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      離子交換樹脂的解毒方法

      發布時間:2021-10-18
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      離子交換樹脂具有化學穩定性好,機械強度高, 交換能力大等優點,因而在電站鍋爐、工業鍋爐用水處理及除鹽水、純凈水的生產中,得到了廣泛應用。但樹脂在使用過程中,由于受到有害雜質(如鐵化物、有機物等)的污染,就會發生樹脂“中毒”事故。如果不及時采取合理措施使其復蘇,就有可能造成樹脂失效,甚至報廢。樹脂“中毒”以鐵“中毒”現象最為常見。下面,談談對這種樹脂鐵“中毒”事故的處理方法及預防措施。

      離子交換樹脂表面被鐵化物覆蓋或樹脂內部的交換孔道被鐵雜質等堵塞,使樹脂的工作交換容量和再生交換容量明顯降低,但樹脂結構無變化,這種現象叫樹脂的鐵“中毒”。 

      1 污染原因分析 

      造成樹脂鐵“中毒”的原因主要有4方面:

      ①    水源是含鐵量高的地下水或被鐵污染的地表水;

      ②    進水管道或交換器內部被腐蝕產生了鐵化物;

      ③    再生劑中含有鐵雜質;

      ④水中含有大分子有機物。

      陽樹脂的鐵“中毒”一般只發生在以食鹽為再生劑的軟化水過程中,主要有兩種情況,一種是當鐵以膠態或懸浮鐵化物的形式進入鈉離子交換器后,被樹脂吸附,并在樹脂表面形成一層鐵化物的覆蓋層,阻止了水中的離子與樹脂進行有效接觸;另一種是鐵以Fe2+形式進入交換器,與樹脂進行交換反應,使Fe2+占據在交換位置上,因Fe2+很容易被氧化成高價鐵化物,沉積在樹脂內部,堵塞了交換孔道。

      陰樹脂發生鐵“中毒” 的主要原因也有以下兩種:一是再生陰樹脂的堿純度達不到規定標準,特別是液態堿中含有鐵的化合物較多時,更容易使陰樹脂中毒;二是水中含有大分子有機物時,容易與鐵形成螯合物(即有機鐵),它可以與強堿性陰樹脂進行交換反應,集結在交換基團的位置上,堵塞樹脂的交換孔道,使交換容量和再生容量下降,再生效率降低,再生劑與清洗水耗量增加,進一步導致樹脂鐵“中毒”。 

      2 污染鑒別方法 

      2.1 外觀顏色鑒別

      發生鐵“中毒”的樹脂,從外觀上看,顏色由透明的黃色(陽樹脂)或乳白色(陰樹脂)明顯變深,嚴重者甚至呈黑色。 

      2.2 試驗鑒別

      通過測定水的含鐵量來判定樹脂鐵“中毒”的程度,這是一種較為準確的方法[1]。方法如下:

      將“中毒”樹脂用清水洗凈,浸泡在10%的食鹽水中再生約30min,傾去鹽水再用蒸餾水(或除鹽水)洗滌2~3次,從中取出一部分樹脂放入試管或玻璃瓶中,隨后加入6mol/L的鹽酸(體積約為樹脂的2倍),蓋嚴振蕩15min后,然后取出酸液注入另一潔凈試管中,滴入飽和的亞鐵氰化鉀溶液,從試液生成普魯士藍的顏色深淺(由淡藍色至棕黑色),可以判斷樹脂鐵“中毒”的程度。

      需要說明的是,有的單位只用測定樹脂交換容量的方法來判斷樹脂是否鐵“中毒”,這是不準確的。因為鐵“中毒”僅僅降低了樹脂的工作交換容量,而對全交換容量幾乎沒有影響。 

      3 復蘇處理方法 

      由于鐵“中毒”樹脂經過適當的處理,可以恢復其交換能力,所以樹脂發生鐵“中毒”后,應及時正確處理,否則會增加樹脂破損的可能性,導致樹脂報廢。鐵“中毒”樹脂的復蘇方法主要有以下三種,現比較如下:

      3.1 鹽酸復蘇法

      機理:強酸性樹脂對陽離子的選擇順序為:

      Fe3+>Fe2+>Ca2+>Mg2+>Na+>H+

      在鐵“中毒”樹脂中加入10%的鹽酸后,鹽酸將樹脂表面或凝膠孔內的膠態Fe2O3·XH2O溶解成Fe3+,同時鹽酸中的H+與樹脂上的Fe3+、Ca2+、Mg2+發生交換,使樹脂逐步轉成氫型,投入運行前再轉化成鈉型。

      此法簡單易行。但在實際應用中,要想充分復蘇鐵“中毒” 樹脂,必須將鹽酸的濃度加大到10%以上,這樣既增加了處理費用,也易損壞交換器的防腐層。 

      3.2 鹽酸-食鹽復蘇法

      機理:將4%的鹽酸和4%的食鹽溶液加入“鐵中毒”樹脂中,充分浸泡。鹽酸的主要作用是溶解Fe2O3·XH2O。食鹽中的Na+連同鹽酸中的H+和樹脂上的Fe3+、Fe2+、Ca2+、Mg2+進行交換,使樹脂逐步轉變成氫鈉混合型,投入運行前再生轉換成鈉型即可。

      此法是一種較常用的方法。但也存在著鹽酸和食鹽用量大,耗時長,復蘇處理不徹底等缺點。 

      3.3 鹽酸-食鹽-亞硫酸鈉復蘇法

      機理:將4%的鹽酸、4%的食鹽和0.08%的亞硫酸鈉混合液加入鐵“中毒”樹脂中充分浸泡。鹽酸和食鹽的作用同上。Na2SO3中的S把SO32-Fe3+還原成Fe2+從而減少樹脂對Fe3+的結合,且反應生成的H+又能促進Fe2O3?XH2O的溶解,

      反應式為:

      SO32-+2Fe3++H2O≈SO42-+Fe2++2H+

      最后再將氫鈉混合型樹脂轉化為鈉型樹脂即可投入使用。需要注意的是,Na2SO3濃度應由實驗確定,一般不應大于0.1%,因為Na2SO3濃度過高,易產生SO2氣體,再者產物SO42-濃度增大,會產生CaSO4沉淀。

      實踐證明,用這種方法處理鐵“中毒”樹脂,復蘇劑耗量少,耗時短,且復蘇劑中鹽酸濃度低,對交換器腐蝕性較小,復蘇效果較好,是一種較理想的處理方法。 

      4 預防措施 

      ①含鐵地下水必須進行必要的除鐵處理后,方可進入交換器。常用的除鐵方法有:曝氣除鐵法、錳砂過濾除鐵法等。

      ②直接以深井水或自來水為水源時,應在陽床進水泵前設置過濾器性產純凈水時,進水管道應采用不銹鋼管道或其它不含鐵元素的管道,以防流水將一些鐵的腐蝕產物帶進交換器。

      ③加強水處理設備及管道的防腐工作。定期檢查交換器內部再生裝置及防腐層,發現損傷應及時處理。鹽液輸送管道要采用不銹鋼管,防止管道腐蝕產生鐵化合物,污染樹脂。

      ④再生劑質量要符合有關標準要求,不能含有鐵雜質。

      要提高離子交換樹脂的再生質量,筆者總結后認為應該做到以下6點: 

      選擇合適的再生方式,一般逆流再生的效果比順流再生效果好,動態再生比靜態再生好。 

      2.選擇適中的再生劑用量。當再生劑用量不足時,交換劑的再生度低,工作交換容量將受影響,制水周期縮短,交換器自耗水量增大,有時甚至會影響出水質量,適當增加再生劑的用量,可提高離子交換樹脂的再生質量。對于剛出廠的樹脂,再生劑的用量最好不要超過15%,否則,會造成結重難返,影響樹脂的工作交換容量。 

      3.選擇合適的再生液濃度,一般為5%~8%較為合適。 

      4.選擇合適的再生液流速,一般為3~5m/h。為了使再生時交換反應充分進行,一般認為再生液與交換樹脂的接觸時間應不少于30分鐘。 

      5.適當提高再生液的溫度,可加快離子的擴散速度,提高再生質量。實踐證明,離子交換劑再生時,將再生液溫度提高到50℃左右,可大大提高再生質量。特別是冬季,效果更加顯著,但由于離子交換劑的熱穩定性限制,再生液的溫度也不可過高,否則,易使交換劑的交換基因分解,促使交換劑變質并影響其交換容量。 

      6.再生劑的純度對交換劑的再生程度和出水水質影響較大,如果再生劑質量不好,含有大量雜質離子,尤其是含有交換“反離子”。例如:食鹽中硬度含量過高或水源中硬度含量過高,都會影響再生質量且出水水質也會受影響。 

      目前,為了加強鍋爐水處理工作,防止和減少由于結垢而造成的事故,保證鍋爐安全、經濟運行。提高離子交換樹脂的再生質量,是每個使用離子交換樹脂的單位亟待解決的問題,如果再生質量不高,將導致交換樹脂的頻繁再生,縮短交換樹脂的使用年限,浪費大量的人力、物力。  

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