:离子交换设备的故障及处理方法

从试验结果可以看出，大孔型树脂比凝胶型树脂对TBCS具有更大的吸附量，这表明大孔型树脂不仅吸着率高于凝胶型，其洗脱率也比凝胶型高。对无机离子，凝胶型树脂比大孔型树脂具有更大的去除率。使用碱性氯化钠溶液处理大孔型树脂比处理凝胶型树脂的效果更好。但是，大孔型树脂的缺点是工作交换容量低，再生剂 耗量高，为此，进一步研制成功了均孔树脂。
② 均孔树脂
使用亚甲基桥交联代替共聚物交联，可以避免共聚交联过程中发生的缠结现象，制得一种没有缠结区的均匀网状结构的树脂，称为均孔树脂，如Amberlite IRA-402。
均孔树脂对有机物具有良好的可逆性，它可以从水中吸着有机物，再生时释放出来，交换容量不受损失，出水质量不会恶化，清洗水耗不会增大。
③ 大孔型弱碱阴树脂的使用
弱碱树脂的碱性弱，吸着水中有机物的能力低于强碱树脂。凝胶型弱碱树脂
对COD的去除率只有15~20%，26个周期后，COD的去除率降低至15%。
大孔型弱碱树脂对有机物具有较好的吸着率和洗脱率，将它设置在强碱阴床的前面，可以有效的保护强碱树脂遭受有机物的污染。但是，应该注意的是，水中的强酸阴离子对弱碱树脂吸着的有机物具有排代作用，弱碱树脂失效时，吸着的有机物被排代出来，仍然会造成后级强碱树脂的污染。因此，为了保护强碱树脂，运行至强 碱树脂失效时，弱碱树脂层应没有矿质酸的漏过。
④ 丙烯酸系强碱树脂
这种树脂的特点有：
a. 交换容量高，交换速度快；
b. 物理稳定性好，使用寿命长；
c. 能有效地去除天然水中的有机物，并在再生过程中能很好地洗脱。
丙烯酸系强碱树脂除了含有强碱基团外，尚含有一定量的弱碱叔胺基团，所以具有较高的交换容量，一般可达800~1100mol/m3R。当进水中弱酸阴离子/总阴离子的比值大于20%时，其工作交换容量有一定的下降，这是由于该树脂含有一定的弱碱基团的结果。当水中的游离矿质酸（简称FMA）含量超过 90%时，使用丙烯酸系强碱树脂可以相当于弱、强型树脂联合应用工艺的串联系统或双室浮床的效果；FMA含量为80~90%时，可相当于双层床的效 果；FMA含量在67~80%以下时，可降低再生剂用量，以保持经济的比耗。
丙烯酸系强碱树脂具有弹性和多孔结构，从Cl型变为OH型时，其体积膨胀率只在7%左右，明显地小于苯乙烯系同等交联度的强碱树脂和弱碱树脂。在工业设备中运行两年（共580个周期），没有发现树脂颗粒的破碎现象。
由于丙烯酸系强碱树脂的骨架与官能团是由酰胺键连接的，因此降低了这种的树脂的热稳定性，其使用温度为30℃，最高不超过35℃。
丙烯酸系强碱树脂对有机物具有良好的吸附和解析能力，不易被有机物所污染。以“争光”牌213丙烯酸系强碱阴树脂为例，其工艺性能如表63、表64所示：（没法发表图片，欢迎来点来函索取）
从表63、表64可以看出，在黄浦江水质条件下，213丙烯酸系强碱阴树脂与201×7苯乙烯系强碱阴树脂相比，工作交换容量高出近30%，正洗水耗、出 水电导率、SiO2基本相同，单位树脂周期吸附量也较高，特别是有机物的洗脱率，213树脂远远高于201×7树脂。同时，随着运行周期的延长，213丙 烯酸系强碱阴树脂的再生洗脱率具有不断上升的趋势。
因此，丙烯酸系强碱阴树脂不但能有效地防止有机物对树脂本身的污染，而且还可以作为去除天然水中有机物的一种方法，使混床树脂免遭有机物的污染。
（6）强碱树脂的复苏
①复苏液的选择
对强碱树脂吸着的，不能用正常再生方法交换出来的杂质，定期地进行一些有针对性的处理，以提高树脂交换性能的方法，称为树脂的复苏。复苏的方法要根据污染树脂的杂质性质进行选择，如铁的污染可用HCl清洗，吸着的有机物可用碱性氯化钠溶液洗去等。
不同成分的复苏液，消除强碱树脂上的有机物的效果，列于表65。
从表65可以看出，NaNO3、NaCl和Na2SO4的碱性混合液都有良好的洗脱效果，洗脱液的CODMn分别是2920、1710和580mgO2/L。其中，尤以NaNO3的碱性混合液最佳。
经对碱性氯化钠溶液的浓度进行选择性试验，结果表明以10%NaCl ＋2~5%NaOH混合液的效果较佳。
②常用的清洗方法
a. 碱性氯化钠混合液清洗：氯化钠浓度为10%，氢氧化钠浓度为2~5%，每升树脂用量为160克NaCl及32克NaOH。阴床清洗需3个树脂床体积，如为混床清洗，应为阳、阴树脂总量的3倍体积，溶液应先预热至35℃。
将交换床上部人孔打开，疏水至水位在树脂表面5~10cm处，如为阴床单床，第一个床体积的碱性氯化钠溶液流经树脂床的流速不超过2个床体积/小时，疏水 速率使液位维持在树脂表面上5~10cm处。第2床体积溶液的进入速率与前同，并保持在树脂床内约8小时或放置过夜，通过空气排管在整个期间不时搅拌。
浸泡完毕后，进入第3床体积碱性氯化钠溶液，流速如前。装回人孔，以阳床出水或生水冲洗。
如为混床系统，碱性氯化钠溶液则进入阳、阴树脂层，疏水如前述，然后进入第一床体积的碱性氯化钠溶液，淋洗过程也与阴床单床相同。
在淋洗前，人孔须装回，使用床内正常布水系统进行淋洗。
清洗后，阴床单床系统的再生，至少须用96克NaOH/升树脂的再生水平，再生后进行淋洗，并再次再生和淋洗，共再生两次。
混床系统则应先反洗将阳、阴树脂分层，将阳树脂及阴树脂都分别再生两次。阴树脂的再生水平如前，而阳树脂则至少用100克HCl/升树脂的再生水平。
这里必须再次强调，树脂要再生两次，且两次再生间要淋洗。
b. 次氯酸钠清洗：这是在树脂受到严重污染，用碱性氯化钠溶液无法复苏时使用。这方法虽然不常使用，但是绝对安全的。
在阴床单床或混床系统，树脂须先用至少一个床体积的10%盐水，使树脂彻底失效，混床中的阳树脂必须全部转为钠型。
准备3个床体积的次氯酸钠溶液，溶液中有效氯的含量为1%。
次氯酸钠清洗与碱性氯化钠清洗步骤相似，除了第二床体积的浸泡贮留时间为4小时，且溶液不加热。在混床清洗时，在用酸再生阳树脂前，最后的痕量的次氯酸钠必须淋洗干净。
注意：次氯酸钠是强烈的漂白剂，有关注意事项，操作人员必须知晓和遵守，使用次氯酸钠清洗后，疏出的废液必须冲洗干净，否则当废酸液进入时将在下水道内产生氯气。
第四节
运行及再生操作中的失误

1. 再生液漏入除盐水中
再生液漏入除盐水中的情况是屡见不鲜的。再生液的漏入会造成出水严重恶化，其后果是十分严重的。漏入的主要原因是该设备的再生液入口门未关闭、再生液入口门不严密或气动阀门因压缩空气压力低而漏泄等。
当用离子交换器的进水门调节流量运行时，交换器内部压力较低，若再生系统因再生其它设备而启动，则此时再生液的压力高于交换器内的压力。这种情况 下，有可能发生再生液漏入交换器的问题。为防止此类问题的发生，可以采用交换器出口门调节流量的方式运行。此时，交换器内的压力可以保持 0.4~0.6Mpa，而酸、碱喷射器的出口压力一般只有0.2~0.3Mpa，即使再生液入口门不严密，也不会发生再生液漏入交换器的问题。在使用酸、碱计量泵配置再生液的系统中，再生液的压力可能接近生（清）水泵的出口压力，可采用截流排放的方法防止再生液漏入交换器（见图101）。这种方法是在交换器的再生液入口管上，串联两个阀门A、B。再生操作时，关闭阀门C，开启阀门A、B。再生完毕后，关闭阀门A、B，开启阀门C。这样，如果阀门A不严密， 漏过的再生液，可以从阀门C排掉，不会进入交换器。
2. 离子交换器过度失效
离子交换器运行过程中，失效时未能及时发现，以致造成出水质量恶化是经常发生的。阳床过度失效会使出水的含钠量明显增大，严重时还可能造成硬度的漏过；阴床失效主要是硅酸的漏过，严重时会发生强酸的漏过，造成除盐水系统，甚至热力设备的腐蚀。
防止过度失效的办法有：
（1）
加强监督出水质量，交换器接近失效时，要缩短两次测定的间隔时间，直至连续取样测定。
（2）
采用规定周期产水量的方法，并保留足够的安全因数。这种方法简化了监督交换器试销的测定，但是，它会使再生剂耗量略有增高。同时，当原水含盐量突然增高时，也会造成出水质量的恶化。
（3）
采用在线化学成分分析仪表监督出水质量是安全可靠的方法。阳床可使用差值电导式失效监督仪；阴床最好能使用微量硅酸根自动分析仪表，但因价格昂贵，影响了它的推广使用。因此出水应装设工业电导仪，它不仅能监督单元系统中阴床的失效，而且还可以及时发现再生液漏入等问题。
3. 再生液质量不良的影响
再生液的质量直接影响着交换器的再生效果和树脂的寿命。但是，在实际运行中却时常被忽视。
在我国火力发电厂中，阳床的再生多使用工业盐酸。在再生过程中，盐酸中所含的FeCl3会因为pH值的升高，Fe3+被阳树脂吸收，而造成树脂的铁污染。
阴床的再生多使用工业液体烧碱，其质量应符合GB 209 规定（见表66）。
液碱质量明显地影响着树脂的工作交换容量和出水质量。工业液体烧碱含有的NaCl，一级为2%，二级为5%。根据离子交换平衡常数（KCI/OH = 15）可以计算出碱液质量对树脂工作交换容量及出水质量的影响（见表67）。
从表67中可以看出，液碱质量对树脂工作交换容量和出水质量的影响很大。其原因是强碱树脂与Cl-的亲和力远大于OH-。因此，再生液中仅有少量的 NaCl，也会造成严重后果。表中数据是在再生水平趋于无限大时的极限值，由于离子交换器必须在经济的状态下运行，所以其工作交换容量还要降低，而出水中的Cl-含量则将明显高于计算值。
4. 再生操作不当
再生操作不当是造成离子交换器出水质量恶化和周期制水量降低的常见原因之一。
（1）逆流再生设备顶压操作失误
在逆流再生设备的再生过程中，为了防止上向流的再生液造成树脂乱层，可
采用气顶压、水顶压或分流再生等方式。不论采取哪种顶压方式，都要使交换器中排装置以上的水不发生向上的流动，这是保持顶压再生成功的关键。顶压 用的压缩空气或水在压脂层内部要保持下向流动，并从中排装置排出，为保持整个交换器截面都有下向流的流体，必须有足够数量的压缩空气或水流过，因此，应装设检测顶压水或空气的流量表，以便及时调整和控制。用压缩空气的压力计代替流量表，这是不可靠的，因为在同样的进口压缩空气压力下，出口阻力不同，通过的 空气流量会有很大的差别。
逆流再生设备的中排出水应能通畅地排向地沟，不得有背压，更不可用于串联再生。因为中排管有背压时，再生过程中，交换器的压脂层内就会充满水，造成液位升高，压脂层上移，树脂就会乱层，这必然严重影响出水水质和周期制水量。
（2）
用H2SO4再生的阳床，运行初期出水含有硬度的问题
H2SO4作为阳床的再生剂，在我国的火力发电厂中已很少使用，但是，在石
油化工和化工系统仍有较多的使用。
顺流再生的阳床，失效时，顶部几乎全部是R2Ca，H2SO4与R2Ca接触后，由于R2Ca树脂难于被0.8~1.0%的H2SO4再生，溶液中的 Ca2+不会很高。当含有Ca2+的再生液向下流过R2Mg和RNa树脂层时，溶液中的Ca2+只会减少（被R2Mg或RNa所交换），因此，不容易生成 CaSO沉淀。由于阳树脂对Ca2+的选择性很高，再生后的交换器底部树脂层中仍会含有较多的R2Ca，这就造成运行中出水漏硬度的问题。
对流再生型的阳床，使用H2SO4再生时，H2SO4首先与RNa接触，发生离子交换反应，因KNa/H小于KCa/H，可以生成较高浓度的 Na2SO4。这些Na2SO4流经R2Mg层时置换出Mg2+，Mg2+又置换成Ca2+，因为对流再生的再生效率高，废液中Ca2+浓度高，容易生成 CaSO4沉淀。再生时沉淀在树脂层内的Ca2+，在运行中会逐渐溶解，并有部分被出水带出，使出水中含有硬度盐类。