影响混床出水水质因素的研究

第21 卷第1 期离 子 交 换 与 吸 附 75
离子交换与吸附, 2005, 21(1): 75 ~ 81
ION EXCHANGE AND ADSORPTION
文章编号: 1001-5493(2005)01-0075-07
影响混床出水水质因素的研究*
李芹 朱 镭
武汉大学, 武汉 430072
摘要 混床再生剂的纯度和阴阳树脂的混合程度会严重影响到混床出水水质用高纯碱替代
工业碱再生混床的阴树脂采用反常规均粒混床树脂对混床树脂采用特殊的再生和输送方法
等措施均可提高出水水质
关键词 混床离子交换树脂再生剂混合
中图分类号 TQ085 文献标识码A
1 前 言
阳床 —除碳器— 阴床— 混床二级除盐系统中混床使用的是D001MB 强酸阳树脂
和D201MB 强碱阴树脂混床在运行中出水水质时有超过国家标准 [ 火力发电机组及蒸
汽动力设备水汽质量(GB/T12145 —1999)] 和 pH 在6.0~6.5 之间的情况这会影响到水
汽系统设备的安全经济运行
混床出水水质主要与其进水水质和水温 运行流速再生剂量再生液浓度再生液
流速再生液温度再生剂的种类和纯度树脂质量二种树脂的混合程度等因素有关
最主要因素是再生剂的纯度和二种树脂的混合程度
2 再生用碱纯度的影响
湖北省长源第一发电有限责任公司 2003年10 月取样分析工业液碱浓度为28%~30%
含NaCl 为5%左右
工业液体氢氧化钠所含杂质太多 使得强碱阴树脂再生度一般不超过33%[1] 10 月15
日湖北省长源第一发电有限责任公司现场再生好的混床树脂取样分析结果是D201MB 强
碱阴树脂的再生度仅为22% 当混床投入运行后强碱阴树脂很快全部失效则进水中的
NaHSi03 NaCl 等直接与RH 发生离子交换反应
* 收稿日期: 2004 年6 月9 日
作者简介: 李芹(1959-), 女, 山西省人, 高级工程师.
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结果必然是出水含硅量 含钠量电导率增加而pH 降低从而要影响到混床出水水质
和周期制水量
蒲城电厂用高纯盐酸 液碱替代工业盐酸液碱再生阳床阴床和混床的阴阳树脂
每年节约费用5.4 万元使出水水质周期制水量等都得到了很大提高其中混床出水 (周
期平均值) Na+ 由4.6 g/L 降到1.5 g/L SiO2 由4.2 g/L 降到1.6 g/L pH 由5.86
升到6.44 电导率均很低为0.0667 s/cm 周期制水量由1500t 增加到2000t[2]
鄂州电厂的试验表明[3] 采用高纯液碱再生阴树脂后的工作交换容量比采用工业液碱
再生阴树脂的工作交换容量提高了10%以上相应的周期制水量提高了16% 每年可节约
费用5.4 万元水汽系统的品质得到明显的提高其中混床出水中的Cl-由2.92 g/L 降
到1.71 g/L SO4
-2 由1.97 g/L 降到0.57 g/L
综上所述用高纯液碱替代工业液碱再生混床的阴树脂可降低除盐水中Na+ SiO2
Cl- SO4
-2 等离子的含量和电导率可提高阴床混床出水pH 值减轻除盐水系统的腐蚀
可增加周期制水量而且还可节约费用
3 混床阴阳树脂混合状态的影响
将从湖北省长源第一发电有限责任公司混床的中部 上部所取的树脂样用饱和氯化钠
溶液浸泡分离测得阴阳树脂的比例分别为2.96:1 和3.88:1 混床实际的阴阳树脂比
例为2:1 分析结果表明混床树脂上层阴树脂多下层阳树脂多
水处理的教科书中几乎都认为混床是由许多阴 阳树脂充分混合交替排列的多级式复
床组成 [1] 但测试结果和近几年一些水处理专家的研究结果都证明事实并非如此[4]
新的阴 阳树脂由于带有正负电荷容易均匀地混合可获得质量很好的除盐水
但是随着阴阳树脂所带有的正负电荷的逐步消失此后则因为阴阳树脂的粒度
湿真密度等物理性能的影响不能充分混合往往是上层阴树脂多下层阳树脂多同样
在树脂再生前用水力反洗时也不能将它们彻底分离
研究表明[5] 树脂的粒径湿真密度决定树脂沉降速度树脂的粒径湿真密度愈大
则其沉降速度也愈大
两种树脂的分离或混合程度取决于它们的沉降速度比N 沉降速度u 为
式中
u 沉降速度比d 树脂颗粒直径 (m) 0 树脂湿真密度 (kg/m3): 流体密度(kg/m3)
RH+(NaCl)NaHSiO3=RNa+(HCl)H2SiO3
(r r) 18m 0
u = d 2 -
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μ 流体黏度 (Pa· S) g 重力加速度 (m/s2)
两种树脂的沉降速度比 N 为
研究表明[5] 当树脂的沉降速度比达到3~4 倍以上时才能得到较为彻底的分离当
沉降速度比小于3 时分离效果差小于1 时则完全不能正常分离
长源第一发电有限责任公司混床使用的树脂为 D001MB 强酸阳树脂和D201MB 强碱
阴树脂根据D001MB 和D201MB 的粒径范围和湿真密度计算得到N=0.62~51.20 之间
因此即使符合国家标准的混床树脂也不可避免地存在混合困难分离也不易的问题
所以 在锅炉补给水处理的除盐系统中混床的阴阳树脂在体内再生时由于两种
树脂不可能彻底分离必然存在交叉污染使得树脂的再生度大大降低而再生好了的两
种树脂也不可能完全的混合上层阴树脂多下层阳树脂多
3.1 小型交换柱试验
2003 年11 月5 日至6 日将取自运行混床且已再生好的D001MB 强酸阳树脂 (RH) 和
D201MB 强碱阴树脂 (ROH) 以 1:2 的体积比按下层为D201MB 强碱阴树脂上层为
D001MB 强酸阳树脂和下层为D001MB 强酸阳树脂上层为D201MB 强碱阴树脂分别装
入2 个有机玻璃交换柱中并并联到6 号阴床出水口投入运行测定出水pH DD SiO2
与Na+ 测试结果如表1
表1 两种极端情况的混床运行结果对比
项目 pH DD (μs/cm) SiO2 (μg/L) Na+ (μg/L)
名称 最大 最小 平均值 最大最小 平均值 最大最小 平均值 最大最小 平均值
1 7.9 6.5 7.1 0.28 0.17 0.19 6.6 2.4 5.0 5.0 0.2 2.4
2 6.3 5.2 5.6 0.45 0.28 0.34 8.1 3.4 5.7 8.6 0.2 3.1
差值 +1.6 +1.3 +1.5 -0.17 -0.11 -0.15 -1.5 -1.0 -0.7 -3.6 0 -0.5
注 1.上层为RH 下层为ROH 2.上层为ROH 下层为RH
国家标准 火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量 (GB/T12145--1999) 规定一级
化学除盐系统出水SiO2 100μg/L DD 5μs/cm~10μs/cm 一级化学除盐混床系统出水
SiO2 20μg/L DD 0.3μs/cm (期望值为0.2μs/cm) pH 与Na+不作要求
6 号阴床出水pH 为6.5~6.8 DD 为1.8μs/cm~2.8μs/cm SiO2 为6.7μg/L~11.2μg/L
Na+为73.0μg/L~77.8μg/L 因此该阴床出水完全符合国家标准
试验结果表明 下层为D201MB 强碱阴树脂上层为D001MB 强酸阳树脂的混合方
式的出水的DD 和SiO2 100%符合国家标准火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量
(GB/T12145 — 1999) 的要求 电导率45.5%达到期望值Na+也很低且pH 在6.5~7.9 之
间平均值为7.1 此时的离子交换机理是
= = (r - r) (r - r) 阳阴阳阳阴0阴
2
0
2 N u u d d
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上层
下层
上层生成的 H2SiO3 和下层生成的H2O 是难电离的弱酸和水因此离子交换反应可
顺利进行出水水质好
而下层为 D001MB 强酸阳树脂上层为D201MB 强碱阴树脂的混合方式出的水仅SiO2
符合国家标准火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量(GB/T12145 —1999) 的要求 Na+
也很低但是DD 只有27.8%达到国家标准火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量
(GB/T12145 — 1999) 的标准值要求 达到期望值的为0% 且pH 在5.2~6.3 之间平均值
为5.6 全部呈酸性此时的离子交换机理是
上层
下层
上层生成的 NaOH 是强碱使得该反应实际上不能进行所以NaHSi03 (NaCl) 会漏
过到达下层下层的RH 与NaHSi03 (NaCl) 生成H2Si03(HCl) 因此使出水呈酸性 (pH
低) 且出水含硅高
二者相比 下层为D201MB 强碱阴树脂上层为D001MB 强酸阳树脂的混合方式的
出水的电导率和SiO2100%符合国家标准火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量
(GB/T12145 — 1999) 的要求 电导率45.5%达到期望值且pH 在6.5~7.9 之间不会使给
水系统造成酸性腐蚀
因此 希望混床下层主要是阴树脂上层主要是阳树脂这样就会使混床出水完全符
合国家标准火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量(GB/T12145—1999) 的要求
3.2 混床现场运行中途重新混合试验
3 号混床于2003 年11 月5 日12:00 投运在线监测混床母管出水水质的SiO2 和DD
都符合国家标准火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量(GB/T12145 —1999) 的要求
从2003 年11 月11 日9:00 开始对该混床的pH DD SiO2 与Na+进行监测数据稳定后
14:00 将该混床停运用压缩空气使树脂重新混合并正洗合格后再重新投运继续测定
pH 电导率SiO2 与Na+
试验结果表明 混床重新混合前后出水的pH SiO2 与Na+基本不变电导率在重新混
前由0.083μs/cm 升到0.10μs/cm 以上重新混合由0.12μs/cm 以上逐渐下降到0.082μs/cm
该混床重新混合后的出水水质依然有明显改善甚至达到了国家标准火力发电机组及蒸
汽动力设备水汽质量(GB/T12145—1999) 的期望值的高要求
RH+NaHSiO3(NaCl)=RNa+H2SiO3(HCl)
ROH+H2SiO3(HCl)=RHSiO3(RCl)+H2O
ROH+NaHSiO3(NaCl)=RHSiO3(RCl)+NaOH
RH+NaHSiO3(NaCl)=RNa+H2SiO3(HCl)
RH+NaOH=RNa+H2O
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混床重新混合 可以将下层一部分阳树脂翻到上层来使出水水质变好
上层
下层
因此 当混床混合不好的情况下一旦出水水质上升到标准的上限时就采取将混床重新
混合后再投运的措施可使出水水质恢复到合格
3.3 混床特殊再生法的再生与运行试验
根据 3.1 小型交换柱试验的结论2003 年11 月18 日在长源第一发电有限责任
公司3 号混床进行了工业性试验
表2 混床采用特殊再生法的运行试验 (2003 年11 月18 日)
时间 pH DD (μs/cm) Na+ (μg/L) SiO2 (μg/L)
15:15 6.86 0.19 23.7 8.7
15:45 6.85 0.16 26 7.2
16:30 6.85 0.13 24.5 7.8
17:00 6.88 0.12 20.5
17:30 6.87 0.13 25.0
19:15 6.85 0.15 33.0 7.3
19:46 6.81 0.16 23.0 9.1
20:15 6.95 0.11 17.4 6.8
20:40 6.82 0.18
Max 6.95 0.19 33.0 9.1
Min 6.85 0.10 17.4 6.8
平均值 6.86 0.15 24.1 6.4
采取混床特殊再生法使得混床上部大部分为强酸阳树脂 下部大部分为强碱阴树脂正
洗合格后投入运行试验结果如表2
试验结果表明 采用特殊再生法使得混床上部大部分为强酸阳树脂下部大部分为强
碱阴树脂投入运行其出水电导率和SiO2 完全符合火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质
量 (GB/T12145-1999) 的要求而且混床出水的pH 值比常规再生运行方式高0.6~0.8,
基本是中性水避免和减少了给水系统设备和管道的酸性腐蚀
3.4 采用反常规均粒混床树脂
近年来 杭州争光树脂有限公司研制的反常规均粒混床树脂D001-FZ/D201-FZ 从改
变沉降速度方面考虑减少两种树脂混合困难且有不易分离的矛盾并在上海金山电厂和
RH+NaHSiO3(NaCl)=RNa+H2SiO3(HCl)
ROH+H2SiO3(HCl)=RHSiO3(RCl)+H2O
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浙江省镇海炼油化工股份有限公司第二热电站水处理系统的混床中应用成功[6] 与原使用
的D001-MB/D201MB 组成的混床相比既能较好的分离又能较好的混合出水水质
周期制水量等都有很大提高对比数据如表3
D001-FZ/D201-FZ 树脂用于混床可使分离效果和混合效果都有提高从而减少了再生
时的交叉污染提高了混合时的均匀性使混床周期制水量增加出水水质 (SiO2 电导
率Cl-等) 提高再生剂量减少出水pH 接近中性
表3 混床使用D001-MB/D201MB 与D001-FZ/D201-FZ 效果对比
项目名称 周期制水量 (t) SiO2 (μg/L) 电导率 (μs/cm) Cl- (μg/L) pH 再生水平 (g/L· R)
D001-MB/D201MB 18000~20000 ~20 0.07~0.12 3~10 6.0 100
D001-FZ/D201-FZ 37000~40000 3-20 0.056~0.10 0~3 6.2 80
4 结 论
1. 用高纯酸碱替代工业酸碱再生混床的阴阳树脂可提高出水水质
2. 采用反常规均粒混床树脂可使两种树脂的分层问题和分离问题得到较好的解决从而
可提高出水水质
3. 对混床树脂采用特殊的再生和输送方法然后按正常的程序投运混床可提高出水水质
4. 当混床运行还不到失效时间而出水水质下降时采用将混床树脂重新混合后再投运的方
法也可恢复出水水质
参考文献
[1] 钱达中, 发电厂水处理工程 [M], 北京: 中国电力出版社, 1998, p181
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会议论文集 [C], 重庆: 中国电机工程学会电厂化学专业委员会, 2003, P21
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[4] 张澄信, 朱兴宝, 蔡永乐等, 湖北电力[J], 1997, 21(4): 37~40
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[6] 徐斌, 修慧敏, 钟铁泠等, 湖北省电机工程学会电厂化学专委会2003 年学术年会论
文集[C], 北海市: 湖北省电机工程学会电厂化学专委会, 2003, P488~493
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STUDY OF THE FACTORS AFFECT OUTLET WATER
QUALITY OF THE MIXED BED
LI Qin1 ZHU Lei2
1 School of Power and Mechanical Engineering, Wuhan University, Wuhan 430072, China
2 School of Chemistry and Molecular Science, Wuhan University, Wuhan 430072, China
Abstract: The purity of regenerating reagent in the mixed bed and the mixed degree of anion
exchange resin and cation exchange resin severely affect the outlet water quality of the mixed
bed.Using high quality alkali instead of using industrial alkali to regenerate the anion exchange
resin in mixed bed, adopting the abnormal uniform mixed bed resin and making use of special
technic to regenerate and transport mixed bed resin could highly improve the outlet water
quality.
Key words: Mixed bed; Ion exchange resin; Regenerating reagent; Mix.