硫酸与盐酸再生离子交换树脂方法差异

离子交换树脂再生方法研究，比较硫酸与盐酸再生离子交换树脂方法差异摘要：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1.1H2SO4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3～4%)，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；1.2H2SO4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0.7～1.5％，再生液流速7～10m/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1.5～3.0%，再生液流速5～7m/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001×7D113-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=V1×EG×N×n/1000公斤(1)式中：V1……1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/ε×100公斤(2)式中：ε——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，HCL＝36.5；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(μs/cm)PH值周期制水量(m3)备注固定床系列0.023.57～8640HCL再生阳床浮动床系列0.013.17～82900固定床系列0.0233.177～8644H2SO4再生阳床浮动床系列0．013.27～83000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5～10%，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)202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+V5m3/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+V4m3/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*N1/40kg/周期(5)剩余酸量G4=G1-G3kg/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4.1H2SO4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；4.2H2SO4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。