（环境工程专业论文）燕山石化水质变化对离子交换树脂的影响及对策研究.pdf

j - 煳嬲， 摘要 本文研究了燕山石化由于水源的改变对离子交换树脂的影响。工厂水源由 原先的密云水库水等改变为拒马河水，对化学水处理系统产生一定的影响。 论文首先研究了拒马河水对树脂试验柱的影响情况。结果表明，拒马河水 对由d l l 3 型弱酸阳树脂试验柱和0 0 1 x 7 型强酸阳树脂试验柱组成的阳柱的周 期制水量和周期交换离子量影响较大，对由d 3 0 l 型弱碱阴树脂试验柱和2 0 l x 7 型强碱阴树脂试验柱组成的阴柱的周期制水量和周期交换离子量影响不明显。 运行1 2 个周期后，周期制水量降幅可达3 6 4 9 ，周期交换离子量降幅可达 2 8 4 0 。拒马河水对d l l 3 型弱酸阳树脂影响最大，体积全交换容量下降o 11 m m o l m l 。 然后，根据拒马河水对试验树脂柱的影响情况，提出了受损树脂的处理方法。 进而提出了采用拒马河水作为束水的生产处理对策。每8 个周期采用黼碱复苏法 处理一次树脂可有效地解决拒马河水对d 1 1 3 型弱酸阳树脂影响的问题，可使其 体积全交换容量恢复至新树脂的9 8 9 2 。将单元制串联运行工艺模式改为母管 制并联运行工艺模式可以彻底解决水质改变对阴阳床树脂交换容量匹配影响的 问题。采用拒马河来水作为水处理系统进水时水处理系统再生型各种树脂有效体 积应按如下比例进行调整以适应新的水质：v d l l 3 f c o o i 。7 f c = o 6 2 8 ； v d 3 0 l f c 2 0 l 。7 f c = 1 7 2 0 。 论文还针对炼油厂化学水处理系统的生水变化的实际情况，改变树脂配比 进行计算和试验，解决生产中实际问题。确定弱阳床树脂体积配比为 ( 6 0 d l l 3 f c + 4 0 0 0 l 7 f c ) ，将阳床的交换能力提高2 2 。模拟试验表明， 阳床交换能力已不再是制约因素，阴阳床树脂的交换能力可控制在4 以内， 弱阳床树脂成本比原来降低2 2 5 ，阴、阳床离子交换脱盐水系统整体交换能 力提高1 7 。确定离子交换树脂型号为：弱阳床：( 6 0 d 1 1 3 f c 离子交换树脂 + 4 0 0 0 l 7 f c 离子交换树脂) ；强阳床：0 0 l 7 f c 离子交换树脂；弱阴床： d 3 0 1 f c 离子交换树脂；强阴床：2 0 1 7 f c 离子交换树脂。其体积配比为：弱 阳床：强阳床：弱阴床：强阴床= 8 9 0 ：1 2 1 2 ：1 5 3 6 ：1 2 0 3 。 关键词：水处理同l 离子树脂阴离子树脂脱盐 a b s t r a c t ab s t r a c t t h i s p a p e rs t u d i e d t h ei n f l u e n c e so fs o u r c ew a t e rc h a n g i n go fy a n s h a n p e t r o c h e m i c a lp l a n tt ot h ei o ne x c h a n g er e s i n s t h es o u r c ew a t e ro ft h ep l a n tc h a n g e d 行o mm i y u n r e s e r v o i rt oj u m ar i v e r w h i c hi n n u e n c e dt h ec h e m i c a lw a t e r t r e a t n l e n ts y s t e m a tf i r s t ，t h i s p a p e rs t u d i e dt h ei n n u e n c e so fw a t e rf r o mj u m ar i v e rt oi o n e x c h a n g ec o l u m n s r e s u l t ss h o w e dt h a tw a t e rf 两mj u m a r i v e ri n n u e n c e dt h ew a t e r p r o d u c t i o na n de x c h a n g e di o n i cw e i g h to fd 1l3w e a ka c i dt y p ec a t i o nr e s i nc o l u m n a n do olx 7s t r o n ga c i dt ) ，p ec a t i o nr e s i nc o l 啪nm o r e ，a n dw h i c hi n n u e n c e dt l l e 、硼t e r p r o d u c t i o na n de x c h a n g e di o n i cw e i g h to fd 3 0 lw e a kb a s et y p ea n i o nr e s i nc o l u m n a n d2 01 7s t r o n gb a s et y p ea n i o nc o l u m nl i t t l e a r e rl2c y c l e so fm n n i n g ，t h e r e d u c t i o no fw a t e rp r o d u c t i o nw a s3 6 4 ，t h er e d u c t i o no fe x c h a n g e di o n i cw e i g h t w a s2 8 4 t h ew a t e rf r o mj u m sr i v e ri n f l u e n c e dd al l3w e a ka c i dt y p er e s i n m o s t l y ，w h i c hd e c r e a s e do 1 1m m o l m lo ft h ev o l u m et o t a le x c h a n g e di o n i cw e i g h t o ft h ec o l u m n s e c o n d l y ，t h i sp a p e rs u g g e s t e dt h er e g e n e r a t i o nm e t h o d so ft h er e s i n sb yt h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t s a n db r o u g h tf o r w a r dt 1 ep r o d u c t i o np l a n 、h e nu s i n gt h e 、v a t e r f r o mj u m ar i v e ra st h es o u r c ew a t e r 1 o 仃e a t 也ea1 13w e a ka c i dc a t i o nt y p er e s i n b ys a l i n ea n da l k a l ie v e 拶8c y c l e sc o u l dr e g e n e r a t et h ei n n u e n c e so fj u m ar i v e rt o t h i sr e s i n ，a n dt oc o m eb a c k9 8 9 2 o ft h ev o l u m et o t a le x c h a n g e di o n i cw e i g h t c h a n g et h ec e l l u l a rp r o d u c t i o ns y s t e mt ot h eh e a d e rp i p es y s t e mc o u l ds o l v et h e m a t c h i n gp r o b l e mo ft h ec a t i o nc o l u m na n dt h ea n i o nc o i u m nc o m p l e t e l y w h e nu s i n g w a t e ro fj u m ar i v e ra st h es o u r c ew a t e r ，t h ev o l u m eo fk i n d so fr e s i n ss h o u l db e a d j u s t e d a sb e l o wt of i tt h en e ww a t e r q u a l i t y ：v d l1 3 f c v o o l 。7 f c= 0 6 2 8 ， v d 3 0 i f c v 2 0 l 。7 f c = 1 7 2 0 a tl a s t ，t h i sp a p e rc a l c u l a t e dt h eb e s tp r o p o r t i o no ft h er e s i n sd u r i n gt h ew h o l e c h e m i c a lw a t e rn e a t m e n ts y s t e mo ft h ep e t r o c h e m i c a lp l a n t 、v h e nt h ew a t e rs o u r c e c h a n g e d i tw a sd e t e m l i n e dt h a tt h eb e s tc o m p o s i t i o no ft h ew e a kc a t i o nr e s i nb e dw a s ( 6 0 d l13 f c + 4 0 o o1 7 f c ) ，w h i c hc o u l di m p r o v et h ee x c h a n g i n ga b i i i t yo ft h e a b s t r a c t c a t i o nb e da s2 2 t h es i m u l a t i o ne x p e r i m e n t ss h o w e dt h a tt h ee x c h a n g i n ga b i l i t yo f t h ec a i t o nb e dw a sn om o r et h er e s t r i c tf a c t o r - t h ed i 虢r e n c eo ft h ee x c h a n g i n ga b i l i t y o ft 1 1 ec a t i o nb e da n dt l l ea n i o nb e dc o u l db ec o n t r o l l e da sb e l o w4 t h ec o s to ft h e 、v e a kc a t i o nb e dd e c r e a s e d2 2 5 a sb e f o r e a n dt h et o t a le x c h a n g i n ga b i l i t yo ft h e s y s t e mi n c r e a s e d17 t h eb e s tc o n d i t i o no ft h er e s i n su s e di nt h eb e d sa r e ：w e a k c a t i o nb e d ( 6 0 d l1 3 f c + 4 0 o o l 7 f c ) ，s t i d n gc a t i o nb e d ( 0 0 1 7 f c ) ，( d 3 0 1 f c ) ，s ( 2 0 1 7 f c ) t h ev o l u m e r a t i oo fw e a kc a t i o nb e d ：s t r o n gc a t i o nb e d ：w e a ka n i o nb e d ： s t r o n ga n i o nb e d = 8 9 0 ：1 2 1 2 ：1 5 3 6 ：1 2 0 3 k e y w o r d s ：w a t e rt r e a t m e n t ；c a t i o nr e s i n ；a n i o nr e s i n ； d e s a l t i n g l i i 第1 章文献综述 第1 章文献综述 水是生命的源泉，是社会经济发展的命脉。随着人类生产的发展和生活水 平的提高，用水量以每年接近5 的速度递增。照此下去，每1 5 年用水总量就 翻一番，在2 0 3 0 年以前，地球上将有1 3 以上的人面临淡水资源危机【。 中国水资源总量为2 8 万亿立方米，居世界第4 位，占世界水资源总量的 7 ，但中国人均水资源量为2 3 0 4 立方米每人，处于缺水上下限( 3 0 0 0 l o o o 立方米每人) 的中值，属于水资源紧缺的国家拉i 。中国的水资源分布的不均匀 性、水污染和水土流失使得工业、农业和人民生活将得不到按现模式发展的足 够水资源供应。 在全国4 6 7 个城市中，有3 0 0 多个大中城市缺水，5 0 多个城市严重缺水， 同缺水量达1 0 0 0 多力吨【3 l 。随着我国工业现代化步伐的加快，各行各业对水的 需求日益增加。目前，我国城市用水量每年以8 l o 的速度递增，供水能力 的增长赶不上用水量的增长，因供水不足而造成的工业经济损失每年达数千亿 元，而我国可供利用的淡水资源又极为有限，同时水资源的污染也十分严重， 从而大大地影响了人民生活、工农业生产及整个国民经济的发展。 1 1 燕山石化水资源概况 北京是一个严重缺水的城市，燕山石化位于北京西南，石化企业是用水大 户之一，水已经成为制约燕山石化发展的关键因素。以前，燕山石化的用水大 部分为北京密云水库和官厅水库的水，还有部分地下水。随着北京市城区居民 生活用水的不断加大，以及水资源的r 益短缺，北京市给燕山石化的用水指标 逐渐减少。为解决燕山石化地区工业和民用水问题，北京市投入巨资实施了“引 拒济燕”工程，将拒马河水引进燕山石化，大大缓解了燕化公司的生产、生活用 水短缺的问题，同时也彻底停止了密云水库给燕山石化供水。不仅如此，政府 要求燕山石化在北京市区用水紧张的时候，要利用原来的供水管道倒灌，为北 京市区提供水源。“引拒济燕”工程为燕山石化的改建扩提供了新的契机，但是 该工程并未根本解决燕山石化和北京用水紧张的状况，所以节水仍然是燕山石 化非常重视的问题。由于拒马河水属于敝丌流动水，与原来燕化公司使用的密 南京工业大学硕士学位论文 云水库、官厅水库的地表水和苏村、夏村等地下水的水质会有较大差异，水源 的改变，也为水处理带来一定影响。 1 2 燕山石化节水概况 中国石化集团公司很早就认识到水处理和节水的重要性，对水处理的管 理非常严格，包括循环水处理，化学水处理，污水处理及其回用，投入大量 资金进行水处理技改和节水攻关。 燕山石化炼油厂节水项目，就是中国石化集团公司“十条龙”攻关项目之 一，其目标是炼油吨油耗新鲜水o 6 8 吨。为达到这一目标，燕化进行了炼油 污水深度处理后回用方面的工作，初期出水做循环水补充水，其用量受循环 水场补水量限制，环保事业部出水一直不能达到设计负荷。炼厂用水大户为 一、二热力水处理，其用水量占炼厂全部用水量的6 0 以上，为加大再生水 用量，使炼厂早日达到“十条龙”攻关目标，燕化启动了再生水脱盐项目，再 生水经脱盐后进炼油厂一热力水处理做离子交换树脂补水。 燕山石化的化工一厂、动力厂、环保事业部等也都有相应的节水措施。 1 3 燕山石化化学水系统概况 燕山石化公司生产需要大量蒸汽，产生蒸汽的中高压锅炉对给水有很高的 要求，所以对进锅炉的柬水要进行自行处理，目前广泛应用的就是离子交换树脂 法处理。燕山石化的离子交换树脂水处理系统见表1 1 。 系统的床型大部分为双层双室浮，装填的离子交换树脂床主要为o o l 7 f c 、 2 0 1 7 f c 、d 1 1 3 f c 和d 3 0 l f c 四种，系统模式为母管制和单元制两种。 1 4 离子交换树脂简介 离子交换树脂是一种在交联聚合物结构中含有离子交换基团的功能高分子 材料。按交联聚合物的不同品种，离子交换树脂可分为苯乙烯系、丙烯酸系、 酚醛系、环氧系、乙烯吡啶系、脲醛系、氯乙烯系等；按树脂形态的不同可分 为凝胶型和大孔型两种；另外，根据离子交换树脂所含官能团的性质又可分为 第1 章文献综述 强酸、弱酸、强碱、弱碱、螯合、酸碱两性和氧化还原型等七类；按用途还可 分为水处理用村脂、药用树脂、催化用树脂、脱色用树脂、分析用树脂以及核 子级树脂等【4 1 。 表1 1 燕山彳i 化部分化学水系统概况 7 r a b l el lp a no f t h ew a t e rs y s t e mi n 、，a n s h a np e t r o c h e m i c a lc o m p a n y 装置名称床型 弱焉萼脂强蒌萼脂鼍娄老尹毳萋 离子交换树脂不溶于一般的酸、碱溶液及许多有机溶剂。它以交换、选 择、吸收和催化等功能来实现除盐、分离、精制、脱色和催化等应用效果i 引。 南京工业大学硕士学位论文 离子交换是一种特殊的离子吸附过程，是饮用纯水制备过程中的重要脱 盐工序。为了有效利用离子交换树脂容量大、出水水质好的特点m 最9 1 ，必须 准确测定离子交换终点，以便对失效后的树脂进行再生处理，制备高质量的饮 用纯水。 燕山石化化学水处理系统中大部分树脂为0 0 1 7 f c 、c 2 0 1 7 f c 、 d 1 1 3 f c 、d 3 0 1 f c 四种。 1 4 1o o l 7 f c 树脂 0 0 1 7 是强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，f c 表示浮动床专用型，出厂 型为钠型。是软化及除盐水处理系统中使用最广的一种半消耗性材料，主要 用于石油化工工艺和火力发电等所需的纯水和超纯水的制备，正常情况下用 盐或酸再生，可重复使用。但随着使用时l 日j 的延长和污染，树脂的理化性能 会逐渐劣化，具体表现为工作交换容量下降，运行费用上升，出力达不到设 计要求及出水水质变差，最终导致报废或更换| 1 0 j 。 1 4 22 0 1 7 f c 树脂 2 0 】x 7 是强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂，f c 表示浮动床专用型，出厂 型为氯型。是火力发电厂除盐系统中应用普遍、使用量大、投资大的一种水 处理材料，其性能好坏直接影响着热力系统的补给水品质。在使用过程中树 脂的理化性能、工艺性能会逐渐下降，严重时不得不更换f l l 】。 对于强碱阴树脂的有机物污染机理，一般认为：污染的机理包括物理和 化学的两种作用，悬浮有机物的污染机理是物理的，它们主要吸附在树脂表 面，进而渗入到树脂的网状结构中，以范德华力吸附存在；而溶解有机物污 染机理主要是化学的，带有负电荷的富维酸根和腐殖酸根等有机物，由于离 子交换，进入树脂的微孔中，当用苛性钠再生时，生成有机物钠盐，有机物 的体积增大，使它更难从树脂中解析出来。另外，水中的有机物还会使强碱 阴树脂部分在溶解氧的作用下降解和氧化1 1 2 1 。 近年来，随着离子交换技术的不断发展，在树脂合成方面除凝胶型性能有 很大改进外，合成了交换速度快、机械强度大、抗污染能力强和化学稳定性 好的大孔离子交换树脂1 1 引。下面介绍的d 1 l3 和d 3 0 1 树脂就是大孔树脂。 4 第1 章文献综述 1 4 3d l l 3 f c 树脂 d 1 1 3 是大孔弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂，f c 表示浮动床专用型，出 厂型为氢型。和苯乙烯系树脂不同，d 1 1 3 树脂是以丙烯酸为骨架聚合的树脂， 所以具有不同的特点，它的机械强度高，交换容量大。【1 4 】 1 4 4d 3 0 1 f c 树脂 d 3 0 l 是大孔弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂，f c 表示浮动床专用型，出 厂型为游离胺型。弱碱阴树脂具有工作交换容量大、易于再生、对有机物去 除率高且再生时又易于去除的优点【1 引。它与强碱树脂串联运行和再生，可以 使周期制水量增加，出水水质改善，提高再生剂利用率，同时明显减轻有机 物对强碱树脂的污染。所以，弱碱树脂已越来越广泛地应用于水处理中。 1 5 水质变化对炼油厂化学水系统的影响 炼厂一热力水处理为三催化装置配套项目，始建于1 9 9 7 年，其工艺路线 简述如下： 该装置为单元制系统，阴、阳床树脂为同一操作单元，初始设计水质为纯 地下水。 单元制系统优点是：阴阳床同时再生，废酸碱液同时排放，通过调整再生 液能够实现便于等中和排放；由于在设计中选用阳床先于阴床失效法，当阳床 失效后，钠离子首先从阳床漏过，导致阴床出水电导率升高，因此监测阴床出 水电导率即可监督阳床的运行，从而监督一条生产线的运行，便于运行监督。 缺点是：若一条生产线上的设备出现故障而停运，整条生产线退出运行，即阴 阳床不能互为备用。 然而，随着地下水水质的变差以及外部管网调整，水的来源由密云水库、 地下水、回用水、拒马河水等组成，组成比例变化大，水质波动范围广。一热 力水处理进水水质较原设计出现较大偏差，主要表现为来水暂时硬度升高，阴、 阳床树脂不匹配，阴床能力富裕较多，阴、阳床树脂不同时失效但必须同时再 南京工业大学硕士学位论文 生，阴床树脂的工作交换容量不能得到充分发挥，直接导致三水处理站的除盐 水碱耗和水耗偏高。虽经几次调整，效果不是很明显，这不仅增加了除盐水成 本，而且由于再生时排出废酸碱量大。因此经中和处理排放的废水中含盐量大， 对环境保护工作造成了一定的影响。预计再生水脱盐处理后，来水水质非常好， 而且暂时硬度将大大降低，此时阳床树脂能力将有较大富裕，而阴床树脂能力 不够。 解决这一问题最直接有效的办法是改造阴、阳床树脂的运行和再生工艺， 使阴、阳床树脂分别运行和再生，不受树脂本身和来水水质的影响，最大限度 地提高其工作交换容量的利用率。改造需要投入大量资会，比较经济和切实可 行的办法，就是挑选工作交换容量大的阴树脂来解决这一问题。 在实际运行过程中，发现阳床树脂的交换能力依然不足。这种情况产生 的原因可能是由于来水经过反渗透膜处理后，在去除钙镁等影响硬度指标的 阳离子同时，也去除了大量的碳酸根和碳酸氢根离子，使得进水的碱度显著 降低。而原来由阴床树脂去除部分碱度的交换能力就被省了下来，仍致使阴 床树脂的交换能力过剩。所以还需要筛选工作交换容量大的阳床树脂来和阴 床树脂匹配，基本达到阴、阳床树脂同时失效、同时再生，提高周期制水量 的目的。 1 6 本文研究内容 本文系统研究了燕山石化由于水源的改变对离子交换树脂的影响。由于 水源的改变，使化学水处理系统产生一定影响，本文提出了消除影响的对策。 针对炼油厂化学水处理系统的生水变化的实际情况，改变树脂配比，解决生 产中实际问题。 1 7 参考文献 【1 】严瑞喧水处理药剂手册【m 】北京：化学工业出版社，2 0 0 0 【2 】董辅祥，董欣东节约用水原理及方法指南【m 】北京：中国建筑工业出版社， 1 9 9 5 6 第1 章文献综述 【3 】北京广源资信精细化工科技发展中心我国工业节水技术发展战略研究【z 】 北京：中化科技研究总院，2 0 0 4 【4 】龚云表，石安富合成树脂与塑料手册【m 】，上海：上海科学技术出版社，1 9 9 3 ， 3 6 7 【5 】吕仪军离子交换树脂应用进展【j 】四川化工与腐蚀控制，1 9 9 9 ，2 ( 6 ) ：3 6 3 8 【6 夏笃玮离子交换树脂 m 】北京：化学工业出版社，1 9 8 3 【7 】闻瑞梅，王在忠高纯水的制备及检测技术【m 】北京：科学出版社，1 9 9 7 【8 】邵长富，赵晋府软饮料工艺学【m 北京：轻工业出版社，1 9 8 6 【9 】无锡轻工业学院，天津轻工业学院食品工程原理( 下册) m 】北京：轻工业出版 社，1 9 8 0 【1 0 】汪德良，王广珠，崔焕芳，等0 0 1 7 树脂理化性能与工艺性能关系的研究 j 热 力发电，2 0 0 0 ( 1 ) ：2 6 【ll 】崔焕芳，王广珠，彭章华2 0 l 7 强碱性阴离子交换树脂工艺性能与理化性能 的关系 j 】- 热力发电，2 0 0 2 ，1 ：3 1 3 3 【1 2 】陈鹏飞关于凝胶型树脂有机物污染的探讨【j 】黑龙江石油化工，1 9 9 4 ，3 ：3 1 3 5 【1 3 】张云祥大孔离子交换树脂在废水处理终端中应用探讨【j 】净水技术，2 0 0 1 ，2 ： 3 4 3 6 【1 4 】李采芳，唐瑞彬，陈秀枝等d1 1 3 离子交换树脂物化性能的研究【j 】工业水处 理，2 0 0 1 ，2 l ( 4 ) ：l l 1 3 【1 5 】张澄信，何艳红，刘军梅弱碱阴树脂水处理工艺性能计算方法的研究 j 】武汉 大学学报( 工学版) ，2 0 0 l ，3 4 ( 2 ) ：4 0 4 4 7 南京工业大学硕士学位论文 第2 章拒马河水对离子交换树脂的影响 2 1 水质变化统计 随着北京市水资源的r 益短缺，北京市投入巨资实施了“引拒济燕”工程， 大大缓解了燕化公司的生产、生活用水短缺的问题，同时为北京燕化公司的改 建扩能提供了新的契机。由于拒马河水属于敞开流动水，与原来使用的密云水 库、官厅水库的地表水和苏村、夏村等地下水的水质有较大差异。密云水库来 水与拒马河来水水质检测结果如下： 表2 1 米水影响刚树脂主要指标 1 a b i e2 im a i np a r a m e t e r so fw a t e ri n f l u e n c eo nc a t i o ne x c h a n g er e s i n s 硬碱比：硬度折合为一价m 离了浓度j 碱度的比值： 碰l ；n 比：硬度折合为一价1 5 n 高了浓度j i ；n 高了总浓度的比值： 钙础比：钙高了浓度j 碘度的比值。 由表2 1 可见，拒马河来水比密云水库来水阳离子总浓度、阳离子总浓度极 差大。根据水的电中性原则，阴离子总浓度、阴离子总浓度极差也会大，这说 明拒马河来水比密云水库来水含盐量波动大。这将导致在阳柱、阴柱的周期交 换离子量一定的情况下周期制水量降低且波动大。 另外，拒马河来水比密云水库来水的硬碱比、硬阳比、钙硬比均有所下降， 这将对水处理系统的弱酸性阳离子交换树脂和强酸性阳离子交换树脂工作交换 容量的发挥产生一定程度的影响。 第2 章拒马河水对离子交换树脂的影响 表2 2 来水影响阴树脂主要指标 t a b l e2 2m a i np a r a m e t e r so f w a t e ri n f l u e n c eo na n i o ne x c h a n g er e s i n s 阴离了强弱比：强腋阴高了折合为一价阴离了浓度j 弱睃阴离了折合为一价阴离了浓度的比值。 从表2 2 可以看出，拒马河来水比密云水库来水阴离子强弱比有所下降， 活性硅含量大幅度增加。这将对水处理系统的弱碱阴离子交换树脂和强碱阴离 子交换树脂工作交换容量的发挥产生一定程度的影响，从而对水处理系统的阴 柱周期交换离子量、周期制水量产生影响。 拒马河来水比密云水库来水c o d 极差大，说明拒马河来水有机物浓度变化 较大。由文献可知，树脂颗粒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，树脂的活性基团就在通道内壁的基体上，一旦有机物进 入这些通道，势必会阻塞离子进出树脂的通道，使离子交换反应无法进行。这 将对水处理系统的各种离子交换树脂的工作交换容量在不同周期的发挥程度产 生一定影响。 从上述分析可以看出，北京燕化公司水源的改变对采用离子交换树脂除盐 的水处理系统来说无疑是一个新的考验。 考察拒马河水对水处理用离子交换树脂的影响及对策的研究主要包括三个 方面：一是拒马河水对装有一定量的离子交换树脂的离子交换柱的周期制水量 和离子交换量的影响；二是拒马河水对离子交换树脂性能指标的影响；三是如 何消除拒马河水对水处理用离子交换树脂的影响。 9 南京工业大学硕士学位论文 2 2 试验部分 2 2 1试验装置 l 、试验仪器设备 d d s 1 1 a 型电导率仪，上海雷磁新泾仪器有限公司； h o n e y w e l l 在线电导率仪，9 7 8 2 型； p h s 一3 c 型p h 计，上海精密科学仪器有限公司雷磁仪器厂； h a c he c 3 1 0 型在线p h 计，e c 3 1 0 型，h a c hc o m p a n y d w s 。5 l 型钠离子浓度计，上海精密科学仪器有限公司雷磁仪器厂； 离子交换柱( 弱阳柱、强阳柱、弱阴柱、强阴柱) ：内径3 4 士o 5m m 、柱内 有效高度1 5 0 0m m ； 进水水箱：有效容积1 0 5m 3 ；再生液罐：内径7 8m m 、容积4 0l ； 水泵：2 5 f s 一1 4 型流量6m 3 l l 、扬程1 4m h 2 0 ；流量计量水表。 2 、试验装置工艺流程 为了得到稳定、可靠的试验结果，试验采取顺流再生固定床工艺，如图2 1 。 试验主流程为拒马河来水_ 阳柱进水箱_ 水泵_ 浮子流量计_ 水表一弱阳 柱一强阳柱- 弱阴柱一强阴柱一出水。弱阳柱内装填d 1 1 3 型弱酸阳树脂，用 于去除水中碳酸盐硬度离子如c a 2 + 、m 9 2 + ；强阳柱内装填0 0 1 7 型强酸阳树脂， 用于去除水中剩余的阳离子如c a 2 + 、m 9 2 + 、n a + 等：弱阴柱内装填d 3 0 1 型弱碱 阴树脂，用于去除水中强酸阴离子；强阴柱内装填2 0 1 7 型强碱阴树脂，用于 去除水中剩余的阴离子，如未除去的强酸阴离子、h c 0 3 。、h s i 0 3 等。 强阳柱、弱阳柱两个树脂交换柱串联再生，再生时用压缩空气将酸再生液 罐内的盐酸再生液顺序压入强阳柱、弱阳柱。强阴柱、弱阴柱两个树脂交换柱 串联再生，再生时用压缩空气将碱再生液罐内的氢氧化钠再生液顺序压入强阴 柱、弱阴柱，以降低酸碱单耗，减少环境污染，节约成本。 l o 第2 章拒马河水对离子交换树脂的影响 图2 一l 试验流样图 f i g 2 - lf l o wc h a r to f t h ee x p e r i m e n t s 根据拒马河水水质测定结果和各种树脂的工作交换容量，确定了各试验柱 内树脂填装高度分别为：弱阳柱内再生型d 1 1 3 型弱酸阳树脂高度4 4 0 4 6 0m m ， 强阳柱内再生型0 0 1x7 型强酸阳树脂高度4 9 0 5 2 0m m ，弱阴柱内再生型d 3 0 1 型弱碱阴树脂高度4 4 0 4 5 5m m ，强阴柱内再生型2 0 1 7 型强碱阴树脂高度 4 4 0 4 5 5m m ，试验柱采用3 4 o 5m m 的有机玻璃柱，运行流速控制在6 0 1 0 m l l 【2 1 范围内，运行温度控制在2 5 5 1 3 1 范围内。 南京工业大学硕士学位论文 2 2 2水样分析方法 g b6 9 0 8 8 6 ：锅炉用水和冷却水分析方法，电导率的测定。 g b6 9 0 4 1 8 6 ：锅炉用水和冷却水分析方法，p h 的测定，玻璃电极法。 g b6 9 0 9 1 8 6 ：锅炉用水和冷却水分析方法，硬度的测定，高硬度。 g b6 9 0 9 2 8 6 ：锅炉用水和冷却水分析方法，硬度的测定，低硬度。 g b t1 4 4 1 9 9 3 ：锅炉用水和冷却水分析方法，碱度的测定。 s s 6 1 8 4 ：酸度的测定( 容量法) 。 g b1 2 1 5 6 - 8 9 ：锅炉用水和冷却水分析方法，钠的测定，静念法。 2 2 3试验方法 l 、运行 将拒马河水在2 5 士5 下以6 0 士l om h 的流速顺序通过经过预处理并再生好 的装有一定量树脂的d 1 1 3 型弱酸阳树脂试验柱( 简称弱阳柱) 、0 0 1 7 型强酸 阳树脂试验柱( 简称强阳柱) 、d 3 0 1 型弱碱阴树脂试验柱( 简称弱阴柱) 、2 0 l 7 型强碱阴树脂试验柱( 简称强阴柱) ，通过装在弱阳柱入口管上的水表末计量制 水量，通过测定强阴柱出口水的n a + 、硬度、电导率、p h 与碱度来判定阳柱( 弱 阳柱与强阳柱串联组成) 、阴柱( 弱阴柱与强阴柱串联组成) 是否达到运行终点， 当在线p h 计指示值下降时加强监测，直至连续两次阴柱出水n a + 超过1 0 0 肛g l 且p h 值降至6 o 以下，停止运行。 2 、再生 阳柱、阴柱失效停运后先进行树脂的反沈，再以1 5 0 0m l ，1 1 4 3m o l l 的盐 酸再生液以2 3 2 7m l m i n 的流量再生阳柱( 时间约6 0 分钟【3 】) 并用除盐水置 换至排水n a + 小于2 0 0p g l 且硬度小于o 1m m o l 几，以2 5 0 0m l 0 5l0 m 0 1 l 氢 氧化钠再生液以3 8 4 5m l m i n 的流量( 时间约6 0 分钟1 3 1 ) 再生阴柱并用除盐 水置换至排水电导率 1 0p s c m 且p h 9 o ，并测量树脂层高度。 3 、数据处理 通过阳柱出水水质达到失效指标前阳柱进、出口水阳离子浓度之差与累计 制水量来计算阳柱本周期交换离子量。通过阴柱出水水质达到失效指标前阴柱 进、出口水阴离子浓度之差与累计制水量来计算阴柱本周期交换离子量。通过 第2 章拒马河水对离子交换树脂的影响 对8 个以上运行周期的周期制水量、周期交换离子量进行统计分析，得到拒马 河水对阳柱、阴柱周期制水量、周期交换离子量的影响。而通过对试验酊后d 1 1 3 型弱酸阳树脂、0 0 l 7 型强酸阳树脂、d 3 0 1 型弱碱阴树脂、2 0 1 7 型强碱阴树 脂的含水量、湿视密度、体积全交换容量等指标的测定研究拒马河水对上述四 种树脂质量的影响。 2 3 试验结果与讨论 以拒马河水为试验水质，阳柱共运行了1 4 周期，j 下式运行了1 2 个周期。 以阳柱出水为阴柱进水，阴柱运行了8 个周期。下面分别对阳柱、阴柱试验数 据进行统计分析。 2 3 1阳柱试验数据与生产装置阴床运行数据分析 试验室阳柱运行条件如下：运行温度2 4 2 2 6 4 ：运行流速5 1 3 6 6 2 m h ；d l1 3 型树脂层高度4 5 0 4 6 1m m ，0 0 1 7 型树脂层高度4 9 7 5 0 0m m ； 第2 周期进水c o d c r 为4 om g l ，出水c o d c ，为1 0m g l ，第9 周期进水c o d c r 为6 0m g l ( 0 2 ) ，出水c o d c r 为3 om g l ( 0 2 ) 。 l 、水质变化对阳柱周期制水量的影响 1 ) 试验室阳柱周期制水量变化 通过对阳柱1 2 个运行周期的试验数据进行统计分析，得出阳柱出水n a + 浓 度随制水量变化的曲线，如图2 2 所示。 十第1 周期 - 一第2 删期 巾筇： 删期 m 4 川期 + 筑5 州炳 + 筇6 川期 一鼍一第7j 爿期 一- 筇h j 硝婀 + w 筇9 j 嗣期 一笫i l j 删期 一，一第1 l j 爿期 十臻1 2 删期 图2 。2 阳柱出水n a + 浓度制水量曲线图 f i g 2 2c o n c e n t r a t i o no f n a + v s w a t e rp r o d u c t i o no f t h ec a t i o ne x c h a n g ec o l u m n 1 3 南京工业大学硕士学位论文 由图2 2 可知，阳柱丌始运行时，出水n a + 浓度一般较高。随着制水量的增 加，出水n a + 浓度迅速下降并稳定。随着制水量的继续增加，出水n a + 浓度又会 迅速上升，阳柱运行进入失效阶段。当出水n a + 浓度达到一定数值即可认定阳 柱树脂已经失效，需要停运再生，然后才能进行下一周期的运行制水。图中， 每个周期出水n a + 浓度开始上升时的制水量各不相同。达到1 0 0 g l 时的制水 量也相差很大，以出水n a + = 1 0 0p g l 作为运行终点时每个运行周期的周期制水 量如表2 3 所示。 表2 3 拒马河水树脂试验阿i 柱周期制水鼙统计表 t a b l e2 3w a t e rp r o d u c t i o no fc a t i o ne x c h a n g ec o l u m nf o rw a t e rf r o mj u m ar i v e r 由表2 3 可知，阳柱自i f6 个周期的周期制水量平均值为0 2 1 1m 3 ，后6 个 周期的周期制水量平均值为o 1 8 6m 3 ，降低了1 1 8 5 。d 1 1 3 型树脂层高度为 4 5 0 4 6 lm m 之间，0 0 l 7 型树脂层高度为4 9 7 5 0 0m m ，均比较稳定。说明 在1 2 个运行周期中，弱阳柱、强阳柱内树脂的物理性能己基本稳定。从表2 3 可以得到阳柱周期制水量随运行周期数变化的曲线，如图2 3 所示。 由图2 3 可知，阳柱周期制水量从第9 周期丌始明显下降，从第8 周期的 0 2 2 2 m 3 到第1 2 周期的o 1 4 1 m 3 ，降幅为3 6 4 9 。说明从第9 周期开始阳柱周 期制水量已受到拒马河水的水质影响而呈现明显的下降趋势。 1 4 第2 章拒马河水对离子交换树脂的影响 o 2 6 o 2 4 0 2 2 o 2 0 寞8 萋0 1 6 匿 0 1 d o 1 2 o 1 0 lz3456789l ol ll z 运行周期数 图2 3 阳梓周期制水量一一运行周期数曲线幽 f i g 2 3t h eo u t p u tw a t e ri nd i f r e r e n to p e r a t i o nc y c l e0 fc a t i o ne x c h a n g er e s i nt u b e 2 ) 生产装置阳床周期制水量数据统计 根据对炼油厂二期水处理系统阳床运行数据统计，可以得到采用密云水库 来水作为进水时阳床( 相当于阳柱) 周期制水量数据，其中1 “阳床周期制水量 数据如表2 4 所示。 表2 4 生产装置阳床周期制水颦统计表 丁a b l e 2 - 4p e r i o d i cs t a t i s t i cs t a t u so fc a t i o ne x c h a n g er e s j nb e d 从表2 4 中数据可以得到采用密云水库来水作为进水时炼油厂二期水处理 系统1 4 阳床周期制水量随运行周期数变化的曲线，如图2 4 所示。由图2 。4 可 见，采用密云水库来水作为进水时，炼油厂二期水处理系统1 4 阳床周期制水量 没有随着运行周期数的增加而下降，属于j 下常波动。 南京工业大学硕士学位论文 ? e v 斑 妥 要 墨 匿 l23456 7 89l o 1 11 2 运i j 周期数 图2 4 生产装置阳床周期制水量运行周期数曲线图 f i g 2 - 4w a t e rp r o d u c t i o ni nd i f f e r e n to p e r a t i o nc y c l e so fc a t i o ne x c h a n g eb e dj nt h ef 犯t o r y 由此可见，1 2 个运行周期内，水处理系统阳床的周期制水量没有受到密云 水库水的水质影响。而拒马河水对由d 11 3 型弱酸阳树脂试验柱和o o l 7 型强 酸阳树脂试验柱组成的阳柱的周期制水量影响较大，1 2 个运行周期的降幅可达 3 6 4 9 。 2 、水质变化对阳柱交换离子量的影响 1 ) 试验室阳柱交换离子量变化 通过对阳柱1 2 个运行周期的试验数据进行统计分析，得出阳柱出水n a + 浓 度随交换离子量变化的曲线如图2 5 所示。 刨 蛏 c 口 z 妥 三j 交换离- 子量( 舳1 ) 图2 5 阳柱出水n a + 浓度交换离子量曲线图 f i g 2 5c o n c e n t r a t i o no f n a + v s e x c h a n g e di o nc a p a c i t y 1 6 一第l 周期 一务验周期 n 第3 用期 * 第4 周期 卜第5 用期 一第6 周期 卜_ 第7 周期 一第8 周期 一第9 周期 一第1 0 周期 一第1 1 用期 一第1 2 周期 m 鲫 彻 鲫 第2 章拒马河水对离子交换树脂的影响 由图2 5 可见，阳柱每个周期出水n a + 浓度丌始上升时的交换离子量各不相 同。达到l o o g l 时的交换离子量也相差很大。以出水n a + = 1 0 0p g l 作为运行 终点时每个运行周期的周期交换离子量如表2 5 所示。 表2 5 拒马河水树脂试验啊l 柱数据统计表 t a b l e 2 5s t a t i s t i cs t a t u so fc a t i o ne x c h a n g ec o i u m nt ot r e a tw a t e rf r o mj u m ar i v e r 从表2 5 可以看出，阳柱前6 个周期的周期交换离子量为o 7 1 7m o l ，后 6 个周期的周期交换离子量为o 5 7 9m o l ，降低了1 9 2 5 。从表2 5 中统计数据 可以得到阳柱周期交换离子量随运行周期数变化的曲线，如图2 6 所示。 0 8 5 o 8 0 0 7 5 器 o 鬈芎5 杈占 o 6 0 最 蔓o 5 5 0 5 0 o