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(duì)離子交換器周期制水量下降的問題，通過對(duì)離子交換器運(yùn)行原理的研究，總結(jié)水源水質(zhì)降低、鐵離子污染離子交換樹脂、有機(jī)物污染陰離子交換樹脂三點(diǎn)原因，并且提出改善原水工藝、篩分補(bǔ)充破碎樹脂、有效分離混淆樹脂三點(diǎn)策略，有效提高離子交換器制水量。

關(guān)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(guān)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(chǎn)過程中必不可少的設(shè)備。綜合考慮離子交換器的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)經(jīng)常出現(xiàn)周期制水量下降的問題，一定程度上影響了離子交換器運(yùn)行效率，增加了運(yùn)行成本。同時(shí)不利于熱電廠的安全生產(chǎn)。所以，分析離子交換器周期制制水量下降的原因，總結(jié)針對(duì)性解決策略非常重要。

一、離子交換器運(yùn)行原理

離子交換器的運(yùn)行是在離子交換的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)，交換過程中離子交換樹脂當(dāng)做吸附劑，溶液內(nèi)部的待分離組分按照電荷之間的差異，在庫(kù)侖力作用下吸附于樹脂，選擇洗脫劑洗脫吸附質(zhì)并且進(jìn)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(zhì)降低

一般情況下化學(xué)工區(qū)水源在不同的季節(jié)，水質(zhì)也會(huì)出現(xiàn)變化，如果遇到暴雨、降雪等惡劣天氣，必然會(huì)導(dǎo)致水源水質(zhì)降低。水源預(yù)處理不到位，化學(xué)工區(qū)反應(yīng)器內(nèi)部的生水中存在大量泥沙，不僅降低水質(zhì)，還會(huì)增加水內(nèi)的離子含量，快速提高電導(dǎo)率，使得陰陽離子交換器負(fù)荷短時(shí)間內(nèi)提高，隨之制水量下降。

（二）鐵離子污染

離子交換器內(nèi)部的酸性陽樹脂，會(huì)在設(shè)備運(yùn)行過程中吸附水內(nèi)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(xiàn)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(huì)被其他陽離子所置換，如果保護(hù)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(jiān)督標(biāo)準(zhǔn)為“漏鈉”。

鐵離子本身會(huì)對(duì)離子交換樹脂造成污染，主要可以總結(jié)為三個(gè)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(jìn)入到陽離子交換器中，對(duì)陽離子交換樹脂造成污染;第二，鐵利用二價(jià)鐵離子這一形式被交換于樹脂，在氧化作用下轉(zhuǎn)變?yōu)槿齼r(jià)鐵離子，位于樹脂顆粒之上會(huì)以凝膠狀態(tài)的氫氧化物存在，且該氫氧化物不溶于水;第三，鐵通過三價(jià)鐵離子這一形式被交換至樹脂交換基團(tuán)，再生期間因?yàn)闊o法完全去除，所以會(huì)有一部分殘留于樹脂內(nèi)。

以某熱電廠為例，因?yàn)檫\(yùn)行時(shí)間比較長(zhǎng)，廠內(nèi)所有工業(yè)水管網(wǎng)均已出現(xiàn)老化、腐蝕現(xiàn)象，盡管也定期更換了管線，并且進(jìn)行防腐處理，但是工水中鐵離子的含量仍然居高不下。廠內(nèi)的陽離子交換器進(jìn)行樹脂再生期間，工業(yè)鹽酸含有一定量的鐵離子，這也會(huì)對(duì)離子交換器的運(yùn)行造成影響，且降低制水量。

（三）有機(jī)物污染

強(qiáng)堿性陰樹脂硒鼓水內(nèi)所有陰離子，具體按照SO42->NO3->Cl->OH>HC03->HSi03-的順序進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)HC03-吸附能力低，在離子交換的過程中，樹脂層內(nèi)部的所有離子吸附層開始下移，陰離子將OH-置換，如果保護(hù)層穿透HC03-必然會(huì)最先發(fā)生泄漏[3]。所以，針對(duì)陰離子交換器失效監(jiān)督的標(biāo)準(zhǔn)同樣為“漏硅”。例如某熱電廠的水源并為設(shè)置有機(jī)物凈化設(shè)備，出現(xiàn)暴雨天氣時(shí)，供水管線內(nèi)部往往會(huì)有大量泥沙與有機(jī)物。該熱電廠的化學(xué)工區(qū)過濾器，采用無煙煤濾料，盡管有機(jī)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(huán)節(jié)，過濾有機(jī)物有時(shí)會(huì)進(jìn)入到過濾器的下層，透過石英砂層進(jìn)入到預(yù)置水箱中，最后直達(dá)陰陽離子交換器設(shè)備。因?yàn)橛袡C(jī)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(qiáng)堿陰離子交換樹脂，一旦遭受有機(jī)物污染，析出有機(jī)物的難度增加，還會(huì)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(jī)物對(duì)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(shí)，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(jī)物，通過篩分去除細(xì)碎活性炭，隨后由工作人員將完整顆粒回填，經(jīng)過浸泡、清洗之后，選擇椰殼活性炭作為回填材料，將其補(bǔ)充到設(shè)計(jì)要求的高度，其中椰殼活性炭要保證強(qiáng)度、吸附質(zhì)、比表面積。經(jīng)過改善的原水工藝，在離子交換器運(yùn)行中運(yùn)用，可以有效提升周期制水量。

（二）篩分補(bǔ)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(yán)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(bǔ)充到設(shè)計(jì)要求的填裝高度;第二，結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行清洗。清洗罐可以設(shè)置無濾芯排水管，將已經(jīng)破碎的樹脂排出，按照制水狀況、要求的裝填高度進(jìn)行補(bǔ)充;第三，優(yōu)化操作流程。床子運(yùn)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(duì)樹脂破碎的問題進(jìn)行良好控制，離子交換器運(yùn)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(qiáng)、弱樹脂所呈現(xiàn)的濕真密度存在差異，水內(nèi)沉降速率也無法保證一致，在水力作用下樹脂會(huì)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(xiàn)狀將陽、陰雙層床子樹脂運(yùn)輸?shù)角逑垂迌?nèi)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(jié)束語

綜上所述，熱電廠運(yùn)行過程中，如果發(fā)生離子交換器周期制水量下降的問題，技術(shù)人員必須展開全面調(diào)查，總結(jié)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(yùn)行效率，進(jìn)而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。

參考文獻(xiàn)：

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

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

[3]楊勇.鍋爐水處理設(shè)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.