离子交换树脂的复苏处理

离子交换树脂的复苏王勇、康健鞍钢矿业公司齐大山铁矿摘要：本文对我矿的热电厂，由于离子交换树脂污染造成除盐系统运行状况恶化进行了分析、论证,并提出离子交换树脂污染机理、污染程度的判断、复苏后达到标准、树脂复苏剂的选择及在我矿电厂的实际应用效果，进而阐明树脂污染复苏处理是解决树脂污染问题的有效途径，经复苏和调试,树脂基本恢复了工交,酸、碱耗降到正常值,出水水质完全合格,每年可为厂里节约酸、碱费用80万元.所以，具有很好的经济效益、社会效益和应用价值关键词：水处理树脂污染复苏剂树脂交换容量概述：鞍山鑫辰环境工程有限公司结合自己10多年来在离子交换水处理方面的试验研究成果，对阳离子交换树脂的各种污染原因进行了深入分析，对树脂复苏的各种方法进行了反复试验，特别是针对常见的树脂铁污染问题，开发出了一种新型的树脂复苏剂，使树脂复苏时不需要用化学纯盐酸，而只需要用高效渗透剂TFC-S(固体),洒石酸,两性表面活性剂SYZ-6,，工业盐酸作为清洗剂，且复苏后树脂的工交可恢复到90％以上，解决了长期困扰人们的树脂铁污染复苏难题，并成功应用于生产实践。阴离子交换树脂污染与水中含有大量有机物有关.根据阴离子交换树脂污染与复苏的机理,在传统阴离子交换树脂复苏的基础上,添加某些络合剂、沉淀剂、增溶剂、氧化剂、表面活性剂等,对阴离子交换树脂复苏工艺进行改进,使树脂复苏的效果得到显著提高.1.树脂污染及复苏简介离子交换水处理技术是目前电力、石化、化工、冶金、电子等领域中使用最为普遍的水质净化技术。离子交换器在运行过程中，如果预处理系统运行不当，受进水中杂质的影响，离子交换树脂会发生污染，如阳树脂在使用过程中，会受悬浮物、铁、铝、硫酸钙、油脂类等物质的污染，强碱性阴树脂则会受到有机物、胶体硅、铁的化合物等杂质的污染。树脂污染后会造成工交明显下降，严重的甚至会下降到1/3以下，这样会造成周期运行时间会明显缩短，出水水质恶化，酸、碱耗明显上升，并会对锅炉等设备的安全经济运行造成严重的威胁。阳离子交换树脂在水处理系统中主要用来除去天然水中的阳离子。由于阳离子交换树脂在处理系统中的位置相对靠前，它所受到的污染有别于阴离子交换树脂，受到污染的阳离子交换树脂通常会发生周期制水量减少，工作交换容量下降，出水水质恶化等现象，而且会对后续的阴离子交换树脂的制水过程产生不利的影响。对被污染的树脂进行及时的诊断和有效的复苏对水处理系统的经济运行具有很重要的意义。如果污染程度较严重时，可以采用加入表面活性剂和分散剂的方法。其中表面活性剂可以增加树脂表面的亲水蛀；而分散剂则可以保证从树脂上脱离下来的颗粒可以被分散到水溶液中去。我们应用，罗门哈斯公司的非离子表面活性剂TritonCF-54和分散剂Orotan731对解决这一问题有较好的效果。Nalco公司，采用了在受到污染的树脂层，反洗过程中加入由表面活性剂和分散剂等药剂，复配的复苏剂，对树脂进行复苏也取得了良好的效果。若阳离子型聚电解质污染了阳离子交换树脂也可以采用4%的氢氧化钠溶液处理以溶解聚电解质达到复苏树脂的目的。2.问题的提出离子交换树脂是水处理主要定额材料消耗之一，我厂由于几年来定额指标偏低，遇到树脂污染问题时，我们只能进行部分更换，过去我厂一般每年更换装填树脂30t，仅树脂的价值就达50多万元，若全部更换，势必给企业带来严重的经济负担。这样就造成阴、阳床新旧树脂混在一起，而使用半年以上的树脂就会受到水中铁、有机物、硅、微生物的污染，污染的树脂交换容量下降，进而引起制水酸、碱、水耗的上升，增加了制水成本，并影响新树脂作用的发挥，产生恶性循环。而树脂污染复苏处理是解决问题的有效途径。3.离子交换树脂污染机理树脂为多孔网状立体结构，多孔网眼是离子在树脂内部扩散进出的通道，通道内壁具有众多的功能基团，是离子交换反应的活性点，一旦此活性点被覆盖，离子交换过程就无法进行。在离子交换过程中，交换势能较高，附着力强的离子或大分子之类的物质，容易被交换或吸附到树脂±，而在再生时却难洗脱下来，从而阻碍了离子交换反应的进行或是在离子交换反应过程中生成难溶的沉积物，并沉积在树脂内部，阻塞了离子交换的通道。2.1阳离子交换树脂污染机理阳离子交换树脂主要易受到铁等高价金属离子的污染，尤其是在以井水作为水源的水处理系统中更为严重。铁离子对树脂的污染有三种不同的情况：一是如果铁离子以胶态悬浮体出现的话，它会从过滤器中漏过而污染阳离子交换树脂；二是铁以二价铁离子的形式交换到树脂上，随后被氧化成三价铁离子，从而在树脂颗粒上形成凝胶状的不溶于水的铁的氢氧化物；三是可能交换到树脂上的二价铁离子在树脂的交换基因上直接转化为三价铁离子，但在再生过程中不能被完全除去而残留在树脂中。2.2阴离子交换树脂污染机理有机物、铁、硅、微生物胶体或类胶体都会对阴离子交换树脂产生污染，通常情况下有机物的污染起主导作用，而铁、硅等其他杂质对树脂的污染是与有机物产生的污染同时进行的，它们相互缔合或呈共聚状。在水体中腐殖酸是以复杂的芳香核为核心，通过化学或物理形式如共价健作用力、静电作用力、范德华作用力、氢键等作用力连接着多糖、蛋白质、简单酚、金属。可见有机物是产生阴离子交换树脂污染的主要因素。天然水中存在的有机物主要是腐殖酸。腐殖酸是分子量很大的带有多胺基和多羧基的酸类物质，其成分极其复杂，并随着环境条件的变化而变化。由于腐殖酸分子量大而亲水性差，在与树脂的接触过程中，很容易被具有多孔性和疏水性的树脂骨架吸附。这种吸附以范德华力为主，一旦腐殖酸吸附在阴离子交换树脂上，它的易弯曲性以及树脂的多孔瓶颈性，导致腐殖酸不易被洗脱，树脂在运行过程中有机物会越积越多，从而影响树脂的正常离子交换过程，造成对阴离子交换树脂的污染。就水处理系统而言，阴离子交换树脂受有机物、硅污染的可能性大，而受金属污染的可能性小。因为阴床在阳床之后，阴离子交换树脂在运行、再生过程中接触的金属离子量较小，所以一般情况下，阴离子交换树脂受金属污染的程度不严重。由于阳床并不能有效地去除生水中的有机物和胶体硅等杂质，当阴离子交换树脂再生不充分时，就可能引发硅污染问题。近年来研究发现，阴离子交换树脂在受有机物污染的同时，常常伴有胶体硅污染问题。具体表现为树脂在使用一定时间后，出现颜色变深、体积膨胀；设备周期制水量减少；正洗时间延长、再生操作困难；出水漏硅量增大、电导率值上升等现象。4树脂被污染程度判别及复苏后达到标准：3.1树脂污染程度及复苏达到标准（见下表）树脂污染程度复苏后达到标准色泽污染程度交换容量mmol/L阳树脂阴树脂色泽交换容量mmol/L色泽交换容量mmol/L复苏后新树脂复苏后新树脂清澈透明不污染淡草黄色轻度污染850(阳)280（阴）淡草黄色9001000淡草黄色330350琥珀色中度污染600(阳)240（阴）淡草黄色8501000淡草黄色300350棕色重度污染400(阳)160（阴）淡草黄色8001000淡草黄色280350深棕色或黑色严重污染280(阳)130（阴）琥珀色7501000琥珀色2603503.2复苏周期根据生水水质而定，一般情况下，如生水水质含铁量大于0.5mg/L时，复苏时间间隔为0.5—1年。有机物含量大于5.0mg/L时，阴、阳树脂复苏时间为1年左右。当树脂的工作交换容量：阳树脂小于750mmol/L，阴树脂小于280mmol/L，或每100g树脂中含Fe量超过150mg时，树脂必须进行复苏，否则，再运行极不经济，同时，水质也很难达到国标。3.3铁污染阳离子交换树脂的复苏比较及测定铁污染阳离子交换树脂常用HCl进行复苏。为使树脂充分复苏，需用浓度高达10%HCl溶液浸泡树脂。采用HCl-NaCl-Na2SO3--高效渗透剂TFC-S复合复苏剂，其各组分浓度依次为5%、4%、0.06%，2%能快速使树脂充分复苏，因酸浓度低，腐蚀性弱。并对HCl复苏剂和复合复苏剂浸泡后的树脂进行工作交换容量测定。复合复苏剂对树脂复苏效果好，而且树脂的工作交换容量高。5树脂复苏剂的选择树脂污染复苏处理的载体是树脂复苏剂，根据德国、日本技术，经多种实验和应用，当前优质的树脂复苏剂主要用于阴、阳树脂有机物污染和Fe中毒复苏与再生。4.1选配各种树脂复苏剂依据应用德国、日本树脂复苏技术，结合我国国产各种离子交换树脂运行中被污染和中毒原因，污染中毒成分分析特点，采取不同的复苏剂，针对我厂树脂污染成分分析，选配下列复苏剂：4.1.1阳树脂复苏剂选择经分析该树脂主要污染的是悬浮物、菌类覆盖在树脂表面上，游离氯、硝酸根等氧化物轻微氧化污染，依据此情况，强、弱阳树脂复苏剂选择：SYZ-A型和SYZ-AD型树脂复苏剂，同时加入渗透剂、表面活性剂等。4.1.2阴树脂复苏剂选择经分析强、弱阴树脂均被铁离子、有机物、SiO2所污染，致使树脂颜色变深，依据此情况，树脂复苏剂的选择应采取：SYZ-B型和SYZ-BD型树脂复苏剂，同时加入Na3PO4、两性表面活性剂，ACR螯合剂等。4.2复苏剂质量指标4.2.1阳树脂复苏剂质量指标（见下表）项目指标项目指标外观淡黄色透明液体复苏率%除Fe2+99.5气味微刺激味有机物98.5PH（1%水溶液）≤2油99.5密度1.1±0.05Ca2+99.9总酸度%≥12AI99有效成分含量%≥12±0.5腐蚀性树脂：无EDTA含量%≥1.5碳钢：10g/m2h燃爆性不燃、不爆4.2.2阴树脂复苏剂质量指标（见下表）6复苏效果展示我矿有关人员经认真考察、考证，于2006年初与鞍山鑫辰环境工程有限公司签定了“树脂复苏处理及树脂系统监督维护承包技术协议”合同。当年5至10月份，该公司分别对我矿三套阴阳床内所有树脂都进行了复苏处理，处理效果比较好，见下表所示：齐矿动力工区树脂复苏前后比较表项目指标项目指标外观乳白色透明液体复苏率%除Fe2+99.5气味微刺激味有机物99PH（1%水溶液）≥13油99.5有效成分含量%42腐蚀性树脂：无活性物（德国提供）1.5碳钢：10g/m2h燃爆性不燃、不爆阳树脂复苏前阳树脂复苏后阴树脂复苏前阴树脂复苏后周期制水量T1700177017001800酸耗kg/T1.71.6碱耗kg/T0.750.7耗水量T生水86708250H+水578055001156010760除盐水17200163601699015790材料消耗5.4T（001×7）2.313.7T（D301）25.7T（D113）1.26.2T（201×7）1.1从上表数据分析看出：1、复苏后阳床的周期制水量由现在的1700T，增加到1770T以上，增加4.1%；2、阴床的周期制水量由1700T增加到1800T以上，增加5.9%；3、生水的自耗水量由8670T降至8340T；4、中间水自耗水量由17340T降至16720T；5、除盐水自耗水量由34190T降至32930T；6、酸耗由1.7kg/T降低到1.6kg/T，降低5.9%；7、碱耗由0.75kg/T降低到0.7kg/T，降低6.7%；8、树脂消耗为5.6T。9、效益分析：我矿除盐水年产量为60万吨，由于周期制水量的增加，阳床制水周期减少14次，阴床制水周期减少20次，相应可少耗盐酸14×2.5=35吨，少耗液碱20×1.0=20T，少耗新水14×30=420T，少耗中间水14×20+20×40=1080T，少耗除盐水34×60=2040T各种消耗按今年价格计算：盐酸660元/T，液碱708元/T，除盐水12元/T，新水：3.65元/T，中间水7.5元/T，降低计划成本16万元。年创直接经济效益：35×660+20×708+420×3.65+1080×12+160000=231373元7复苏效果评价6.1效益比较明显。复苏后阳床的周期制水量增加4.1%，阴床的周期制水量增加5.9%，酸耗降低5.9%，碱耗降低6.7%，树脂消耗明显下降，达到了承包技术协议要求的目标。6.2复苏工艺比较先进，但细节问题仍不容忽视。如温度调整监督、药剂定量管理、现场管道连接等需作过细工作。8结论根据上述分析，我们认为树脂复苏处理及树脂系统监督维护承包可以用有