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復(fù)床周期制水量降低的原因及解決措施
分割線摘要：進(jìn)水離子含量增加、樹脂工作交換客量下降導(dǎo)致了復(fù)床周期制水量降低，采取回收尿素工藝廢液、降低樹脂交聯(lián)度等措施，提高了復(fù)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。
我廠脫鹽水裝置是80年代末從西德引進(jìn)的水處理工藝，整個(gè)裝置由復(fù)床（一級(jí)除鹽）、混床（二級(jí)除鹽）兩部分組成。隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，制水周期逐漸縮短，復(fù)床再生頻繁，自用水率明顯增加，酸堿消耗亦大大提高。復(fù)床制水能力通常達(dá)不到設(shè)計(jì)值140t/h，只能維持在110t/h左右。為此，我們對(duì)復(fù)床周期制水量降低的原因進(jìn)行分析研究，采取了一系列的技術(shù)改造措施，提高復(fù)床周期制水量。
1、復(fù)床周期制水量降低的原因分析
根據(jù)離子交換平衡原理，脫鹽水生產(chǎn)工藝計(jì)算式為：
N=V*E0/(QT*∑c)（1）
式中：N－周期制水量，m3；
V－離子交換樹脂的體積，m3；
E0－離子交換樹脂工作交換容量，mmol/L；
QT－每臺(tái)交換器處理水量，m3/h；
∑c－水中離子總量，mmol/L。
從式（1）可見，當(dāng)處理水量和樹脂體積一定時(shí)，復(fù)床進(jìn)水中離子含量增大，離子交換樹脂工作交換容量減小，都會(huì)造成復(fù)床周期制水量的降低。為此，我們對(duì)復(fù)床的運(yùn)行工況、樹脂的工效性能進(jìn)行了調(diào)查統(tǒng)計(jì)，見表1。由表1發(fā)現(xiàn)復(fù)床進(jìn)水離子含量每年都大幅度增加，樹脂的工作交換容量也有一定程度的下降。
| 表1 復(fù)床制水情況統(tǒng)計(jì) | ||||
| 統(tǒng)計(jì)年份 | 周期制水量/ t | 陽(yáng)床工交/ (mmol.L-1) | 陰床工交/ (mmol.L-1) | 進(jìn)水離子量/ (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 復(fù)床進(jìn)水離子量增加原因分析
我廠脫鹽系統(tǒng)進(jìn)水為黃河水經(jīng)混凝、過(guò)濾及弱酸陽(yáng)床脫堿后的軟化水。從黃河水質(zhì)歷年來(lái)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)看，水質(zhì)變化明顯，水質(zhì)數(shù)據(jù)見表2。
| 表2 黃河水離子總量變化情況 | |||
| 年份 | 年均離子量/（mmol·L-1） | 年份 | 年均離子量/（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 |
由于黃河水質(zhì)不斷惡化，原水中離子含量逐年增加，造成復(fù)床周期制水量減少。
1.2 樹脂工作交換容量下降的原因分析
離子交換樹脂的工作交換容量除與本身工藝特性有關(guān)外，還與工作條件有關(guān)，如再生方式、進(jìn)水離子濃度、交換終點(diǎn)的控制指標(biāo)、樹脂層的高度、水流速度，交換劑能否徹底再生也會(huì)對(duì)工作交換容量有很大的影響。在再生方式、交換終點(diǎn)的控制指標(biāo)沒有改變的情況下，工交下降的原因應(yīng)從以下幾方面查找：①國(guó)產(chǎn)弱堿樹脂強(qiáng)度不夠，在運(yùn)行過(guò)程中破碎、脫殼而堵塞水帽，造成樹脂工作層下降。②復(fù)床壓差升高，限制水流速度，降低交換中膜擴(kuò)散的速度，影響離子交換樹脂交換能力的充分發(fā)揮。③進(jìn)水離子濃度的改變，造成樹脂再生時(shí)間、濃度與運(yùn)行條件的不匹配，再生效果差。④從合成工段 回收的工藝?yán)淠禾己诤窟^(guò)高，后移進(jìn)入復(fù)床，致使復(fù)床進(jìn)水變黑。發(fā)粘，堵塞樹脂網(wǎng)孔，影響樹脂的吸附和離子的交換，造成工交下降。
2、提高復(fù)床周期制水量采取的措施
2.1 降低復(fù)床進(jìn)水離子含量
采取的主要措施是回收尿素工段的工藝廢液。尿素工藝廢液是尿素裝置蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生的冷凝液，其中NH3，尿素，CO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5％，0.8％，2.1％，流量50t/h左右，溫度90~100℃，經(jīng)過(guò)深度水解，解吸以后，NH3，尿素質(zhì)量濃度均低于5mg/L，設(shè)計(jì)上是作為鍋爐給水使用的。由于前幾年解吸系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定、設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)泄漏，NH3，尿素經(jīng)常超標(biāo)，尿素廢液一直作為廠區(qū)采暖使用，夏天就地排放。如今，冬季采暖不再使用，經(jīng)過(guò)1998年5月份大修期間設(shè)備檢修，技術(shù)改造，尿素廢液指標(biāo)合格率達(dá)95％以上，基本上NH3，尿素的質(zhì)量濃度都在2mg/L左右，具備了回收條件，且其水質(zhì)比合成工藝?yán)淠骸④浕玫枚唷?/p>
回收方案是在尿素工段新增設(shè)1臺(tái)板式換熱器，分別在尿素、脫鹽水增設(shè)2臺(tái)電導(dǎo)儀，同時(shí)脫鹽水還裝有溫度監(jiān)測(cè)表，利用循環(huán)冷卻水將尿素廢液冷卻到40℃，匯集到222B軟化水箱，再由軟水泵送到復(fù)床、混床處理后進(jìn)入222A脫鹽水箱，重復(fù)利用。
我廠于1999年9月份架設(shè)管道后，對(duì)尿素蒸汽冷凝液進(jìn)行了回收利用，使復(fù)床負(fù)荷降到2.1mmol/L，復(fù)床周期制水量最高達(dá)644Ot。尿素廢液回收前后復(fù)床制水情況比較見表3。
| 表3 尿素廢液回收前后復(fù)床制水情況比較 | ||
| 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 降低樹脂的交聯(lián)度
我廠復(fù)床所用樹脂均是苯乙烯、二乙烯苯在適量致孔劑作用下，引入不同的功能基制成性質(zhì)各異的共聚球體。作為交聯(lián)劑的二乙烯苯在樹脂中的含量決定著單位體積樹脂所貯存的可交換離子的量，降低樹脂的交聯(lián)度，可客觀地提高樹脂的交換容量，增加復(fù)床周期制水量，并且樹脂交聯(lián)度越低，樹脂顆粒所具有的網(wǎng)孔直徑就越大，越有利于離子的粒擴(kuò)散，可以提高樹脂的離子交換速度，縮短交換所需要的時(shí)間，但如果一味地降低交聯(lián)度，隨著樹脂孔徑的加大，機(jī)械強(qiáng)度降低，將會(huì)影響樹脂的使用壽命，制約制水能力。根據(jù)我廠復(fù)床的運(yùn)行情況，建議生產(chǎn)廠家在保證樹脂機(jī)械強(qiáng)度的基礎(chǔ)廣，適當(dāng)?shù)亟档徒宦?lián)度，使交聯(lián)度由7％降到5.5％左右，樹脂的工作交換容量得到一定程度的提高，且使復(fù)床制水能力上升到130t/h。
2.3 提高再生效果
根據(jù)復(fù)床的進(jìn)水情況，我們對(duì)再生濃度和時(shí)間進(jìn)行了試驗(yàn)調(diào)整，于2000年3月份將短再生條件確定為：酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％，時(shí)間25min；堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.8％，時(shí)間60min，取得了較好的效果。在操作上，定期對(duì)復(fù)床樹脂進(jìn)行擦洗、復(fù)蘇處理，恢復(fù)樹脂的工作交換性能。
3、改造效果
經(jīng)過(guò)幾個(gè)措施的實(shí)施，復(fù)床運(yùn)行情況得到明顯改善，周期制水量大幅度提高，復(fù)床月再生次數(shù)由原來(lái)的71次降到32次，節(jié)約了酸、堿、和原水消耗，每噸脫鹽水消耗酸。堿量由原來(lái)的1.07kg和0.52kg分別下降到0.6kg和0.295kg；每噸脫鹽水消耗原水由450kg下降到225kg。每天回收尿素廢液達(dá)1200t，可節(jié)省原水費(fèi)用達(dá)（1.56×1200）1872元/d，脫鹽水成本由3.4元/t下降到2.16元/t。復(fù)床出水水質(zhì)得到一定程度的改善，電導(dǎo)率由1.01μS/cm下降到0.45μS/cm，漏硅次數(shù)明顯減少，提高了復(fù)床有效運(yùn)行利用率，穩(wěn)定了脫鹽水的生產(chǎn)，結(jié)果見表4。
| 表4 復(fù)床改造前后運(yùn)行情況對(duì)比 | ||||||
| 年份 | 周期制水量/t | 制水周期/t | 陰床工交/(mmol·L-1) | 陽(yáng)床工交/(mmol·L-1) | 月耗酸/t | 月耗堿/t |
| 1997 | 1610 | 14 | 629 | 510 | 4.42 | 6.78 |
| 2000 | 4294 | 39.5 | 756 | 634 | 2.3 | 3.25 |
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