采用高纯碱再生阴离子交换树脂

1 阴树脂再生用碱的选择
　　再生用碱的质量对阴离子交换树脂(下文简称阴树脂)的再生有很大的影响，采用高纯碱有利于再生剂特别是其中的杂质离子含量对阴树脂阴树脂的再生[1]。在国外，阴树脂的再生普遍采用高纯碱，而在我国，过去由于制碱工艺的限制，导致高纯碱价格昂贵，以至限制了其在水处理领域中的应用，国内只有少数几家电厂在凝结水处理中使用高纯碱。随着制碱技术的提高，我国现在已能提供大量优质、低价的高纯碱，其价格仅高出工业碱20％，但其质量却明显优于工业碱。表1是我们试验中再生阴树脂时采用的工业碱和高纯碱的质量分析结果。

2 两种碱用量的理论分析
　　再生剂特别是其中的杂质离子含量对阴树脂的再生有很大的影响[1]。如果我们用XOH和XCl分别表示树脂的再生度和失效度，则
　　XOH=[ROH]/([ROH]+[RCL])
　　XCl=[RCl]/([RCl]+[ROH])
　　则对于离子交换平衡ROH+Cl-=RCl+OH-的平衡常数KOH=（[RCl]×[OH-]）/（[ROH]×[Cl-]）
　　同时，我们令 YOH=[OH-]/（[OH-]+[Cl-]）
　　　　　　　　　YCl=[Cl-]/（[OH-]+[Cl-]）
　　则 KOH=（ XCl ×YOH ）/（XOH ×YCl）=（1- XOH）×YOH/[ XOH×（1-YOH）]
　　上述关系式即表示阴树脂再生度与再生剂质量及其中杂质离子Cl-之间的关系。KOH一般为常数，当KOH取10时，代入表1中相关再生剂中的NaOH和Cl-含量可算得在采用工业碱再生阴树脂时，树脂再生度的理论计算值为57.0%，采用高纯碱再生时，树脂再生度的理论计算值为98.4%。可见采用高纯碱再生，树脂的再生度明显提高。同时，再生度的提高会对其出水水质产生很大的影响。
　　[Cl-]=[RCl]×[OH-]／(KOH ×[ROH])
　　表明出水C1-在出水水质pH值相当的条件下，仅与树脂的再生度有关，代入树脂在采用高纯碱和工业碱再生时得到的再生度，可得：
　　[Cl-]高纯碱／[Cl-]工业碱=(1.6／98.4)／(43.0／57.0)≈1／46
　　表明：采用高纯碱再生时，其阴床出水C1-含量仅为工业碱再生时的1／46。
3 现场试验
3.1 试验方法
　　阴树脂的再生效果受很多方面的影响，本验仅以再生剂用量、再生剂浓度和进再生剂时间为影响因子，以再生剂的利用率为评价指标，对高纯碱再生阴离子交换树脂的再生工况进行优化调整试验，其中再生剂的利用率从树脂再生时所作的流出曲线中确定，试验在某300 MW发电机组化学补给水系统进行。
3.2 试验结果
3.2.1 再生工况优化调整试验结果试验结果如表2所示。
表2　　高纯碱再生工况优化调整试验结果

再生剂用量 （100%NaOH）/kg	再生剂质量 分数/%	进再生剂 时间/min	碱利用率/%
327.8	2.65	31	69.3
285.0	1.93	30	80.9
270.8	1.81	29	72.6

　　从表2可知，试验中三因子对再生效果的影响的主次关系是再生剂用量>进再生剂时间>再生剂浓度。得到的最佳高纯碱再生工况为：再生时进高纯碱(换算为100％NaOH)285.0kg，进高纯碱时间30 min，再生时高纯碱质量分数为1.93％。
3.2.2 树脂运行参数的对比
　　在阳树脂再生工况保持进酸量(换算为100％HCl)372.6kg，进酸时间40min，再生时酸的质量分数为2.0％的前提下，分别测定和计算了阴树脂在工业碱再生和高纯碱再生时的运行参数如表3所示。
表3　 工业碱、高纯碱耳生阴树脂时的对比测试结果

测试项目	工业碱再生	高纯碱再生
再生度/%	45.2	80.0
碱耗/（g·mol-1）	52.4	48.1
工交/（mol·m-3）	1.555	1.752
周期制水量/t	1913	2221

　　从表3中可以看到，采用高纯碱再生时，阴树脂的各项测试指标均优于工业碱再生时的情况，比较而言，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％。可以说采用高纯碱再生阴树脂时，树脂再生后的性能明显优于工业碱再生时的情况，这和理论分析的结果是一致的。
3.2.3 热力系统水汽品质的对比
　　化学水处理相关工艺的调整，不仅会影响相关设备的制水性能，同时还会影响到电厂热力系统的水汽品质。试验采用离子色谱技术对该厂水汽系统中的Cl-和SO42-进行了分析测定，测定结果如表4所示。
表4　　工业碱和高纯碱再生时系统水汽品质的对比

分析对象	工业碱再生时	高纯碱再生时
ρ(Cl-)/	ρ(SO42-)	ρ(Cl-)/	ρ(SO42-)
(μg·L-1)	(μg·L-1)	(μg·L-1)	(μg·L-1)
阴床出水	36.03	3.34	2.14	0.41
混床出水	2.92	1.97	1.71	0.57
给水	2.42	0.27	1.25	﹤0.1
炉水	42.55	26.89	21.16	4.73
过热蒸汽	5.58	0.89	2.80	﹤0.1

　　从表4中可以看到，采用高纯碱再生阴树脂后，热力系统水汽品质有了明显的改善。
4 技术经济分析
　　采用工业碱再生时，全年的再生费用为10.7万元；采用高纯碱再生时，全年的再生费用为5.5万元。
　　电厂在采用高纯碱再生后，全年的再生费用节约了约50％。
参考文献：
[1]李建华，潘娟琴，罗立新．再生用碱的质量对阴离子交换树脂性能的影响[J]．工业水处理，2002，22(7)：5-8．