王偉，馬有利(寧夏棗泉發(fā)電有限責(zé)任公司，寧夏 銀川 750001)

0 引言

1950 年美國Kunin 提出了在電滲析裝置淡化室內(nèi)填充離子交換樹脂，用來去除雜質(zhì)離子。隨著離子交換技術(shù)不斷進(jìn)步和電滲析技術(shù)的逐步成熟，形成了一種將電滲析和離子交換相互結(jié)合在一起的除鹽新工藝，這就是電去離子(electro-deionization，EDI)技術(shù)。由于采用“超濾+反滲透+EDI 電除鹽”的工藝，改善了以往采用陰陽床制備鍋爐補(bǔ)給水的方式，大大減少了酸、堿使用量和運(yùn)行操作量。因此EDI 裝置在火力發(fā)電廠的水處理系統(tǒng)中得到了廣泛使用。雖然EDI 裝置技術(shù)先進(jìn)，出水水質(zhì)非常穩(wěn)定。但是在我國各電廠的長期運(yùn)行中，也出現(xiàn)了一些問題。比如福能晉南熱電的EDI 產(chǎn)水硅異常高；海南某電廠一體化EDI 裝置模塊漏水；廣東粵電的EDI 裝置效率低等問題。由于應(yīng)用場合的具體情況不一樣，產(chǎn)生的原因也不盡相同，因此具體問題還需要具體分析[1]。本文針對(duì)寧夏棗泉電廠EDI 裝置出現(xiàn)的產(chǎn)水異?，F(xiàn)象，進(jìn)行原因分析，并提出解決方案。

1 EDI 裝置及其故障現(xiàn)象

寧夏棗泉電廠2 臺(tái)660 MW 超超臨界機(jī)組，配置兩套產(chǎn)除鹽水量70 t/h 的制水系統(tǒng)。工藝流程為：蒸汽(板式)換熱器將生水加熱至25 ℃；通過產(chǎn)水量150 t/h(凈產(chǎn)水量135 t/h)的DOW SFP2880 型號(hào)膜組件過濾后排至超濾水箱；通過產(chǎn)水量90 t/h 的東麗TML20N-400 膜進(jìn)至一級(jí)反滲透水箱；通過產(chǎn)水量80 t/h 的東麗TM720D-400 膜進(jìn)至二級(jí)反滲透水箱；通過EDI 系統(tǒng)(西門子IP-LXM30Z-4 膜組件，單套系統(tǒng)由16 只膜組成)產(chǎn)水70 t/h 進(jìn)至除鹽水箱。投運(yùn)以來，除鹽水產(chǎn)量一直保持穩(wěn)定。2020 年1 月開始，A 套EDI 裝置發(fā)生異常，除鹽水產(chǎn)量由70 t/h 逐漸下降至27 t/h?，F(xiàn)場EDI 裝置的模組電壓為75 V，電流保持在4A，進(jìn)水電導(dǎo)率在6～13 μS/cm，產(chǎn)水電導(dǎo)率0.053 μS/cm，濃水電導(dǎo)率0.5 μS/cm，均符合正常運(yùn)行參數(shù)。但是EDI 裝置的進(jìn)水壓力0.6 MPa，較正常運(yùn)行時(shí)升高0.05 MPa，濃水產(chǎn)量由10 t/h 上升至20 t/h，且濃水出水壓力由0.15 MPa 升高至0.3 MPa。

EDI裝置各膜堆的出水量偏差較大，如圖1所示，沒有規(guī)律，出水量最大6.4 t/h，最小僅0.1 t/h。

圖1 EDI裝置各膜堆出力情況

2 EDI 裝置故障原因分析

EDI 裝置的膜片采用均相膜和異相離子交換膜。面向正極的陰離子膜與面向負(fù)極的陽離子膜之間構(gòu)成濃水室，面向負(fù)極的陰離子膜與面向正極的陽離子膜組成淡水室，在單元組兩端設(shè)置陰/陽電極。

這些交替放置的陰、陽離子交換膜被固定在兩個(gè)有進(jìn)出水口的裝置之間，水從其中的膜間隙流過。原水進(jìn)入EDI 裝置的淡水室，陰陽樹脂和雜質(zhì)離子進(jìn)行相互交換與遷移，通過交換反應(yīng)去除水中的有害物質(zhì)。陰、陽離子分別穿過陰、陽離子交換膜進(jìn)入到濃水室。通過濃水室的水將離子帶出系統(tǒng)，成為濃水。

因此，EDI 裝置的基本工作過程包括：(1)原水和樹脂相互之間發(fā)生的離子交換；(2)通入直流電后，水中的無機(jī)鹽離子在陰陽膜和電場共同作用下發(fā)生的定向遷移；(3)電解水產(chǎn)生氫離子和氫氧根使樹脂再生三個(gè)基本環(huán)節(jié)。

按照工作流程，進(jìn)行以下的故障排除。

2.1 檢查EDI 裝置是否有堵塞情況

特別是EDI 裝置進(jìn)水管道堵塞或膜組件通道堵塞，會(huì)導(dǎo)致純水流量減小，壓力降低，濃水壓力上升。通過檢查各保安過濾器進(jìn)水、出水閥、純水側(cè)進(jìn)水閥、濃水側(cè)進(jìn)水閥，發(fā)現(xiàn)均無缺陷，并經(jīng)各膜組出力情況判斷系統(tǒng)正常。檢查保安過濾器濾芯完好，可有效節(jié)流顆粒雜質(zhì)，現(xiàn)場更換保安過濾器濾芯后，EDI裝置產(chǎn)水流量無變化。出水中的TOC(總有機(jī)碳)的含量均小于200 μg/L，這說明出水水質(zhì)的濁度合理。進(jìn)水的有機(jī)物含量正常，不會(huì)造成樹脂和選擇性透過膜的有機(jī)污染，也不會(huì)在濃水通道形成有機(jī)膠體，堵塞通道。也就是不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行電壓上升，產(chǎn)水水質(zhì)下降[2]。

2.2 分析EDI 裝置的定向遷移過程是否通暢

純水進(jìn)入EDI 裝置后，與其中的陰陽樹脂進(jìn)行離子交換，電場使純水中的水分子在離子交換樹脂界面離解成H+及OH-。在膜組件兩側(cè)電極的作用下產(chǎn)生正負(fù)極，陰離子向正極移動(dòng)，陽離子向負(fù)極移動(dòng)。正常運(yùn)行中應(yīng)保證純水壓力略高于濃水壓力。這樣淡室水中陽離子向負(fù)極遷移透過陽膜，被濃室中的陰膜截留；水陰離子向正極方向遷移透過陰膜，被濃室中的陽膜截留。測試數(shù)據(jù)表明EDI 裝置的進(jìn)水壓力高于濃水出水壓力，壓差在0.35 MPa 左右?？梢员ＷC定向遷移過程。同時(shí)，EDI 裝置進(jìn)水電導(dǎo)率在6～13 μS/cm，產(chǎn)水電導(dǎo)率0.053 μS/cm，濃水電導(dǎo)率0.5 μS/cm，均在規(guī)程規(guī)定的范圍內(nèi)。其中進(jìn)水電導(dǎo)率對(duì)弱電解質(zhì)的去除率有影響。如果原水電導(dǎo)率低，則水中離子的含量也低，而低濃度的離子使得在淡水室中樹脂和膜的表面上形成的電動(dòng)勢梯度也大。不僅可以保證定向遷移過程，而且產(chǎn)生較多的H+及OH-，促進(jìn)淡水室中的陰、陽離子交換樹脂的再生。

2.3 確定樹脂再生過程是否順利

樹脂是陰陽離子交換的平臺(tái)，當(dāng)樹脂達(dá)到交換平衡，就失去了置換能力，所以必須將樹脂再生。也就是說必須要保證EDI裝置中的樹脂具有一定比例的交換能力?，F(xiàn)場EDI 裝置的模組電壓為75 V，電流保持在4 A。這說明電流穩(wěn)定。在設(shè)備運(yùn)行初期，電流的主要作用是增強(qiáng)雜質(zhì)離子的遷移。在設(shè)備正常運(yùn)行期間，電流的主要作用是促進(jìn)水的離解，水的離解程度增大，促進(jìn)了樹脂的再生，從而提升水質(zhì)。通過設(shè)備拆解，發(fā)現(xiàn)純水側(cè)和濃水側(cè)均出現(xiàn)局部樹脂破碎。濃水側(cè)更為嚴(yán)重，如圖2 和圖3 所示。

通過運(yùn)行記錄分析，發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中，出現(xiàn)過余氯含量超過0.4 mg/L，遠(yuǎn)高于運(yùn)行允許值0.1 mg/L 的情況。這是進(jìn)水水源來自黃河水凈化后的自來水，殺菌劑采用次氯酸，來水中含有游離氯。氯是強(qiáng)氧化劑，樹脂是高分子有機(jī)物。水中游離氯被樹脂吸收，造成樹脂逐層溶脹。使活性基氧化分解，斷鏈或破碎，最后使樹脂交換容量下降，直至報(bào)廢[3]。因此這是EDI 裝置出水低的原因。國內(nèi)三明化工廠熱電廠、無錫化工集團(tuán)電化廠也曾出現(xiàn)類似問題。

圖2 產(chǎn)水側(cè)樹脂破碎情況

圖3 濃水側(cè)樹脂破碎情況

3 故障排除及相應(yīng)措施

上述分析表明，余氯含量超標(biāo)引起的樹脂溶脹和破碎是棗泉電廠EDI 裝置產(chǎn)水異常的原因，因此采用以下措施解決問題。

3.1 監(jiān)測水源的氯離子含量

如超過運(yùn)行允許值，需要進(jìn)行預(yù)處理。常見的脫除方法有硫代硫酸鈉、硫酸亞鐵、二氧化硫、亞硫酸鈉等化學(xué)藥劑法；活性炭吸附等物理方法。在脫除過程中，還要嚴(yán)格控制水的溫度。最后生產(chǎn)的給水品質(zhì)，一定要符合氯離子1 μg/L 的控制要求。

3.2 定期檢查RO 濾芯和保安過濾器濾芯

避免濾芯失效造成大顆粒雜質(zhì)和余氯進(jìn)入EDI 裝置，破壞樹脂，堵塞水流通道，造成EDI 裝置失效。特別是在整個(gè)工藝中，RO 作為初級(jí)脫鹽，其能夠有效地去除可溶性鹽類以及分子量大于200 的有機(jī)物，從而能夠制取電導(dǎo)率小于20 μS/cm 的初級(jí)純水。經(jīng)過RO 處理之后的水便成為低含鹽量的水，這樣的水作為進(jìn)水能夠減輕EDI 裝置的負(fù)擔(dān)，有助于淡水解離進(jìn)而產(chǎn)生出足夠的H+和OH-，對(duì)填充樹脂進(jìn)行再生，以此來使其中部分樹脂處于置換再生的平衡狀態(tài)[4]。

3.3 監(jiān)測EDI 裝置各節(jié)點(diǎn)壓力

當(dāng)樹脂出現(xiàn)破碎，EDI 裝置內(nèi)的壓力分布會(huì)出現(xiàn)變化。同時(shí)應(yīng)保持淡水室壓力大于濃水室，使離子在水壓的作用下更快速通過陰陽膜，減少表面沉積鹽分臟污樹脂。定期根據(jù)要求將濃水室較淡水室壓力低0.035 MPa。

3.4 監(jiān)測各膜堆出水量

對(duì)出水量較低的膜堆進(jìn)行樹脂更換。對(duì)于出現(xiàn)大面積的出水流量偏差過大，就應(yīng)進(jìn)行不定期的大面積再生操作。經(jīng)過以上調(diào)整措施，現(xiàn)保安過濾器進(jìn)口壓力0.55 MPa，保安過濾器出口壓力0.54 MPa，產(chǎn)水壓力0.1 MPa，濃水壓力0.07 MPa，產(chǎn)水流量由原27 t上升至68 t。濃水側(cè)流量由原20 t/h穩(wěn)定在10 t/h左右。

4 結(jié)語

EDI 裝置在制水過程中，不需酸、堿化學(xué)藥品再生即可連續(xù)制取高品質(zhì)超純水。具有技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡便的優(yōu)點(diǎn)，出水水質(zhì)穩(wěn)定度高。由于其出色的凈水能力，EDI 裝置在火力發(fā)電廠的水處理系統(tǒng)中得到了廣泛使用。從棗泉電廠的本次故障看，進(jìn)水水質(zhì)，特別是進(jìn)水的余氯含量對(duì)EDI 裝置的影響很大。

余氯含量超標(biāo)，當(dāng)水中游離氯被樹脂吸收，樹脂逐層溶脹，出現(xiàn)破碎。從而導(dǎo)致樹脂交換容量下降，造成EDI 裝置除鹽水產(chǎn)量降低。要解決此類問題，應(yīng)監(jiān)測水源的氯離子含量、定期檢查RO 濾芯和保安過濾器濾芯、監(jiān)測EDI 裝置各節(jié)點(diǎn)壓力和監(jiān)測各膜堆出水量等，采取這些措施，可保證EDI 裝置出水流量正常。