H2SO4再生注意事项.doc

硫酸再生阳离子交换树脂的应用（作者：余琴花）摘要：介绍了盐酸、硫酸再生阳离子交换树脂在操作上的不同，酸消耗量的计算，废水排放量的计算以及生产成本的比较。 关键词：离子交换树脂 硫酸再生 酸消耗量 废水排放 分步再生(stepwise regeration)用硫酸再生阳离子交换剂时，为防止交换剂 表面生成硫酸钙沉淀，分2-3步渐渐增大硫酸 再生液的浓度的再生主法。离子交换树脂是用于软化水的交换剂，在使用一段时间后，吸附的杂质接近饱和状态，就要进行再生处理，使之恢复原来的组成和性能。目前，国内树脂的再生常用化学药剂酸碱法：使失效的树脂恢复交换能力，酸的使用通常采用HCl或H2SO4，碱的使用一般采用NaOH。目前，我公司脱盐水的装备能力有：40m3/h固定床三个系列，120m3/h双室浮动床两个系列，工艺流程是：原水阳离子交换器除碳器中间水箱阴离子交换器脱盐水箱。在生产中，采用酸碱法再生离子交换树脂，阳离子交换树脂的再生原来一直采用HCL，但再生过程产生的大量含CL-废液难以处理，为解决废水的排放问题，将再生剂改为H2SO4。下面就H2SO4再生和HCL再生进行比较：1、操作方法不同1.1 H2SO4再生相对于HCL再生来说要复杂一些：HCL再生采用的是一步再生法，即进行预喷射后，将再生酸浓度一次性调节到指标范围内(一般控制34%)，再生液流速5m/h，以稳定的浓度、流速将需要消耗的再生剂量消耗完，开始后面的置换、清洗步骤；1.2 H2SO4再生采用的是两步再生法，即进行预喷射后，将再生酸浓度调节到0.71.5，再生液流速710m/h，第一步再生消耗再生剂总量的60%；第二步再生在第一步再生浓度的基础上，将再生液浓度直接调节到1.53.0%，再生液流速57m/h，第二步再生消耗再生剂总量的40%，当需要消耗的再生剂量全部消耗完时，开始后面的置换、清洗步骤。2、再生剂消耗量不同采用HCL再生和采用H2SO4再生消耗的酸量不同，生产成本不同。我公司固定离子交换器采用的是001*7的强酸性树脂，双室浮动离子交换器采用的是001*7的强酸性树脂和D113-III的大孔弱酸性树脂，树脂在不同的交换器和使用不同再生剂时，工作交换容量不一样。我公司离子交换设备树脂装载量及树脂的参数如表(一)所示：表(一)树脂型号0017D113-III备注固定床装载量(m3)4.0*双室浮动床装置量(m3)7.852.82树脂工作交换容量(mol/m3)10002300HCL再生树脂工作交换容量(mol/m3)650*H2SO4再生固定床树脂工作交换容量(mol/m3)9001600H2SO4再生双室浮动床再生剂消耗量按下式计算：G=V1EGNn/1000公斤 (1)式中：V11台交换器中装载树脂的体积，m3；EG树脂的交换容量，克当量/米3；N再生剂当量(或每1克当量再生剂所相当的克数，克/克当量；)n再生剂实际用量为理论量的倍数，又称再生剂倍率。实际消耗再生剂量为：GG=G/100公斤 (2)式中：工业产品中再生剂的含量，以百分率表示，% 。再生剂的当量为： H2SO4=49，HCL36.5；HCL再生固定离子交换器的再生剂倍率取1.5，再生双室浮动床的再生剂倍率取1.3；H2SO4再生固定离子交换器的再生剂倍率取1.6，再生双室浮动床的再生剂倍率取1.2，根据式(1)和式(2)计算可得酸消耗量如表(二)所示：表(二)固定离子交换器双室浮动离子交换器消耗HCL量(kg)消耗H2SO4量(kg)消耗HCL量(kg)消耗H2SO4量(kg)219(100%)203.84(100%)680.24(100%)680.72(100%)730(30%)208(98%)2267.48(30%)694.62(98%)从表中数据可以看出，固定床系列H2SO4再生酸消耗量较HCL再生低，成本下降1.813元/次，双室浮动床系列H2SO4再生消耗酸量与HCL相当，生产成本上升6.28元/次。(我公司生产的HCL为335.00元/吨，H2SO4为344.00元/吨。)HCL再生和H2SO4再生阳离子交换树脂，运行情况比较如下：表(三)硬度(mmol/l)脱盐水电导率 (s/cm)PH值周期制水量(m3)备注固定床系列0.023.578640HCL再生阳床浮动床系列0.013.1782900固定床系列0.0233.1778644H2SO4再生阳床浮动床系列0013.2783000从表中数据可以看出，H2SO4再生和HCL再生相比，装置周期制水量和出水指标基本一致。3、废液排放量和处理废液成本不同离子交换树脂运行一个周期后再生时排出的酸、碱性废液量，在处理一般水质的原水时，约占除盐系统出力的510%，对于阳离子交换树脂而言，采用HCL和采用H2SO4再生由于在操作控制上有区别，产生的废液量不同，使生产成本不同。3.1 我公司的脱盐水装置再生操作参数如表(四)所示：表(四)固定床浮动床阳床阴床阳床阴床HCL再生H2SO4再生NaOH再生HCL再生H2SO4再生NaOH再生小反洗流量m3/h303030*小反洗时间(min)202020*预喷射流量(m3/h)101410162216预喷射时间(min)555555进再生液浓度(%)30.81.530.82.522进再生液流量(m3/h)1014101622161016进再生液时间(min)45654285140823055置换流量(m3/h)101010161616置换时间(min)303030303030清洗流量(m3/h)3030303535353.2 废液排放量计算3.2.1 酸性废液排放量Q1，一般只考虑中和前阳离子树脂交换器酸性废水排放量，阴离子树脂交换器少量酸性废水的排放量忽略不计，按下式计算：Q1=V1+V2+V3+V4+V5 m3/周期 (3)式中：V1反洗(或逆流再生的小反洗)水量，m3；V2进交换器稀再生液的体积，m3；V3置换水量，m3； V4正洗水量,m3；V5逆流再生时顶压前的放水量m3;根据式(3)计算，可得酸性废水排放量如表(五)所示：3.2.2碱性废水排放量Q2计算一般只考虑中和前阴离子树脂交换器碱性废水的排放量。Q2=V2+V3+V4 m3/周期 (4) 式中各符号含义同前。根据式(4)计算，可得碱性废水排放量见表(六)所示：3.2.3自行中和时剩余酸量的计算水处理站内酸碱自行中和后，剩余的酸量G4按下式计算：废酸液中能被废碱液中和部分的酸量G3=G2*N1/40 kg/周期 (5)剩余酸量G4=G1 - G3 kg/周期 (6)式中：G2阴离子交换器再生时消耗的NaOH量，kg；N1再生用酸的摩尔质量； G1阳离子再生时消耗的酸量，kg；根据式(1)计算可得 固定阴离子交换器再生消耗100%NaOH为102.94kg，双室浮动阴离子交换器再生消耗100%NaOH为546.36kg；根据式(5)、(6)计算，可得离子交换器再生废液经过自行中和后，剩余的酸量、中和剩余酸需100%的NaOH量见下表所示：固定床浮动床HCL再生H2SO4再生HCL再生H2SO4再生G3(kg/周期)93.93126.10498.55669.29G4 (kg/周期)125.0777.74181.6911.44剩余酸量消耗100%的NaOH137.0631.73199.114.67从表中数据可以看出，中和废水成本方面，H2SO4再生较HCL再生成本有所下降，其中固定床系列成本降低163.26元/周期，浮动床系列成本降低301.388元/周期。4、结论4.1 H2SO4再生阳离子交换树脂效果与HCL再生效果相当，但H2SO4再生操作较HCL再生复杂，并且由于再生时浓度控制得低，再生耗时较HCL再生长，废水排放量较HCL再生高；4.2 H2SO4再生阳离子交换树脂酸消耗成本比HCL再生稍高，但H2SO4再生产生的废水，中和处理成本较HCL再生产生的废水中和处理成本低得多，使脱盐水装置总生产成本降低，并且废水中SO42-离子比CL-离子易处理，对环保排水有利。因此，硫酸再生阳离子交换树脂值得推广。答案：再生剂的选择在水处理工艺中是很主要的环节，它直接影响到交换树脂的交换容量和出水水质。盐酸作为 H型离子交换器的再生剂，具有操作简便、出水质量好、交换树脂的交换容量高和再生时不会有沉淀物产生等优点。这是由于盐酸是一元酸，易电离，又可采用较高浓度的再生液，再生效果好。故用盐酸再生树脂的交换容量比用硫酸再生时可提高近一倍，从而延长了交换器的运行周期，减少了再生次数，节省了自耗水。但是，盐酸价格较高，制水成本比用硫酸再生要高些，贮酸设备及其系统需要防腐，资较多，还需要采取防止酸雾污染环境的措施。用硫酸再生 H型交换器的制水成本较低，浓硫酸不腐蚀钢铁，故可采用普通钢铁容器贮存，节省了投资。但是，硫酸是二元酸，活度小，电离不完全，因而再生树脂的效果差。再生树脂的交换容量仅为盐酸再生的一半，自耗水量大，出水质量差。此外，硫酸再生树脂时易产生硫酸钙沉淀等，故再生操作麻烦(需分步再生)。为保证设备和人身安全，设有防止水倒回至浓硫酸设备的安全措施，酸喷射器的喷嘴和混合管要采用耐高温、耐腐蚀的材料制作，如聚四氟乙烯和铝锑合金等。目前，电厂大多采用盐酸再生 H型离子交换器，是根据技术经济比较，用盐酸较硫酸有利。资料来源:江苏色可赛思树脂有限公司一、常规的再生处理离子交换树脂(IONRESIN)使用一段时间后，吸附的杂质接近饱和状态，就要进行再生处理，用化学药剂将树脂所吸附的离子和其他杂质洗脱除去，使之恢复原来的组成和性能。在实际运用中，为降低再生费用，要适当控制再生剂用量，使树脂的性能恢复到最经济合理的再生水平，通常控制性能恢复程度为7080%。如果要达到更高的再生水平，则再生剂量要大量增加，再生剂的利用率则下降。江苏色可赛思树脂有限公司整理树脂的再生应当根据树脂的种类、特性，以及运行的经济性，选择适当的再生药剂和工作条件。江苏色可赛思树脂有限公司整理树脂的再生特性与它的类型和结构有密切关系。强酸性和强碱性树脂的再生比较困难，需用再生剂量比理论值高相当多；而弱酸性或弱碱性树脂则较易再生，所用再生剂量只需稍多于理论值。此外，大孔型和交联度低的树脂较易再生，而凝胶型和交联度高的树脂则要较长的再生反应时间。再生剂的种类应根据树脂的离子类型来选用，并适当地选择价格较低的酸、碱或盐。例如：钠型强酸性阳树脂可用10%NaCl溶液再生，用药量为其交换容量的2倍(用NaCl量为117g/ l树脂)；氢型强酸性树脂用强酸再生，用硫酸时要防止被树脂吸附的钙与硫酸反应生成硫酸钙沉淀物。为此，宜先通入12%的稀硫酸再生。江苏色可赛思树脂有限公司整理氯型强碱性树脂，主要以NaCl溶液来再生，但加入少量碱有助于将树脂吸附的色素和有机物溶解洗出，故通常使用含10%NaCl + 0.2%NaOH的碱盐液再生，常规用量为每升树脂用150200g NaCl，及34g NaOH。OH型强碱阴树脂则用4%NaOH溶液再生。整理树脂再生时的化学反应是树脂原先的交换吸附的逆反应。按化学反应平衡原理，提高化学反应某一方物质的浓度，可促进反应向另一方进行，故提高再生液浓度可加速再生反应，并达到较高的再生水平。为加速再生化学反应，通常先将再生液加热至7080。它通过树脂的流速一般为12 BV/h。也可采用先快后慢的方法，以充分发挥再生剂的效能。再生时间约为一小时。随后用软水顺流冲洗树脂约一小时(水量约4BV)，待洗水排清之后，再用水反洗，至洗出液无色、无混浊为止。一些树脂在再生和反洗之后，要调校pH值。因为再生液常含有碱，树脂再生后即使经水洗，也常带碱性。而一些脱色树脂(特别是弱碱性树脂)宜在微酸性下工作。此时可通入稀盐酸，使树脂pH值下降至左右，再用水正洗，反洗各一次。江苏色可赛思树脂有限公司整理(IONRESIN)树脂在使用较长时间后，由于它所吸附的一部分杂质(特别是大分子有机胶体物质)不易被常规的再生处理所洗脱，逐渐积累而将树脂污染，使树脂效能降低。此时要用特殊的方法处理。例如：阳离子树脂受含氮的两性化合物污染，可用4%NaOH溶液处理，将它溶解而排掉；阴离子树脂受有机物污染，可提高碱盐溶液中的NaOH浓度至0.51.0%，以溶解有机物。二、特殊的再生处理污染较严重的树脂，可用酸或碱性食盐溶液反复处理，如先用10%NaCl +1%NaOH碱盐溶液溶解有机物，再用4%HCl或分别用10%NaOH及1%HCl溶解无机物，随后再用10%NaCl +1%NaOH处理，在约70下进行。江苏