離子交換法制純水相關(guān)問題分析

朱恩偉,王浩文,武憲偉

(沈陽化工股份有限公司,遼寧 沈陽 110143)

沈陽化工股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱“沈陽化工”)純水裝置主要由超濾膜、反滲透膜、陰陽離子交換床(混床)和各設(shè)備中間的緩沖水箱及水泵組成(如圖1所示)，純水的年最大產(chǎn)量為100萬 m3。該純水裝置在近幾年的運(yùn)行過程中陸續(xù)出現(xiàn)了一些問題，沈陽化工技術(shù)人員通過跟蹤、監(jiān)測(cè)、探索，發(fā)現(xiàn)并解決了一些現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問題。

1 超濾系統(tǒng)

超濾系統(tǒng)是純水裝置的第一道過濾裝置，沈陽化工的超濾設(shè)備每4 h自動(dòng)反洗一次，每天夜間還會(huì)進(jìn)行一次化學(xué)反洗，以此對(duì)原水進(jìn)行過濾除雜。由于廠區(qū)內(nèi)生產(chǎn)水中鐵、錳含量高，水質(zhì)較差，超濾膜會(huì)被水中的膠體、微生物、細(xì)小微粒、無機(jī)鹽等污染，造成膜通量下降[1]；超濾裝置在運(yùn)行過程中流量衰減情況明顯，壓差逐漸變大。通過對(duì)水樣進(jìn)行檢測(cè)，分析水質(zhì)，尤其針對(duì)鐵、錳及其化合物進(jìn)行分析，并結(jié)合文獻(xiàn)資料、專業(yè)清洗廠家的清洗方案，最終采用2%的檸檬酸溶液，除去超濾膜上的鐵及碳酸鹽結(jié)晶，同時(shí)每年對(duì)超濾膜及其前部疊片過濾器墊片等進(jìn)行清洗。通過此方法，沈陽化工超濾膜使用壽命可以達(dá)到3～5年，并且通過定期切換設(shè)備，確保了單套裝置的產(chǎn)水率，也為下一步純水反滲透裝置的平穩(wěn)運(yùn)行奠定了良好的基礎(chǔ)。

2 反滲透系統(tǒng)

反滲透系統(tǒng)是純水制備系統(tǒng)中非常重要的一個(gè)操作單元，它一方面肩負(fù)著降低原水電導(dǎo)率、除雜質(zhì)的作用，另一方面，它還是純水定額指標(biāo)控制的關(guān)鍵。在生產(chǎn)過程中，反滲透入口的高壓泵濾芯頻繁堵塞。拆檢后發(fā)現(xiàn)，問題的根源是超濾水箱內(nèi)防腐涂層脫落(脫落物如圖2所示)；同時(shí)向外延伸，查找所有與之相關(guān)聯(lián)的設(shè)備及管道，最終通過更換中間水箱材質(zhì)，去除盤管加熱器的方式解決了以上問題。

沈陽化工在反滲透系統(tǒng)中加入還原劑、阻垢劑，用來降低膜的堵塞頻率，并降低系統(tǒng)游離氯指標(biāo)。2020年初，純水裝置3套反滲透膜同時(shí)間產(chǎn)水量大幅降低。經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)游離氯含量偏高，ORP指標(biāo)超標(biāo)。純水中游離氯升高，會(huì)造成膜發(fā)生氧化，從而使膜間距變小，反滲透膜受到了不可逆的損害，無論在線清洗還是離線清洗都不能解決。沈陽化工技術(shù)人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤分析，最終采取的措施是：按反滲透膜還原劑加入量上限添加藥劑，而且24 h連續(xù)添加。根據(jù)ORP指標(biāo)調(diào)整加入量(如表1所示)，最終解決了該問題。反滲透膜堵塞后，通過在線或離線常規(guī)清洗，就能夠逐步恢復(fù)膜的工作效率。

3 混床(陰陽離子交換床)系統(tǒng)

離子交換法制純水的基本思路是利用陽離子樹脂除去水中的Ca2+和Mg2+,利用陰離子樹脂除去水中的Cl-。該方法制純水易于操作、成本低、產(chǎn)水質(zhì)量高。以出水的電導(dǎo)率及二氧化硅含量來判斷混床是否失效[2]。電導(dǎo)率判斷方法容易掌握，因此，沈陽化工主要采用這種方法判斷混床是否失效。當(dāng)電導(dǎo)率超過2 μS/cm時(shí)，混床失效，崗位人員則更換混床，并對(duì)其進(jìn)行再生。

陽樹脂交換樹脂工作原理：

陰樹脂交換樹脂工作原理：

R—N(CH3)3OH+Cl-

造成混床運(yùn)行效果不良的主要原因除了反滲透來水電導(dǎo)率高，增加混床運(yùn)行負(fù)荷外，就是混床本身樹脂比例以及再生效果的因素。新裝置在2016年運(yùn)行初期，混床每24 h就要切換再生，而且頻繁洗床會(huì)造成床內(nèi)分水帽、襯膠涂層經(jīng)常損壞，檢修頻繁，進(jìn)而形成惡性循環(huán)。發(fā)現(xiàn)上述問題后，沈陽化工采取的措施如下：①嚴(yán)格檢測(cè)混床入口的水質(zhì)，確保來水電導(dǎo)率低于15 μS/cm;②調(diào)整混床再生氣混過程的空氣壓力、再生時(shí)間以及浸泡時(shí)間等;③調(diào)整混床內(nèi)陰陽樹脂比例(如表2所示)，找到最優(yōu)化的配比。

通過幾年的運(yùn)行調(diào)整，目前，在正常生產(chǎn)條件下，沈陽化工純水混床的使用周期達(dá)到55 h，檢修周期達(dá)到半年。

4 今后工作方向

在制備純水時(shí)，必然會(huì)排掉一部分高鹽水，并且多處取樣點(diǎn)要保持長(zhǎng)流水，極大地浪費(fèi)了水資源。沈陽化工正在積極組織技術(shù)骨干進(jìn)行攻關(guān)，計(jì)劃在近兩年內(nèi)做到對(duì)純水生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水進(jìn)行處理，并盡可能得到回收。該項(xiàng)目的實(shí)施，對(duì)于純水定額、環(huán)保以及系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)都起到積極的作用。

因公司市政來水指標(biāo)的特殊性，對(duì)于原水的鐵、錳及其化合物的去除，沈陽化工也在積極查找文獻(xiàn)資料，并與相關(guān)專業(yè)公司討論方案，努力實(shí)現(xiàn)原水凈化的目標(biāo)，緩解純水制備裝置的壓力和負(fù)荷。