50m3/h纯水装置运行总结

张故轩，凌 辉

（开封东大化工公司 河南 开封 475003）

1 50 m3/h纯水装置工艺

中国平煤神马集团开封东大化工公司，50 m3/h纯水生产装置2007年7月投入运行。

原水（地下水）进入原水贮罐，通过原水泵加压进锰砂过滤器，除去固体悬浮物，再进入钠型树脂软化器，除去钙镁等金属阳离子。软化器产水加阻垢剂经保安过滤器由高压泵加压进入反渗透系统，经反渗透分离为脱盐水和浓水二部分，浓水直接排放至收集池，由地池泵送一次盐水化盐使用，脱盐水进入脱碳塔除去二氧化碳，进入中间水箱，再由中间水泵将脱盐水送入复床和混床，进一步除去水中所含阳离子和阴离子。最终制得电导率不高于0.5 μs/cm的高纯水，送入纯水贮罐，供10万t/a离子膜电解生产装置使用。

原水罐内设有曝气管，目的是将地下水中易溶解的二价铁离子氧化成三价铁离子，生成易沉淀的三价铁化合物，达到除铁的目的。砂滤器内填料采用锰砂，锰砂一方面起到进一步将原水中的二价铁氧化成三价铁的作用；另一方面起到过滤原水中悬浮物的作用。软化器采用001×7钠型阳树脂，树脂装填高度为1 500 mm，软化器直径为2 000 mm。软化器主要作用是除去钙镁等易结垢的金属阳离子，防止反渗透膜结垢。软化器的再生药剂采用氯化钠溶液。保安过滤器内装有精度为5 μm的滤芯，主要作用是过滤软水中固体悬浮物，保护高压泵和反渗透膜。反渗透膜壳采用3:2排列形式，即一级反渗透有3个膜壳，二级反渗透有2个膜壳，每个膜壳装5支膜。反渗透的作用是将软水分成2部分，脱盐水和浓水，脱盐率可达97%，回收率可达75%。脱碳塔的作用是除去脱盐水中游离的二氧化碳，以减轻后续阴床的负担。复床分为阳床和阴床，阳床内装001×7强酸性阳树脂，用于除去水中各种阳离子；阴床内装201×7强碱性阴树脂，用于除去水中各种阴离子；混床内装001×7强酸性阳树脂和201×7强碱性阴树脂，阳树脂和阴树脂按1∶2装填，2种树脂充分混合在一起，运行时相当于无数个复床串联在一起，进一步除去水中阳离子和阴离子，得到电导率小于0.5 μs/cm 的纯水。

2 设备运行状况、问题及解决措施

该装置2007年7月投入运行。初期阶段，各项运行指标均能达到设计标准，运行效果良好。软化器再生周期为24～48 h，复床再生周期为一个月左右，混床再生周期为二周左右。投入运行1年后，出现了些问题。

2.1 软化器内树脂由铁离子引起中毒

系统运行约1年之后，软化器再生周期明显缩短，再生周期不超过24 h。运行一年半左右，软化器的再生周期已经缩短至10 h。原因是软化器内树脂表面被一层深褐色物质包裹，掏出来少量树脂，用4%盐酸浸泡清洗，树脂颜色有所改变。对深褐色物质进行化验分析，确定了该物质是铁离子，这种现象称为树脂铁“中毒”。树脂的铁“中毒”一般发生在以食盐为再生剂的软化水过程中，此现象主要有2种情况，一种是当铁以胶体或悬浮铁化合物的形式进入钠离子交换器后，粘在树脂表面，并在树脂表面形成铁化合物的覆盖层，阻止了水中的离子与树脂进行有效接触；另一种情况是铁以Fe2+形式进入交换器，与树脂进行交换反应，使Fe2+占据在交换位置上。因Fe2+很容易被氧化成高价铁化物，沉积在树脂内部，堵塞了交换孔道，软化器运行周期大幅度降低，形成了树脂铁“中毒”现象。根据厂家提供的几种中毒树脂的复苏方法，该公司采用了盐酸复苏法，其原理是强酸性树脂对阳离子的选择顺序为：Fe3+＞Fe2+＞Ca2+＞Mg2+＞Na+＞H+，在铁“中毒”树脂中加入 10%盐酸后，盐酸将树脂表面或凝胶孔内的胶态Fe2O3·XH2O溶解成Fe3+，同时，盐酸中的H+与树脂上的Fe3+、Ca2+、Mg2+发生交换，使树脂逐步转成氢型，投入运行前再转化成钠型。若想充分还原铁 “中毒”树脂，必须将盐酸的浓度加大到10%以上。按照相关厂家提供的方案，对中毒树脂进行了处理，然后，用清水冲洗并装回软化器。投运后，效果明显改善，运行周期可达到二十小时左右。但运行几个月后，软化器运行周期又开始下降。软化器内树脂掏出来用盐酸浸泡清洗后效果确实很好，但既费时又费力，考虑到软化器内防腐采用2层衬胶，能够耐酸，因此，在纯水车间增加了1条盐酸管道，与软化器再生射流器连接，可通过流量调节盐酸浓度，专门用来再生软化器，从而解决了软化器酸洗时劳动强度大的问题。为彻底改变软化器再生周期短的现状，对软化器再生系统进行了以下改造：增加曝气氧化的空压气流量，充分氧化，有效除去Fe2+；在锰砂过滤器的锰砂下方加装0.5～1.0 mm石英砂，并更换部分锰砂，提高砂滤器过滤效果，有效截留原水中悬浮物。

2.2 反渗透产水流量突然下降

该系统的核心设备是高压泵和反渗透膜，系统的设计特别注重高压泵和反渗透膜的保护，保护装置除了阻垢剂加药设备，还有过滤精度为5 μ的保安过滤器，滤芯是喷熔式聚丙烯滤芯。保安过滤器的滤芯每隔4～6个月更换1次。系统运行三年左右，在一次中班再生软化器开车后，其中1套反渗透产水流量严重不足，流量为5 m3/h左右 （正常情况为25 m3/h），浓水流量不足5 m3/h，对应保安过滤器压力正常，对应高压泵出口压力偏低，压力在0.5MPa左右（正常情况为1.2 MPa）。当班人员发现异常后，担心高压泵出现问题，停下了该套反渗透系统，暂时维持低流量生产。之后，对系统进行了检查。首先，对高压泵电机进行了检查，发现电机无烧毁和缺相现象；高压泵出开口压力表经测试无故障；电动慢开阀从高压泵出口管道拆下后进行测试，开关都正常。逐个排除了高压泵电机、高压泵出口电动慢开阀、流量计、压力表存在故障的可能。试着打开保安过滤器，发现里面二十多根滤芯大部分变形，且外部结垢较多，保安过滤器内还有细小固体颗粒存在，这些细小颗粒大部分是破碎树脂。分析原因，首先，由于当时公司内1口水井水质差，钙镁含量严重超标，导致软化器再生频繁，再生质量得不到保证，导致滤芯表面结垢快；其次，保安过滤器只有进口压力显示，无出口压力显示，操作人员不能及时发现保安过滤器运行故障；再者，阻垢剂的作用是分散水中的难溶性无机盐、阻止或干扰难溶性无机盐结垢，虽然软化水进反渗透前加了阻垢剂，但阻垢剂的加入点在保安过滤器之后，在保安过滤器内结垢倾向仍然较大。解决办法是，更换保安过滤器滤芯；择机在保安过滤器出口管道加装压力表，操作人员定时巡检保安过滤器进出口压力，当进出口压力差大于0.05 MPa时，及时更换滤芯；择机将阻垢剂的加入点移到保安过滤器之前，使在保安过滤器内降低结垢倾向。跟换保安过滤器滤芯后，该套反渗透运行恢复正常。

2.3 反渗透产水电导率升高

该系统采用海德能CPA3-LD系列反渗透膜，自2007年开车以来，运行比较稳定，回收率控制为75%，产水电导率为20 μs/cm。运行三年左右，其中1套反渗透产水电导率突然上升到50 μs/cm左右，如果维持运行，后续设备复床和混床负担会大大增加，再生周期缩短，形成恶性循环。反渗透产水电导率升高，进水电导率不变，就可将问题的根源锁定在反渗透膜。1套反渗透系统由5支膜壳组成，电导率仪检测到的是5支膜壳产水混合后的电导率，所以，分别将5支膜壳断开运行，就可检测到出现故障的1支膜壳，找的故障膜壳，就可找到出现故障的反渗透膜。解决办法是，停下该套反渗透，通过逐一断开该套反渗透中的5支膜壳的办法，发现其中1支膜壳的产水电导率异常，产水电导率为90 μs/cm以上。打开这支膜壳，对立面反渗透膜进行检查，发现进水端的1支膜严重变形，一段向里凹陷，另一端向外凸起，反渗透膜已经错层。可以肯定问题原因就在变形的这支反渗透膜，膜变形的原因是该支膜壳的止推环位置装反。更换反渗透膜并重新更换止推环位置后，问题得到解决。

2.4 复床运行压力高

复床电导率控制为15 μs/cm，当超过这一数值时，复床要下线再生。复床的再生周期一般为1个月左右。系统运行2年后，2台阳床进出水压差有所升高，进水压力由0.25 MPa上升到0.35 MPa，出水压力由0.22 MPa降到0.20 MPa，阳床进出口压差由原来的0.03 MPa上升到0.15 MPa，因为系统配备的中间水泵的扬程和流量均有较大富余量，所以，产水流量还可维持为50 m3/h。此后，阳床进口压力逐渐上升，直到半年后，阳床进口压力达到了0.6 MPa，产水量大幅度下降，阳床的密封点也开时泄漏。出现上述问题的原因是，阳床进出水压差升高，说明内部阻力增大。阳床内过滤装置是滤帽形式，阻力增大的原因可能是设备内衬胶脱落或进入其他大块物质堵塞，也可能是树脂破碎量较多，堵塞滤帽。假如设备内部脱胶，则阳床再生时，进酸过程会腐蚀设备内壁，再生排水颜色会呈黄褐色，设备内部脱胶的可能性可以排除。复床进水来源是中间水箱，通过中间水泵加压送至阳床，中间水箱上没有敞开口，不可能有大块物质，中间水泵进出口管道均采用UPVC材质。输送过程中也不可能有大块物质，所以，大块物质堵塞的可能性也可排除。由以上分析可以断定，阳床阻力增大是破碎树脂造成的。破碎树脂积累的原因，首先，该纯水系统所有离子交换器和砂滤器均有顶部布水装置，但布水装置上未装滤网，所以，离子交换柱再生时，反洗流量不能开的太大，否则树脂会从设备顶部的布水装置被冲出来，造成树脂流失，反洗不彻底，使阳床内破碎树脂不断积累。其次，为了延长离子交换柱运行周期，增加了树脂填充量，树脂高度由原来的1.5 m增至2 m以上，树脂高度的增加，使阳床过滤压力增大；第三，在发现阳床压力升高初期，没有及时采取措施除去破碎树脂，导致阳床运行进入恶性循环，压力升高，树脂会更加容易破碎，破碎的树脂进一步使阳床压力升高，最终，阳床密封点泄漏，系统无法正常运行。针对以上问题，公司安排了停车检修，考虑到阳床进出口压差升高的主要原因是内部阻力增加，对阳床进行了大流量反冲洗，结果冲出许多破碎树脂，再次将阳床投运，各项指标均恢复正常，密封点也不再泄漏。