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阴树脂复苏工艺的改进

巨化集团公司热电厂 张国辉 马圭
摘要:阴树脂污染与水中含有大量有机物有关。本文以实践为基础,根据阴树脂污染与复苏的机理,在传统阴树脂复苏的基础上,添加某些络合剂、沉淀剂、增溶剂、氧化剂、表面活性剂等,对阴树脂复苏工艺进行改进,使树脂复苏的效果得到显著提高。
关键词:阴树脂  复苏  污染

1 前言
离子交换树脂在电力、化工、冶金等行业的水处理生产中已得到广泛应用。随着树脂使用时间的增加,阴树脂会出现诸如工作交换容量下降、出水品质劣化以及碱耗增加等问题。每当黄梅季节雨水增多,原水中有机物胶体含量上升,而预处理设备运行又不正常时,阴树脂易受污染而中毒。为了消除或减轻这种现象,我们用碱性食盐水进行树脂复苏。传统的阴树脂复苏工艺对提高树脂的工交,降低制水消耗以及提高出水品质有一定的作用,但由于其效果有限,旧树脂的性能很难得到大幅度的提高和改善。近些年来,我厂针对这一问题进行了探索和研究,在原复苏工艺的基础上进行了一些试验和改进,使阴树脂的复苏效果得到进一步提高。
2 阴树脂污染机理
离子交换树脂通常用于去除水中的无机盐类,由于原水中含有的有机和胶状物质在预处理混凝、过滤过程中不能完全除去,这些物质在离子交换过程中会吸留在阴树脂的骨架上而影响树脂的正常交换性能,这一过程称之为树脂污染。
有机物、铁、硅、微生物胶体或类胶体都会对阴树脂产生污染,通常情况下有机物的污染起主导作用,而铁、硅等其它杂质对阴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。下图1为水体中存在的腐殖酸结构示意图,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。腐殖酸是由分子量很大的带有多胺基和多羧基的酸类物质,其成份极其复杂,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,从而影响了树脂的正常离子交换过程,造成了对阴树脂的污染。
就水处理系统而言,阴树脂受有机物、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:我厂阴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:阴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。分析结果表明,我厂6台阴床阴树脂硅含量达48-60mg/g.干树脂不等。出现这一问题的原因可能与阴树脂在再生过程中再生液浓度偏低、流速偏小、温度偏低等因素有关。

3 阴树脂复苏机理
在阴树脂污染物结构中,由于共价键、氢键、静电力等作用力随化学物理环境的变化而变化,因而我们可以通过改变化学物理环境的办法,改变树脂污染物与树脂的结合力,使之在一定的条件下,从树脂骨架上脱落下来,这一过程称之为树脂的复苏。
溶液的pH值;离子强度;某些络合剂、沉淀剂、增溶剂、氧化剂以及外力等能够改变树脂污染物的化学物理环境。传统的阴树脂复苏工艺正是采用提高溶液的pH值和离子强度并通过超声波、空气擦洗等方法,使树脂污染物与阴树脂骨架的结合力松弛脱落下来。近来的诸多文献报道:在盐碱复苏液的基础上,加入一定浓度的腐殖酸络合剂、腐殖酸增溶剂、有机物的抗氧化剂及抗静电作用屏蔽剂等,阴树脂复苏效果有所提高。
4 小型试验
我厂在阴树脂复苏工艺改进前进行了一系列的现场模拟试验,所用树脂均取自我厂受污染程度较为严重的3、4#阴离子交换器,这些树脂的性能状况如表1所示:

据树脂污染和复苏的机理,我厂在传统复苏液配方的基础上,添加了不同作用的药剂,以改善树脂复苏液的化学及物理环境,使树脂污染物更易从树脂骨架上脱落。具体试验配方如下表2:

在小型试验中,我厂以有机玻璃交换柱模拟现场设备,进行树脂的复苏,复苏液温度为常温,复苏的主要过程为:
⑴、用除盐水对离子交换柱进行彻底反洗,彭胀树脂层,待复苏树脂出水无明显浑浊物后放水滤干。
⑵、用3%至4%的盐酸溶液浸泡4小时。
⑶、将水沥干后,用大量清水洗涤树脂,至出水pH值4.0以上。
⑷、放干交换器内清水,在交换柱内注入2倍于树脂体积的复苏液,然后用压缩空气连续搅拌。
⑸、每隔二小时测定一次复苏液COD值,待其升幅明显趋缓后,排尽复苏液,否则重新注入复苏液再浸泡一次。
⑹、树脂沥干后,用大量的清水进行冲洗,如复苏液中加有表面活性剂,则反复正反洗至出水无大量泡沫。
⑺、按正常的树脂再生步骤,进行阴树脂的再生。
⑻、再生结束后按GB7560-86试验方法测定其全交换容量。
小型试验结果如表3所示,结果表明:所有配方对阴树脂物理性能影响不大,但就树脂全交换容量值、浸液COD值以及Csio2值而言,配方E、F、G效果不错。其中配方G比传统复苏液配方A分别提高0.31mmol/g和0.37mmol/g树脂全交换容量,故在现场设备复苏试验中我们首选配方G工艺。

4 现场工艺试验
根据小型试验所选阴树脂复苏工艺和配方,我们对3#阴离子交换器内部衬胶层进行电火花检测后,进行了树脂复苏。从复苏过程及效果看,主要存在着以下几个方面的问题:
⑴、添加表面活性剂TX-10后,阴树脂在压缩空气搅拌过程中易随泡沫带出。
⑵、由于表面活性剂TX-10容易产生大量泡沫,树脂经复苏液浸泡后,很难用清水洗净。在现场操作中,我厂曾耗费16个小时,才使阴床正排出水泡沫大量减少。
⑶、树脂复苏后,前几个周期的设备周期制水量并没有得到有效提高,相反,设备在运行过程中出现了出水二氧化硅、电导率及钠离子值上升,设备制水量减少等现象。
⑷、树脂复苏后,设备在二个运行周期内出水仍有泡沫存在,所幸锅炉炉水的pH值未下降,锅炉的各项化学监控指标也未出现不良后果。
⑸、树脂复苏后的外观颜色变化不大。
经过分析,我们认为造成3#阴离子交换器树脂复苏效果不理想的主要原因是:树脂在复苏过程中的二氧化硅洗脱率不高;阴树脂在复苏液中浸泡后,表面活性剂未清洗充分等原因造成树脂在再生过程中杂质离子不易洗脱。相关资料介绍:在实际应用中,当阴树脂复苏液中氢氧化钠含量增加时,硅的去除率会明显上升,如氢氧化钠浓度由2%上升至4%,二氧化硅洗脱率将超过90%。至于表面活性剂TX-10泡沫不易清洗干净、树脂外观颜色变化不大等问题,我们考虑分别用添加消泡剂和提高盐酸浸泡液浓度、时间这二种办法解决。根据上述想法,我厂改变阴树脂复苏工艺和配方如下:
⑴、在配方G的基础上,添加异丙醇作为消泡剂,浓度控制在0.5%-1%之间。
⑵、提高复苏液中氢氧化钠的浓度,由原来的2%上升至4%。
⑶、增加阴树脂的盐酸浸泡时间,由原来的4个小时增加至10个小时。
⑷、树脂经复苏液浸泡后,先进行半个小时的淋洗,待大量复苏液带出设备后再进行正反洗操作。
通过复苏方案的调整,我厂按计划又对其它阴离子交换器进行了树脂复苏,结果表明:曾在3#阴离子交换器复苏中出现的问题得到了彻底解决。树脂在复苏后的第一制水周期,阴离子交换器出水的二氧化硅含量和电导率比复苏前明显下降。
5 效果检查
实践复苏结果表明:其余5台阴树脂的树脂外观颜色不同程度有所变浅,所有设备使用一年后,树脂补加率变化不大,树脂全交换容量和设备制水量变化情况请见下表4。由此可见复苏方案改进后的阴树脂复苏效果较为理想。通过近3个月的运行报表统计表明,现6台阴离子交换器设备平均周期制水量平均比复苏前提高了21.5%。同样报表记录显示,二年前阴离子交换器因采用传统阴树脂复苏工艺,其设备平均周期制水量只提高了17.1%。

6 结论
在传统的阴树脂复苏工艺基础上,通过添加腐殖酸的络合剂、增溶剂以及抗静电作用的屏蔽剂等方法,解离污染物的结构,挤压、剥离有机物,改善树脂亲水性,能够有效地提高阴树脂的复苏效果。我厂经实践认为:10%NaCl+4%NaOH+0.2%TX-10+5%
Na3PO4+0.5%异丙醇这工艺配方对受有机物和胶体硅污染的阴树脂复苏效果较好。


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