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树脂的污染治理与预防你又了解多少?

2017-03-21 13:44:54 作者:网络

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钙污染

树脂钙污染的特征

钙污染指CaSO4沉淀对树脂所产生的污染.钙污染树脂后的离子交换器出水发生Ca2+和SO42-的过早泄露;树脂再生时交换器排水不畅;再生废液呈白色浑浊物。

树脂钙污染的原因

用H2SO4溶液再生阳离子交换树脂时,树脂吸附的Ca2+与再生剂的H+离子交换后,当再生液中Ca2+和SO42-离子浓度的乘积超过CaSO4溶度积至一定范围后,CaSO4沉淀就会从水溶液中析出覆盖在树脂表面上,而造成钙对阳离子交换树脂的污染。钙污染一般发生在一级除盐系统的阳离子交换器内。

树脂钙污染的处理

1)阳离子交换器在再生前排水至树脂表面20cm左右,进气擦洗,进气量以树脂在交换器内能翻滚为宜。擦洗完后,进JF9201滤后水反洗,反洗流速8m/h。开始时,反洗出水呈白色浑浊物,继续反洗直至反洗出水清澈为止。

2)用JF9201滤后水反冲弱阳离子交换器与强阳离子交换器之间的再生废液管道,

冲洗管道、阀门处的CaSO4沉淀,反洗流速控制以弱阳离子交换器内水流速在12m/h为宜。

树脂钙污染的预防

1) 用H2SO4溶液再生强阳离子交换树脂时,宜采取分步再生法。开始以低浓度H2SO4溶液再生,因为此时从树脂上解吸下来的Ca2+浓度高,但SO42浓度较低,即使形成少量CaSO4沉淀也会被溶液冲走。然后逐步提高H2SO4浓度,此时从树脂上解吸下来的Ca2+浓度低,不会形成CaSO4沉淀。

2) 由于弱阳离子交换树脂是用强阳离子交换树脂的再生废液进行再生的。因此,在进酸的同时,弱阳离子交换器必须进稀释水(JF9201滤后水),进水量以液位不超过交换器进酸口为宜。另外注意观察弱阳离子交换器排出的再生废液颜色,如呈白色浑浊物,即使调节进酸浓度。

3) 进酸完后,弱阳离子交换器必须立即进JF9201滤后水置换清洗,强阳离子交换器必须立即进精制水置换清洗。

4) 冬季由于再生液温度低,更易出现钙污染。因此在再生前,弱阳离子交换器必须擦洗反洗,弱阳离子交换器必须与强阳离子交换器之间再生废液的管道必须反冲,做到防患于未然。

效果

1997年冬季,一级脱盐系统阳离子交换器出现了钙污染树脂的情况。采取了上述处理措施和预防措施后,从1998年至今,一级脱盐系统阳离子交换器没有再出现钙污染树脂的情况,保证了一级脱盐系统的正常运行。

铁污染

树脂铁污染的特征

铁污染后的树脂颜色变深,甚至呈黑色;树脂床层压降增加,可能出现偏流;工作交换容量降低,再生效率下降。

树脂铁污染的原因

1) 水和冷凝液中铁的影响。水和冷凝液中铁含量见表3。铁包括悬浮铁、离子铁。一级除盐进水、冷凝液中的悬浮铁大部分在无烟煤石英砂过滤器JF9201、氰纶棉除铁过滤器JF9208/07中得到去除。但由于原水预处理采用FeCl3作为混凝剂,少量矾花被带入一级脱盐系统;在运行中还有部分冷凝液未经氰纶棉除铁过滤器过滤通过旁路直接进入树脂床层,尤其是化肥装置停车后再次开车时,冷凝液中总铁达120μg/L左右,此时如果冷凝液不经过过滤而直接进入树脂床层,对树脂的污染是非常严重的。一级除盐进水和冷凝液中的铁进入交换器被树脂吸附后,以高价铁化合物的形态,牢固地沉积在树脂内部和表面,堵塞了树脂微孔,从而影响了孔道扩散,造成铁的污染。

2) 再生剂烧碱溶液中含有杂质NaClO3和Fe2O3。它们生成高铁酸盐(如FeO42-)。高铁酸盐随碱液进入阴床后,因PH值降低,发生分解反应:2FeO42-+10H+→2Fe3++3/2O2+5H2O

Fe3+进一步形成Fe(OH)3,附着在阴树脂颗粒表面上,造成铁的污染。

3) H2SO4溶液作为阳离子交换树脂的再生剂,其除铁效果比较低。在再生时树脂内的铁很难与H+交换而得以洗脱。这样,树脂内的铁积累愈来愈多,从而影响树脂的交换能力。

树脂铁污染的处理

1) 树脂失效后,交换器排水。混床树脂失效后,正常再生至阴、阳树脂分开,分别转移至阴、阳离子再生器中,

2) 向各交换器或再生器中投加5%-10%的盐酸,盐酸液面在树脂表面以上20-30cm左右,

3) 浸泡5-10min后,从各交换器或再生器底部进压缩空气进行擦洗,然后继续浸泡,30min后,在进行擦洗、浸泡。上述过程重复多次,直至浸泡液的酸度、铁含量基本不变为止。

4) 对阳树脂用一定浓度的H2SO4进行正常再生,进酸直至阳离子交换器或再生器进出口酸浓度相等;对阴双层床先进行反洗分层,将弱碱阴树脂和强碱阴树脂分开,用精制水置换30min,然后用一定浓度的NaOH碱液进行正常再生,进碱直至阴双层床进出口碱浓度相等;对混床阴树脂先用精制水冲洗30min左右,然后用一定浓度的NaOH碱液进行正常再生,进碱直至阴离子再生器进出口碱浓度相等。

5) 按再生程序继续进行再生。

树脂铁污染的预防

1) 做好原水预处理工作。在保证澄清池出水水质的情况下,尽可能降低FeCl3混凝剂的用量,防止铁盐后移,严格控制无烟煤石英砂过滤器的出水浊度。

2) 严格控制再生剂烧碱溶液中NaClO3和Fe2O3的含量。

3) 所有回收的冷凝液必须经过氰纶棉除铁过滤器后,再进入树脂床层进行处理。在资金允许的情况下,可以考虑将氰纶棉除铁过滤器改乘磁力除铁过滤器,提高除铁效率。

4) 弱阳离子交换器每次再生时,先用无烟煤石英砂过滤器出水以8m/h流速对树脂床进行逆流反洗,直至出水清澈,以洗脱树脂表面附着的矾花。强阳离子交换器、阴双层床每隔一定的周期,对床层进行大反洗,流速以树脂不从反洗水出口跑出为宜。

5) 混床每次再生前,采用0.1Mpa的压缩空气以约22m/h的气速从混床底部对树脂进行擦洗,然后用一级脱盐水冲洗,反复数次,直至混床出水清澈,以洗脱树脂表面附着的铁。

效果

1999年5月,混床再生最后冲洗时,电导率下降速度很慢,而且混床大约运行一天后,电导率经常超过工艺要求的范围,一般在0.4-0μS/cm,严重影响锅炉补充水的质量,对锅炉的安全运行带来危害。1999年9月,对混床阴、阳树脂取样分析铁含量,分别为24mg/g树脂、25.6mg/g树脂,数据说明树脂已受到严重铁污染。

采取5%-10%盐酸对阴、阳树脂浸泡处理后,混床再生最后冲洗时,电导率迅速降至0.4μS/cm以下。混床运行时电导率也≤0.4μS/cm,运行周期由处理前的一天左右恢复到正常的七至八天。同时采取了上述预防措施,从1999年10月至今,混床运行情况很好,出水质量一直在工艺要求的范围内,保证了锅炉的安全运行。

有机物污染

有机物对阳离子交换树脂的污染很少发生,但对阴离子交换树脂极易造成污染。

树脂有机物污染的特征

有机物污染后的树脂颜色变深,树脂工作交换容量降低,出水水质恶化,正洗水量增加。

树脂有机物污染的原因

水中的有机物是由动植物腐烂后生成的腐殖酸、富维酸和丹宁酸等带负电基团的线形大分子,它们与阴树脂发生交换反应后,难以在再生时析出,逐渐累积以至影响树脂性能。

树脂有机物污染的处理

阴离子交换树脂受到有机物污染后,采用NaCl与NaOH溶液交替处理进行复苏。苛性盐作用有两种:(1)化学作用:树脂上的色素与NaCl交换被除去;(2)机械作用:NaOH使树脂膨胀,NaCl使树脂收缩,这样反复交替,象海绵吸水又被挤出去一样,从树脂孔隙中挤出污染树脂的有机物。[1]

苛性盐复苏处理过程如下:

1) 一级除盐失效后,阴双层床排水至中排阀门位置。混床树脂失效后,正常再生至阴、阳树脂分开,分别转移至阴、阳离子再生器中。

2) 以4%浓度向阴树脂进NaOH溶液,温度40-450C,时间25min。阴双层床流速8m/h,混床阴离子再生器流速3m/h。

3) 停止进NaOH溶液,进精制水置换15min。交换器或再生器流速同上。

4) 以10%-15%浓度向阴树脂交换器或再生器流速同上,温度40-450C,时间30min。交换器或再生器流速同上。

5) 停止进NaCl溶液,进精制水置换15min。交换器或再生器流速同上。

6) 用精制水冲洗。时间30min。阴双层床流速4m/h,混床阴离子再生器流速12m/h

7) 重复以上操作。

树有机物污染的预防

1) 做好炼油二水源来水中化学耗氧量CODMn的监测工作。

2) 加强澄清池的混凝澄清工作,提高去除原水中悬浮有机物和胶体有机物的效率。一级除盐进水化学耗氧量CODMn控制在﹤1mg/l。

3) 可以考虑在阴双层床前设一装填了废弃强碱阴树脂的有机物清除器。

4) 每隔6-12个月,对阴离子交换树脂复苏处理一次,避免树脂有机物污染严重时再处理。

树脂再生方式

(一)顺流再生

顺流再生时原水与再生液流过交换剂层的方向相同。因此在再生液流过交换剂层时首先接触到的是交换剂层上部完全失效的已包含上部交换剂层被置换出来的离子,影响交换剂层下部的再主度(再生度指离子交换剂层中已再生离子量与全部交换容量的比值),造成处理水质降低、再生剂耗量增加。顺流再生离子交换设备简单,工作可靠,但受原水水质组分影响大,再生效果换容量不能得到充分利用。而再生后,下部再生度最低,为了提高出水质量和工作交换容量,必须增加再生剂的耗量。

(二)逆流再生

原水从交换器上部进人与再生液的方向相反,逆流再生(也称对流再生)过程中交换剂层的离子分布状态

1.逆流再生的优点

与顺流再生比较,采用逆流再生提高了再生剂利用率,降低再生剂耗量30%-50%提高出水质量;降低清洗水耗量30%~50%降低再生废液排放量与排放浓度,排放再生废液中酸、碱浓度小于1%。

采用逆流再生原水含盐量500mg/L时,仍能保持出水质量;由丁辱部交换剂再生彻底,交换剂工作层,同时原水先接触上部未彻底再生交换剂,减少了反离子效应,提高了交换剂工作交换容量。

2.逆流再生设备结构特点

在运行中,如采用强酸阳树脂、强碱阴树脂,当由H型树脂转为Na型,由。H型树脂转为Cl型时,体积收缩,交换剂层孔隙率逐渐减少,实际树脂失效时体积缩小80一l00mm。逆流再生时,再生液从底部进人,需要保持交换剂层稳定,压实状态,因此需要增加压实层与顶压措施。压实层的作用能截留悬浮杂质,使顶压的空气或水通过压实层能均匀分布于整个床层,保持床层在逆流再生时床层不上升或流动。顶压措施有气顶压(在底部进再生液,同时在上部进净化压缩空气)、水顶压(在底部进再生液,同时在上部小流量进水)及无顶压(再生液在底部低速进人)三种方式。压实层高度一般在中间排液管上面150~200mm。采用压实层可以防止交换剂层上升或流动并截留进水中杂质。压实层材料曾经采用过白球等,当前都采用与其相同的离子交换树脂。无顶压(再生液低速进人)操作简单已广泛应用,采用无顶压逆流再生压实层可适当提高,目前一般采用200mm。

3.逆流再生的应用

在强一弱型树脂联合应用系统中,强型树脂的再生可采用顺ilk再生或逆流再生,弱型树脂一般采用顺流再生,因弱型树脂极易再生,再生水平对弱型树脂工作交换容量的影响不大。

(三)再生工艺参数

1.再生剂种类

(1)常用再生剂。离子交换树脂的再生剂有盐(NaCI )、酸(I-ICI, H2SO4)、碱(NaOH)等。在寒冷地区碱液储存槽在寒冷地区内应设加温装置(低压蒸汽盘管或电伴热带)。碱液也可采用固体氢氧化钠,但需要蒸汽加热溶解,操作麻烦。

在化工企业中,有采用硝酸做阳床再生剂的实例。为防止硝酸的强氧化性对阳离子交换树脂造赫坏,一般控制再生剂的浓度在2%~2. 5%,再生剂的用量为理论量的2~3倍,阳离子交换树脂的工作交换容量在800mol/m³左右。再生剂管路采用耐硝酸腐蚀不锈钢材质。橡胶在硝酸的强氧化性作用下易老化开裂,失去防腐作用,为此阳床内壁涂刷抗硝酸涂料。

(2)硫酸与盐酸再生剂区别。固定床采用践呱再生酸消耗量较HCI再生低,但H2SO4再生操作较H。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HCI再生高。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SO2-4离子比CI-离子易处理,对环保封泳有利。由于硫酸与盐酸的再生流速、冬流量不同再生装置设计也有区别,在选用离子交换器时要注明采用那种再生剂。

(3)H2SO4稀释发热量计算。采用硫酸再生时有时把浓硫酸先稀释到一定浓度,此时要考虑浓硫酸稀释时的发热量随溶液温度升高。稀释后限制溶液温度不超过55℃。

2.再生剂的纯度

再生用的药品质量对离子交换树脂的再生效果有很大的影响,阴离子交换树脂再生采用高纯碱有利于对阴树脂的再生。根据离子交换平衡原理,对工业碱与高纯碱质量的理论分析得出,采用高纯碱再生时,其阴床出水Cl一含量仅为工业碱再生时的1/46。实践证明,采用高纯碱再生时,树脂的再生度提高了约77%,树脂的工作交换容量提高了约13%,同时设备的周期制水量提高了约16 %。

3.再生剂量

离子交换是可逆的,离子交换剂失效后理论上再生1 mol离子量需要再生剂的摩尔量称为再生比耗(或称再生水平),以100%纯度再生剂表示。也可用实际再生剂的消耗量与理论需要量的比值来表示,如强碱阴树脂需要100%纯度NaOH的再生比耗为1.5,即实际再生lmol离子量需要的NaOH量1.5×40是60g(1molNaOH是40g),也可以说强碱阴树脂需要100%纯度NaOH的再生比耗(再生水平)为60g/mol。再生比耗与进水水质、树脂质量、再生方式等因数有关。离子交换树脂首次再生,其再生剂量应是设计再生剂量的1.5~2倍,逆流再生设备在大反洗后的再生剂量要增加10%-50%。

4.再生液温度

一般均在常温下再生。阴树脂再生时,所用再生液的温度和再生时间,对再生程度的影响要比阳树脂大。当原水中Si02 <ΣA<10%,加热碱液不经济Si02 <ΣA比值升高时,加热碱液除硅效果明显提高。阴离子交换树脂提高再生液的温度可以改善对硅酸的再生效果和缩短再生时间,但温度太高易使树脂的交换基团分解,影响其交换容量的使用寿命。实践证明,再生和清洗的最佳温度对于工型强碱性阴树脂为35~50℃ II型为(35士3)℃在动态阴离子交换过程中,HSiO-3在树脂层中的分布情况与其他阴离子有些不同。HSiO-3虽然主要是被下层的阴树脂吸附着,但就是在最上层的树脂中也有少量吸附。同理,再生时,树脂层中硅酸氢根被置换出来的速度也就比较缓慢。碱液不加热要增加再生剂的耗量。弱碱阴树脂D354-FC工作交换容量与水温。

5.再生液的浓度和流速

再生液流速涉及再生液和树脂的接触时间,直接影响再生效果。在离子交换器中,再生液的流速一般控制在4 ~8m/h。如果再生液和树脂的接触时间不够,可调整再生液的浓度和流速,必要时修改设备直径。

强型离子交换树脂的再生浓度一般采用2%-5%,弱型离子交换树脂容易再生,对再生效率影响不大,再生浓度一般采用0.5%一5%。

强碱性阴离子交换树脂的再生流速sυ=2~4,再生时间与运行时进水中的Si02%有关。

6.置换

树脂再生后,再生系统管道与树脂层内残存一定量的再生剂,需用水(或去离子水)进行清洗,这个过程也称为“置换”清洗水量是系统、设备自用水量的一部分。置换过程中的需水量。


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