阴离子交换器出水电导高的原因剖析及处理

阴离子交换器出水电导高的原因剖析及处理

摘要：通过对某电厂阴离子交换器运行出水电导率高的系统分析和阐述，找出原因，提出解决措施。

    1 概述

某电厂（下简称某电）水处理工艺采用母管制式，为3台无顶压逆流再生式强酸型阳离子交换器，2台鼓风式除碳器，3台无顶压逆流再生式阴双室床，2台混合离子交换器。最大出力159t/h，正常出力132t/h。正常情况下，二套阴阳床运行，一套备用或检修。其中炉外补给水处理工艺系统流程为：红雁池上游自来水厂→三台生水泵→两台生水加热器→四台高效过滤器→三台无顶压逆流再生阳床→二台鼓风式除碳器→中间水箱→两台中间水泵→三台逆流再生阴双室床→两台混床→两台800m³除盐水箱→三台除盐水泵→主厂房。  

某电化学水处理阴离子交换器出水电导率为在线监测，自1997年水处理投运以来，阴离子交换器水质及周期制水量均能达到设计要求。2008年和2009年某电先后对阴离子交换器上室D301弱碱性阴离子交换树脂和下室201*7强碱性阴离子交换树脂进行更换，更换后离子交换器运行正常。自2011年11月起，三台阴离子交换器出水电导率呈现上升趋势，正常运行电导率在1.2~2.0μs/cm之间波动。此后#1阴离子交换器制水量也较之前减少300~400吨，导致碱耗升高。因此，尽快查清阴床出水电导率高的原因，已是攻关的课题。

2 阴离子交换器电导率升高的原因查找

2.1在线电导表电极失效

某电化学水处理阴离子交换器电导率表设置两块，分别为A表和B表，可用于一套或双套设备制水。阴离子交换器正常出水电导率显示在0.4~0.6μs/cm，刚投入的新阴床或后期阴床电导率会达到2.0μs/cm以上。2011年11月起，三台阴离子交换器出水电导率呈现上升趋势，正常运行电导率已达到1.0~2.0μs/cm，是之前运行水质的4倍。监测阴离子交换器和混合离子交换器pH、硅含量均正常。为查找原因，我们在制水时投入电导率B表与长期运行的A表进行比对。通过1个小时的数据显示：B表数据明显低于A表，将A、B表电极进行互换后，数据显示与之前相反，最终判断为A表电极失效。经热工人员更换电极后阴床电导率明显下降，并恢复至平时正常值。

2.2 Na⁺含量导致阴离子交换器出水电导率升高

更换在线电导表电极之后，电导率升高的现象仍然在#1阴离子交换器制水时出现，同时#1阴离子交换器周期制水量也较之前降低。最初我们判断为再生不彻底所致，随即对#1阴离子交换器树脂进行双倍再生剂再生，但情况仍未改观。检查设备管路、阀门也未发现异常。为弄清这个原因，我们仔细比对近期#1阴离子交换器运行记录，并实时监测水质，结果发现：SiO₂：19 μg/L、pH值8.48，Na⁺含量高于同期运行的阳离子交换器出水20μg/L。由此推断Na⁺含量高是造成#1阴离子交换器出水电导率升高、制水量减少的原因。

    3 具体原因剖析

    3.1　Na⁺的主要来源

从运行工艺判断Na⁺含量的主要来源有四。一是阳床失效Na⁺进入阴床；二是阴床用NaOH再生后，置换正洗不彻底，Na⁺残留于树脂中，运行时得以释放；三是阴树脂被有机物污染，在树脂骨架引入了COOH型弱酸基团，当用NaOH再生时，形成RCOONa，又在运行中慢慢水解出Na⁺；四是阴床中混有阳树脂，阴床再生时，阳树脂为RNa型运行时放出Na⁺。现场各种状况和各项数据显示，阴床内混有阳树脂的可能性最大。
　　 3.2　阳树脂进入阴离子交换器的途径
 　　阳树脂进入阴离子交换器的途径：一是阳离子交换器石英砂乱层，制水时被带入阴床；二是装填树脂时错把部分阳树脂装入阴离子交换器；三是体外反洗阴树脂前，没彻底冲洗干净清洗罐，清洗罐残留阳树脂混入阴离子交换器中。根据上述分析，我们进行现场检查，并翻阅近期运行记录，结果发现：#1阴离子交换器在10月份将弱阴树脂压出进行体外返洗，而之前清洗罐才进行完新购入阳树脂预处理工作，阳树脂未清理干净，返洗阴树脂后一起压回阴离子交换器内。
    3.3反应原理
    阳树脂进入阴后，当用NaOH再生时，阴树脂还原为ROH型，阳树脂为RNa型，运行时进入阴离子交换器的水是pH值<>的酸性水，因阳树脂的量相对阴树脂很少，大部分水仍然与ROH树脂交换时，少部分水与RNa交换，即：
 　　　　ROH＋HCL　→　RCl＋H2O
 　　　　RNa＋HCL　→　RH＋NaCl
    产生的NaCl再与ROH交换
 　　　　ROH＋NaCl → RCl＋NaOH
    由于NaOH导电能力很强，所以阴离子交换器出水电导升高。
    阳树脂的湿真密度大于阴树脂，逆流再时使得混在阴树脂层中的阳树脂分布偏中、上部，而制水过程中又分布于阴树脂层的下部，中上部更少甚至没有。因有这样的分布规律，造成出水水质恶化有一定规律性。固定床制水工艺是水从上进下出，阳树脂混在上室的弱碱性阴树脂中，进水中除了SO₄^2-、Cl ^-、NO ₃^-强阴离子被上室的弱碱ROH型树脂吸附外，水中的HCO₃^-、HSiO₃^-弱阴离子也会先与上室的少量RNa交换，因此造成阴离子交换器出水带Na⁺现象，尤其以投运初期含量最大。阳树脂进入阴离子交换器的量越多，水质恶化越严重。
    4 处理方法和预防措施
    4.1　处理方法
    阴、阳树脂混合后，常采用分离法，可进行返洗分离，也可将混杂的树脂浸泡在饱和食盐水溶液中，经过一定的时间浸泡，利用阴阳树脂的相对密度不同进行分离，阴树脂密度小，浮在上面，阳树脂密度大，沉于下部。因为某电此次混入的阳树脂很少，我们首先将#1阴离子交换器弱阴树脂压入清洗塔中，进彻底水返洗落床后，将沉于底部阳阴树脂混合层排出；其次补充一定量的新弱阴树脂。经过处理后，#1阴离子交换树脂出水各项指标和制水量均恢复正常。

4.2　预防措施
    一是树脂清洗罐处理完树脂后，必须将所有树脂全部压回离子交换器，并将清洗罐彻底清洗干净，杜绝残留不同型号的树脂；二是新购入树脂或更换树脂时，必须阴阳树脂分开存放，装填时专人把关；三是每次大修时都要认真检查阴床上、下室水帽，避免强弱树脂混合；四是要认真筛装阳床底部石英砂，定期检查中间水箱底部是否有阳树脂残留，避免运行时阳树脂进入阴离子交换器；五是离子交换器出水数据异常时，首先应判断表计问题，排除后再进行相应处理。
     5　结束语
 　　除盐水制备过程中，一级除盐起主要作用，我们不仅要保证各离子交换器的出水品质，还要保证酸碱耗等指标较好地完成。因此对离子交换器的异常情况我们要能做出准确地分析和判断，才能进行正确地处理：
    5.1在正常情况下，进水水质没变化，水处理所有阴床运行出水电导偏高，SiO₂正常情况下，要及时判断表计是否准确可靠。

    5.2 在相同工艺条件下，一台阴床运行初期出水Na⁺高于阳床出水、电导偏高、SiO₂正常，其它阴床正常，且确认阳床没失效的情况下，可判定此台阴床上室混有阳树脂。

    5.3 制定一系列定期、不定期检查工作，从在线表计、实验室仪表定期检定校验，到设备定期巡检，从人员试验抽查到设备操作的监督，从而及时发现设备缺陷，杜绝误操作的发生。