離子交換純水系統(tǒng)樹脂老化導(dǎo)致的問題及其處理方法
2014/12/17 19:15:40點(diǎn)擊：
某電廠化學(xué)補(bǔ)給水系統(tǒng)為離子交換純水系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出力為80t/h，陰床樹脂為201×7，投運(yùn)至今已連續(xù)運(yùn)行近14a，此期間陰床只補(bǔ)充過1t陰樹脂。
2000年開始，陰床運(yùn)行6周期后，失效再生，連續(xù)再生3次無法還原徹底，用10％的堿液浸泡1d，出水水質(zhì)仍不合格，電導(dǎo)率為
0.6～0.8μs/cm，二氧化硅為150～200μg/L。造成電廠制除鹽水極其困難，威脅到機(jī)組的正常運(yùn)行。
1 原因分析
陰床再生不好離不開以下五個(gè)方面的原因：一是人員操作錯(cuò)誤；二是交換器內(nèi)設(shè)備及再生系統(tǒng)故障；三是陰樹脂有問題；四是原水水質(zhì)有污染物；五是再生劑質(zhì)量不好[1]。
經(jīng)檢查，陰床的再生符合規(guī)程要求，操作步驟也正確；再生系統(tǒng)無故障；再生使用的堿液符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。原水的 鐵：0.11mg/L，CODMn：1.8mmol/L，鐵及有機(jī)物含量低。從故障陰床取出樹脂，分別用10％的食鹽水、15％的鹽酸浸泡以檢驗(yàn)有機(jī)物污 染和鐵污染[2]。試驗(yàn)表明：浸泡的食鹽水顏色清亮，陰樹脂酸浸泡后顏色未變淡，溶出的鐵含量為0.021mg/g干樹脂，說明陰樹脂未受有機(jī)物及鐵的污 染[3]。
打開陰床人孔，全面檢查其內(nèi)部裝置。進(jìn)水裝置無損壞，未變形，中排母支管沒有松動(dòng)，未變形，支管開孔也未堵塞，中排保持了較好的水平，罐體的襯膠完好。支管的包網(wǎng)孔眼未堵塞。
交 換器內(nèi)未發(fā)現(xiàn)異物，但發(fā)現(xiàn)明樹脂顏色變黑，破碎嚴(yán)重，中排以上的樹脂有的已呈粉末狀，中排下的樹脂強(qiáng)度很低，用手一捏部分樹脂即碎，檢查還發(fā)現(xiàn)局部樹脂有 結(jié)塊現(xiàn)象，為此，在中排以下200mm處按均分原則分6個(gè)區(qū)采樣，注意采集結(jié)塊的樣品。從陰床6個(gè)區(qū)采集的陰樹脂進(jìn)行再生度分析，其結(jié)果見表1。
表1清楚地顯示結(jié)塊的樹脂再生度很
低，未結(jié)塊的再生度高，1、2、5、6區(qū)為交換器靠近筒體壁部分的樹脂，結(jié)塊現(xiàn)象相對(duì)嚴(yán)重，碎樹脂多，再生度低，相反交換器中部的3、4區(qū)結(jié)塊、碎樹脂少
些，再生度自然高。該廠陰樹脂運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，已步入加速老化期，樹脂的顏色變深，強(qiáng)度下降，無法抵抗頻繁的膨脹收縮帶來的交變應(yīng)力而破碎。破碎的樹脂在交換
劑層積累，且其比表面大，吸附力強(qiáng)，易抱團(tuán)結(jié)塊，結(jié)塊的樹脂堿液難以進(jìn)入，并使交換劑層的阻力不均勻，再生液偏流，即再生度差，結(jié)塊樹脂再生度低必將影響
陰床的出水水質(zhì)，這就是該廠陰床再生異常的原因。交換器中部結(jié)塊少可能與交換器中心流速稍大，且大反洗時(shí)交換器中心部分的碎樹脂去除較多有關(guān)。
交 換器內(nèi)未發(fā)現(xiàn)異物，但發(fā)現(xiàn)明樹脂顏色變黑，破碎嚴(yán)重，中排以上的樹脂有的已呈粉末狀，中排下的樹脂強(qiáng)度很低，用手一捏部分樹脂即碎，檢查還發(fā)現(xiàn)局部樹脂有 結(jié)塊現(xiàn)象，為此，在中排以下200mm處按均分原則分6個(gè)區(qū)采樣，注意采集結(jié)塊的樣品。從陰床6個(gè)區(qū)采集的陰樹脂進(jìn)行再生度分析，其結(jié)果見表1。
表1清楚地顯示結(jié)塊的樹脂再生度很
低，未結(jié)塊的再生度高，1、2、5、6區(qū)為交換器靠近筒體壁部分的樹脂，結(jié)塊現(xiàn)象相對(duì)嚴(yán)重，碎樹脂多，再生度低，相反交換器中部的3、4區(qū)結(jié)塊、碎樹脂少
些，再生度自然高。該廠陰樹脂運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，已步入加速老化期，樹脂的顏色變深，強(qiáng)度下降，無法抵抗頻繁的膨脹收縮帶來的交變應(yīng)力而破碎。破碎的樹脂在交換
劑層積累，且其比表面大，吸附力強(qiáng)，易抱團(tuán)結(jié)塊，結(jié)塊的樹脂堿液難以進(jìn)入，并使交換劑層的阻力不均勻，再生液偏流，即再生度差，結(jié)塊樹脂再生度低必將影響
陰床的出水水質(zhì)，這就是該廠陰床再生異常的原因。交換器中部結(jié)塊少可能與交換器中心流速稍大，且大反洗時(shí)交換器中心部分的碎樹脂去除較多有關(guān)。
2 解決的措施
要解決該廠陰床再生的異常現(xiàn)象，根本的方法是陰床更換新的陰離子交換樹脂。但由于該廠機(jī)組多，且對(duì)外供汽，除鹽水用量大，除鹽系統(tǒng)長(zhǎng)期處于滿負(fù)荷連續(xù)運(yùn) 轉(zhuǎn)的狀態(tài)，因而很難有更換陰樹脂的足夠時(shí)間。另外，兩臺(tái)陰床更換新樹脂費(fèi)用也很大，約53萬元。基于這些情況，尋求低廉的處理方法以解決陰床出現(xiàn)的再生異 常問題顯得十分的緊迫而又必要。從引起該廠陰床再生異常現(xiàn)象的原因可以看出，解決此問題的關(guān)鍵在于消除交換劑層的結(jié)塊，清除其中的碎樹脂。
2.1 大反洗
將陰床進(jìn)行徹底的大反洗，清洗至出水清徹，無碎樹脂，用正常再生時(shí)倍量的堿液再生。處理后陰床出水的二氧化硅為97.4μg/L，電導(dǎo)率為0.85μs /cm，制水量為1950t。陰床再生后雖然出水水質(zhì)合格，但二氧化硅仍然比正常時(shí)高，另外，很快失效，制水量只有1950t，遠(yuǎn)低于正常值。這說明大反 洗并不能有效地解決陰床再生異常的問題。
2.2 堿液空氣擦洗
大反洗不能有效松散樹脂層中的結(jié)塊物，主要是樹脂抱團(tuán)后不易浮到樹脂 層的面上。為此采用先通入少量的堿液，再進(jìn)行壓縮空氣擦洗，空氣從陰床的底部進(jìn)入，目的是讓那些結(jié)塊后深度失效的樹脂在擦洗中得到初步的還原，同時(shí)破碎的 樹脂在堿液中更輕，易從樹脂層中脫出。考慮到陰樹脂在堿液中易上浮，且樹脂強(qiáng)度很低，因而壓縮空氣的壓力控制低些，碎樹脂通過大反洗除去。具體步驟為：小 反洗→進(jìn)堿→空氣擦洗→正洗→大反洗→再生。
小反洗：按正常工藝操作，松動(dòng)及清除樹脂層的污物等，以利于碎樹脂上浮，防止中排裝置受壓彎曲，要求清洗至水清。
進(jìn)堿：將陰床的水放盡，通過再生系統(tǒng)把堿液送入陰床內(nèi)，堿液的濃度控制在3％～5％，流量不可過大，不要超過正常再生流量的80％，陰床堿液的液位控制在樹脂層上200～400mm。
空氣擦洗：一般的離子交換器底部無空氣擦洗裝置，需加裝。該廠兩臺(tái)陰床在石英砂墊層上有“十字”型的空氣管，即由兩條φ32開有小孔的不銹鋼管制成，呈 十字型布置，管外有兩層包網(wǎng)，若無此裝置可將空氣母管裝在底部的樹脂裝卸孔處。由于擦洗的樹脂已近老化，在滿足擦洗效果的前提下應(yīng)盡量降低空氣的壓力和減 少擦洗時(shí)間，要求空氣壓力控制在0.05MPa左右，擦洗時(shí)間2min，空氣流量為0.2～0.3m3/(m2·min)，壓縮空氣應(yīng)無油無雜質(zhì)，擦洗后 自然沉降5min，讓碎樹脂上浮，若樹脂層不穩(wěn)定說明碎樹脂未完全分離，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)沉降時(shí)間。空氣擦洗后若讓液面升高可明顯看到碎樹脂與未破碎樹脂的分層 現(xiàn)象。
正洗：5～10min，把堿液濃度降低至0.1％以下，其目的是防止上浮的碎樹脂抱團(tuán)及已轉(zhuǎn)型的陰樹脂在大反洗的初期跑掉。
大反洗：去除污物和碎樹脂，由于陰床中仍有少量的堿液且部分已轉(zhuǎn)型，因而大反洗的初期流量控制小些，緩慢增大流量，直到反洗無碎樹脂。大反洗后按規(guī)程再生。
通過上述方法處理后，陰床出水的SiO2為45.6μg/L，電導(dǎo)率為0．62μs/cm，制水量為6945t，制水量恢復(fù)到以前的水平。考慮到陰樹脂 破碎無法避免，為防止碎樹脂的積累，將原來運(yùn)行15個(gè)周期后大反洗一次縮短為10個(gè)周期大反洗一次，大反洗操作采用堿液空氣擦洗。采取這些措施后兩臺(tái)陰床 運(yùn)行近兩年未出現(xiàn)相類似的再生異常現(xiàn)象，出水水質(zhì)、制水量穩(wěn)定，保證了安全供水。
3 結(jié)語
離子交換樹脂步入快速老化期， 其強(qiáng)度下降，破碎增多，在樹脂層中易結(jié)塊，造成再生液分配不均勻，結(jié)塊的樹脂無法得到再生，長(zhǎng)期處于過度失效，導(dǎo)致陰床運(yùn)行到一定周期后無法再生，用堿液 空氣擦洗法能有效解決此問題，延緩更換新樹脂的時(shí)間。當(dāng)然，離子交換樹脂步入快速老化階段應(yīng)考慮更換新樹脂，這是根本解決問題的方法。
1 原因分析
陰床再生不好離不開以下五個(gè)方面的原因：一是人員操作錯(cuò)誤；二是交換器內(nèi)設(shè)備及再生系統(tǒng)故障；三是陰樹脂有問題；四是原水水質(zhì)有污染物；五是再生劑質(zhì)量不好[1]。
經(jīng)檢查，陰床的再生符合規(guī)程要求，操作步驟也正確；再生系統(tǒng)無故障；再生使用的堿液符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。原水的 鐵：0.11mg/L，CODMn：1.8mmol/L，鐵及有機(jī)物含量低。從故障陰床取出樹脂，分別用10％的食鹽水、15％的鹽酸浸泡以檢驗(yàn)有機(jī)物污 染和鐵污染[2]。試驗(yàn)表明：浸泡的食鹽水顏色清亮，陰樹脂酸浸泡后顏色未變淡，溶出的鐵含量為0.021mg/g干樹脂，說明陰樹脂未受有機(jī)物及鐵的污 染[3]。
打開陰床人孔，全面檢查其內(nèi)部裝置。進(jìn)水裝置無損壞，未變形，中排母支管沒有松動(dòng)，未變形，支管開孔也未堵塞，中排保持了較好的水平，罐體的襯膠完好。支管的包網(wǎng)孔眼未堵塞。
交 換器內(nèi)未發(fā)現(xiàn)異物，但發(fā)現(xiàn)明樹脂顏色變黑，破碎嚴(yán)重，中排以上的樹脂有的已呈粉末狀，中排下的樹脂強(qiáng)度很低，用手一捏部分樹脂即碎，檢查還發(fā)現(xiàn)局部樹脂有 結(jié)塊現(xiàn)象，為此，在中排以下200mm處按均分原則分6個(gè)區(qū)采樣，注意采集結(jié)塊的樣品。從陰床6個(gè)區(qū)采集的陰樹脂進(jìn)行再生度分析，其結(jié)果見表1。
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表1 陰脂的再生度分析 |
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| 檢測(cè)項(xiàng)目 | 1區(qū) | 2區(qū) | 3區(qū) | 4區(qū) | 5區(qū) | 6區(qū) |
| 外觀 | 結(jié)塊、有碎樹脂 | 結(jié)塊、有碎樹脂 | 不結(jié)塊、碎樹脂少 | 不結(jié)塊、碎樹脂少 | 結(jié)塊不嚴(yán)重、有碎樹脂 | 未結(jié)塊、有碎樹脂 |
| 再生度/％ | 45.7 | 47.6 | 80.1 | 80.2 | 69.4 | 73.2 |
交 換器內(nèi)未發(fā)現(xiàn)異物，但發(fā)現(xiàn)明樹脂顏色變黑，破碎嚴(yán)重，中排以上的樹脂有的已呈粉末狀，中排下的樹脂強(qiáng)度很低，用手一捏部分樹脂即碎，檢查還發(fā)現(xiàn)局部樹脂有 結(jié)塊現(xiàn)象，為此，在中排以下200mm處按均分原則分6個(gè)區(qū)采樣，注意采集結(jié)塊的樣品。從陰床6個(gè)區(qū)采集的陰樹脂進(jìn)行再生度分析，其結(jié)果見表1。
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表1 陰脂的再生度分析 |
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| 檢測(cè)項(xiàng)目 | 1區(qū) | 2區(qū) | 3區(qū) | 4區(qū) | 5區(qū) | 6區(qū) |
| 外觀 | 結(jié)塊、有碎樹脂 | 結(jié)塊、有碎樹脂 | 不結(jié)塊、碎樹脂少 | 不結(jié)塊、碎樹脂少 | 結(jié)塊不嚴(yán)重、有碎樹脂 | 未結(jié)塊、有碎樹脂 |
| 再生度/％ | 45.7 | 47.6 | 80.1 | 80.2 | 69.4 | 73.2 |
2 解決的措施
要解決該廠陰床再生的異常現(xiàn)象，根本的方法是陰床更換新的陰離子交換樹脂。但由于該廠機(jī)組多，且對(duì)外供汽，除鹽水用量大，除鹽系統(tǒng)長(zhǎng)期處于滿負(fù)荷連續(xù)運(yùn) 轉(zhuǎn)的狀態(tài)，因而很難有更換陰樹脂的足夠時(shí)間。另外，兩臺(tái)陰床更換新樹脂費(fèi)用也很大，約53萬元。基于這些情況，尋求低廉的處理方法以解決陰床出現(xiàn)的再生異 常問題顯得十分的緊迫而又必要。從引起該廠陰床再生異常現(xiàn)象的原因可以看出，解決此問題的關(guān)鍵在于消除交換劑層的結(jié)塊，清除其中的碎樹脂。
2.1 大反洗
將陰床進(jìn)行徹底的大反洗，清洗至出水清徹，無碎樹脂，用正常再生時(shí)倍量的堿液再生。處理后陰床出水的二氧化硅為97.4μg/L，電導(dǎo)率為0.85μs /cm，制水量為1950t。陰床再生后雖然出水水質(zhì)合格，但二氧化硅仍然比正常時(shí)高，另外，很快失效，制水量只有1950t，遠(yuǎn)低于正常值。這說明大反 洗并不能有效地解決陰床再生異常的問題。
2.2 堿液空氣擦洗
大反洗不能有效松散樹脂層中的結(jié)塊物，主要是樹脂抱團(tuán)后不易浮到樹脂 層的面上。為此采用先通入少量的堿液，再進(jìn)行壓縮空氣擦洗，空氣從陰床的底部進(jìn)入，目的是讓那些結(jié)塊后深度失效的樹脂在擦洗中得到初步的還原，同時(shí)破碎的 樹脂在堿液中更輕，易從樹脂層中脫出。考慮到陰樹脂在堿液中易上浮，且樹脂強(qiáng)度很低，因而壓縮空氣的壓力控制低些，碎樹脂通過大反洗除去。具體步驟為：小 反洗→進(jìn)堿→空氣擦洗→正洗→大反洗→再生。
小反洗：按正常工藝操作，松動(dòng)及清除樹脂層的污物等，以利于碎樹脂上浮，防止中排裝置受壓彎曲，要求清洗至水清。
進(jìn)堿：將陰床的水放盡，通過再生系統(tǒng)把堿液送入陰床內(nèi)，堿液的濃度控制在3％～5％，流量不可過大，不要超過正常再生流量的80％，陰床堿液的液位控制在樹脂層上200～400mm。
空氣擦洗：一般的離子交換器底部無空氣擦洗裝置，需加裝。該廠兩臺(tái)陰床在石英砂墊層上有“十字”型的空氣管，即由兩條φ32開有小孔的不銹鋼管制成，呈 十字型布置，管外有兩層包網(wǎng)，若無此裝置可將空氣母管裝在底部的樹脂裝卸孔處。由于擦洗的樹脂已近老化，在滿足擦洗效果的前提下應(yīng)盡量降低空氣的壓力和減 少擦洗時(shí)間，要求空氣壓力控制在0.05MPa左右，擦洗時(shí)間2min，空氣流量為0.2～0.3m3/(m2·min)，壓縮空氣應(yīng)無油無雜質(zhì)，擦洗后 自然沉降5min，讓碎樹脂上浮，若樹脂層不穩(wěn)定說明碎樹脂未完全分離，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)沉降時(shí)間。空氣擦洗后若讓液面升高可明顯看到碎樹脂與未破碎樹脂的分層 現(xiàn)象。
正洗：5～10min，把堿液濃度降低至0.1％以下，其目的是防止上浮的碎樹脂抱團(tuán)及已轉(zhuǎn)型的陰樹脂在大反洗的初期跑掉。
大反洗：去除污物和碎樹脂，由于陰床中仍有少量的堿液且部分已轉(zhuǎn)型，因而大反洗的初期流量控制小些，緩慢增大流量，直到反洗無碎樹脂。大反洗后按規(guī)程再生。
通過上述方法處理后，陰床出水的SiO2為45.6μg/L，電導(dǎo)率為0．62μs/cm，制水量為6945t，制水量恢復(fù)到以前的水平。考慮到陰樹脂 破碎無法避免，為防止碎樹脂的積累，將原來運(yùn)行15個(gè)周期后大反洗一次縮短為10個(gè)周期大反洗一次，大反洗操作采用堿液空氣擦洗。采取這些措施后兩臺(tái)陰床 運(yùn)行近兩年未出現(xiàn)相類似的再生異常現(xiàn)象，出水水質(zhì)、制水量穩(wěn)定，保證了安全供水。
3 結(jié)語
離子交換樹脂步入快速老化期， 其強(qiáng)度下降，破碎增多，在樹脂層中易結(jié)塊，造成再生液分配不均勻，結(jié)塊的樹脂無法得到再生，長(zhǎng)期處于過度失效，導(dǎo)致陰床運(yùn)行到一定周期后無法再生，用堿液 空氣擦洗法能有效解決此問題，延緩更換新樹脂的時(shí)間。當(dāng)然，離子交換樹脂步入快速老化階段應(yīng)考慮更換新樹脂，這是根本解決問題的方法。
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