纯水质量波动的分析

王俊文，欧阳玉霞

（1.太原理工大学，山西 太原030024；2.山东铝业公司氯碱厂，山东，淄博255051）

在离子膜法烧碱生产系统中， 高纯水作为最基础的生产原料，主要用做向阴极液添加高纯水、高纯盐酸生产用水、 盐水二次精制离子交换树脂再生用水、整流器冷却用水、化验分析用水、泵密封用水、电槽组装及其他用水。因此，高纯水的质量是氯碱生产的基础，高纯水系统的稳定运行，是氯碱生产高效长期运行的保证。

1 高纯水质量事故

2009 年2 月，山东铝业公司氯碱厂的高纯水质量出现波动，pH 值降低且不稳定。 具体指标见表1。

表1 高纯水pH值变化情况

根据出现的问题，该厂成立了攻关小组，对纯水系统分段取样，层层分析，排除故障。

2 原水质量排查

厂使用的一次水是地下井水，水质稳定。分析结果见表2。

表2 一次水质量指标 mg/L

从表2 可以看出，井水质量稳定，但钙离子和镁离子含量高，属于高硬度水。

3 工艺系统排查

该厂现有离子膜烧碱生产能力16 万t/a， 拥有2套纯水制备系统， 一期能力25 m3/h， 二期能力80 m3/h。 纯水制备工艺流程示意图见图1。

原水自深井泵打入原水池， 通过原水泵打入多介质过滤器（由上而下）去除水中的悬浮物、有机物及游离氯。 过滤后的合格清水经过保安过滤器的滤芯过滤后，通过高压水泵进入高压反渗透装置，浓水排放， 淡水经脱气塔除去水中的二氧化碳后进入中间水箱，经中间水泵送至离子交换器，使水中的杂质离子在交换器中进行离子交换， 深度去除水中的微量杂质离子。自交换器出来的纯水进入高纯水贮罐，通过高纯水泵将高纯水送至各用户。 工艺流程成熟稳定，不存在生产隐患。

4 设备管道系统检查

纯水系统的设备进行检查， 通过树脂塔视镜发现阴床的树脂颜色发深。 打开人孔取出树脂并检查阴床塔体及周围管道，阴树脂上半部分严重污染，下半部分基本正常。污染阴树脂颜色呈深褐色，部分树脂甚至呈黑褐色。 同时，取出部分阳树脂，阳树脂颜色呈黄色，表观看，受污染的程度较轻。

同时，对纯水再生树脂塔进行检查，塔体内部衬胶层完好，没有鼓泡和脱衬的现象。对拆开的部分管道进行检查，部分管道的内壁有鼓泡现象。

根据树脂塔内树脂的情况可以判定， 系统的阴树脂已经失效。

5 树脂污染物和污染源的确定

5.1 树脂污染物的分析

（1）对取出的阴离子交换树脂分别用10%NaCl溶液、4%Na2SO3溶液、10%HCl 等酸性盐水进行浸泡17 h。通过对浸泡液和树脂的颜色变化判定，阴树脂内有部分灰尘类杂质， 并且受到有机物和铁离子的污染，通过树脂颜色判定铁离子污染严重。

（2）对取出的阳离子交换树脂用纯水和10%NaCl 溶液浸泡17 h，浸泡液基本没有变化，初步判定阳树脂基本未受到有机物污染。

用盐酸浸泡的阴树脂， 浸泡溶液发黄， 用ICP进行定性分析，溶液内有铁、镁和少量钙，推测此次阴树脂污染， 系阳树脂失效后没有及时切换和再生，导致阴树脂受污染。 而阳树脂可以通过再生恢复其性能。

认为是阴离子交换树脂受到铁、有机物等污染。通过对树脂污染情况进行初步分析认为是由于树脂污染是上部污染严重，下部污染较轻，同时，2# 阴床内树脂污染比1#阴床树脂严重，认为此次树脂污染是短期污染所致。建议从阳床出水开始查污染源，并检查2#阴床上一周期内的所有操作记录。观察树脂内杂质多，说明反洗不彻底。这与树脂塔是无顶压再生，无法实现中排进水进行小反洗有着密切的关系。

5.2 污染物来源的分析

（1）再生液质量

该厂使用的再生液烧碱是自产的离子膜烧碱，烧碱从电解槽流出后直接通过管道输送到纯水系统碱罐，从碱罐中烧碱的颜色观察，呈无色透明状，表观判断无污染情况。 再生碱液，分析结果见表3。 再生盐酸，分析结果见表4。

表3 再生碱液分析结果%

表4 再重盐酸分析结果%

通过表3、表4 看出，再生烧碱和再生盐酸质量均符合优等品质量标准，不是造成树脂污染的因素。

（2）树脂塔周围管道

由于树脂受到了铁离子的污染， 设备管道是铁离子的主要来源。 虽然前期已经对树脂塔塔体和周围管道进行了初步的检查， 但为了保证检查效果和质量，决定采用电弧测试的方法。对树脂塔周围管道进行测试，发现部分管道，特别是酸性水管道，存在衬胶鼓泡和脱落的现象。 这是树脂被铁离子污染的一个重要来源。

（3）树脂塔进水质量

对污染树脂进行试验的结果表明， 树脂受到了有机物的污染，而纯水制造系统中，只有在高压反渗透前增加的阻垢剂属于高分子有机物。目前，使用的反渗透阻垢剂的外观呈淡黄色， 并且有刺激性的气味。 对其进行ICP 分析，其中，铁含量为1×10-6左右。为了进一步确认反渗透阻垢剂是否有问题，决定采用另一种阻垢剂。此种阻垢剂外观无色透明，没有刺激性气味，用ICP 分析，基本检测不到铁离子。 由此判断， 反渗透阻垢剂也是造成树脂污染的一个重要来源。但经过一段时间的测定比较，高压反渗透膜组前后出水pH 值及电导率无明显变化。

（4）其他方面

在日常操作中， 根据出水指标情况来决定树脂塔的再生。 有时候，1 个月再生1 次树脂塔，在树脂塔备用期间， 受环境影响可能会产生藻类等有机物质，这也是造成本次树脂污染的原因之一。

通过交流分析，发现该厂RO 膜组出水的pH值偏低，为5.7 左右。 推测是由于前段时间的酸洗有些过量，导致H+透过膜组进入淡水系统，导致RO 出水pH 值偏低。 但是分析二期膜组刚开车时淡水出水量为80 m3/h 左右，浓水25 m3/h 左右，而目前，淡水出水量为65 m3/h， 浓水为35 m3/h 左右， 说明RO膜组的产水率明显降低。

6 改进措施

通过排查， 基本找到了引起本次纯水质量事故的主要原因，并制定了整改措施：

（1）对检查出的管道进行内部橡胶充衬，特别是盐酸和酸性水管道，要保证衬胶的质量。

（2）更换反渗透阻垢剂厂家，并对反渗透高压膜组进行检查，更换部分膜组件，保证膜组正常运行。

（3）规范树脂塔的再生，每2 周再生1 次，每1个月深度再生1 次，杜绝塔内藻类的滋生。

（4）依以下方法对失效的阴离子树脂进行复苏。

a.利用阳床出水对树脂进行大反洗，反洗时间约1 小时，至排水呈无色透明状，即反洗合格。 注意反洗流量不易过大。

b.开始对阴床进酸。 先进1%的盐酸，进入10 min后，调整盐酸浓度到10%左右。 进入盐酸时应缓慢，阀门开度不宜过大，进酸时，一定注意保证树脂层不能有大波动。直到树脂完全被盐酸浸没。 进酸时，注意检查罐体温度。

c.盐酸浸泡至少12 h（视实际情况调整）。

d.浸泡结束后，排净树脂塔内的盐酸至回收装置。使用高纯水对阴床进行冲洗，首先排出的水酸性较强，一并进入回收装置，直到冲洗到中性。

e.进入再生碱液（浓度10%），进入方法同盐酸注入，直到树脂完全被碱液浸没。

f.碱液浸泡至少12 h（视实际情况调整）。

g.浸泡结束后，排净树脂塔内的碱液至回收装置（与先前排放的酸水中和）。 使用高纯水对阴床进行冲洗， 首先排出的水碱性较强， 一并进入回收装置，直到冲洗到pH 值稳定。

h.进行树脂塔小正洗，约15 min。

i.进行树脂塔正洗，到pH 值稳定。

7 操作注意事项

（1）阳床和阴床长时间不运行，树脂会发生部分分解，导致交换容量下降。 建议投运全部树脂塔。

（2）运行超过7 天的树脂塔失效后，最好进行充分的大反洗。

（3）不论有无铁离子污染，1 年内在阴床失效后用盐酸浸泡阴树指均有益。

（4）为提高碱再生效果，在有条件的情况下，对再生碱液加温到35～40 ℃。

（5）根据阳床出水情况，更改判断阳床失效的方法， 即由阴床出水电导率与pH 值判定更改为用DWS-51 型钠离子测定仪测定 （安排岗位人员严格按照操作规程测定阳床出水的钠离子含量， 控制钠离子浓度≤100 mg/L）。另给岗位配备pH 计，制定膜组、阴床、阳床、混床进出水运行记录表，每2 h 记录一次。

8 效果验证

通过这次纯水质量事故的发生， 该厂规范了纯水系统的操作，更换了部分管道，经过1 年的运行，纯水系统运行良好，指标合格稳定。