复床周期制水量降低的原因及解决措施
分割线摘要：进水离子含量增加、树脂工作交换客量下降导致了复床周期制水量降低，采取回收尿素工艺废液、降低树脂交联度等措施，提高了复床周期制水量，使周期制水量由1610增加到4294t，制水周期由14h增加到39.5h。
我厂脱盐水装置是80年代末从西德引进的水处理工艺，整个装置由复床（一级除盐）、混床（二级除盐）两部分组成。随着运行时间的增加，制水周期逐渐缩短，复床再生频繁，自用水率明显增加，酸碱消耗亦大大提高。复床制水能力通常达不到设计值140t/h，只能维持在110t/h左右。为此，我们对复床周期制水量降低的原因进行分析研究，采取了一系列的技术改造措施，提高复床周期制水量。
1、复床周期制水量降低的原因分析
根据离子交换平衡原理，脱盐水生产工艺计算式为：
N=V*E0/(QT*∑c)（1）
式中：N－周期制水量，m3；
V－离子交换树脂的体积，m3；
E0－离子交换树脂工作交换容量，mmol/L；
QT－每台交换器处理水量，m3/h；
∑c－水中离子总量，mmol/L。
从式（1）可见，当处理水量和树脂体积一定时，复床进水中离子含量增大，离子交换树脂工作交换容量减小，都会造成复床周期制水量的降低。为此，我们对复床的运行工况、树脂的工效性能进行了调查统计，见表1。由表1发现复床进水离子含量每年都大幅度增加，树脂的工作交换容量也有一定程度的下降。
| 表1 复床制水情况统计 | ||||
| 统计年份 | 周期制水量/ t | 阳床工交/ (mmol.L-1) | 阴床工交/ (mmol.L-1) | 进水离子量/ (mmol.L-1) |
| 1990 | 2350 | 623 | 738 | 3.11 |
| 1991 | 2300 | 626 | 730 | 3.85 |
| 1992 | 2260 | 603 | 721 | 4.2 |
| 1993 | 2205 | 601 | 725 | 4.6 |
| 1994 | 2140 | 588 | 705 | 5.27 |
| 1995 | 2080 | 575 | 686 | 6.08 |
| 1996 | 2015 | 543 | 648 | 6.53 |
| 1997 | 1610 | 510 | 629 | 7.94 |
1.1 复床进水离子量增加原因分析
我厂脱盐系统进水为黄河水经混凝、过滤及弱酸阳床脱碱后的软化水。从黄河水质历年来统计的数据看，水质变化明显，水质数据见表2。
| 表2 黄河水离子总量变化情况 | |||
| 年份 | 年均离子量/（mmol·L-1） | 年份 | 年均离子量/（mmol·L-1） |
| 1990 | 12.1 | 1994 | 15.8 |
| 1991 | 13.5 | 1995 | 17.6 |
| 1992 | 14.6 | 1996 | 19.7 |
| 1993 | 14 | 1997 | 20.6 |
由于黄河水质不断恶化，原水中离子含量逐年增加，造成复床周期制水量减少。
1.2 树脂工作交换容量下降的原因分析
离子交换树脂的工作交换容量除与本身工艺特性有关外，还与工作条件有关，如再生方式、进水离子浓度、交换终点的控制指标、树脂层的高度、水流速度，交换剂能否彻底再生也会对工作交换容量有很大的影响。在再生方式、交换终点的控制指标没有改变的情况下，工交下降的原因应从以下几方面查找：①国产弱碱树脂强度不够，在运行过程中破碎、脱壳而堵塞水帽，造成树脂工作层下降。②复床压差升高，限制水流速度，降低交换中膜扩散的速度，影响离子交换树脂交换能力的充分发挥。③进水离子浓度的改变，造成树脂再生时间、浓度与运行条件的不匹配，再生效果差。④从合成工段 回收的工艺冷凝液碳黑含量过高，后移进入复床，致使复床进水变黑。发粘，堵塞树脂网孔，影响树脂的吸附和离子的交换，造成工交下降。
2、提高复床周期制水量采取的措施
2.1 降低复床进水离子含量
采取的主要措施是回收尿素工段的工艺废液。尿素工艺废液是尿素装置蒸发系统产生的冷凝液，其中NH3，尿素，CO2的质量分数分别为5％，0.8％，2.1％，流量50t/h左右，温度90~100℃，经过深度水解，解吸以后，NH3，尿素质量浓度均低于5mg/L，设计上是作为锅炉给水使用的。由于前几年解吸系统运行不稳定、设备经常出现泄漏，NH3，尿素经常超标，尿素废液一直作为厂区采暖使用，夏天就地排放。如今，冬季采暖不再使用，经过1998年5月份大修期间设备检修，技术改造，尿素废液指标合格率达95％以上，基本上NH3，尿素的质量浓度都在2mg/L左右，具备了回收条件，且其水质比合成工艺冷凝液、软化水要好得多。
回收方案是在尿素工段新增设1台板式换热器，分别在尿素、脱盐水增设2台电导仪，同时脱盐水还装有温度监测表，利用循环冷却水将尿素废液冷却到40℃，汇集到222B软化水箱，再由软水泵送到复床、混床处理后进入222A脱盐水箱，重复利用。
我厂于1999年9月份架设管道后，对尿素蒸汽冷凝液进行了回收利用，使复床负荷降到2.1mmol/L，复床周期制水量最高达644Ot。尿素废液回收前后复床制水情况比较见表3。
| 表3 尿素废液回收前后复床制水情况比较 | ||
| 日 期 | 平均制水量/t | 最大制水量/t |
| 1999年6月~8月 | 3265 | 3980 |
| 2000年6月~8月 | 4850 | 6440 |
2.2 降低树脂的交联度
我厂复床所用树脂均是苯乙烯、二乙烯苯在适量致孔剂作用下，引入不同的功能基制成性质各异的共聚球体。作为交联剂的二乙烯苯在树脂中的含量决定着单位体积树脂所贮存的可交换离子的量，降低树脂的交联度，可客观地提高树脂的交换容量，增加复床周期制水量，并且树脂交联度越低，树脂颗粒所具有的网孔直径就越大，越有利于离子的粒扩散，可以提高树脂的离子交换速度，缩短交换所需要的时间，但如果一味地降低交联度，随着树脂孔径的加大，机械强度降低，将会影响树脂的使用寿命，制约制水能力。根据我厂复床的运行情况，建议生产厂家在保证树脂机械强度的基础广，适当地降低交联度，使交联度由7％降到5.5％左右，树脂的工作交换容量得到一定程度的提高，且使复床制水能力上升到130t/h。
2.3 提高再生效果
根据复床的进水情况，我们对再生浓度和时间进行了试验调整，于2000年3月份将短再生条件确定为：酸的质量分数为4％，时间25min；碱的质量分数为1.8％，时间60min，取得了较好的效果。在操作上，定期对复床树脂进行擦洗、复苏处理，恢复树脂的工作交换性能。
3、改造效果
经过几个措施的实施，复床运行情况得到明显改善，周期制水量大幅度提高，复床月再生次数由原来的71次降到32次，节约了酸、碱、和原水消耗，每吨脱盐水消耗酸。碱量由原来的1.07kg和0.52kg分别下降到0.6kg和0.295kg；每吨脱盐水消耗原水由450kg下降到225kg。每天回收尿素废液达1200t，可节省原水费用达（1.56×1200）1872元/d，脱盐水成本由3.4元/t下降到2.16元/t。复床出水水质得到一定程度的改善，电导率由1.01μS/cm下降到0.45μS/cm，漏硅次数明显减少，提高了复床有效运行利用率，稳定了脱盐水的生产，结果见表4。
| 表4 复床改造前后运行情况对比 | ||||||
| 年份 | 周期制水量/t | 制水周期/t | 阴床工交/(mmol·L-1) | 阳床工交/(mmol·L-1) | 月耗酸/t | 月耗碱/t |
| 1997 | 1610 | 14 | 629 | 510 | 4.42 | 6.78 |
| 2000 | 4294 | 39.5 | 756 | 634 | 2.3 | 3.25 |
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