一級(jí)除鹽系統(tǒng)樹脂再生度降低的原因分析及處理方法

薛昌剛，周志彬， 王鋒濤， 孫勇

(國(guó)網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院， 鄭州 450052)

1 問(wèn)題的提出

某電廠一期2×300 MW機(jī)組鍋爐補(bǔ)給水處理除鹽系統(tǒng)設(shè)計(jì)為一級(jí)除鹽+混床，分別為A，B兩列陰陽(yáng)床加A，B兩臺(tái)混床。陰陽(yáng)床均為雙室結(jié)構(gòu)，陽(yáng)床上層為弱陽(yáng)樹脂(4.9 m3)，下層為強(qiáng)陽(yáng)樹脂(4.9 m3)；陰床上層為弱陰樹脂(4.9 m3)，下層為強(qiáng)陰樹脂(4.9 m3)，陰陽(yáng)樹脂比例為1∶1，陰陽(yáng)樹脂均采用逆流再生工藝。兩列一級(jí)除鹽樹脂共運(yùn)行10余年，產(chǎn)水電導(dǎo)率基本能維持在1～2 μS/cm，最低能達(dá)0.5 μS/cm 。到2013年，對(duì)兩列樹脂進(jìn)行了報(bào)廢，更換了同型號(hào)、同廠家的4種樹脂，從更換樹脂1年多來(lái)看，一級(jí)除鹽再生1遍共用酸堿各3箱，每箱體積1.38 m3，陰床出水電導(dǎo)率只能達(dá)到10 μS/cm左右，連續(xù)進(jìn)2遍酸堿，陰床出水電導(dǎo)率僅能達(dá)到6 μS/cm左右，出水水質(zhì)始終達(dá)不到老樹脂的效果(即樹脂出現(xiàn)了再生度降低的問(wèn)題)，同時(shí)樹脂的交換容量也只有2 000 m3，再生頻繁，酸堿消耗巨大。

受某電廠委托，國(guó)網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院派技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)幫助查找原因，通過(guò)對(duì)樹脂罐體的樹脂分布、樹脂再生方式、反滲透進(jìn)出口水質(zhì)、活性炭過(guò)濾器運(yùn)行、再生用酸、堿品質(zhì)等進(jìn)行檢查，分析了引起一級(jí)除鹽樹脂再生度低的原因，并提出了建議和處理措施。

2 問(wèn)題查找

2.1 對(duì)正在運(yùn)行的A列一級(jí)除鹽樹脂進(jìn)行檢查

(1)從樹脂窺視鏡中可以看出強(qiáng)陽(yáng)樹脂呈深棕色，外觀及顏色均正常，無(wú)明顯破碎樹脂，樹脂層混有粒徑稍大的白色顆粒，經(jīng)確認(rèn)，該白色顆粒為基建期裝填的惰性白球。

(2)強(qiáng)陽(yáng)樹脂上平面偏流嚴(yán)重，樹脂層不平整，上部的部分集水器黏附有較多白色惰性樹脂，這可能是造成偏流的一個(gè)原因。樹脂層不平整，會(huì)影響樹脂的再生效果，降低樹脂的交換容量。

(3)從樹脂窺視鏡中可以看出，強(qiáng)陰樹脂呈淺黃色，外觀及顏色正常，無(wú)明顯破碎樹脂，強(qiáng)陰樹脂上平面平整，無(wú)偏流現(xiàn)象。在更換新樹脂時(shí)，運(yùn)行人員懷疑陰樹脂里混有陽(yáng)樹脂，經(jīng)過(guò)1年多運(yùn)行后，用窺視鏡觀測(cè)已無(wú)法辨別是否摻雜陽(yáng)樹脂。

2.2 對(duì)正在運(yùn)行的B列一級(jí)除鹽樹脂進(jìn)行了檢查

(1)從樹脂窺視鏡鏡中可以看出陰陽(yáng)樹脂顏色、外觀及粒徑大小正常，但有少量的破碎樹脂漂浮在樹脂層上表面，惰性白球存量很少。

(2)強(qiáng)陽(yáng)樹脂上平面出現(xiàn)偏流現(xiàn)象，但沒(méi)有A列嚴(yán)重。從外觀上看無(wú)法確認(rèn)樹脂是否摻雜。

2.3 再生方式及工藝檢查

(1)現(xiàn)場(chǎng)陽(yáng)床在再生正洗過(guò)程中，僅通過(guò)時(shí)間來(lái)判定終點(diǎn)(一般正洗為40 min)，并未通過(guò)檢測(cè)鈉的質(zhì)量濃度小于100 g/L 作為正洗終點(diǎn)，因此，無(wú)法保證陽(yáng)樹脂的再生效果，若陽(yáng)床出水鈉的質(zhì)量濃度超標(biāo)，會(huì)直接影響陰床的正洗效果和出水水質(zhì)。因此，必須以陽(yáng)床的出水鈉值作為判斷正洗終點(diǎn)的依據(jù)。

(2)運(yùn)行人員一般會(huì)將再生液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制為：酸液約2.8％，堿液為2.1％。再生液質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏低是造成再生度偏低的重要原因之一。

(3)運(yùn)行人員一般將再生流速控制在18～20 t/h左右，再生流速稍微偏高。

2.4 A，B列樹脂運(yùn)行水質(zhì)情況

A 列：時(shí)間，2014-04-03 T 10：00； 陰床出水，電導(dǎo)率為7.36 μS/cm，SiO2質(zhì)量濃度為21.9 g/L；混床出水，電導(dǎo)率為0.07 μS/cm，SiO2質(zhì)量濃度為4.1 g/L。

B列：時(shí)間，2014-04-04 T 09：00；陰床出水，電導(dǎo)率為6.74 μS/cm，SiO2質(zhì)量濃度為19.6 g/L；混床出水：電導(dǎo)率為0.06 μS/cm，SiO2質(zhì)量濃度為3.8 g/L。

2.5 對(duì)反滲透進(jìn)、出口水質(zhì)進(jìn)行了調(diào)查

(1)某電廠的補(bǔ)給水處理系統(tǒng)的水源為循環(huán)水排污水，電導(dǎo)率長(zhǎng)期維持在2 000 μS/cm左右(該循環(huán)水無(wú)石灰處理系統(tǒng))。

(2)2014-04-03 T 10：20，#2反滲透進(jìn)口電導(dǎo)率為1 709 μS/cm，出口電導(dǎo)率為381.7 μS/cm，平均脫鹽率為75％左右；#1反滲透未投運(yùn)，有關(guān)人員調(diào)查詢問(wèn)了運(yùn)行人員為什么#1反滲透未投運(yùn)，其原因是#1反滲透脫鹽率更低，出水電導(dǎo)率一般維持在500 μS/cm左右。兩列反滲透的出水水質(zhì)和脫鹽率均不達(dá)標(biāo)。

(3)反滲透溶液的氧化還原電位(ORP)表指示不準(zhǔn)確，只能通過(guò)手工測(cè)反滲透入口的余氯，每班一次。

2.6 檢查陰陽(yáng)床再生用酸堿耗量及酸堿質(zhì)量

根據(jù)該樹脂通常的再生比耗，現(xiàn)有每個(gè)陰陽(yáng)床正常再生時(shí)，進(jìn)酸堿量各3箱，體積為4.14 m3，合計(jì)純酸1.43 t，純堿用量為1.60 t，樹脂消耗的酸堿用量是足夠的。現(xiàn)今各進(jìn)2遍，說(shuō)明酸堿消耗為正常的2倍，屬于超量再生。從某電廠購(gòu)買酸堿時(shí)的大宗藥品化驗(yàn)報(bào)告中可以看出，酸堿質(zhì)量暫未發(fā)現(xiàn)有不合格情況。

2.7 對(duì)酸堿噴射器及稀釋水手動(dòng)門進(jìn)行檢查

對(duì)陰陽(yáng)床的酸堿噴射器及稀釋水手動(dòng)門進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)性能較差，稀釋水流量不能有效調(diào)節(jié)，尤其是酸噴射器出藥能力較差，為確保再生液質(zhì)量分?jǐn)?shù)和稀釋水流量，建議對(duì)以上閥門等設(shè)備進(jìn)行檢修。

3 原因分析

所謂離子交換樹脂的再生度，就是在樹脂失效之后，經(jīng)過(guò)再生處理重新獲得交換能力的程度，再生度越高，再生效果越好。對(duì)于給定的樹脂層而言，再生度與再生前樹脂層的離子成分及分布情況有關(guān)，也與再生條件(再生劑種類、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、用量、再生液溫度、流速、配制再生液用水質(zhì)量等)有關(guān)，可能有以下8種原因造成再生度降低。

(1)再生液質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏低。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)平衡原理，提高再生液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以增強(qiáng)再生劑中的H+和OH-與離子交換樹脂中的—R的交換效果，提升樹脂的再生度，某電廠之前的再生液質(zhì)量分?jǐn)?shù)均未超過(guò)3％。

(2)再生液流速。再生液流速越高，再生液與離子交換樹脂基團(tuán)反應(yīng)的時(shí)間越短，會(huì)降低再生液與樹脂的置換效果。由于再生液流速過(guò)低，噴射器將無(wú)法穩(wěn)定抽出藥液，整個(gè)再生過(guò)程耗時(shí)也比較長(zhǎng)。再生液流速影響著再生液與樹脂的接觸時(shí)間，一般以4～8 m/h為宜，逆流再生的再生液流速應(yīng)保證不使樹脂亂層。若再生液的溫度很低，不宜提高流速。

(3)陰陽(yáng)樹脂的混雜(尤其是陰樹脂里混雜有陽(yáng)樹脂)。在運(yùn)行過(guò)程中，陰床出水會(huì)有NaOH釋放出來(lái)，會(huì)增大產(chǎn)水的pH值和鈉的質(zhì)量濃度，同時(shí)陰床出水電導(dǎo)率也會(huì)較高，水質(zhì)難以合格。

(4)有機(jī)物污染。某電廠的水源為循環(huán)水排污水，溫度高，微生物細(xì)菌容易滋生，雜質(zhì)多，電導(dǎo)率長(zhǎng)期維持在2 000 μS/cm左右，反滲透出口電導(dǎo)率400 μS/cm左右，表明反滲透的膜組件已被部分擊穿。該廠又未投運(yùn)活性炭過(guò)濾器，樹脂可能被有機(jī)物污染。若確認(rèn)樹脂被有機(jī)物污染，也會(huì)出現(xiàn)“放鈉”現(xiàn)象并需要測(cè)定總有機(jī)碳(TOC)含量。

(5)再生液的品質(zhì)。再生劑的純度越高、雜質(zhì)越少，樹脂的再生度就越高，特別是對(duì)陰樹脂影響更大。對(duì)于某電廠再生劑的品質(zhì)，已經(jīng)列入第三方送檢計(jì)劃。

(6)單個(gè)床體再生質(zhì)量不好。陰床出水的水質(zhì)決定于陽(yáng)床的再生度和陰床的再生度。其中一個(gè)床體再生效果不好，就會(huì)影響一級(jí)除鹽的出水質(zhì)量。因此，在進(jìn)行陰床正洗前，必須確認(rèn)陽(yáng)床出水是否合格，方可進(jìn)行下一步序。

(7)反滲透出水水質(zhì)。近期某電廠的反滲透出水水質(zhì)較差，電導(dǎo)率維持在400 μS/cm左右，明顯影響了一級(jí)除鹽的周期制水量。反滲透水質(zhì)電導(dǎo)率高，也可能導(dǎo)致一級(jí)除鹽正洗時(shí)(正洗時(shí)用反滲透出水)電導(dǎo)率難以下降。

(8)樹脂層偏流。在現(xiàn)場(chǎng)觀察過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)陽(yáng)樹脂偏流嚴(yán)重，主要原因有：一方面是上層的布水裝置布水不均，集水器黏附有大量惰性白球；另一方面可能是強(qiáng)陽(yáng)樹脂下面的石英砂墊層不平整。該石英砂墊層已運(yùn)行超過(guò)10年，并且更換過(guò)樹脂，工人曾站立在墊層上施工，因此墊層不平整的可能性存在。

4 改進(jìn)措施和處理方法

由于影響樹脂再生度的原因很多，即使是同一廠家同一型號(hào)，不同批次的樹脂質(zhì)量也存在著質(zhì)量差異。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的了解，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，作者初步判斷該電廠樹脂再生度低的主要原因是在樹脂再生液質(zhì)量分?jǐn)?shù)低及新樹脂裝填時(shí)未進(jìn)行預(yù)處理。裝填新樹脂后，新樹脂與老樹脂相比已經(jīng)有了較大的變化，如果新樹脂投運(yùn)前沒(méi)有經(jīng)過(guò)預(yù)處理，仍然按照老樹脂的再生液質(zhì)量分?jǐn)?shù)去再生，新樹脂的交換容量沒(méi)有被充分釋放出來(lái)，樹脂交換容量低下，從而導(dǎo)致出水不合格。在與業(yè)主討論后，一致同意采取合理的改進(jìn)措施進(jìn)行處理，首先改進(jìn)再生工藝，觀察再生后的效果，若效果不明顯，則按照討論的取樣項(xiàng)目進(jìn)行化驗(yàn)分析，進(jìn)一步確定原因。建議采取如下改進(jìn)措施和處理方法。

(1)對(duì)兩列陰陽(yáng)樹脂重新進(jìn)行預(yù)處理，逐步提高樹脂的交換容量。陽(yáng)樹脂用4.5％的鹽酸浸泡8～12 h；陰樹脂用4.0％的NaOH浸泡8～12 h；浸泡完成后，再進(jìn)行正常再生，首次再生采用酸堿倍量再生方式。

(2)檢修酸堿噴射器設(shè)備及稀釋水隔膜閥，確保再生液質(zhì)量分?jǐn)?shù)和稀釋水流量穩(wěn)定正常。

(3)一級(jí)除鹽系統(tǒng)再生時(shí)，將再生液質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高，酸液質(zhì)量分?jǐn)?shù)從原來(lái)的2.8％提高到4.0％～4.5％，堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)從原來(lái)的2.1％提高到3.8％～4.5％，進(jìn)酸量和進(jìn)堿量均為之前的3個(gè)計(jì)量箱。A列和B列分別按此質(zhì)量分?jǐn)?shù)再生2個(gè)周期。

(4)陽(yáng)床再生完成進(jìn)行正洗時(shí)，要測(cè)定鈉的質(zhì)量濃度。原有的運(yùn)行方式為正洗40 min 進(jìn)行下一步序，現(xiàn)改為當(dāng)陽(yáng)床出水中鈉的質(zhì)量濃度小于100 g/L時(shí)，作為判斷終點(diǎn)。

(5)之前的再生液流量分別為酸液20 t/h、堿液18 t/h，現(xiàn)在分別降為酸再生液流量15 t/h、堿再生液流量為13 t/h，延長(zhǎng)進(jìn)酸堿時(shí)間，增加再生液與樹脂的反應(yīng)周期，并觀察再生后的效果。

(6)優(yōu)化補(bǔ)給水系統(tǒng)的水源。采用循環(huán)水排污水，其細(xì)菌、微生物的指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地表水和地下水。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是一個(gè)特殊的生態(tài)環(huán)境，冷卻塔的曝氣作用以及合適的水溫使循環(huán)水溫度常年保持在30～40 ℃，供氧充足，溶解氧易達(dá)到飽和，這些條件非常有利于細(xì)菌、微生物的滋生，其細(xì)菌、微生物的數(shù)量通常比地表水高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，尤其在夏季，數(shù)量更高。河南省內(nèi)有不少電廠亦采用循環(huán)水排污水作為補(bǔ)給水系統(tǒng)的水源，運(yùn)行幾年后發(fā)現(xiàn)，超濾膜、反滲透膜遭受污染的幾率增加明顯，主要表現(xiàn)在膜被微生物、黏泥堵塞，過(guò)濾器濾元更換頻繁，反滲透膜脫鹽率下降、殺菌劑消耗增加，運(yùn)行、檢修成本不斷上升。因此，建議業(yè)主在條件允許的情況下，對(duì)補(bǔ)給水系統(tǒng)的水源進(jìn)行優(yōu)化，整體經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行成本均會(huì)降低。

(7)檢修反滲透設(shè)備，提高反滲透出水水質(zhì)。建議對(duì)已被擊穿的反滲透膜組件進(jìn)行更換，調(diào)試，確保反滲透出水電導(dǎo)率降至50 μS/cm左右，脫鹽率達(dá)到95％以上，這樣對(duì)一級(jí)除鹽及混床的周期制水量會(huì)有較大的幫助。

5 效果評(píng)價(jià)

A列一級(jí)除鹽樹脂優(yōu)化再生方式前后水質(zhì)對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表1，B列一級(jí)除鹽樹脂優(yōu)化再生方式前后水質(zhì)對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 A列一級(jí)除鹽樹脂優(yōu)化再生方式前后水質(zhì)對(duì)比

表2 B列一級(jí)除鹽樹脂優(yōu)化再生方式前后水質(zhì)對(duì)比

從表1、表2中可以看出，A列和B列改變?cè)偕绞胶螅患?jí)除鹽出水水質(zhì)有了較大提高。樹脂經(jīng)過(guò)恢復(fù)處理后，陽(yáng)床正洗后鈉的質(zhì)量濃度和陰床出水的電導(dǎo)率均有了明顯降低，一級(jí)除鹽的周期制水量也增加了2倍左右，剛開(kāi)始效果較為明顯，表明改進(jìn)的再生方式有效。

在B列樹脂第4次處理并恢復(fù)正常程序再生時(shí)，發(fā)現(xiàn)陰床出水電導(dǎo)率和周期制水量都存在一定程度的反彈，主要原因是再生度不夠，可能是由于更換樹脂一年多來(lái)，一直未對(duì)樹脂進(jìn)行預(yù)處理，長(zhǎng)期采用之前的再生方式會(huì)對(duì)樹脂的交換性能造成較大影響，樹脂經(jīng)過(guò)數(shù)次預(yù)處理后，其交換能力尚未完全恢復(fù)。根據(jù)樹脂再生反應(yīng)原理，增加再生時(shí)間，在一定程度上會(huì)提高樹脂的再生度。因此，在節(jié)約酸堿和滿足機(jī)組補(bǔ)給水供水的前提下，在樹脂再生過(guò)程中，在進(jìn)再生液后期，開(kāi)始“置換”步序前，建議手動(dòng)停止置換酸堿液步序，將酸堿存留到樹脂罐中，浸泡8～12 h，然后再進(jìn)行一下步序，以提高酸堿利用率，增加樹脂再生度。

6 結(jié)論

(1)通過(guò)采取改變?cè)偕釅A質(zhì)量分?jǐn)?shù)、再生方式以及更換水源等措施，A，B列一級(jí)除鹽樹脂制水量出水品質(zhì)都得到了很大程度的提升，基本解決了困擾多年的周期制水量低下的頑疾。

(2)從表1、表2中的數(shù)據(jù)可以看出，再生次數(shù)增多，周期制水量、制水純度有明顯的提升，但再生次數(shù)越多，酸堿耗量就越大，如何平衡再生次數(shù)與再生成本，需要進(jìn)一步調(diào)整和探索。

(3)從現(xiàn)場(chǎng)了解的情況來(lái)看，用#1機(jī)組循環(huán)水作為機(jī)組補(bǔ)給水水源時(shí)，反滲透出口電導(dǎo)率在400 μS/cm左右，表明反滲透的膜組件可能已被部分擊穿。某電廠未投運(yùn)活性炭過(guò)濾器，樹脂極有可能被有機(jī)物污染。建議某電廠對(duì)樹脂取樣做TOC分析，必要時(shí)對(duì)A，B列陰樹脂進(jìn)行復(fù)蘇。

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