离子交换器制水能力降低的原因分析及对策
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摘 要：本文針对某电厂离子交换器制水能力下降，分析了其产生的原因，并提出了相应的对策。试验表明：原水与反渗透出水中阴阳离子的总量发生变化，反渗透出水水质恶化、导电率升高是造成离子交换器制水能力下降的主要原因。电厂应及时对现场仪表检查、校验、调整水源结构、检查、更换反渗透膜元件、优化离子交换器再生过程，以保证其运行周期及制水量。
关键词：离子交换器;反渗透;电导率;制水量
中图分类号：TQ085.4 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）24-0000-00
1 概述
受自然环境影响，我国西北部地区水资源严重匮乏，同时，火力发电又是我国西北部地区最重要的电力能源来源。火力发电过程中，需要使用大量水资源，如果直接使用新鲜水，将增加发电成本，同时，也会加重西北部地区缺水的压力。目前，城市中水成为重要的火力发电水源，如何提高中水利用率、增加化学制水能力是提高城市水资源二次利用的重要途径。
某电厂为2×330MW直接空冷供热机组，生产用水以城市中水为主，锅炉补给水处理系统配置超滤反渗透预脱盐、一级除盐（阳床、阴床）及二级除盐（混床）处理设备。正常情况下，超滤入口的生水DD1100-1200μs/cm、pH值7.0-7.2，阳床出水控制指标为：Na≤100ug/L，阴床出水DD≤5μs/cm、SiO2≤100ug/L。系统运行平稳时，阳床、阴床的周期制水量约2万吨，混床的周期制水量约5万吨，除盐水电导率控制在0.1μs/cm。
2 离子交换器运行周期缩短、制水量下降的问题
2018年11月，水处理两套一级除盐设备离子交换器周期制水量均大幅度下降，阳床、阴床频繁失效，阴床先于阳床。从非采暖期的30天、采暖期的15天再生一次，缩短至3-4天，运行周期从236h缩短至48h，缩短近80%;周期制水量从2万吨降至0.33万吨左右，下降85%;同时阴床出现电导率快速上升问题，后续的混床周期制水量也明显下降，幅度最大的一次是从5.2万吨降至1.3万吨，下降75%，对机组的安全生产运行及供热稳定性构成威胁。
3 原因排查、分析
3.1 再生过程检查
离子交换树脂不发生乱层是逆流再生的关键，如果再生过程发生了乱层（即上下树脂层错乱），树脂层中的离子型态分布规律就被打乱，树脂逐层置换作用降低，再生效率及再生度降低，对制水产生影响[1]。经过对阳床、阴床再生过程的检查，床体无乱层问题，只是#1阳床的树脂的压脂层存有减少现象。检查再生记录，再生操作存在随意性，酸碱用量、浓度、流量存在一定的偏差，树脂存有未置换饱和现象，影响了再生效果，影响了周期制水量。同时，对树脂进行了化验检测，各项指标基本正常，仅是存有轻微的有机物污染。
3.2 再生剂品质检查
再生剂的纯度对离子交换树脂的再生效果有较大影响[2]。再生液的纯度高、杂质含量少，则树脂的再生度高，出水水质越好，尤其是阴树脂对工业碱的纯度要求更为严格，所以，要严加控制再生剂品质。某电厂化学水处理使用的再生剂为工业盐酸（30%）和工业液碱（30%），由固定供货商供货，入场做了浓度分析控制，未进行成分化验。通过对再生剂成分分析，发现液碱中铁含量存在超标，其它控制指标均正常，铁污染阴离子交换树脂后，树脂性能、再生度会下降，对阴床的运行周期及出口水质存有不利影响，使混床的离子交换量增大，可引起混床制水量的衰减。
3.3 设备检查
对#1、#2一级除盐设备的内部出水穹形板、中排装置、支撑管、衬胶的防腐情况进行检查，设备本体结构完整、良好;同时，对喷射器喷嘴、阀门、管路等酸、碱再生设备进行了再次检查、试验，也未发现异常情况。
3.4 进水水质排查、分析
自供热及工业供汽投运后，化学制水系统满负荷运行，产生的化学废水脱硫岛不能完全吸纳，部分浓排水只能进入工业废水池、中水岛，再次循环进入生水系统，造成超滤入口电导率超过2500μs/cm，ORP超过400mv，反渗透膜运行压力增加，膜单元产水电导率上升至150μs/cm。同时，浓排水中存有大量的氯离子、碳酸根离子、碳酸氢根、硫酸根、钙镁离子等无机盐和溶解性微生物产物、部分生物降解有机物等，进入中水系统后，过高的TDS对微生物的生长产生了不利影响，影响中水生物处理工艺的稳定性;当进入反渗透时，反渗透膜两侧的浓度差变大，使得膜的透盐率升高，导致其脱盐率随之降低。进入一级除盐设备后，使得其快速失效。由于阴床去除阴离子的效果较差，所以较先失效，造成阳床、阴床、混床的产水量下降。
3.5 在线表计校验、排查
使用实验室便携式电导率表计、pH计，对水样进行化验分析，发现在线仪表测试结果与实验室测试结果存在偏差，通过标准溶液对便携式、在线表计校验，发现#1-#4反渗透产水电导率、超滤入口电导率显示值严重偏小。现场分析表明：在线电导率表计安装在反渗透产水母管端头，只能设备停运后拆除、校验，给电极的定检工作带来不便，电极长时间未进行清洗、校验保养，存有结垢、污堵、老化问题，不能如实显示读数，导致现场仪表不能准确反映设备的运行状态及水质的变化情况，未能及时发现膜脱盐率大幅下降及产水水质恶化问题。
3.6 反渗透膜单元检查、分析
采用便携式电导率仪对四套反渗透膜单元进水、产水电导率进行现场监测分析，发现四套反渗透设备膜单元的产水电导大幅升高，最大的已经超过150μs/cm，脱盐率已明显下降，膜元件存在不同程度的衰减，反渗透产水水质已发生恶化，但在线仪表读数显示为50μs/cm左右，能及时发现。
综上所述，反渗透进水导电率剧烈变化，现场仪表失效及反渗透膜损伤及性能衰减是造成离子交换器制水能力下降，制水品质下降的主要原因。
4 對策实施和效果
4.1 在线表计进行校验、更换
在线化学仪表是反映水质品质的主要仪器，也是为化学监督提供依据的重要手段[3]。因此，仪表的准确性尤为重要，要加强、规范在线仪表管理，仪表维护人员要及时认真巡检，确保样水压力、电极正常，定期对电导率、pH计等表计的电极定期进行清洗及标定校验。通过仪表的准确测量，及时反映水质品质恶化等问题，为化学工作人员提供真实可信的分析数据。问题出现后仪表维护人员从反渗透产水取样阀后接入新安装的电导表计，对现场仪表进行了自校准，并使用实验室设备及现场仪表同步对水质进行连续15日测试分析，连续15日误差均在2%以内，表计显示全部合格。
4.2 调整水源结构
为了保证制水安全可靠，电厂调整了水源结构，并优化了反渗透浓排水处理流程，对反渗透浓排水稀释后分级循环利用，用作循环水的补给水、脱硫工艺水，未将其全部直接进入工业废水、中水系统，以保证水系统的平衡。将水源临时由中水改为城市自来水后，生水的电导率从1200降低至800μs/cm，反渗透浓排水回收至脱硫用作工艺水，以确保生水的水质指标。阳、离子交换器周期制水量从0.33万吨增加至0.8万吨，周期制水量明显好转。
4.3 优化、控制除盐设备的再生过程
离子交换器再生过程的好坏直接影响周期制水量，主要影响因素有进水水质、再生液质量、置换时间等。问题出现后，电厂在操作过程中避免了#1、#2阳床、阴床交替运行，以防止同时失效、再生，造成除盐水制水中断，给安全生产、供热保障带来危害。同时，严格控制进水余氯、COD等水质指标，防止树脂被氧化、污染。同时，控制阴阳床的再生酸碱用量不低于1700L，再生液的浓度控制在2.5-3.5%，保证每次再生液浓度、时间、用量均满足要求，保证树脂的再生率，从而提高制水量。
4.4 反渗透膜单元的检修、更换
随着使用时间的增长，反渗透膜污堵程度加重，脱盐率会逐步下降，产水量减少，尤其在冬季，水温低透水性变小，反渗透膜密度也相应产生变化，产水量更少[4]。因此，为了控制好水温，应保证生水加热器投运正常，以免反渗透设备运行变得迟钝。反渗透运行时，应保证回收率低于75%或者更低，严禁反渗透膜过负荷运行，以免造成各膜单元的电导率急需上升，进而影响其使用寿命;当跨膜压差大于0.2MPa时，及时进行化学清洗，以免对膜元件造成不可逆的损坏。同时，电厂对性能衰减的膜单元进行了更换，使反渗透产水电导率降至20μs/cm，一级除盐设备制水量逐步恢复至正常范围，阳床、阴床的周期制水量增加至3万吨以上，缓解了化学制水压力，保证了机组及供热的安全稳定运行。
5 结论
通过对离子交换器周期制水量减少的问题排查、原因分析、运行调整及检修处理，有效控制了阳床、阴床的运行周期及制水量。结果表明：反渗透进水导电率剧烈变化，现场仪表失效及反渗透膜性能衰减是造成离子交换器制水能力、产水品质下降的主要原因。为保证除盐设备的长期稳定运行，电厂采取了如下措施：
（1）及时对现场仪表进行了自校验，并进行的连续跟踪检验分析;（2）优化了反渗透浓排水处理流程，并调整了水源结构;（3）对树脂运行状态及时进行跟踪，严格控制再生过程;（4）对反渗透膜单元进行了检修、更换。措施实施后，反渗透出水导电率明显降低，阳床、阴床周期制水量显著增加，离子交换器单元系统实现了长时间安全、平稳运行。
参考文献
[1] 周黄斌，杜伟华，苏宁，许怀鹏.优化离子交换器的再生工艺[J].冶金动力，2015（6）：31-34.
[2] 李铃.浅谈离子交换器周期制水量下降的原因和对策[J].大科技，2014（10）：303-305.
[3] 王超.热电厂化学在线仪表标准化管理的实践研究[J].科技创新，2015（6）：14-15.
[4] 叶光华.反渗透运行影响因素分析与调整对策[J].净水技术，2002（21）：31-33.
收稿日期：2019-11-04
作者简介：郭宏栋（1981—），男，甘肃靖远人，硕士研究生，毕业于西北师范大学，工程师，研究方向：化学水处理。
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