弱酸弱碱树脂在除盐水系统的应用

弱酸弱碱树脂在除盐水系统的应用飞行化工公司张荣欣内容提要为了提高离子交换设备的周期制水量，我们对除盐水站3套直径2.5m的离子交换设备进行再生方式及工艺流程的改进，设置1套前置弱酸、弱碱床，设备投运后，使除盐水制水成本由原来的1.6元/t降至1.2元/t左右。关键词离子交换设备再生方式弱酸、弱碱树脂飞行化工公司除盐水站建于70年代末，离子交换设备为3套母管支管式一级除盐系统，采用直径2.5m顺流再生离子交换器，单床最大出力为100t/h，一直采用顺流再生。但随着水源水质的变化，明显存在着制水周期短、酸耗碱耗高、出水质量差、导电度居高不下等一系列问题。为了从根本上解决这一问题，我们决定采用无顶压逆流再生工艺，将其中1套改为弱酸、弱碱树脂，其工艺流程为：过滤水→弱酸阳离子交换器→强酸阳离子交换器脱碳弱碱阴离子交换器→强碱阴离子交换器→除盐水箱。1原因分析在离子交换设备中，我们一直采用001×7、201×7型离子交换树脂，由于采用顺流再生，虽然操作简便，但树脂的利用率低，底部树脂再生不彻底，而逆流再生时，底部树脂接触的是新鲜的再生液，再生度较高，上部树脂接触的是反离子浓度较小的入口水，交换能力也能得到充分利用，因此，树脂的利用率较高。弱酸、弱碱型离子交换树脂结构牢固，对有机大分子吸附性能强，再生时有机物容易释放出来，且用较低浓度的酸、碱液再生即能达到较满意的再生效果，且弱碱树脂抗有机物污染的能力比强碱树脂强。设备改装后，用强型树脂再生后排出的废液对其进行再生，使得强型树脂再生时排出的废液得到了充分利用，降低了酸、碱废液的浓度，对环境保护起到了一定的作用。2试验研究我们取0.6kg的001×7型强酸树脂，0.535kg的D113型弱酸树脂，0.55kg的201×7型强碱树脂和0.4kg的D301型弱碱树脂，分别置于4个相同的40mm×60mm×400mm交换柱内，按照所定工艺流程进行模拟实验运行，结果显示，采用弱酸-强酸-弱碱-强碱串联运行、逆流再生的运行方式，使得除盐水水质得到较大程度的改善，导电度由原来的5.0μs/cm降为0.9μs/cm左右，硅含量由原来的80μg/L降为40μg/L左右，制水周期比强酸-强碱串联运行时延长了2倍，使用弱酸、弱碱树脂后，所排出的废液酸度平均降低了90.74%，废液碱度平均降低了74.13%，酸、碱废液中和后排放，极大地减少了酸、碱废液对环境的污染。3设备改造内容（1）在设备本体不动的情况下，拆除原离子交换器内的布酸、布碱塑料装置，将事先制作好的耐酸不锈钢中排装置固定安装在设备内的固定支架上。中排支管小孔流速按0.1m/s计算，根据溶液进出近似平衡公式：F孔V孔t=F设备V再生液t即可求出总开孔面积F孔，再根据小孔直径d求出总开孔个数n=4F孔/πd2，中排装置安装完毕后，回填树脂并装填150mm厚的压脂层。（2）把2号阳、2号阴床内的强酸、强碱树脂卸出，分别装入弱酸、弱碱树脂，将2号阳、2号阴床的出水管拆除，其出水分别与1号、3号阳床，1号、3号阴床的进水管相连，设备上部原进再生液管改为中间排水管及小反洗进水管，增加中间排液阀及小反洗进水阀。（3）原废酸、废碱回收管路改为逆流再生时的进酸、进碱管路，延长管道与酸、碱计量箱相接，其中，1号、3号阳，1号、3号阴床的排废液管分别与2号阳、2号阴床进再生液管相连，1号、3号床再生时排出的废液作为2号床的再生液。4改造后遇到的问题及解决办法改造后，弱酸、弱碱树脂也采用逆流再生，设备投入运行后，前几个周期制水均不理想，导电度上升较快，制水周期明显下降，出水水质恶化。针对这种情况，我们对整个再生过程进行监控，发现再生时，强型树脂床有压力升高现象，最高超过0.2MPa，通过监视孔观察，树脂再生时有乱层现象，且有时上部局部树脂上下翻腾，影响树脂再生效果，导致这种现象的原因即是再生时强型树脂床内压力升高，即：强树脂床再生废液以较低压力通过弱树脂床底部经过石英砂、树脂上升时，再生液阻力较大，出水不畅，导致强型树脂床压力升高。我们及时对设备的再生方式进行了部分调整，将弱树脂床的再生方式仍采用顺流再生，并进行了运行调试，采用L9（33）正交法进行试验，选取酸耗、碱耗低而运行周期长的工况参数，并对其进行了分析比较：（1）再生剂用量的确定。再生剂的用量多少直接影响树脂的再生效果，根据实验分析，再生剂用量根据酸、碱比耗来进行确定，酸比耗取1.1，碱比耗取1.25。（2）再生液浓度的确定。理论上讲，再生液浓度越高，再生越彻底，但实际上当浓度超过一定值时，再生效果反而降低。因为再生液浓度越高，对一定的再生液量来说，体积就减少了，就不能保证与树脂有充分的接触时间，并且各部分树脂接触再生液的量也不均匀，使得再生效果下降，根据实验数据分析，我们选用再生液浓度为1.5%。（3）再生液流速的确定。当再生剂用量和再生液浓度确定后，再生液用量即为一定值，则再生液的流速对树脂的再生效果有着直接的关系，因为流速越大，再生时间越短，再生液与树脂的接触时间越短，交换越不完全；流速过小，则通过树脂的再生液时间越长，浓度下降，也起不到较好的再生效果。我们选取再生液流速为4m/h。5运行效果设备投入运行后，除盐水水质得到明显提高，制水周期延长，平均60h，最高可达110h，下表为使用弱酸（D113），弱碱（D301）树脂后强酸、强碱树脂床的变化情况见下表：强型树脂床与弱酸、弱碱串联前后数据比较表树脂型号进水硬度（mmol/l）进水酸度（mmol/l）周期制水量（t）酸单耗（g/mol）碱单耗（g/mol）比耗001×72.0198054.51.1与D113串联后0.65480022.61.1201×71.8210082.41.25与D301串联后0.5674043.91.25由上表可知，经过弱酸、弱碱树脂后强型树脂的进水条件得到了改善，硬度去除了67.5%，酸度去除了72%。使设备的制水周期延长了2~4倍，单台设备制水量最高可达8000t左右。6经济效益通过对离子交换设备进行改造及最优工况的确定，取得了较好的效果，在设备数量和制水总量不变的条件下，全年用酸量由1681.26t降为991.3t，用碱量由1633.09t降为839.34t，制水成本由1.6元/t降为1.2元/t左右。每年可为公司节约费用70多万元，取得了较好的经济效益。