某电厂阳离子交换器再生工艺优化研究

李瑶，王飞，何凤元，刘成名(华电电力科学研究院有限公司，辽宁 沈阳 110170)

0 引言

为积极响应国家政策，河北某电厂2020年将设计的深井水置换成南水北调水，水源的变化对现有水处理设备的运行情况产生一定影响，根据水质变化规律，需要对整个水处理系统的处理能力进行全面的评估及优化，以确保适合新的水源特点。该厂水处理以离子交换法作为最终处理，阳离子交换器运行一段时间后需要对交换能力下降的树脂进行再生，树脂的再生程度直接决定了阳离子交换器的使用周期和出水量的多少[1]。在水质稳定的情况下，树脂的再生一般与再生剂的质量、再生液的用量和浓度有一定的关系[2]。为使制水处理能力与置换水源相匹配，提高阳离子交换器使用效率并降低运行成本，本文选取补给水处理系统中最典型的阳离子交换器进行优化再生工艺，根据新水质特点，通过大量的试验优化各个参数，达到了节约用酸和节约用水的目的，并增加预处理设备来降低来水中有机物对树脂的影响，避免长期运行造成有机物对树脂的污染。同时，制定工业合成盐酸中杂质含量的测量方法，减少对设备产生的不利影响。

1.2.1X线检查 采用日立公司Radnext 50 DR检查仪，扫描参数：55～80kV，200mA。拍摄正位、侧位X线片，所有X线片均由主治医师阅片，并经高年资医师审核。

1 河北某电厂水源水质特点的研究与分析

河北电厂补给水处理设备设计为深井水，设计处理为560 t/h，其工艺流程是：原水→原水泵→化学生水箱→生水泵→高效过滤器→阳离子浮动床→除碳器→中间水箱→中间水泵→阴离子浮动床→混床→除盐水箱→除盐水泵→除盐水母管。该厂置换水源为南水北调水，深井水有水质清澈、水温稳定、分布面广、矿化度和硬度高，含铁锰高等特点；而南水北调水中段是引长江支流的汉江水至河北，属于典型的地表水，水质含盐量低，硬度低，污染物质含量高。对深井水及南水北调水源进行连续监测，每月定期采样化验，进行水质全分析。与深井水水质相比，南水北调水质在溶解物质等指标较好，但是在浊度、有机物等指标较差。所以阳离子交换器再生工艺优化试验需考虑来水中有机物对树脂的影响，同时需要增加必要的预处理设备降低水中的有机物含量。

2 离子交换设备再生工艺优化方案试验

2.1 再生液流速的影响

再生液流速是指再生溶液通过交换剂层的速度，它是影响再生程度的一个重要因素。维持适当的流速是使再生液与交换剂之间有适当的接触时间，从而保证再生反应的进行[3]。在其他条件不变的情况下，分别控制再生液流速在5.5 m/h、5.0 m/h、4.5 m/h进行再生试验，确定最佳再生液流速。测量结果如表1所示。

通常衡量离子交换器再生效果的指标是酸耗和周期制水量，通过表1的数据可知，当再生液流速在5.0 m/h和5.5 m/h时，酸耗和周期制水量指标较好，再生液流速在4.5 m/h时酸耗相对有一定的增加，从而确定再生液流速5.0 m/h为最佳值。

表1 再生液流速试验数据统计表

2.2 再生液用量影响

通过表4的数据可知，保证阳床冲洗合格的条件下，控制置换时间为42 min以上、冲洗时间8 min以上可以保证再生效果，为了便于控制，置换时间采用45 min，冲洗时间采用10 min。

表2 再生液用量试验数据统计表

树脂再生用盐酸是影响水质和处理的重要因素，再生用盐酸应采用合成酸，近年随着氯碱、钾肥、有机硅等化工行业快速发展，大量的副产盐酸产生。因副产酸来源不同所带来的杂质含量也不相同，所含杂质主要有硫酸根和其他盐类、有机杂质等。这就需要在大宗材料采购环节对药品质量进行约束，在入厂环节对药品质量进行验收，其标准应满足GB 320—2006《工业用合成盐酸》中相关要求，对酸中的含铁量、灼烧残渣、游离氯、含砷量、硫酸根等杂质含量进行严格管控，必要时可采用离子色谱和原子吸收进行定量分析。同时，在储存、使用过程中也需要重视，如对储存再生剂的容器、输送管道的洁净程度、定期的清理、冲洗、冲洗水的质量等，都是降低进酸质量的因素。

2.3 酸浓度的影响

通过表3的数据可知，当酸浓度在3.8%、3.5%、3.2%时阳床酸耗值未发生明显变化，酸浓度为3.8%时，进酸时间过短，不建议使用。当酸度为3.2%时，进酸时间大幅提升，会产生过多的用水、用电费用。测量1、2号混床出水的TOC值分别为411 µg/L和389 µg/L，说明原水中有机物在整个水处理系统不易被去除。为避免设备长期运行造成有机物对树脂的污染，采用二步法再生工艺，即先提高进酸浓度去除树脂附着的有机物，再低浓度进酸进行再生控制药品消耗。具体操作为首先调整进酸浓度为3.8%，进酸时间为25 min，再将浓度降至3.2%进酸再生。试验表明，在酸耗和周期制水量均未发生明显变化时，二步法再生工艺可以有效降低进酸时间，进酸时间可以控制50 min左右，树脂再生效果较好。

在控制流量为5.0 m/h、二步法进酸、用酸量在4.8 t的条件下，测量置换和冲洗指标确定最佳时间。测量结果如表4所示。

表3 用酸量试验数据统计表

酸浓度对再生也有很大影响，当酸用量一定时，在一定范围内其浓度越高再生程度越高，但过高的酸浓度使再生液体积太小，不易与树脂均匀接触，从而降低再生效果。控制流速在5.0 m/h，用酸量为4.8 t，其他指标不变的条件下，控制酸浓度分别为3.8%、3.5%、3.2%进行再生试验，确定最佳酸浓度。测量结果如表3所示。

与未优化参数前进行试验对比，该厂用酸量由5.25 t减 少 至4.8 t，盐 酸 单 价 为215元/t，一 个再生周期可节约药品费用96.75元。进再生液时间和置换时间由120 min减少到95 min，冲洗时间由15 min减少到10 min，单次再生可节约除盐水用水15.4 t，除盐水成本单价为20元/t，单次再生可节约自用水费用308元，单次再生可节约成本404.75元。2020年—2021年该厂共再生436次，经测算，全年可节约费用约17.64万元。

2.4 其他指标影响

共享供应链是中小跨境电商出口企业转型升级的核心。共享供应链不是简单的地理位置上的产业聚集，而是企业之间供应链的整合，更是战略同盟、股权合作等深层次的合作关系。在消费者需求导向下，市场需求多变，经营风险增加，义乌中小跨境电商出口企业要想在全球经济中处于价值链上游，要着眼于合作共赢的长远利益，发挥跨境电商行业、领军型企业等组织的作用与功能，整合区域内企业，共享供应链中的开发、设计、采购、生产、物流、销售等优质资源，将企业经营重心转移到设计研发、品牌推广等领域，将资源集中到供应链中最能产生附加值的环节。

表4 其他指标试验数据统计表

再生液用量是影响再生效果的另一个重要因素，它对树脂交换容量恢复的程度和经济性有直接关系，根据化学反应平衡原理，增加再生液用量可提高H+浓度，从而提高交换剂的再生程度，但当再生液用量增加到一定程度后，再生程度提高很少。在控制流速为5.0 m/h，其他指标不变的条件下，再生液用量分别为5.25 t、5.00 t、4.75 t、4.50 t进行再生试验，以确定最佳再生液用量。测量结果如表2所示。

②优先实施杜家台分洪工程行洪道整治工程，即对行洪道河滩地的阻水围垸实施平垸行洪，拓宽行洪断面，以提高行洪道的泄洪能力，同时按照分流工况下确保2 000 m3/s、争取2 500 m3/s分流量的标准，对行洪道两岸垸堤进行适当加固，积极推进“一河两堤、夹水出江”方案的实施。

3 树脂性能检测

为了检验离子交换树脂性能情况，对树脂进行了全分析检测，强酸型阳离子交换树脂体积交换容量、含水量、圆球率不符合DL/T 673—2015《火电厂水处理用001×7阳离子交换树脂报废标准》中表1的要求；强碱性阳离子交换树脂最大再生容量、强型基团容量、体积交换容量均有所下降，湿真密度有一定上升，圆球率不符合DL/T 807—2019《火电厂水处理用201×7强碱型阴离子交换树脂报废标准》中表1的要求。强酸型阳离子交换树脂和强碱型阴离子交换树脂不能满足设备使用要求，建议更换树脂。考虑阳树脂老化造成周期制水量降低带来的影响，按照阳树脂体积交换容量1.47 mmol/mL与标准树脂体积交换1.75 mmol/mL计算，周期制水量将增加19.1%，折算成减少再生次数可减少16%。更换树脂后减少再生次数和优化再生预计可以节约用水用酸费用29.19万元。

4 进酸质量控制

通过表2的数据可知，当再生液用量为4.75 t时阳床酸耗值较低并且周期制水量较大，可以确定再生液为4.75 t，保证流速为5.0 m/h阳床再生效果最好，为便于控制与计算，取4.8 t为最优值。

5 结语

河北某电厂通过试验确定再生参数控制指标：再生液流速为5 m/h，用酸量为4.8 t，置换时间为45 min，冲洗时间为10 min，二步法控制浓度进酸，按照该指标进行几个周期运行，酸耗和周期制水量等指标未发生明显变化，优化参数后该厂全年可节约费用约17.64万元。

市场的“冰山”——产品与消费需求脱节。由于国际经济环境变化、国内经济由高速增长阶段转向高质量发展阶段等因素叠加交织，导致企业的产品与消费需求出现部分脱节，陷入了价值链低端锁定和产能过剩困境。

对阴阳离子交换树脂进行分析，强阴树脂和强阳树脂的圆球率指标已经达到树脂报废标准要求，建议更换树脂。更换树脂后减少再生次数和优化再生预计可以节约用水用酸费用29.19万元。同时严格控制阳树脂再生用酸质量，以保证除盐系统的水质处理免受影响。

此式表示出，在第一次操作中，车轮不得离开路面，完成了①和②，车辆转动的角度与汽车前轮最大扭转角度、路面宽度和车辆长度的关系．根据(※)式便可求得车辆转动角度．

综上，河北某电厂给水处理系统阳离子交换器经过再生工艺优化后，在制水品质和数量达到标准要求的前提下，减少了用酸量和用水量，提升了设备运行的安全性和可靠性，提高了电厂的经济效益。