純水質量波動的分析

王俊文，歐陽玉霞

（1.太原理工大學，山西 太原030024；2.山東鋁業公司氯堿廠，山東，淄博255051）

在離子膜法燒堿生產系統中， 高純水作為最基礎的生產原料，主要用做向陰極液添加高純水、高純鹽酸生產用水、 鹽水二次精制離子交換樹脂再生用水、整流器冷卻用水、化驗分析用水、泵密封用水、電槽組裝及其他用水。因此，高純水的質量是氯堿生產的基礎，高純水系統的穩定運行，是氯堿生產高效長期運行的保證。

1 高純水質量事故

2009 年2 月，山東鋁業公司氯堿廠的高純水質量出現波動，pH 值降低且不穩定。 具體指標見表1。

表1 高純水pH值變化情況

根據出現的問題，該廠成立了攻關小組，對純水系統分段取樣，層層分析，排除故障。

2 原水質量排查

廠使用的一次水是地下井水，水質穩定。分析結果見表2。

表2 一次水質量指標 mg/L

從表2 可以看出，井水質量穩定，但鈣離子和鎂離子含量高，屬于高硬度水。

3 工藝系統排查

該廠現有離子膜燒堿生產能力16 萬t/a， 擁有2套純水制備系統， 一期能力25 m3/h， 二期能力80 m3/h。 純水制備工藝流程示意圖見圖1。

原水自深井泵打入原水池， 通過原水泵打入多介質過濾器（由上而下）去除水中的懸浮物、有機物及游離氯。 過濾后的合格清水經過保安過濾器的濾芯過濾后，通過高壓水泵進入高壓反滲透裝置，濃水排放， 淡水經脫氣塔除去水中的二氧化碳后進入中間水箱，經中間水泵送至離子交換器，使水中的雜質離子在交換器中進行離子交換， 深度去除水中的微量雜質離子。自交換器出來的純水進入高純水貯罐，通過高純水泵將高純水送至各用戶。 工藝流程成熟穩定，不存在生產隱患。

4 設備管道系統檢查

純水系統的設備進行檢查， 通過樹脂塔視鏡發現陰床的樹脂顏色發深。 打開人孔取出樹脂并檢查陰床塔體及周圍管道，陰樹脂上半部分嚴重污染，下半部分基本正常。污染陰樹脂顏色呈深褐色，部分樹脂甚至呈黑褐色。 同時，取出部分陽樹脂，陽樹脂顏色呈黃色，表觀看，受污染的程度較輕。

同時，對純水再生樹脂塔進行檢查，塔體內部襯膠層完好，沒有鼓泡和脫襯的現象。對拆開的部分管道進行檢查，部分管道的內壁有鼓泡現象。

根據樹脂塔內樹脂的情況可以判定， 系統的陰樹脂已經失效。

5 樹脂污染物和污染源的確定

5.1 樹脂污染物的分析

（1）對取出的陰離子交換樹脂分別用10%NaCl溶液、4%Na2SO3溶液、10%HCl 等酸性鹽水進行浸泡17 h。通過對浸泡液和樹脂的顏色變化判定，陰樹脂內有部分灰塵類雜質， 并且受到有機物和鐵離子的污染，通過樹脂顏色判定鐵離子污染嚴重。

（2）對取出的陽離子交換樹脂用純水和10%NaCl 溶液浸泡17 h，浸泡液基本沒有變化，初步判定陽樹脂基本未受到有機物污染。

用鹽酸浸泡的陰樹脂， 浸泡溶液發黃， 用ICP進行定性分析，溶液內有鐵、鎂和少量鈣，推測此次陰樹脂污染， 系陽樹脂失效后沒有及時切換和再生，導致陰樹脂受污染。 而陽樹脂可以通過再生恢復其性能。

認為是陰離子交換樹脂受到鐵、有機物等污染。通過對樹脂污染情況進行初步分析認為是由于樹脂污染是上部污染嚴重，下部污染較輕，同時，2# 陰床內樹脂污染比1#陰床樹脂嚴重，認為此次樹脂污染是短期污染所致。建議從陽床出水開始查污染源，并檢查2#陰床上一周期內的所有操作記錄。觀察樹脂內雜質多，說明反洗不徹底。這與樹脂塔是無頂壓再生，無法實現中排進水進行小反洗有著密切的關系。

5.2 污染物來源的分析

（1）再生液質量

該廠使用的再生液燒堿是自產的離子膜燒堿，燒堿從電解槽流出后直接通過管道輸送到純水系統堿罐，從堿罐中燒堿的顏色觀察，呈無色透明狀，表觀判斷無污染情況。 再生堿液，分析結果見表3。 再生鹽酸，分析結果見表4。

表3 再生堿液分析結果%

表4 再重鹽酸分析結果%

通過表3、表4 看出，再生燒堿和再生鹽酸質量均符合優等品質量標準，不是造成樹脂污染的因素。

（2）樹脂塔周圍管道

由于樹脂受到了鐵離子的污染， 設備管道是鐵離子的主要來源。 雖然前期已經對樹脂塔塔體和周圍管道進行了初步的檢查， 但為了保證檢查效果和質量，決定采用電弧測試的方法。對樹脂塔周圍管道進行測試，發現部分管道，特別是酸性水管道，存在襯膠鼓泡和脫落的現象。 這是樹脂被鐵離子污染的一個重要來源。

（3）樹脂塔進水質量

對污染樹脂進行試驗的結果表明， 樹脂受到了有機物的污染，而純水制造系統中，只有在高壓反滲透前增加的阻垢劑屬于高分子有機物。目前，使用的反滲透阻垢劑的外觀呈淡黃色， 并且有刺激性的氣味。 對其進行ICP 分析，其中，鐵含量為1×10-6左右。為了進一步確認反滲透阻垢劑是否有問題，決定采用另一種阻垢劑。此種阻垢劑外觀無色透明，沒有刺激性氣味，用ICP 分析，基本檢測不到鐵離子。 由此判斷， 反滲透阻垢劑也是造成樹脂污染的一個重要來源。但經過一段時間的測定比較，高壓反滲透膜組前后出水pH 值及電導率無明顯變化。

（4）其他方面

在日常操作中， 根據出水指標情況來決定樹脂塔的再生。 有時候，1 個月再生1 次樹脂塔，在樹脂塔備用期間， 受環境影響可能會產生藻類等有機物質，這也是造成本次樹脂污染的原因之一。

通過交流分析，發現該廠RO 膜組出水的pH值偏低，為5.7 左右。 推測是由于前段時間的酸洗有些過量，導致H+透過膜組進入淡水系統，導致RO 出水pH 值偏低。 但是分析二期膜組剛開車時淡水出水量為80 m3/h 左右，濃水25 m3/h 左右，而目前，淡水出水量為65 m3/h， 濃水為35 m3/h 左右， 說明RO膜組的產水率明顯降低。

6 改進措施

通過排查， 基本找到了引起本次純水質量事故的主要原因，并制定了整改措施：

（1）對檢查出的管道進行內部橡膠充襯，特別是鹽酸和酸性水管道，要保證襯膠的質量。

（2）更換反滲透阻垢劑廠家，并對反滲透高壓膜組進行檢查，更換部分膜組件，保證膜組正常運行。

（3）規范樹脂塔的再生，每2 周再生1 次，每1個月深度再生1 次，杜絕塔內藻類的滋生。

（4）依以下方法對失效的陰離子樹脂進行復蘇。

a.利用陽床出水對樹脂進行大反洗，反洗時間約1 小時，至排水呈無色透明狀，即反洗合格。 注意反洗流量不易過大。

b.開始對陰床進酸。 先進1%的鹽酸，進入10 min后，調整鹽酸濃度到10%左右。 進入鹽酸時應緩慢，閥門開度不宜過大，進酸時，一定注意保證樹脂層不能有大波動。直到樹脂完全被鹽酸浸沒。 進酸時，注意檢查罐體溫度。

c.鹽酸浸泡至少12 h（視實際情況調整）。

d.浸泡結束后，排凈樹脂塔內的鹽酸至回收裝置。使用高純水對陰床進行沖洗，首先排出的水酸性較強，一并進入回收裝置，直到沖洗到中性。

e.進入再生堿液（濃度10%），進入方法同鹽酸注入，直到樹脂完全被堿液浸沒。

f.堿液浸泡至少12 h（視實際情況調整）。

g.浸泡結束后，排凈樹脂塔內的堿液至回收裝置（與先前排放的酸水中和）。 使用高純水對陰床進行沖洗， 首先排出的水堿性較強， 一并進入回收裝置，直到沖洗到pH 值穩定。

h.進行樹脂塔小正洗，約15 min。

i.進行樹脂塔正洗，到pH 值穩定。

7 操作注意事項

（1）陽床和陰床長時間不運行，樹脂會發生部分分解，導致交換容量下降。 建議投運全部樹脂塔。

（2）運行超過7 天的樹脂塔失效后，最好進行充分的大反洗。

（3）不論有無鐵離子污染，1 年內在陰床失效后用鹽酸浸泡陰樹指均有益。

（4）為提高堿再生效果，在有條件的情況下，對再生堿液加溫到35～40 ℃。

（5）根據陽床出水情況，更改判斷陽床失效的方法， 即由陰床出水電導率與pH 值判定更改為用DWS-51 型鈉離子測定儀測定 （安排崗位人員嚴格按照操作規程測定陽床出水的鈉離子含量， 控制鈉離子濃度≤100 mg/L）。另給崗位配備pH 計，制定膜組、陰床、陽床、混床進出水運行記錄表，每2 h 記錄一次。

8 效果驗證

通過這次純水質量事故的發生， 該廠規范了純水系統的操作，更換了部分管道，經過1 年的運行，純水系統運行良好，指標合格穩定。