作为能量转换介质, 水在长期的输送过程中经常会在锅炉、自来水输水管道等容器的内壁会形成一层坚硬的沉淀物 ———水垢 。这些水垢主要由钙盐垢与镁盐垢等组成, 即使经过长时间加热煮沸也不能祛除。中国铝业山东分公司的生产用水主要含碳酸钙与碳酸镁等垢盐, 硬度较大 , 容易附着在控制件、执行件的表面上 , 增加运动阻力、加剧零件的磨损以及缩短元件和零件的寿命, 在纯水机制水过程中, 尤为明显。

纯水机制水流程为:原水 —原水泵 —机械过滤器—活性炭滤器—软化器—保安过滤器—高压泵 —反渗透装置—中间水箱—混合离子交换器—纯水箱。其中 ,影响水质最重要的环节是反渗透膜的渗透能力与混合离子交换器中树脂的交换能力。反渗透膜的渗透能力弱则使渗透水的电导率过高, 对混床树脂的离子交换工作压力较大, 易损坏树脂活性 ,降低混合离子交换器中树脂的交换能力, 最终制出的水电导率过高,无法满足工艺要求 。因此 ,只有将反渗透膜的渗透能力与混合离子交换器中树脂的交换能力有效地结合 ,才能制出优质的低电导率的纯水 。

在原水水质无法改变的情况下 , 防止反渗透膜的渗透能力减弱的最有效办法就是定期对渗透膜进行清洗, 使反渗透膜相对畅通 ,从而使渗透水的电导率相对较低, 减小混合离子交换器工作压力;而一旦混床树脂床出水电导率过高, 则必须对树脂进行再生, 以恢复树脂的交换能力。

1 反渗透膜清洗与维护

当发现反渗透制水压力超过纯水机预定的数值,产水量下降 ,电导率升高等 (具体参考指标为:系统压力升高 15%, 产水量下降 10% ～ 15%, 电导率上升 10% ～ 15%),则说明渗透膜已经堵塞了, 此时应该抓紧时间清洗反渗透膜 。否则 , 结垢严重并钙化后 ,将难以清洗。

1.1 反渗透膜清洗方法

清洗管路流程为:再生酸箱 —中间泵 —反渗透装置 —浓水、淡水—再生酸箱。由于生成的膜垢属于碳酸盐类,因此需采用盐酸与反渗透纯水配制清洗溶液,在清洗箱中加入。盐酸质量分数一般控制在 5%,体积约 500L, pH控制在 2.0 ～ 3.0。将反渗透装置的淡水管、浓水管全部引向清洗箱, 打开和关闭相应的阀门 。启动清洗泵 (中间泵),使清洗液在反渗透装置中循环 。开机初, 将流量控制在全量的1/2;20min后 ,再将流量增至最大。清洗过程中 , 每隔 30min用 pH试纸检测一次清洗液 pH, 以便于及时补充盐酸, 使 pH控制在 2.0 ～ 3.0。观察清洗液的温度变化情况,因为此过程属于放热反应 ,清洗液温度会升高。若清洗液温度超过 40℃,将造成反渗透膜的损坏。发现超温时, 应停泵 , 使其自然冷却 ,或加水冷却, 待降温后再继续清洗 。若水温较低, 亦可预先对清洗液加温,以提高清洗效果, 但不能超过40℃。

清洗过程一般是循环清洗 2h, 停机浸泡 1h, 再循环 2h,交替地清洗。如果反渗透膜结垢严重 , 可延长清洗时间或反复清洗 , 以增加清洗效果 。清洗结束后,按正常生产操作程序开机 , 使系统产水 , 浓水全部排空,约 10min后方可正常生产。

1.2 反渗透膜维护

反渗透装置在开机后、停机前 , 以及连续运行4h后, 要打开调节球阀或者电磁阀通水 2 ～ 3min, 以防止或延缓反渗透膜的结垢或阻塞 。同时 , 正常制水过程中需加阻垢剂,防止水垢。

反渗透膜在停机保养前 ,应根据记录, 进行一次化学清洗 。在停机保养期间 ,系统温度要严格控制,不能结冰 、更不得超过 40℃。

2 混床树脂再生

由于原水水质较差, 反渗透膜的渗透能力的减弱, 渗透出水电导率过高 ,会增加混合离子交换器中树脂的工作压力。混床树脂经长时间的高负荷运行后, 最终制出的纯水无法满足工艺要求 。此时 ,在清洗反渗透膜的同时, 必须对树脂也要进行再生 ,以恢复树脂的交换能力 。

2.1 混床设备结构

混床是指将阴、阳离子交换树脂按一定的比例(一般在 3:1 ～ 2:1)混合后, 装填于同一交换器内的离子交换器。该装置为碳钢衬胶材质, 设备管路上由球阀控制。 RO产水经中间水泵加压后, 通过管路上各阀门的控制 ,由混床的上部进入混床 ,流经离子交换树脂时,水中的各种离子与树脂上的离子交换后成为纯水。

混床设备工作一段时间后, 产水电导率升高, 产水不符合要求 ,就需通过阀门控制 ,利用再生装置对树脂进行再生 ,恢复树脂的交换活性。

2.2 混床树脂工作原理

水中的各种阳离子遇到阳离子交换树脂时 , 发生阳离子交换 :

HR+M+ MR+H+。交换离子后, 水中就只含有一种从阳离子交换树脂上交换下来的阳离子——— H+。

水中的各种阴离子遇到阴离子交换树脂时 , 发生阴离子交换 :ROH+C- RC+OH-。交换离子后, 水中就只含有一种从阴离子交换树脂上交换下来的阴离子——— OH-。最终 , H+和 OH-结合生成水 。混床内 , 阴、阳离子交换树脂处于均匀混合状态 ,互相接触 、相互排列 。每一对毗邻的阴 、阳树脂都可看作一级复床 。整个混床由许多级这样的复床连续叠加而成 。据推算一台混床 , 包含的复床级数可达 1 000 ～ 2 000。在混床中 , 经阳树脂交换生成的 H+和阴树脂交换生成的 OH-立即得到中和 ,不存在反离子的干扰 。因此 ,混床的离子交换反应进行得十分彻底 , 具有出水纯度高 、出水水质稳定 、交换终点明显、间断运行对出水水质影响较小等特点 。

2.3 混床树脂再生方法

在酸 、碱箱中分别配制 4%NaOH溶液、5%HCl溶液各 500L。将混床用水反洗 5 ～ 10min,洗至上排水澄清 、无杂质为准。停止反洗, 树脂自然沉落 , 关闭所有阀门, 此时由于阴 、阳树脂的密度不同 , 自然分层 ,阴树脂在上 ,阳树脂在下。如果分层效果不好的话 ,再进行反洗, 再分层。

2.3.1 阴树脂再生

开启中间泵,将碱箱中的 4%NaOH溶液缓慢地输入阴树脂层, 再生阴树脂 ,流量控制在 0.8 ～ 1m3/h,时间约 40min。 500L再生液输送完后 , 用中间箱中的反渗透水冲洗管道内残留碱液 ,防止管路污染 。然后 ,再用中间箱中的反渗透水对阴树脂进行冲洗 ,先用小流量、2m3/h左右流量慢洗约 10min, 再按正常流速快冲至 pH7 ～ 8即可 。

2.3.2 阳树脂再生

先排放床内多余的水 , 使混床内水位降至阳树脂高度。然后 ,开启中间泵, 将酸箱中的 5%HCl溶液缓慢地流入阳树脂层 , 再生阳树脂, 流量控制在0.8 ～ 1m3/h,时间约为 30 ～ 40min。 500L再生液输送完后,再用中间箱中的反渗透水冲洗管道内残留碱液 ,防止管路污染。接着用中间箱中的反渗透水冲洗阳树脂,先用 2m3/h左右流量慢洗约 10min, 再按正常流速快速冲洗,至排水 pH=6左右, 电导率在100μS/cm左右。

2.3.3 树脂混合

将混床中的水排至树脂层上 100 ～ 200mm处。通洁净的压缩空气或氮气 (工业 )将分层的阴、阳树脂重新混合均匀, 时间约为 10 ～ 15min,进气压力控制在 98kPa(1kgf/cm2 )左右(最好混合两次)。

混合后的树脂层要立即进行正洗 , 每隔半小时测一次水的电导率, 直至出水的电导率合格时才投入运行。再生完毕 ,将各阀门转入正常工作状态 。

3 结束语

纯水机反渗透膜的清洗以及混床树脂的再生对纯水机制水的优劣至关重要 。只有同时控制好反渗透膜的渗透压力以及混床树脂的活性才能制备出优质的纯水 。因此, 必须有机地结合反渗透膜的渗透能力与混合离子交换器中树脂的交换能力, 有效地保护设备 ,提高纯水机制水的运行效率,从而满足工艺要求,提高经济效益。