离子交换树脂的性能降低及其解决方法_郭泽林

离子交换树脂的性能降低及其解决方法黑龙江省建筑工程学校郭泽林吕宏德摘要分析了离子交换树脂在锅炉水处理中常出现的问题,并提出了相应的解决方法。关键词:离子交换树脂锅炉水处理中国图书资料分类法分类号:TK223.512离子交换树脂之所以能够被广泛用于电站锅炉水处理工艺中,就在于它可以反复再生循环使用。树脂的使用寿命越长,再生的成本越低,其相应的经济效果也就越显著。然而,在实际应用中,往往由于情况复杂多变,致使树脂性能降低、寿命缩短,造成处理水的纯度恶化。本文就离子交换树脂性能降低的原因进行分析,并阐述其相应对策。1离子交换树脂性能降低的原因1.1离子交换树脂颗粒的物理性破坏和已成粉末的树脂向塔外流失其主要原因是在运行操作过程中吸附与再生时产生的树脂膨胀与收缩。此外,在反复多次进行反洗混合等阶段,树脂颗粒受到强烈接触碰撞,也会致使树脂逐渐变成粉末。一般在单层床式离子交换塔中使用的凝胶型树脂,每年约有2%～5%粉末化;而在混合床式离子交换塔中,则大约有4%～10%粉末化。但对于物理强度较大的多孔型树脂而言,其比例则明显降低。1.2离子交换集团的化学分解通常,强酸性阳离子交换树脂化学性能降低的情况较少。但在原水中有游离氯存在时,树脂母体将受到分解作用,使物理强度下降。同时,由被分解的树脂中溶出的物质也将成为阴收稿日期:1996-09-17郭泽林,男,1958年生,工学学士,讲师.哈尔滨,150008.离子交换树脂的污染源。为了预防这种情况,在将原水引入离子交换装置前,必须用活性炭或亚硫酸钠等将游离氯完全除去。氢氧离子型的强碱性阴离子交换树脂即使在未使用状态下放置时,也会缓慢地发生化学分解,特别是Ⅱ型树脂分解得更快些。使用强碱性树脂时,一部分离子交换基团将变成弱碱性基团,中性盐分解容量亦减少。因此,对于象硅酸那样的弱酸离子的穿透容量将逐渐下降。表1中所示的为Ⅰ型和Ⅱ型树脂穿透容量的降低率。阴离子交换树脂的耐热性能一般比阳离子交换树脂差。在高温下,强碱性树脂将进行下述分解,并变成低级胺和醇[R-CH2N(CH3)3]+OH-→R-CH2OH+N(CH3)3,(1)[R-CH2N(CH3)3]+OH-→R-CH2N(CH3)2+CH3OH。(2)分解产物的60%来自式(1)的反应,分解速度可近似地用下述的一级速度式表示-dqdt=Kq,(3)q=q0e-kt,(4)式中q0——初期的离子交换容量,克当量/kg;q——t时间后的离子交换容量,克当量/kg;K——分解速度常数,h-1。第13卷第1期电站系统工程Vol.13No.11997年1月POWERSYSTEMENGINEERINGJan.1997特别是在高温下,有氧或氧化剂与树脂共存时,阴离子交换树脂容易被氧化,而且重金属类也起催化作用而促进氧化。表1强碱性阴离子交换树脂的性能降低类型穿透容量降低率/%1年后2年后3年后4年后Ⅰ型7131617Ⅱ型183341431.3不纯物质对树脂表面的覆盖当树脂的表面一旦被原水中的悬浊物质、重金属的沉淀等所覆盖时,就会出现离子交换速度减小和穿透容量降低的现象。当吸附了钙的树脂与浓硫酸接触时,在颗粒的内部和外部表面上将生成硫酸钙的沉淀物。用消石灰再生硫酸型弱碱性树脂时也会出现同样的现象。原水中含有的有机物会不可逆地被凝胶型阴离子交换树脂所吸附,而且用一般的再生方法很难把它们洗脱下来,通常称其为有机污染。即使有机物的吸附是属于物理吸附现象,也会由于其在树脂颗粒内的积存而阻碍离子扩散,使反应速度降低。离子交换树脂内部为带有交换功能基的多孔性立体结构,树脂的作用是靠可交换离子与外界的同离子进行交换。交换过程中,必须使两种交换离子扩散进出的路径畅通,以确保两者互相碰撞的机会。离子的通道一旦受堵塞,掩盖了树脂的活性表面,交换作用就无法进行,树脂也即失效,这就是树脂污染。污染后的树脂交换容量下降,出现电阻率降低,离子穿透提前,树脂床体积增大,再生剂用量增多,正洗水量也须大大增加。2解决的方法2.1树脂的补充当树脂交换性能降低的原因在于树脂本身时,则应采取以新树脂来替换旧树脂的方法。虽然有时采用一次更换全部树脂的方法,但更多的还是进行少量的补充。在更换塔内部分树脂时,先对旧树脂进行反冲洗,把集中在树脂层上部很小的微粉树脂排出塔外,然后代之以新树脂。补充率视其原水水质和处理方法不同而异。表2为某一除盐装置1年的树脂补充率,可供参考。表2树脂的1年补充率处理法强酸性阳离子交换树脂强碱性阳离子交换树脂Ⅰ型Ⅱ型单层床多层床5%/年开始的头两年间10%/年,以后5%/年开始的头两年间15%/年,以后5%/年混合床10%/年开始的头两年间15%/年,以后10%/年开始的头两年间20%/年,以后10%/年2.2污染树脂的复活树脂被污染之后,除正常再生之外,还须定期(一个月左右)进行