雙室浮動床離子交換水處理技術(shù)的應(yīng)用

文_談姬偉 國家能源集團國電肇慶熱電有限公司

雙室浮動床作為化學(xué)除鹽水的處理設(shè)備，其具有周期出水量大，運行阻力小，投資少，出水質(zhì)量高、操作簡單等優(yōu)點。近年來，水處理工業(yè)迅猛發(fā)展，雙室浮動床技術(shù)因其優(yōu)勢得到了廣泛運用。但是，從實際的應(yīng)用情況來看，設(shè)備的配置與設(shè)計、再生方法以及工藝參數(shù)的變化等因素均會影響雙室浮動床的出水量和水質(zhì)質(zhì)量。以國家能源集團國電肇慶熱電公司化學(xué)水處理除鹽水的雙室雙層浮動床工藝為主體，就裝置問題、樹脂問題、再生問題以及設(shè)計問題進行分析，提出相應(yīng)的解決方案，以保證雙室浮動床技術(shù)的應(yīng)用效果。

1 雙室浮動床裝置及工藝流程

國家能源集團國電肇慶熱電公司采用雙室雙層浮動床作為化學(xué)水處理除鹽水的裝置，其原水來自于江水。配套設(shè)計五套生產(chǎn)能力為180t/h的雙室雙層浮動床裝置，五套離子交換系統(tǒng)設(shè)計制水能力相同，每套裝置各自運行生產(chǎn)能力最小為150t/h ，最大為180t/h，制水周期12h，制水時間10h，再生時間2h。設(shè)計五套，兩用三備，整個浮動床除鹽水工藝流程如圖1所示。

圖1 雙室雙層浮動床除理鹽水工藝流程

2 雙室浮動床在運行過程中存在的問題

國家能源集團國電肇慶熱電公司雙室浮動床裝置更換樹脂后從調(diào)試階段到日常運行階段，五套設(shè)備均多次出現(xiàn)樹脂亂層、出水量低、水質(zhì)不合格以及再生不合格等情況。對其出水進行水質(zhì)分析化驗顯示，其陽床出水鈉含量為200～300g/L，陰床出水電導(dǎo)率大于15μs/cm，且投運一段時間后出水指標明顯升高。另外，在交換器內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)樹脂成床困難，可觀察到樹脂上下移動，說明樹脂出現(xiàn)亂層。需要針對周期制水量少，水質(zhì)不達標的問題，對陰、陽床進行檢修，分析問題出現(xiàn)的原因，并針對相關(guān)問題提出解決方法。

3 雙室浮動床存在的問題與解決方法

3.1 設(shè)備問題與解決方法

3.1.1 解決水帽需經(jīng)常更換問題

對陰、陽床進行檢查、檢修，發(fā)現(xiàn)了多個水帽斷裂的情況。雙室雙層浮動床在運行時上下進水與出水過程均需通過中部的一塊多孔板，這塊多孔板上裝有數(shù)個單頭豎縫式ABS水帽，屬于傳統(tǒng)的塑料水帽，而塑料水帽的抗老化性能差，長時間使用容易出現(xiàn)損壞，并且所選用的ABS水帽若不滿足強度要求，在使用過程中則容易發(fā)生破裂，導(dǎo)致樹脂漏出，堵塞多孔板，造成兩邊的壓力差增大，甚至使多孔板發(fā)生變形，對交換效果產(chǎn)生影響。在對陰、陽床檢查后將全部的ABS水帽替換成不銹鋼的豎縫式水帽，以增加水帽的抗老化性能，避免經(jīng)常更換。

3.1.2 糾正儀表損耗測量出現(xiàn)的偏差

檢查發(fā)現(xiàn)，交換器的在線儀表出現(xiàn)了一定程度的損耗，儀表在測量進水流量時存在較大偏差，甚至在再生過程中出現(xiàn)無顯示的現(xiàn)象，使得再生液流量、濃度和流速全部憑操作人員的經(jīng)驗進行手動控制處理，而雙室雙層浮動床操作工藝繁雜，有較多的變量參數(shù)，手動控制時容易出現(xiàn)誤差，從而對離子交換的效果產(chǎn)生影響。所以，在工藝過程中，為避免誤差，應(yīng)采取DCS自動控制，在自動控制暫時無法工作時，考慮安裝必備的在線儀表，如裝備酸堿計量箱，以控制各工藝指標。

3.2 樹脂問題與解決方法

3.2.1 樹脂反洗及解決措施

雙室雙層浮動床在交換器中完成制水和再生過程的操作，因交換器的空間有限，樹脂的清洗工作難以展開，所以必須在體外進行樹脂大反洗。但在對樹脂反洗過程中，浮動床陰、陽床的強、弱樹脂都在同一臺清洗罐中進行清洗，若樹脂管路沒有清洗干凈，部分樹脂就會因為擦洗罐錐形坡度比較小的緣故而在底部沉積，不易清除。另外，在過高的擦洗罐中進行樹脂反洗時，會因為托起的高度不夠，不可避免地會造成強、弱樹脂相混，導(dǎo)致清洗效果差。

為了避免出現(xiàn)強、弱樹脂混脂現(xiàn)象，可采取的措施：①在出脂管上額外接上一條膠管，用清水把沒有清洗干凈的廢樹脂沖入地溝，再用清水沖洗兩遍擦洗罐。②為陰、陽床各配備一臺清洗罐，分開清洗強、弱樹脂。③關(guān)閉除碳器進水門增加陰、陽床清洗水的壓力和流量，避免樹脂托起高度不足問題，保證清洗效果。

3.2.2 核算確定樹脂裝填量

一般情況下，雙室浮動床交換器內(nèi)樹脂填充量應(yīng)在80%～90%范圍內(nèi)，當樹脂裝填量偏少時，樹脂容易出現(xiàn)亂層現(xiàn)象，甚至導(dǎo)致下室的樹脂懸浮，而缺少壓實層，影響出水量和出水水質(zhì)。國家能源集團國電肇慶熱電公司配備的水處理系統(tǒng)180t/h的化學(xué)除鹽裝置，5臺雙室浮床直徑為2800mm，設(shè)計陽室樹脂裝填高度強0.8m，弱1.0m，陰室樹脂裝填高度強1.1m，弱1.6m。將流速設(shè)定為28～40m/h，陰、陽床出力設(shè)定為150～180 t/h。重新核算5臺雙室浮動床上、下室樹脂的裝填量，得出樹脂應(yīng)補充的量。

3.2.3 及時補填惰性浮球填充量

雙室浮床上、下室樹脂層上部裝有的惰性浮球填充高度也會對制水量產(chǎn)生一定影響。一般情況下，應(yīng)該保證惰性浮球填充量在200mm，其能夠起到防止樹脂觸碰水帽，避免破碎樹脂將水帽堵塞的作用。因為惰性浮球的粒徑較大，所以可為出水裝置配置間隙較大的濾水帽，降低運行時阻力的損耗，同時起到再分配再生液的作用，使再生液分配均勻，有利于運行時出水均勻。

3.3 再生工藝問題與解決方法

3.3.1 控制再生劑濃度保證再生后正洗效果

通過對運行報單的統(tǒng)計分析，國家能源集團國電肇慶熱電公司雙室雙層浮動床離子交換水處理系統(tǒng)中的陽床出現(xiàn)了再生后正洗不合格的問題。因此，為了確保離子交換樹脂再生具有效果以及制水量大小，用鹽酸作為再生劑時，應(yīng)該將鹽酸的濃度控制在3%～4%，才能保證再生效果，以及控制經(jīng)濟成本。

3.3.2 修改流程避免程控再生對浮動床再生效果的影響

程控再生會對浮動床再生效果產(chǎn)生影響，為了避免再生后出現(xiàn)成床沖洗的現(xiàn)象，將對原再生流程中的預(yù)噴射、進酸堿和置換時間進行修改，現(xiàn)再生工藝流程步驟為：正洗 →小反洗→ 靜止→預(yù)噴射（5min）→進酸堿（35min）→置換（60min）→沖洗。經(jīng)過實踐證明，修改再生流程后，除每年增加少量樹脂消耗外，月平均酸堿消耗量降低，兩套浮動床設(shè)備均正常運行，達到100%的再生合格率。

3.4 設(shè)計問題與解決方法

#3陰床床體泄漏頻繁是國家能源集團國電肇慶熱電公司雙室雙層浮動床離子交換水處理系統(tǒng)出現(xiàn)的設(shè)計問題。經(jīng)過分析，老#3陰床水帽板的總厚度在除去上、下襯膠后，僅剩6 mm的鋼板，實在無法提供足夠的強度，用以支撐樹脂的重量和水流的沖擊，導(dǎo)致水帽板形狀發(fā)生改變、拉筋脫開、襯膠損壞、鋼結(jié)構(gòu)被腐蝕穿孔等，出現(xiàn)泄漏。為了彌補老#3陰床厚度不足問題，改造時將#3陰床水帽板的鋼結(jié)構(gòu)厚度增加為25 mm，將襯膠層設(shè)計為3+2兩層橡膠，為水帽板設(shè)計三道加強筋，滿焊連接加強筋、筒體以及水帽板，確保水帽板具有足夠的強度，避免因水流沖擊和填料重量造成損壞。該設(shè)備自改造完成投入運行后，狀態(tài)良好。

4 結(jié)語

針對國家能源集團國電肇慶熱電公司化學(xué)水處理生產(chǎn)除鹽水的雙室浮動床工藝研究來看，在實際運用過程之中，有較多的因素會對雙室浮動床的運行效果產(chǎn)生影響。為了保證雙室浮動床的運行效果，在裝置運作過程中，應(yīng)注意設(shè)備（水帽、工藝控制儀表）存在的問題，更換高強度的水帽、配置必要的在線儀表，保證樹脂的反洗效果、及時改變樹脂、惰性浮球的裝填高度，合理選擇、配置再生劑的類型、濃度、以及用量，對再生工藝進行調(diào)整，使其保持最優(yōu)的工況。