硝酸替代鹽酸作再生劑在陽(yáng)浮床中的應用

來(lái)源：作者：李靖安 淮化集團有限公司 熱電車(chē)間技術(shù)組，安徽 淮南 232038 發(fā)布日期：2014-09-12 16:47:24 瀏覽次數：3057

摘要： 陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的再生劑通常采用鹽酸，較少采用硝酸。用3％-5％稀硝酸液(鎂尾水)取代30％工業(yè)鹽酸作為再生劑對陽(yáng)離子交換樹(shù)脂進(jìn)行再生，控制再生劑的質(zhì)量分數在2.4％，流速為6m／h，再生時(shí)間為3 h；再生后的陽(yáng)浮床出水水質(zhì)、運行周期和周期制水量與用鹽酸再生的陽(yáng)浮床相比差別不大。

關(guān)鍵詞：陽(yáng)離子交換樹(shù)脂；浮床離子交換器；再生劑；脫鹽水
　　中圖分類(lèi)號：TQ028.3　　 文獻標識碼：B　　 文章編號：1009—2455(2004)05—0026—02

1 陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的再生

 浮動(dòng)床離子交換器是近年來(lái)在固定床離子交換水處理設備基礎上發(fā)展的新型床型，該類(lèi)床型大大提高了離子交換器中交換劑的利用率和設備出力，改善了出水水質(zhì)，降低了運行費用，我公司熱電廠(chǎng)于2000年投入使用了陰、陽(yáng)浮動(dòng)床離子交換器這一新型離子交換器使用于450t/h脫鹽水系統，其中陽(yáng)浮動(dòng)床離子交換器中裝有H型強酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，當陽(yáng)浮動(dòng)床失效后，使用30%鹽酸溶液稀釋后作為再生劑進(jìn)行再生。
　　根據陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的化學(xué)性質(zhì)，陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的離子交換反應方程式是可逆的化學(xué)反應：
　　 
　　式中R代表陽(yáng)樹(shù)脂交換基團。
　　陽(yáng)離子交換樹(shù)脂失效后，可使用強酸性溶液中的H⁺離子進(jìn)行再生，用H⁺置換Ca²⁺，Mg²⁺離子以恢復陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的交換性能，理論上硝酸溶液中的H⁺也能置換Ca²⁺，Mg²⁺離子，可作為陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的再生劑，但我國使用的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂再生劑一般為30％工業(yè)鹽酸，而不使用硝酸，主要有兩個(gè)原因：一是從經(jīng)濟因素說(shuō)，使用硝酸的費用較鹽酸費用高；二是硝酸具有強氧化性，陽(yáng)離子交換樹(shù)脂易受氧化，導致樹(shù)脂結構中鏈斷裂或交換基團被破壞，樹(shù)脂交換能力顯著(zhù)降低，顏色變深、變暗，樹(shù)脂易破碎，造成陽(yáng)離子交換樹(shù)脂工作交換容量下降，制水量下降，出水水質(zhì)不穩定。因此國內廠(chǎng)家選用再生劑時(shí)多數使用30％32業(yè)鹽酸，而不提倡使用硝酸。
　　目前國內僅少數廠(chǎng)家使用硝酸作為再生劑，我公司就是其中之一。由于我公司于2002年投人一套間硝生產(chǎn)設備(用硝酸鎂將50％-60％稀硝酸生產(chǎn)為98％的濃硝酸)，生產(chǎn)過(guò)程中會(huì )副產(chǎn)3％-5％稀硝酸廢液(廢液中無(wú)雜質(zhì))，俗稱(chēng)鎂尾水，此廢液如果外排需加入適量堿液中和，若將此廢液作為陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的再生劑不但可以每年節省外購鹽酸費用180萬(wàn)元，同時(shí)可以不用外排，減少環(huán)境污染，還可以節省外排時(shí)加堿液中和所需費用20多萬(wàn)元。
　　選用硝酸作為再生劑時(shí)，資料介紹必須嚴格控制再生時(shí)硝酸液的濃度及流速。為此，2002年我公司與東北電力學(xué)院及徐州水處理技術(shù)研究所合作對硝酸作為再生劑時(shí)濃度的控制進(jìn)行實(shí)驗研究。大量實(shí)驗結果表明，硝酸的質(zhì)量分數控制在2％-2.5％，流速在5-8 m／h時(shí)可以最大限度的防止因陽(yáng)離子交換樹(shù)脂受氧化而造成的不良后果，并保證離子交換樹(shù)脂的交換容量不受影響。

2 用硝酸作再生劑的再生方法

根據陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的化學(xué)性質(zhì)，硝酸作為再生劑進(jìn)行再生時(shí)，為防止硝酸的強氧化性對陽(yáng)離子交換樹(shù)脂造成損壞，一般質(zhì)量分數宜控制在2％-2.5％，流速在5-8 m／h，同時(shí)為確保陽(yáng)浮動(dòng)床離子交換器的運行周期，出水水質(zhì)，再生劑的質(zhì)量分數應控制在2.4％-2.5％。我廠(chǎng)陽(yáng)浮動(dòng)床內陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的工作交換容量在800mol／m³ 左右，陽(yáng)離子交換樹(shù)脂裝填量在21.5 t，濕視密度在0.8 g／mL，根據以上數據，可以計算出每次用酸量：
　　
　　因浮動(dòng)床在再生時(shí)再生劑的用量應為理論計算量的2-3倍，因此實(shí)際用酸量：1.524×2=3.048 t。
　　陽(yáng)浮動(dòng)床再生時(shí)再生流速為6 m／h，陽(yáng)離子交換器為φ3000mm，通流面積約7 m²，則流量為6×7=42 m³／h，再生劑的質(zhì)量分數為2.4％，則再生時(shí)間約為3h。

3 設備的改造

原再生劑管路用的不銹鋼材質(zhì)耐硝酸腐蝕，所以沒(méi)有更換，為控制好再生劑流量，在酸噴射器后增加了DNl00浮子流量計，量程為0-60t／h。
　　原φ3000陽(yáng)浮床內壁襯雙層δ=3mm橡膠，因為橡膠在硝酸的強氧化性作用下易老化開(kāi)裂，失去防腐作用，為此采用了徐州水處理技術(shù)研究所的專(zhuān)利技術(shù)，對4臺陽(yáng)浮床內壁進(jìn)行特殊抗氧化處理，涂刷了抗硝酸涂料。

4 效果對比

經(jīng)過(guò)一個(gè)多月的再生調試，再生后陽(yáng)浮動(dòng)床運行效果較好，分別用鹽酸、硝酸作為再生劑，再生后效果及再生劑費用對比(進(jìn)水水質(zhì)相同的情況下)見(jiàn)表1。

表1 硝酸與鹽酸的再生效果及費用對比

再生劑	出水水質(zhì)ρ（Na+)/(μg·L-1)	運行周期/h	周期制水量/t	再生劑費用/元
鹽酸	10左右	35	6390	2400
硝酸	10左右	32	5995	0

我廠(chǎng)使用硝酸為再生劑一年多來(lái)，樹(shù)脂破碎率較以前來(lái)說(shuō)變化不大，略有所提高，樹(shù)脂消耗每年補充量較以前增加5 t左右，每噸陽(yáng)樹(shù)脂在5000—6000元，則每年樹(shù)脂補充費用增加3萬(wàn)元，但與我廠(chǎng)每年節省的再生費用來(lái)說(shuō)，還是有較大的經(jīng)濟效益。

5 結束語(yǔ)

硝酸再生的陽(yáng)浮床與鹽酸再生的陽(yáng)浮床相比，再生效果相差不多，運行周期差3 h左右，周期制水量相差400t左右，硝酸再生后運行效果較好。硝酸作為再生劑是可行的，使用硝酸為再生劑時(shí)，必須嚴格控制再生劑的質(zhì)量分數在2％-2.5％之間，如超過(guò)2.5％，陽(yáng)樹(shù)脂易被氧化，造成陽(yáng)浮床運行周期短，出水水質(zhì)不穩定等不良后果。

作者簡(jiǎn)介：李靖安(1969—)，男，安徽淮南人，工程師，大學(xué)本科，學(xué)士學(xué)位，昆明理丁大學(xué)熱能工程專(zhuān)業(yè)88級，電話(huà)(0554) 2692896