CO2小于5mg/l。中間水泵將水輸送至陰床底部入口，水由下向上運(yùn)行進(jìn)入陰床下室，陰床下室裝有D301-ⅢFC大孔弱堿性苯乙烯系陰離子交換樹(shù)脂，可以除去水中的強(qiáng)酸陰離子。下室出水由塔內(nèi)進(jìn)入上室，上室裝有201 x 7FC凝膠型強(qiáng)堿苯乙烯系陰離子交換樹(shù)脂，除去水中余下的強(qiáng)酸陰離子和弱酸陰離子。之后，出水進(jìn)入一級(jí)除鹽水罐。

1.3 再生流程

再生時(shí)采用逆流再生方式，陽(yáng)樹(shù)脂再生液為3.5%的鹽酸，陰樹(shù)脂再生液為2.5%的氫氧化鈉。再生液由交換器的上部注入、下部排出，先對(duì)強(qiáng)型樹(shù)脂進(jìn)行再生，后對(duì)弱型樹(shù)脂進(jìn)行再生，以達(dá)到充分利用再生液的目的，再生進(jìn)酸堿時(shí)間約60分鐘。

2 制水量逐步減少的原因分析

2.1 原水水質(zhì)的影響

由樹(shù)脂的強(qiáng)弱性質(zhì)可知，水中溶解的各種物質(zhì)均會(huì)對(duì)制水量產(chǎn)生影響。通過(guò)化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)前原水水質(zhì)指標(biāo)均比設(shè)計(jì)時(shí)高出很多（設(shè)計(jì)值：余氯<0.1mg/L，硬度<120mg/L，硫酸根<82mg/L，氯離子<37mg/L）。從2008年至今，原水含鹽量逐年增加（見(jiàn)表1），樹(shù)脂除鹽負(fù)荷加大。另外，弱堿性陰樹(shù)脂對(duì)難電離的硅酸化合物無(wú)作用，只能靠強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂除去，而原水中二氧化硅的濃度較高，制約了制水量的增加。除堿度外各陰陽(yáng)離子的含量都有明顯增加，尤其是硫酸根和氯離子相對(duì)應(yīng)的升高較多，堿度占比逐步下降，這對(duì)制水很不利。

2.2 浮動(dòng)床壓差的影響

在制水運(yùn)行周期的中后期，我們發(fā)現(xiàn)在未達(dá)到使用壽命前樹(shù)脂就會(huì)出現(xiàn)大量破碎的現(xiàn)象，主要原因如下：一是由于浮動(dòng)床滿負(fù)荷運(yùn)行，再生非常頻繁，樹(shù)脂顆粒頻繁的收縮、膨脹，加速了樹(shù)脂的破碎。二是流速問(wèn)題，在最初的運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)際運(yùn)行流速大約在220m?/h左右（設(shè)計(jì)流速：250m?/h），這一流速在運(yùn)行初期對(duì)系統(tǒng)影響不大，但隨著樹(shù)脂本身的自然降解和老化，這個(gè)流速就加速了樹(shù)脂的破碎。三是原水中的游離氯指標(biāo)偏高，水中游離氯被陽(yáng)離子交換樹(shù)脂周而復(fù)始的吸收，造成樹(shù)脂氧化分解。

破碎的樹(shù)脂堵塞水帽，使交換床配液裝置和排液裝置流通面積減小，交換器進(jìn)出口壓差增大，特別是陰床啟床壓差急劇升高速度快，運(yùn)行早期啟床壓差約為60至70kpa左右，而到后期啟床壓差甚至?xí)_(dá)到180至200kpa，交換器運(yùn)行周期制水量也隨之下降。制水量下降后，致使再生運(yùn)行更加頻繁，進(jìn)一步加劇了樹(shù)脂的破碎，如此造成惡性循環(huán)。以陰床B壓差為例，自6月21日漂洗加樹(shù)脂后，于8月2日、9月2日、9月26日、10月31日接連漂洗4次，平均一個(gè)月就需漂洗一次陰樹(shù)脂，在沒(méi)有補(bǔ)加樹(shù)脂的情況下，陰床B的陰樹(shù)脂不足，制水量在4個(gè)床中最少。

2.3 預(yù)處理高效纖維過(guò)濾器污染的影響

在原水預(yù)處理段，采用的是5臺(tái)高效纖維過(guò)濾器。經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行， 濾料上截留的機(jī)械雜質(zhì)，特別是有機(jī)物大量聚積，加上過(guò)濾器內(nèi)溫度較適應(yīng)微生物、細(xì)菌、藻類的生長(zhǎng)，造成纖維濾料被嚴(yán)重污染，使其吸附截污能力嚴(yán)重下降。在纖維過(guò)濾器定期清洗時(shí)，反洗排水呈現(xiàn)深棕色，伴有少量銹渣且呈惡臭味，混洗后需要清洗30min以上排水才能清澈。陽(yáng)床樹(shù)脂進(jìn)行體外反洗操作時(shí)發(fā)現(xiàn)排水也很臟，也能說(shuō)明大量污染物在纖維過(guò)濾器運(yùn)行中未被有效截留而進(jìn)入到后序陽(yáng)床中。

2.4 有機(jī)物對(duì)樹(shù)脂特別是陰樹(shù)脂污染的影響

有機(jī)物在水中往往帶負(fù)電，是污染陰離子交換樹(shù)脂的主要物質(zhì)。這些物質(zhì)吸附在樹(shù)脂上，有的占據(jù)或者結(jié)合了樹(shù)脂上的活性基團(tuán)，有的使樹(shù)脂的強(qiáng)堿活性基團(tuán)堿性降低，從而導(dǎo)致樹(shù)脂的離子交換能力大幅下降。有機(jī)物污染的主要現(xiàn)象是陰離子交換樹(shù)脂顏色變深，正洗水量逐漸增大，運(yùn)行時(shí)電導(dǎo)率增大，pH值降低，周期制水量降低。判斷：取樹(shù)脂樣，加蒸餾水振蕩，除去表面附著物后，換10%食鹽水，振蕩5-10分鐘，觀察食鹽水顏色并判斷有機(jī)物污染程度（見(jiàn)表2）。

2.5 再生劑用量的影響

由于交換過(guò)程是按等摩爾量進(jìn)行的，理論上講1摩爾的再生劑足以使樹(shù)脂恢復(fù)1摩爾的交換容量。但實(shí)際上再生反應(yīng)不可能徹底進(jìn)行而最多只能進(jìn)行到化學(xué)平衡狀態(tài)，所以實(shí)際再生劑用量要超過(guò)理論用量。在再生過(guò)程中，再生劑用量的多少對(duì)再生效果有一定的影響，再生劑用量愈大，則再生后樹(shù)脂的交換容量也愈大。但當(dāng)再生劑用量加大到一定量時(shí)，交換容量的增加就很少了，此時(shí)就會(huì)影響到再生過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，再生劑的用量一般為理論計(jì)算量的1.3-1.5倍，在滿足樹(shù)脂恢復(fù)到最大交換容量的前提下，再生劑用量盡可能低。首先是先判斷失效的具體是陰床還是陽(yáng)床：當(dāng)陽(yáng)床先失效時(shí)，陽(yáng)床出水Na+濃度首先升高，運(yùn)行一段時(shí)間后硬度開(kāi)始升高，陰床出水電導(dǎo)持續(xù)上升；當(dāng)陰床先失效時(shí)，出水電導(dǎo)一般會(huì)先微降而后上升。endprint

通過(guò)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，陰床失效次數(shù)占失效總數(shù)比例偏大，因此將降低再生劑的重點(diǎn)放在減少堿的使用上。下面分別調(diào)取了某月1日至5日、11日至15日、21日至25日三個(gè)階段的平均制水量和平均再生劑耗量情況進(jìn)行對(duì)比，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

通過(guò)上表可以看出，月初的平均制水量普遍偏低，但到了中旬以后，制水量有了一定的上升，到了月末，制水量有了明顯的增高。與之相對(duì)應(yīng)的是再生用堿量的明顯增大，而同期用酸量卻沒(méi)有顯著的提高。這說(shuō)明在前期再生的過(guò)程中陰樹(shù)脂未被完全再生，而這部分陰樹(shù)脂卻是直接導(dǎo)致制水量高低的關(guān)鍵所在，而且雖然表面上看再生耗堿量增加了，但通過(guò)計(jì)算我們可以得知噸水的堿耗從月初的1.144kg/t降到了0.926kg/t，這也從一個(gè)方面說(shuō)明如果一味的追求單純的低耗堿量而忽視了樹(shù)脂再生的完全性，有時(shí)反而會(huì)適得其反。

3 提高制水量的相應(yīng)對(duì)策

通過(guò)以上原因分析，影響浮床制水量的因素是多種多樣的，這就要求我們?cè)谌粘５纳a(chǎn)過(guò)程中嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，精心調(diào)整操作，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，在出現(xiàn)異常時(shí)仔細(xì)觀察，認(rèn)真分析，綜合思考，只有這樣才能保證裝置的安全平穩(wěn)的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

3.1 針對(duì)原水水質(zhì)采取的對(duì)策

由于原水為市政自來(lái)水，受水源限制的影響，能做的工作比較少。為此，該公司引入了經(jīng)過(guò)雙膜反滲透處理后的城市中水作為原水來(lái)源，其水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表4。

該城市中水的水質(zhì)非常好，總體鹽含量接近一級(jí)除鹽水的指標(biāo)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于市政自來(lái)水，浮動(dòng)床的周期制水量從2400噸提高到了16000-18000噸。盡管該城市中水的單價(jià)比市政自來(lái)水高約51%，但是由于制水周期延長(zhǎng)、再生頻次減少、外排廢水量減少、檢維修費(fèi)用降低、物料消耗減少，總體核算下來(lái)的制水成本還有所降低（大約降低-1.054元/噸）。這樣一來(lái)，不僅解決了夏季化學(xué)水站供水緊張的問(wèn)題，還減輕了操作人員和檢維修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。帶來(lái)一個(gè)新問(wèn)題就是“化學(xué)水標(biāo)準(zhǔn)離子水耗”指標(biāo)高于去年，大概在20-25m3/kmol，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出下達(dá)的指標(biāo)。

3.2 針對(duì)壓差升高采取的對(duì)策

實(shí)踐證明，破碎的樹(shù)脂顆粒是導(dǎo)致床層壓差升高的“元兇”，降低浮動(dòng)床的壓差，關(guān)鍵是要降低樹(shù)脂的破碎程度。當(dāng)然，頻繁再生運(yùn)行使樹(shù)脂破碎不可避免。采取的措施包括：第一，當(dāng)床層壓差達(dá)到設(shè)定的報(bào)警值，及時(shí)對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行漂洗操作，同時(shí)，化學(xué)水站應(yīng)常備新樹(shù)脂，在漂洗1、2次后及時(shí)補(bǔ)加，避免浮動(dòng)床長(zhǎng)時(shí)間超壓運(yùn)行。第二，不斷摸索試驗(yàn)，控制運(yùn)行水流流速在190±10m3/h左右，這會(huì)有效緩解樹(shù)脂破碎和床層壓差升高過(guò)快的情況。第三，在預(yù)處理階段增設(shè)了除氯系統(tǒng)，使用亞硫酸鈉Na2SO3作為除氯投加藥劑，可在一定程度上減輕水中余氯對(duì)樹(shù)脂氧化的影響。

3.3 針對(duì)高效過(guò)濾器污染采取的對(duì)策

采取的措施包括：第一，加強(qiáng)高效過(guò)濾器運(yùn)行管理，修改反洗頻率，由原來(lái)的每16天反洗一次，修改為現(xiàn)在每8天反洗一次，大大改善了高效過(guò)濾器的預(yù)處理效果，入床水的指標(biāo)也達(dá)到了工藝要求。第二，及時(shí)對(duì)5臺(tái)高效纖維過(guò)濾器進(jìn)行堿洗，經(jīng)過(guò)堿洗，纖維束呈現(xiàn)出本色，而清洗前的纖維束發(fā)黑、纖維黏結(jié)。

3.4 針對(duì)有機(jī)物對(duì)樹(shù)脂污染采取的對(duì)策

當(dāng)檢查出有機(jī)物污染時(shí)，需對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行體外反洗。反洗步驟如下：第一，采用1.5倍樹(shù)脂體積的10%鹽酸將樹(shù)脂浸泡4小時(shí)，并通入凈化風(fēng)擦洗，然后用除鹽水清洗，直至出水顯中性。第二，對(duì)陰樹(shù)脂以2倍氫氧化鈉的用量進(jìn)行徹底再生。如果采取以上措施后達(dá)不到技術(shù)要求，則應(yīng)及時(shí)進(jìn)行報(bào)廢并更新樹(shù)脂。

4 結(jié)論

通過(guò)以上分析，浮動(dòng)床離子交換除鹽裝置制水量逐步偏低的主要原因是原水水質(zhì)變差引起的，水質(zhì)變差后導(dǎo)致浮動(dòng)床高負(fù)荷運(yùn)行，再生頻繁，樹(shù)脂破碎增多而導(dǎo)致壓差升高，進(jìn)一步制約了制水量的提高。

同時(shí)，在日常的生產(chǎn)運(yùn)行中，對(duì)于預(yù)處理段的維護(hù)和檢查力度不夠，再生時(shí)過(guò)于追求減少再生劑用量導(dǎo)致再生不充分等是輔助原因。經(jīng)過(guò)實(shí)踐，以上原因的相應(yīng)對(duì)策均有效，目前有效解決了浮動(dòng)床離子交換除鹽裝置制水量偏低的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1]欒金義，傅曉萍.石油化工水處理技術(shù)與典型工藝[M].北京：中國(guó)石化出版社，2013，9（01）.

[2]王景愛(ài).水處理裝置離子交換樹(shù)脂破碎的危害及對(duì)策[J].河北工業(yè)科技，2002，19（06）.

[3]李愛(ài)陽(yáng).水處理中離子交換樹(shù)脂再生時(shí)酸堿耗的降低[J].化工生產(chǎn)與技術(shù)，2003，10（02）.endprint