硝酸替代鹽酸作再生劑在陽浮床中的應用

摘要： 陽離子交換樹脂的再生劑通常采用鹽酸，較少采用硝酸。用3％-5％稀硝酸液(鎂尾水)取代30％工業鹽酸作為再生劑對陽離子交換樹脂進行再生，控制再生劑的質量分數在2.4％，流速為6m／h，再生時間為3 h；再生后的陽浮床出水水質、運行周期和周期制水量與用鹽酸再生的陽浮床相比差別不大。

關鍵詞：陽離子交換樹脂；浮床離子交換器；再生劑；脫鹽水
　　中圖分類號：TQ028.3　　 文獻標識碼：B　　 文章編號：1009—2455(2004)05—0026—02

1 陽離子交換樹脂的再生

 浮動床離子交換器是近年來在固定床離子交換水處理設備基礎上發展的新型床型，該類床型大大提高了離子交換器中交換劑的利用率和設備出力，改善了出水水質，降低了運行費用，我公司熱電廠于2000年投入使用了陰、陽浮動床離子交換器這一新型離子交換器使用于450t/h脫鹽水系統，其中陽浮動床離子交換器中裝有H型強酸性陽離子交換樹脂，當陽浮動床失效后，使用30%鹽酸溶液稀釋后作為再生劑進行再生。
　　根據陽離子交換樹脂的化學性質，陽離子交換樹脂的離子交換反應方程式是可逆的化學反應：
　　 
　　式中R代表陽樹脂交換基團。
　　陽離子交換樹脂失效后，可使用強酸性溶液中的H⁺離子進行再生，用H⁺置換Ca²⁺，Mg²⁺離子以恢復陽離子交換樹脂的交換性能，理論上硝酸溶液中的H⁺也能置換Ca²⁺，Mg²⁺離子，可作為陽離子交換樹脂的再生劑，但我國使用的陽離子交換樹脂再生劑一般為30％工業鹽酸，而不使用硝酸，主要有兩個原因：一是從經濟因素說，使用硝酸的費用較鹽酸費用高；二是硝酸具有強氧化性，陽離子交換樹脂易受氧化，導致樹脂結構中鏈斷裂或交換基團被破壞，樹脂交換能力顯著降低，顏色變深、變暗，樹脂易破碎，造成陽離子交換樹脂工作交換容量下降，制水量下降，出水水質不穩定。因此國內廠家選用再生劑時多數使用30％32業鹽酸，而不提倡使用硝酸。
　　目前國內僅少數廠家使用硝酸作為再生劑，我公司就是其中之一。由于我公司于2002年投人一套間硝生產設備(用硝酸鎂將50％-60％稀硝酸生產為98％的濃硝酸)，生產過程中會副產3％-5％稀硝酸廢液(廢液中無雜質)，俗稱鎂尾水，此廢液如果外排需加入適量堿液中和，若將此廢液作為陽離子交換樹脂的再生劑不但可以每年節省外購鹽酸費用180萬元，同時可以不用外排，減少環境污染，還可以節省外排時加堿液中和所需費用20多萬元。
　　選用硝酸作為再生劑時，資料介紹必須嚴格控制再生時硝酸液的濃度及流速。為此，2002年我公司與東北電力學院及徐州水處理技術研究所合作對硝酸作為再生劑時濃度的控制進行實驗研究。大量實驗結果表明，硝酸的質量分數控制在2％-2.5％，流速在5-8 m／h時可以最大限度的防止因陽離子交換樹脂受氧化而造成的不良后果，并保證離子交換樹脂的交換容量不受影響。

2 用硝酸作再生劑的再生方法

根據陽離子交換樹脂的化學性質，硝酸作為再生劑進行再生時，為防止硝酸的強氧化性對陽離子交換樹脂造成損壞，一般質量分數宜控制在2％-2.5％，流速在5-8 m／h，同時為確保陽浮動床離子交換器的運行周期，出水水質，再生劑的質量分數應控制在2.4％-2.5％。我廠陽浮動床內陽離子交換樹脂的工作交換容量在800mol／m³ 左右，陽離子交換樹脂裝填量在21.5 t，濕視密度在0.8 g／mL，根據以上數據，可以計算出每次用酸量：
　　
　　因浮動床在再生時再生劑的用量應為理論計算量的2-3倍，因此實際用酸量：1.524×2=3.048 t。
　　陽浮動床再生時再生流速為6 m／h，陽離子交換器為φ3000mm，通流面積約7 m²，則流量為6×7=42 m³／h，再生劑的質量分數為2.4％，則再生時間約為3h。

3 設備的改造

原再生劑管路用的不銹鋼材質耐硝酸腐蝕，所以沒有更換，為控制好再生劑流量，在酸噴射器后增加了DNl00浮子流量計，量程為0-60t／h。
　　原φ3000陽浮床內壁襯雙層δ=3mm橡膠，因為橡膠在硝酸的強氧化性作用下易老化開裂，失去防腐作用，為此采用了徐州水處理技術研究所的專利技術，對4臺陽浮床內壁進行特殊抗氧化處理，涂刷了抗硝酸涂料。

4 效果對比

經過一個多月的再生調試，再生后陽浮動床運行效果較好，分別用鹽酸、硝酸作為再生劑，再生后效果及再生劑費用對比(進水水質相同的情況下)見表1。

表1 硝酸與鹽酸的再生效果及費用對比

我廠使用硝酸為再生劑一年多來，樹脂破碎率較以前來說變化不大，略有所提高，樹脂消耗每年補充量較以前增加5 t左右，每噸陽樹脂在5000—6000元，則每年樹脂補充費用增加3萬元，但與我廠每年節省的再生費用來說，還是有較大的經濟效益。

5 結束語

硝酸再生的陽浮床與鹽酸再生的陽浮床相比，再生效果相差不多，運行周期差3 h左右，周期制水量相差400t左右，硝酸再生后運行效果較好。硝酸作為再生劑是可行的，使用硝酸為再生劑時，必須嚴格控制再生劑的質量分數在2％-2.5％之間，如超過2.5％，陽樹脂易被氧化，造成陽浮床運行周期短，出水水質不穩定等不良后果。

作者簡介：李靖安(1969—)，男，安徽淮南人，工程師，大學本科，學士學位，昆明理丁大學熱能工程專業88級，電話(0554) 2692896