单元制离子交换器终点控制的方法

宋玉梅
（山东齐鲁石化炼油实业部，山东 淄博 255434）

摘要：通过分析单元制离子交换器运行末期电导率的变化情况，可以判断交换器运行终点，采用电导率判断终点代替同时分析 SiO2 和电导率判断运行终点的方法，使单元制离子交换器终点控制更加方便、可靠，且可减少投资。
　　关键词：给水处理:离子交换；除盐水；电导率；二氧化硅
　　中图分类号：TU991.26 　　文献标识码：B 　　文章编号：1009—2455（2003）06—0029—03

　　由于单元制离子交换除盐工艺具有酸碱同步排放的特点，现已被广泛采用。根据电力部标准，一级除盐水指标为电导率≤10 μS/cm，ρ（SiO2）≤10 μg／L，故单元制离子交换器的终点应控制阴床出水电导率及SiO₂在规定范围内。单元制离子交换器一般采用在线仪表分析控制终点。在线电导率表可连续监测水质电导率，国产表价格便宜，质量可靠；在线硅表价格昂贵，是电导率表的十几倍，且存在分析结果严重滞后的问题。是否可仅用在线电导率表测定阴床出水电导率的连续变化情况来控制单元制离子交换器的终点，本文从离子交换原理、失效前后电导率的变化等方面进行了分析。

1 离子交换器运行时的反应原理

1.1 阳床的离子交换反应
　　原水经阳床后，其中的 Ca²⁺，Mg²⁺，Na²⁺，K⁺等所有阳离子和树脂电离出的氢离子进行交换，根据树脂的选择性吸附顺序^[1]，Na+最难于被吸附，因此树脂失效时钠离子首先漏出，监测阳床漏钠的情况可以判断阳床终点。
1.2 阴床的离子交换反应
　　阳床出水经除碳器除碳后进人阴床，其中的SO₄^2－，Cl^－，HCO₃^－，HSiO₃^- 等所有阴离子和树脂电离出的氢氧根离子进行交换。根据树脂的选择性吸附顺序，HSiO3- 阴离子最难于被吸附，因此阴树脂失效时SiO₂ 首先漏出，监测阴床漏硅的情况可以判断阴床终点。

2 单元制离子交换器的终点控制

　　单元制离子交换器失效有三种情况：阳床失效而阴床不失效；阳阴床基本同时失效；阴床失效而阳床不失效。下面，就此三种情况分别加以分析说明。
2.1 阳床失效而阴床不失效
　　运行末期，阳床漏钠量开始增加，阴床硅泄漏保持稳定。阳床所漏钠经阴床后形成NaOH，由于OH-导电常数较大，阳床漏钠将导致阴床出水导电度的迅速升高，可用电导率变化情况判断床子失效。
　　根据水中离子的理论电导率（见表1）^［2］，可推算出相应漏钠量的除盐水的理论电导率。漏钠量与电导率关系见表 2（忽略阴床漏硅），电导率随时间的变化趋势见图1的曲线1。

　　①电导率值为根据水中Na^＋，OH^-的理论电导率推算值，与实际值较为吻合。
　　②产水行程为在同一运行周期内，电导率值维持在一定范围内时床子的产水时间。
　　③1^#，2^#，3^#产水行程所列数据的原水含盐总量分别为 9.5，6.7，7.0 mmol／L；流量分别为220，280，230 t／h时的数据。

　　一般，阳床漏钠量在 30－50 μg／L，即阴床出水电导率在 0.32－0.54 μs／cm时，处运行稳定期，随后电导率开始缓慢上升，达到l－2μS／cm后，电导率迅速上升，可将电导率3－5 μS／cm作为终点控制指标。
　　阴、阳床并联制系统中，判断阳床失效一般采用手工做样，控制产ρ（Na+）≤ 100μg／L为失效点，从而使阳床10％－20％的交换容量得不到发挥，而单元制系统阳床通过控制阴床出水电导率作为失效点，可使阳床交换容量得到充分发挥。
2.2 阳阴床基本同时失效
　　运行末期，阳床漏钠量增加，阴床出水NaOH含量增加，电导率开始上升，但在电导率上升过程中突然出现小幅下降，此即说明阴床开始漏硅，因为部分NaOH被硅酸中和，生成硅酸钠，而硅酸根的电导常数小于氢氧根的电导常数，造成电导率下降，电导率最大可下降 lμs／cm左右；随后电导率迅速上升。运行末期，漏硅量与电导率
下降关系见表3。

　　表3中电导率下降值为根据水中离子的理论电导率，以运行末期电导率上升后开始下降起为基点电导率，计算得出的理论值，经实际做样分析验证，基本正确。
　　由表 3可看出：当电导率下降 0.27 μs／cm时，漏硅量就达到失效值。一般，硅泄漏速度很快，30 min内硅泄漏值达到失效值。如果分析SiO2，必须 15 min后出结果，往往所分析的水样硅含量未到失效值，分析完后的实际硅已超标。为此，可根据表3，以周期产水量为参考，在排除流量变化影响电导率变化因素外，把电导率下降
0.2－0.3μS／cm作为床子失效点。即使电导率值不高，也应停运。
　　需要说明的是阴床失效初期，电导率值不高，而当电导率达到失效控制点时，阴床已严重失效，故此种情况下不能以电导率值作为自动控制失效值，只能手动控制停床。若要达到自动控制的目的，单元制离子交换工艺设施时阴床交换容量较阳床交换容量大10％左右，保证阳床先失效而阴床未失效。运行末期，电导率随时间的变化趋势
见图1的曲线2。
2.3 阴床失效而阳床未失效
　　运行末期，进人阴床的硅酸开始泄漏，先和阳床漏出的少量钠（NaOH）反应生成硅酸钠，使电导率出现小幅下降（历时几分钟至十几分钟左右），后由于硅泄漏量迅速增加，且其它阴离子开始泄漏，形成相应的酸，导致电导率迅速上升。可将运行末期电导率下降 0.2－0.3 μs／cm作为失效点。运行末期，电导率随时间的变化趋势见图1的曲线3。
说明：
　　曲线1为阳床失效而阴床未失效时曲线，以电导率 5 μs／cm作为失效点；
　　曲线2为阳、阴床基本上同时失效时的曲线，以运行末期电导率下降0.2－0.3 μs／cm作为失效点；
　　曲线3为阴床失效而阳床未失效曲线，以运行末期电导率下降0.2－0.3 μs／cm作为失效点；
　　曲线4为正常运行时出水电导率曲线；
　　＊为失效控制点。

3 采用在线电导率控制单元离子交换器终点的实际效果

　　齐鲁石化公司炼油实业部第三除盐水站单元制离子交换器设计使用地下水质，使用该水质运行时，失效时情况是阳床失效而阴床未失效。以电导率 5 μs／cm作为失效控制点，分析失效时硅的质量浓度皆小于20μg/L，改用黄河水做原水后，由于水质较差，强酸根阴离子成倍上升，导致阳、阴床基本同时失效或阴床先于阳床失效，继续采用电导率5 μs／cm作为失效点时，手工分析产ρ（SiO2）500 μg／L，水质严重超标。为此我们加强了运行末期硅的分析次数，但由于硅分析结果的严重滞后性，使得硅含量仍经常超标。现在，我们采用运行末期电导率下降0.2－0.3 μs／cm作为失效点，使硅含量都控制在指标之内。不仅大大简化操作，同时也降低了操作人员的劳动强度。

4 经济效果

　　单元制离子交换器采用在线电导率控制仅需在线电导率表1块，国产表价格在6000元左右，仪表维护量小，质量可靠，可以连续监测电导率变化；常规控制除在线电导率表外，还需在线硅表 1块，目前多采用进口表，单台价格在 70 000元左右，测量时每月需消耗1000元左右的化学试剂，因此采用在线电导率控制，经济效益是可观的。

5 结语

　　单元制离子交换器终点控制可采用在线电导率进行连续监控，控制失效点。实行计算机自动控制的除盐水处理，应保证阳床先于阴床失效，否则，在达到电导率控制点时，阴床已严重失效。由于树脂质量差别、设计树脂层高不恰当或水质变化等原因，阴床可能先于阳床失效，此种情况下仍可采用在线电导率表作为监测手段，人工连续监视电导率变化，一旦在运行末期出现电导率下降，阴床硅即开始漏过，可将电导率下降0.2－0.3 μs/cm作为失效点。用阴床出水在线电导率值连续变化情况控制单元制离子交换器的终点，方便、快捷、可靠，且投资少。

参考文献：
　　[1]施勇均，王蒙聚，肖作善.热力发电厂水处理[M].武汉：武汉水利电力大学，1999.
　　[2]冯敏.工业水处理技术[M].北京：海洋出版社，1996

作者简介：宋玉梅（1968－），女，山东莱阳县人，工程师，1990年毕业于山东工业大学动力系热工专业，学士学位，先后在齐鲁石化炼油厂及炼油实业部动力系统工作，长期从事化学水处理技术管理工作，电话（0533）7571404。