阳树脂进入阴床原因剖析及预防

牛立波
中原大化集团公司供水厂，濮阳　457004

　　摘要：分析了利用双室双层浮动床工艺制备一级脱盐水的过程中，阳树脂如何从阳浮床进入阴浮床的，从而引起阴床出水水质恶化的原因。简述了阴浮床出水含钠离子的原理以及如何判断阴床树脂中含有少量阳树脂的办法和处理、预防措施。
　　关键词：阴、阳树脂；水质；Na⁺
　　中图分类号： TU991.26
　　文献标识码：B
　　文章编号：1009-2455(2000)02-0010-02

概述

　　中原大化集团公司供水厂脱盐水处理装置有A、B、C三个系列，一级复床(阴床和阳床)均采用双室双层浮动床，设计周期制水批量为1680 t，失效的终点以电导控制，采用PLC可调控制器，阴床出水电导至5.0 μs/cm视为失效就自动联锁停运。由于系统设计现金，工艺合理，该装置自1989年投运以来，除因黄河水水质恶化，NaOＨ污染影响外，水质及周期制水批量均能达到设计要求。可是1997年大修后，B系列突然出现异常现象，投运后出水电导持高不下，制水批量减少，原认为是树脂复苏后，再生不彻底所致，随即对树脂倍量再生后，仍未改变，连续运行几个周期均是6 h左右即失效，阴床出水电导最低竟达3.0 μs/cm，制水批量为580～670t，导致酸碱耗升高，脱盐水外送紧张，严重影响后系统的高负荷运行。因此，尽快查清该阴床出水水质恶化的原因，已是攻关的课题。

1　阳树脂进入阴床原因剖析

1.1　供水厂复床制水工艺
　　采用的是阳床上、下室均装入强酸Ｈ型离子交换树脂，阴床上、下室分别装入强碱和弱碱OH型离子交换树脂，水是先从阳床下进上出，再进入阴床，也是下进上出。水中的阳离子被强Ｈ型离子交换树脂吸附，树脂中的H⁺离子被置换到水中，与水中的阴离子生成相应的无机酸，再进入阴床，阴离子被弱碱和强碱OH型树脂吸附，树脂中的OH－被置换到水中与H⁺结合成H₂O。
　　　　　ROH＋HCl → RCl＋H₂O
　　由于水中大部分离子被去除，阴床出水水质较好，pH值7.5～8.5，SiO₂＜0.005 mｇ／Ｌ，Na⁺＜0.020 mg/L，电导最低为0.5～0.8 μs/cm，由于失效终点以电导控制，设计阴床出水周期比阳床长约10％～15％，使阳床先漏Na⁺失效电导升高，同时阴床的pH值也升高，除硅能力下降，从而漏硅，使阴、阳床同时停运再生。因此复床从投到失效，水质变化有一定的规律性，可是B系列为何投运会发生电导高的异常现象呢？为弄清这个原因，供水厂对水质进行了分析，结果是：Cl^-、SO₄^2-测不出，HCO₃^-：0.060 mg/L、SiO₂：0.003 mg/L、Na⁺：0.410 mg/L，pH值8.48，从以上数据看，除Na⁺含量高外，其它均正常。由此可见，Na⁺含量高是造成B系列阴床出水水质恶化的原因。
1.2　Na⁺的主要来源
　　从运行工艺判断原因有四，一是阳床失效Na⁺进入阴床。二是阴床用NaOH再生后，置换正洗不彻底，Na⁺残留于树脂中，运行时释放于水中。三是阴树脂被有机物污染，在树脂骨架相引入了COOH型弱酸基团，当用NaOH再生时，形成RCOONa，又在运行中慢慢水解出Na⁺。四是阴床中混有阳树脂，阴床再生时，阳树脂为RNa型运行时放出Na⁺。根据操作经验判断，阴床内混有阳树脂的可能性较大。因为运行初期，强酸H型树脂正处于平衡交换容量的高峰，即使漏Na⁺也很少，在相同工艺条件，A、C系列正常，而B系列连续投运几个周期阴床出水带Na⁺于其它因素无关。
1.3　阳树脂进入阴床的途径
　　一是阳床水帽坏，制水时被带入阴床。二是装填树脂时错把部分阳树脂装入阴床。三是反洗树脂后，没冲洗干净反洗槽及输送脂管道或者就没冲洗，移送阳树脂时，残留的阳树脂混入阴床。四是阳床树脂输送阀门内漏或没关严，移阴树脂时，随压力水混入阳树脂中，根据上述分析，并逐项复查，结果发现是阳床一个树脂输送阀门内漏，隔离阀门没关，导致树脂进入阴床。?

　　从图1看出，阴阳床同用一个反洗槽，一条输送管道，如果阳床树脂输送阀门发生内漏或操作失误(阴树脂进入阳床影响不大)，就会导致阳树脂进入阴床。浮动床的特点是，当树脂运行到一定周期后，需把树脂移至反洗槽反洗，以除树脂中的悬浮物及破碎树脂，以降低运行压力差，恢复制水批量，所以供水厂利用大修之际，对阴阳树脂进行体外反洗。由于阳床树脂输送阀门内漏，隔离阀未关，移除树脂时阳树脂随压力水串入阴床。经打开阴床上室检查，发现有50 mm高的阳树脂约170 L(移出阴树脂后量的高度)。

2　阴床中水有Na⁺的原理

　　阳树脂进入阴床后，当用NaOH再生时，阴树脂还原为ROH型，阳树脂为RNa型，运行时，进入阴床的水是pH值为2.5的酸性水，因阳树脂的量相对阴树脂很少，大部分水仍然与ROH树脂交换时，少部分水与RNa交换，即：
　　　　ROH＋HCL　→　RCl＋H₂O
　　　　RNa＋HCL　→　RH＋NaCl
　　产生的NaCｌ再与ＲＯＨ交换
　　　　ROH＋NaCl → RCl＋NaOH
　　由于NaOH导电能力很强，所以阴床出水电导升高。
　　阴、阳树脂湿真密度不同，使得混在阴树脂层中的阳树脂分布很不均匀。阳树脂湿真密度大，在阴树脂层的下部多、中部少，上部更少甚至没有。因有这样的分布规律，造成出水水质恶化有一定规律性。浮动床制水工艺是，水从下进上出，阳树脂又混在上室的强碱阴树脂中，树脂装填高度为1545 mm，由于H₂SO4、HCl、HNO₃强酸阳离子被下室的弱碱ROH型树脂吸附，进入上室的H₂CO₃、H₂SiO₃弱酸阴离子先与ＲNa交换，因此，造成阴床投运初期出水带Na⁺现象，阳树脂进入阴床的量越多，水质恶化越严重。

3　处理方法和预防措施

3.1　处理方法
　　阳树脂进入阴床后，常采用分离法，将混杂的树脂浸泡在饱和食盐水溶液中，经过一定的时间浸泡，利用阴阳树脂的相对密度不同，阴树脂密度小，浮在上面，阳树脂密度大，沉于下部，从而使阴、阳树脂分离。但因供水厂阴树脂已运行多年，又加上混入阳树脂较多，为了安全，决定更换阴树脂。经过处理更换阴树脂后，制水批量第一周期为100 t，以后周期制水量均为1600 t左右，出水各项指标均恢复正常。
3.2　预防措施
　　一是对坏的阀门更换，并在阀门后加盲板。二是由于阴、阳床合用一个反洗槽，一条输送管道，所以要求不论移哪种树脂，必须把反冲洗槽和管道冲洗干净，杜绝残留阳树脂。三是更换树脂时，必须阴阳树脂分开存放，装填时专人把关。四是每次大修时都要认真检查水帽，特别是是阳床，发现坏的水帽及时更换，避免运行时阳树脂进入阴床。

4　结束语

　　高纯水制备过程中，一级复床起主要作用，阳床又在阴床之前，阳树脂有可能进入阴床，故当阴床出水水质异常时，可做如下判断：
　　① 在正常情况下，进水水质没变化，阴床运行初期出水带Na⁺、电导偏高，SiO₂正常情况下，可判断是阴床上室有阳树脂。
　　② 在相同工艺条件下，阴床出水水质恶化逐渐加剧，Na⁺、碱度、电导逐渐升高，在确认阳床没失效的情况下，可判定阴床下室混有阳树脂。
　　③ 确认阴树脂未被有机物污染，在同一个周期，其它系列运行正常，当其中一个阴床出水带Na⁺，且越接近失效越严重，可判定阴床内混有阳树脂。

作者简介：
　　牛立波(1969－)，男