梅武丰
（海洋石油富岛有限公司，海南 东方572600）
［摘 要］某化肥厂二期脱盐水装置采用“一级复床离子交换+混床离子交换”的处理工艺，三期脱盐水装置采用“反渗透预脱盐+混床离子交换”的处理工艺。二期混床自投产以来，运行状况良好，周期制水量可达设计值的3倍；而三期混床自投产以来，因出水SiO2含量提前超标导致其周期制水量一直不足设计值的1/2。经分析，三期混床的问题源于其除硅能力低，而游离于水中的CO2/SiO2等分子态杂质、阴/阳树脂体积比选择不当、阴树脂再生效果差、树脂流失均会影响混床的除硅能力。为此，采取了提高混床阴/阳树脂再生比耗、对混床阴树脂进行复苏、及时对流失树脂进行补充的应对措施，并提出择机改造混床交换器的建议，同时指出反渗透脱盐系统后置混床选择适当的阴/阳树脂装填比例和填装量的重要性。
［关键词］反渗透脱盐系统；混床；周期制水量；除硅能力；原因分析；应对措施；阴/阳树脂装填比例
［中图分类号］TQ085+.412 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2021）04-0063-04
1 概 述
某化肥厂二期脱盐水装置采用“一级复床离子交换+混床离子交换”的处理工艺，三期脱盐水装置采用“反渗透预脱盐+混床离子交换”的处理工艺，以除去水中阴离子、阳离子，制取合格的二级脱盐水（精制水）供用户使用。其中，二期脱盐水装置一级复床出水控制指标为电导率≤5 μS/cm、SiO2含量≤50 μg/L，混床出水控制指标为周期制水量50 kt、电导率≤0.2 μS/cm、SiO2含量≤20 μg/L；三期脱盐水装置反渗透出水控制指标为电导率≤10 μS/cm，混床出水控制指标为周期制水量40 kt、电导率≤0.2 μS/cm、SiO2含量≤20 μg/L。
所谓混床脱盐工艺（混床离子交换工艺），就是在同一台离子交换器内阴、阳离子交换树脂按照一定的体积比例填装，在均匀混合状态下阴、阳树脂活性基团上的OH-、H+同时与水中的阴、阳离子进行交换反应，从而达到除去水中盐分的目的。混床在脱盐的过程中，当其达到规定制水量、出水电导率或SiO2含量超标时，则表明一个制水周期结束，要想使其重新获得脱盐能力，需向阴、阳树脂层分别通入浓度4%～6%的NaOH、盐酸溶液进行再生处理，使失效的阴、阳树脂分别恢复为具有离子交换能力的OH型阴树脂和H型阳树脂。
2 反渗透脱盐系统后置混床运行中存在的问题
该化肥厂二期、三期脱盐水装置混床主要技术参数见表1。可以看出，二期、三期脱盐水装置混床离子交换器内填装了相同型号、相同体积交换容量的阴/阳树脂，二期混床周期制水量最高可达设计值的3倍，虽然三期混床阴、阳树脂的填装体积达到了二期混床的2/3，但三期混床周期制水量只有设计值的1/4～1/2。在原水水源相同的情况下，按照二期混床周期制水量来折算，三期混床周期制水量达40 kt的设计值应该可以实现；但实际情况是三期混床自2010年6月投产以来，均因制水量达10～20 kt时出现SiO2含量快速上升并超过控制指标（SiO2含量≤20 μg/L）而达到运行终点。经分析，三期混床出现出水电导率正常而SiO2过早泄漏（出水SiO2含量提前超标）致周期制水量不达标问题是其除硅能力低所致。
3 反渗透脱盐系统后置混床除硅能力低的原因
3.1 水中的CO2、SiO2等分子态杂质的影响
反渗透脱盐为物理脱盐，可将水中95%以上的阴离子、阳离子和硅酸化合物除去，但反渗透脱盐无法除去水中游离的CO2和SiO2等，这些分子态杂质进入混床转化为HCO3-、HSiO3-并与阴树脂接触发生交换反应，增加了阴树脂的负荷。因此，在计算混床进水阴离子总量时，若未考虑CO2、SiO2等非离子态杂质对阴树脂交换反应的影响，将会因阴树脂交换容量不足而影响混床的除硅能力。此外，采用“阳床+除碳器+阴床”的一级复床脱盐系统制取的一级脱盐水，由于不存在CO2，电导率能如实反映出水中全部需交换离子的含量，而对于反渗透脱盐系统，由于其出水中存在游离的CO2和SiO2等，出水电导率其实并不能如实反映水中全部需交换离子的含量，因此，当反渗透脱盐系统的出水电导率和SiO2含量均优于一级复床脱盐系统出水时，反渗透脱盐系统后置混床的制水周期却比一级复床后置混床还要短，其主要原因除了反渗透脱盐系统出水中的可交换阴离子总数远大于可交换阳离子总数外，CO2、SiO2等分子态杂质的存在也是主因。
3.2 阴、阳树脂体积比例选择不当的影响
通常，脱盐水系统中混床内阴、阳树脂体积比为2∶1，也有填装比例为1.5∶1或1∶1的，可根据不同情况酌情选择。由表1可以看到，二期混床按1∶1体积比填装阴、阳树脂，其最大周期制水量远超设计值，表明阴、阳树脂体积比适宜，除硅效果较好。因此，理论上讲，在原水水源相同的情况下，三期混床除硅能力完全可以满足周期制水量达40 kt的要求，但由于工艺设计时忽略了混床前置一级复床预脱盐与混床前置反渗透预脱盐工艺的差异（二期混床进水SiO2含量不足50 μg/L，而三期混床进水SiO2含量达220 μg/L）及其对混床制水的影响，即忽略了三期混床对阴树脂的除硅要求较二期混床高，阴、阳树脂依旧采用1∶1的体积比填装就不合适、不经济了，也就导致三期混床周期制水量无法达到设计要求。
3.3 阴树脂再生效果对混床除硅能力的影响
混床长期受到胶体硅污染致使阴树脂失效后，交换基团上吸附了大量的可溶性硅酸化合物（HSiO3-），常规的再生碱量不足以保证这些胶体硅污染物能被完全除去，即不足量的再生液流经阴树脂层时只能将部分硅酸化合物从树脂交换基团上置换下来，而未置换下来的硅酸化合物在混床运行制水时会水解为硅酸，并在树脂交联网孔内逐渐合成胶体状的多硅酸析出，覆盖在树脂颗粒表面，堵塞交联孔道进而阻碍离子交换反应的进行，这样一来，不仅减少了阴树脂活性基团的数量、降低了阴树脂的工作交换容量，制水时还会因SiO2过早泄漏（出水SiO2含量提前超标）而使混床周期制水量降低。
3.4 树脂流失对混床除硅能力的影响
树脂在离子交换与再生过程中，会因树脂的转型而发生胀缩现象，频繁的胀缩使树脂颗粒极易破裂，树脂破裂后不仅失去离子交换能力，还会使细碎树脂随水流穿过绕丝管、滤水帽流出造成树脂体积减少；此外，混床床内绕丝管、滤水帽等设施损坏也会导致树脂泄漏而造成流失。在检修混床床内设施时，对于树脂体积明显减少的混床均适量补加了树脂，但从效果来看，三期混床周期制水量仅能提升20%左右，完全达不到预期效果。
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