双室浮动床离子交换水处理技术的应用

文_谈姬伟 国家能源集团国电肇庆热电有限公司

双室浮动床作为化学除盐水的处理设备，其具有周期出水量大，运行阻力小，投资少，出水质量高、操作简单等优点。近年来，水处理工业迅猛发展，双室浮动床技术因其优势得到了广泛运用。但是，从实际的应用情况来看，设备的配置与设计、再生方法以及工艺参数的变化等因素均会影响双室浮动床的出水量和水质质量。以国家能源集团国电肇庆热电公司化学水处理除盐水的双室双层浮动床工艺为主体，就装置问题、树脂问题、再生问题以及设计问题进行分析，提出相应的解决方案，以保证双室浮动床技术的应用效果。

1 双室浮动床装置及工艺流程

国家能源集团国电肇庆热电公司采用双室双层浮动床作为化学水处理除盐水的装置，其原水来自于江水。配套设计五套生产能力为180t/h的双室双层浮动床装置，五套离子交换系统设计制水能力相同，每套装置各自运行生产能力最小为150t/h ，最大为180t/h，制水周期12h，制水时间10h，再生时间2h。设计五套，两用三备，整个浮动床除盐水工艺流程如图1所示。

图1 双室双层浮动床除理盐水工艺流程

2 双室浮动床在运行过程中存在的问题

国家能源集团国电肇庆热电公司双室浮动床装置更换树脂后从调试阶段到日常运行阶段，五套设备均多次出现树脂乱层、出水量低、水质不合格以及再生不合格等情况。对其出水进行水质分析化验显示，其阳床出水钠含量为200～300g/L，阴床出水电导率大于15µs/cm，且投运一段时间后出水指标明显升高。另外，在交换器内部，发现树脂成床困难，可观察到树脂上下移动，说明树脂出现乱层。需要针对周期制水量少，水质不达标的问题，对阴、阳床进行检修，分析问题出现的原因，并针对相关问题提出解决方法。

3 双室浮动床存在的问题与解决方法

3.1 设备问题与解决方法

3.1.1 解决水帽需经常更换问题

对阴、阳床进行检查、检修，发现了多个水帽断裂的情况。双室双层浮动床在运行时上下进水与出水过程均需通过中部的一块多孔板，这块多孔板上装有数个单头竖缝式ABS水帽，属于传统的塑料水帽，而塑料水帽的抗老化性能差，长时间使用容易出现损坏，并且所选用的ABS水帽若不满足强度要求，在使用过程中则容易发生破裂，导致树脂漏出，堵塞多孔板，造成两边的压力差增大，甚至使多孔板发生变形，对交换效果产生影响。在对阴、阳床检查后将全部的ABS水帽替换成不锈钢的竖缝式水帽，以增加水帽的抗老化性能，避免经常更换。

3.1.2 纠正仪表损耗测量出现的偏差

检查发现，交换器的在线仪表出现了一定程度的损耗，仪表在测量进水流量时存在较大偏差，甚至在再生过程中出现无显示的现象，使得再生液流量、浓度和流速全部凭操作人员的经验进行手动控制处理，而双室双层浮动床操作工艺繁杂，有较多的变量参数，手动控制时容易出现误差，从而对离子交换的效果产生影响。所以，在工艺过程中，为避免误差，应采取DCS自动控制，在自动控制暂时无法工作时，考虑安装必备的在线仪表，如装备酸碱计量箱，以控制各工艺指标。

3.2 树脂问题与解决方法

3.2.1 树脂反洗及解决措施

双室双层浮动床在交换器中完成制水和再生过程的操作，因交换器的空间有限，树脂的清洗工作难以展开，所以必须在体外进行树脂大反洗。但在对树脂反洗过程中，浮动床阴、阳床的强、弱树脂都在同一台清洗罐中进行清洗，若树脂管路没有清洗干净，部分树脂就会因为擦洗罐锥形坡度比较小的缘故而在底部沉积，不易清除。另外，在过高的擦洗罐中进行树脂反洗时，会因为托起的高度不够，不可避免地会造成强、弱树脂相混，导致清洗效果差。

为了避免出现强、弱树脂混脂现象，可采取的措施：①在出脂管上额外接上一条胶管，用清水把没有清洗干净的废树脂冲入地沟，再用清水冲洗两遍擦洗罐。②为阴、阳床各配备一台清洗罐，分开清洗强、弱树脂。③关闭除碳器进水门增加阴、阳床清洗水的压力和流量，避免树脂托起高度不足问题，保证清洗效果。

3.2.2 核算确定树脂装填量

一般情况下，双室浮动床交换器内树脂填充量应在80%～90%范围内，当树脂装填量偏少时，树脂容易出现乱层现象，甚至导致下室的树脂悬浮，而缺少压实层，影响出水量和出水水质。国家能源集团国电肇庆热电公司配备的水处理系统180t/h的化学除盐装置，5台双室浮床直径为2800mm，设计阳室树脂装填高度强0.8m，弱1.0m，阴室树脂装填高度强1.1m，弱1.6m。将流速设定为28～40m/h，阴、阳床出力设定为150～180 t/h。重新核算5台双室浮动床上、下室树脂的装填量，得出树脂应补充的量。

3.2.3 及时补填惰性浮球填充量

双室浮床上、下室树脂层上部装有的惰性浮球填充高度也会对制水量产生一定影响。一般情况下，应该保证惰性浮球填充量在200mm，其能够起到防止树脂触碰水帽，避免破碎树脂将水帽堵塞的作用。因为惰性浮球的粒径较大，所以可为出水装置配置间隙较大的滤水帽，降低运行时阻力的损耗，同时起到再分配再生液的作用，使再生液分配均匀，有利于运行时出水均匀。

3.3 再生工艺问题与解决方法

3.3.1 控制再生剂浓度保证再生后正洗效果

通过对运行报单的统计分析，国家能源集团国电肇庆热电公司双室双层浮动床离子交换水处理系统中的阳床出现了再生后正洗不合格的问题。因此，为了确保离子交换树脂再生具有效果以及制水量大小，用盐酸作为再生剂时，应该将盐酸的浓度控制在3%～4%，才能保证再生效果，以及控制经济成本。

3.3.2 修改流程避免程控再生对浮动床再生效果的影响

程控再生会对浮动床再生效果产生影响，为了避免再生后出现成床冲洗的现象，将对原再生流程中的预喷射、进酸碱和置换时间进行修改，现再生工艺流程步骤为：正洗 →小反洗→ 静止→预喷射（5min）→进酸碱（35min）→置换（60min）→冲洗。经过实践证明，修改再生流程后，除每年增加少量树脂消耗外，月平均酸碱消耗量降低，两套浮动床设备均正常运行，达到100%的再生合格率。

3.4 设计问题与解决方法

#3阴床床体泄漏频繁是国家能源集团国电肇庆热电公司双室双层浮动床离子交换水处理系统出现的设计问题。经过分析，老#3阴床水帽板的总厚度在除去上、下衬胶后，仅剩6 mm的钢板，实在无法提供足够的强度，用以支撑树脂的重量和水流的冲击，导致水帽板形状发生改变、拉筋脱开、衬胶损坏、钢结构被腐蚀穿孔等，出现泄漏。为了弥补老#3阴床厚度不足问题，改造时将#3阴床水帽板的钢结构厚度增加为25 mm，将衬胶层设计为3+2两层橡胶，为水帽板设计三道加强筋，满焊连接加强筋、筒体以及水帽板，确保水帽板具有足够的强度，避免因水流冲击和填料重量造成损坏。该设备自改造完成投入运行后，状态良好。

4 结语

针对国家能源集团国电肇庆热电公司化学水处理生产除盐水的双室浮动床工艺研究来看，在实际运用过程之中，有较多的因素会对双室浮动床的运行效果产生影响。为了保证双室浮动床的运行效果，在装置运作过程中，应注意设备（水帽、工艺控制仪表）存在的问题，更换高强度的水帽、配置必要的在线仪表，保证树脂的反洗效果、及时改变树脂、惰性浮球的装填高度，合理选择、配置再生剂的类型、浓度、以及用量，对再生工艺进行调整，使其保持最优的工况。