离子交换水处理法出水量下降问题简析

Posted 2023-01-12 系统

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离子交换水处理法作为一种成熟的水处理工艺，被各种中小型电厂广泛使用，在水处理工艺中，有很多因素会影响到离子交换水处理系统的周期出水量，预防及改进这些问题，改进工艺中的某些不足，能提高系统的周期出水量，减少酸、碱的使用和酸、碱废液的排放，对设备经济运行、节能减排都有一定的意义。
1.前言
离子交换水处理法作为一种成熟的水处理工艺，被各种规模的热电厂所广泛使用。它的基本原理是采用离子交换树脂来交换水中的各种离子，阳离子交换树脂中的H + 交换水中的Ca2 +、Mg2 +、Na +等阳离子，阴离子交换树脂中的OH - 交换水中的Cl -、SO2 -4、HCO -3等阴离子，经过阳离子交换后产生的H + 与经过阴离子交换后产生的OH - 结合又生成H2O，从而得到不含其它离子的除盐水，阳阴离子交换树脂交换饱和失效后，分别用酸和碱再生，重新获得离子交换能力。离子交换水处理中的离子交换和再生是一个可逆过程，是离子交换法获得广泛应用的一个原因。离子交换和再生过程中的浓度、流速、温度等因素会影响到工艺过程的出水量。根据不同的原水水质和对出水除盐水质量的不同要求，各厂会采用不同的运行和再生工艺过程，在这些工艺过程中，有各种不同的因素会影响到整个工艺周期的出水量，预防和消除这些不利因素，将有利于延长运行周期，增大除盐系统的周期出水量，减少再生用酸、碱的消耗，减少酸、碱废液和反洗废液的排放，对整个水处理工艺的经济运行，节能降耗有重要的意义。
2.热电厂所采用的离子交换水处理工艺的介绍
某集团热电厂是小型的企业自备电厂，采用两套一级除盐水处理系统为锅炉提供除盐水，使用001Х7 阳离子交换树脂和201Х7 阴离子交换树脂，单套系统的出水能力为60 m3/h，整个水处理工艺过程由机械过滤、活性炭过滤、阳离子交换、除二氧化碳、阴离子交换五个处理单元组成，采用地下水和城市自来水双水源供水，失效后的树脂用HCl 和NaOH 再生处理，采用逆流再生工艺。在该水处理系统运行过程当中，会遇到各种问题，从而影响到水处理的运行质量，造成周期出水量下降，影响到系统的运行经济性。
3 .运行中造成离子交换系统周期出水量下降的因素及原因
3.1 离子交换树脂污染中毒
在运行过程中，由于各种原因会造成离子交换树脂的污染和中毒，从而造成系统的周期出水量明显下降。运行过程中树脂的污染中毒主要是树脂被污染、氧化和铁中毒。污染、中毒后的离子交换树脂呈红棕色甚至发黑、树脂破碎。造成离子交换树脂污染、氧化、中毒的原因分析。
(1)预处理方面的原因
由于原水采用地下水和城市自来水双水源，城市自来水消毒过程中会保持一定的余氯，自来水中的余氯对离子交换树脂是有害的，通过活性炭过滤器中的活性炭能吸附原水中的游离氯，保护离子交换树脂不被氧化。此外，活性炭还能够吸附源水中有机物，保护树脂不被有机物污染。活性炭由于吸附饱和，会失去吸附能力，如果没有及时进行活性炭的反洗复活，原水中的游离氯或有机物就会进入到离子交换器，造成离子交换树脂的氧化或者污染。
(2)设备衬胶防腐层的破裂
从活性炭过滤器出来后的水所经过的管道都是经过衬胶防腐处理，可以保证经过的水不与铁质管道接触。经过长时间的运行，有些管道的法兰结合部或者弯头等管件处会破损，特别是阳床出水至进入阴床这一段，由于阳床出水呈酸性，一旦有管道的衬胶破裂，酸性水将与铁质管道发生反应，Fe3 + 将大量进入水中，造成离子交换树脂的铁中毒。
(3)人为因素
人为因素也是造成离子交换树脂污染中毒不可忽略的原因之一。主要是在检修人员进入到交换器内检修时，随身物品或者所携带的铁质工具遗失在交换器内，铁离子在交换器内长期大量的释放，造成离子交换树脂的污染、中毒。
3.2 离子交换树脂再生因素造成离子交换系统出水量下降
(1)再生剂的纯度不高
如果再生树脂所使用的HCl 或NaOH 纯度不高，含有某些杂质(如某些劣质的HCl 中含有一定量的铁离子)，再生时酸或碱的使用量将上升，树脂再生有可能不彻底，在再生时产生反离子效应或造成树脂的二次污染，从而使酸、碱耗升高，树脂的交换容量下降，系统出水量降低。
(2)再生时，再生液的浓度和流速控制不稳定
再生时，进酸、碱的阀门开度控制不好，会造成再生时进酸液或进碱液的浓度不稳定，再生液浓度高时，再生液会在短时间内用完，再生排酸、碱废液的酸、碱度升高，树脂再生不彻底，造成树脂的工作交换容量下降，整个系统的出水量显著下降。在整个再生过程中，再生液的流速控制不稳定时，还容易造成树脂层的紊乱，分层不匀，造成系统运行时出水水质降低而提前失效，直接影响到系统的出水量。
(3)树脂的再生终点判断不及时，造成系统出水量降低
树脂再生过程中，进酸、进碱、置换、正洗这几个工艺过程中必须严格监测，判断好各个流程的终点，如果监测不及时，置换或正洗时间加长，直接造成出水浪费，系统出水量降低。
3.3 除二氧化碳器效率降低，造成阴床负担加重，阴床出水量降低
除二氧化碳器的进风口空气质量降低会造成阳床出水的二次污染，直接影响到阴床的周期产水量。冬天空气温度降低，CO2在水中的溶解度增大，造成除二氧化碳器的脱碳效率明显降低，也能直接造成阴床负担加重，阴床周期出水量降低。
3.4 间歇运行方式
由于锅炉用水量及除盐水箱容积的原因，除盐系统往往不能连续运行而采用间歇运行的方式，这样在除盐系统接近失效时，如果停运除盐系统，在系统再启动时，由于离子的扩散效应，系统便会失效或者很快失效，造成周期出水量的降低。
3.5 阳床、阴床串联工艺缺陷造成周期出水量降低
该厂采用阳床和阴床串联的工艺，当阳床或者阴床其中之一失效时，整列系统就不得不停运，没有失效的另一床子也必须重新再生后再使用，这样就存在浪费，造成整个除盐系统的周期出水量降低。
3.6 其他的因素
运行和检修人员的技术素养不高、责任心不强，管道、阀门、水泵等设备的故障率高等原因，都会影响到除盐系统的运行效率，造成除盐系统的周期出水量降低。
4.预防措施
根据以上造成离子交换系统工作交换容量降低，系统周期出水量降低的原因及分析，应采用以下的预防措施，保障离子交换系统的周期出水量，延长树脂的使用寿命：
(1)定期对机械过滤器和活性炭过滤器进行反洗，确保原水中的有机物、游离氯、胶体杂质等在预处理阶段能完全除去，防止离子交换树脂被污染、氧化。
(2)定期对系统中的衬胶管道和罐体进行检查，包括漏电检测，及时更换维修衬胶损坏的设备，确保衬胶完好，防止铁离子进入除盐系统造成离子交换树脂中毒。
(3)加强管理，每次进入罐体内维修时，对带入的工具、物品等进行登记，防止遗失。
(4)采用正规厂家生产的酸、碱再生剂，确保再生用酸、碱的质量。
(5)再生时，避免对再生液的流量和浓度进行的大的调节，确保流量和浓度的稳定。
(6)条件具备时，采用在线仪表监测设备，及时发现再生各流程的终点，防止树脂再生时置换、正洗等环节的浪费。
(7)在除二氧化碳器进风口安装空气过滤器，确保灰尘等杂质不进入除碳器而污染阳床出水，对除碳器进风口在室外的，可以将进风口引入水处理室内，确保冬季时进入除碳器的空气温度不会太低而影响除碳器的效率。
(8)条件具备时，将阳床和阴床加并联管道，可以确保能单独判断阳床和阴床是否失效，避免工作交换容量的浪费。
(9)在系统接近失效时，可以通过降低运行流量的方式避免除盐系统的停运，确保树脂的工作交换容量能最大程度的利用。
(10)加强管理，加大职工的培训力度，减少管道设备的故障率，也能提高除盐系统的运行效率。
5.结论
加强管理，合理的调节系统的运行方式，改进系统流程中的缺陷和不利因素，能提高离子交换水处理法的工作交换容量，预防水处理系统的出水量下降，对提高运行的经济性及节能减排有一定的意义。