离子交换法制纯水相关问题分析

朱恩伟,王浩文,武宪伟

(沈阳化工股份有限公司,辽宁 沈阳 110143)

沈阳化工股份有限公司(以下简称“沈阳化工”)纯水装置主要由超滤膜、反渗透膜、阴阳离子交换床(混床)和各设备中间的缓冲水箱及水泵组成(如图1所示)，纯水的年最大产量为100万 m3。该纯水装置在近几年的运行过程中陆续出现了一些问题，沈阳化工技术人员通过跟踪、监测、探索，发现并解决了一些现场实际问题。

1 超滤系统

超滤系统是纯水装置的第一道过滤装置，沈阳化工的超滤设备每4 h自动反洗一次，每天夜间还会进行一次化学反洗，以此对原水进行过滤除杂。由于厂区内生产水中铁、锰含量高，水质较差，超滤膜会被水中的胶体、微生物、细小微粒、无机盐等污染，造成膜通量下降[1]；超滤装置在运行过程中流量衰减情况明显，压差逐渐变大。通过对水样进行检测，分析水质，尤其针对铁、锰及其化合物进行分析，并结合文献资料、专业清洗厂家的清洗方案，最终采用2%的柠檬酸溶液，除去超滤膜上的铁及碳酸盐结晶，同时每年对超滤膜及其前部叠片过滤器垫片等进行清洗。通过此方法，沈阳化工超滤膜使用寿命可以达到3～5年，并且通过定期切换设备，确保了单套装置的产水率，也为下一步纯水反渗透装置的平稳运行奠定了良好的基础。

2 反渗透系统

反渗透系统是纯水制备系统中非常重要的一个操作单元，它一方面肩负着降低原水电导率、除杂质的作用，另一方面，它还是纯水定额指标控制的关键。在生产过程中，反渗透入口的高压泵滤芯频繁堵塞。拆检后发现，问题的根源是超滤水箱内防腐涂层脱落(脱落物如图2所示)；同时向外延伸，查找所有与之相关联的设备及管道，最终通过更换中间水箱材质，去除盘管加热器的方式解决了以上问题。

沈阳化工在反渗透系统中加入还原剂、阻垢剂，用来降低膜的堵塞频率，并降低系统游离氯指标。2020年初，纯水装置3套反渗透膜同时间产水量大幅降低。经排查发现，系统游离氯含量偏高，ORP指标超标。纯水中游离氯升高，会造成膜发生氧化，从而使膜间距变小，反渗透膜受到了不可逆的损害，无论在线清洗还是离线清洗都不能解决。沈阳化工技术人员对数据进行跟踪分析，最终采取的措施是：按反渗透膜还原剂加入量上限添加药剂，而且24 h连续添加。根据ORP指标调整加入量(如表1所示)，最终解决了该问题。反渗透膜堵塞后，通过在线或离线常规清洗，就能够逐步恢复膜的工作效率。

3 混床(阴阳离子交换床)系统

离子交换法制纯水的基本思路是利用阳离子树脂除去水中的Ca2+和Mg2+,利用阴离子树脂除去水中的Cl-。该方法制纯水易于操作、成本低、产水质量高。以出水的电导率及二氧化硅含量来判断混床是否失效[2]。电导率判断方法容易掌握，因此，沈阳化工主要采用这种方法判断混床是否失效。当电导率超过2 μS/cm时，混床失效，岗位人员则更换混床，并对其进行再生。

阳树脂交换树脂工作原理：

阴树脂交换树脂工作原理：

R—N(CH3)3OH+Cl-

造成混床运行效果不良的主要原因除了反渗透来水电导率高，增加混床运行负荷外，就是混床本身树脂比例以及再生效果的因素。新装置在2016年运行初期，混床每24 h就要切换再生，而且频繁洗床会造成床内分水帽、衬胶涂层经常损坏，检修频繁，进而形成恶性循环。发现上述问题后，沈阳化工采取的措施如下：①严格检测混床入口的水质，确保来水电导率低于15 μS/cm;②调整混床再生气混过程的空气压力、再生时间以及浸泡时间等;③调整混床内阴阳树脂比例(如表2所示)，找到最优化的配比。

通过几年的运行调整，目前，在正常生产条件下，沈阳化工纯水混床的使用周期达到55 h，检修周期达到半年。

4 今后工作方向

在制备纯水时，必然会排掉一部分高盐水，并且多处取样点要保持长流水，极大地浪费了水资源。沈阳化工正在积极组织技术骨干进行攻关，计划在近两年内做到对纯水生产中产生的废水进行处理，并尽可能得到回收。该项目的实施，对于纯水定额、环保以及系统运行平稳都起到积极的作用。

因公司市政来水指标的特殊性，对于原水的铁、锰及其化合物的去除，沈阳化工也在积极查找文献资料，并与相关专业公司讨论方案，努力实现原水净化的目标，缓解纯水制备装置的压力和负荷。