硝酸替代盐酸作再生剂在阳浮床中的应用

李靖安
（淮化集团有限公司 热电车间技术组，安徽 淮南 232038)

　　摘要： 阳离子交换树脂的再生剂通常采用盐酸，较少采用硝酸。用3％-5％稀硝酸液(镁尾水)取代30％工业盐酸作为再生剂对阳离子交换树脂进行再生，控制再生剂的质量分数在2.4％，流速为6m／h，再生时间为3 h；再生后的阳浮床出水水质、运行周期和周期制水量与用盐酸再生的阳浮床相比差别不大。
　　关键词：阳离子交换树脂；浮床离子交换器；再生剂；脱盐水
　　中图分类号：TQ028.3　　 文献标识码：B　　 文章编号：1009—2455(2004)05—0026—02

1 阳离子交换树脂的再生

　　浮动床离子交换器是近年来在固定床离子交换水处理设备基础上发展的新型床型，该类床型大大提高了离子交换器中交换剂的利用率和设备出力，改善了出水水质，降低了运行费用，我公司热电厂于2000年投入使用了阴、阳浮动床离子交换器这一新型离子交换器使用于450t/h脱盐水系统，其中阳浮动床离子交换器中装有H型强酸性阳离子交换树脂，当阳浮动床失效后，使用30%盐酸溶液稀释后作为再生剂进行再生。
　　根据阳离子交换树脂的化学性质，阳离子交换树脂的离子交换反应方程式是可逆的化学反应：
　　
　　式中R代表阳树脂交换基团。
　　阳离子交换树脂失效后，可使用强酸性溶液中的H⁺离子进行再生，用H⁺置换Ca²⁺，Mg²⁺离子以恢复阳离子交换树脂的交换性能，理论上硝酸溶液中的H⁺也能置换Ca²⁺，Mg²⁺离子，可作为阳离子交换树脂的再生剂，但我国使用的阳离子交换树脂再生剂一般为30％工业盐酸，而不使用硝酸，主要有两个原因：一是从经济因素说，使用硝酸的费用较盐酸费用高；二是硝酸具有强氧化性，阳离子交换树脂易受氧化，导致树脂结构中链断裂或交换基团被破坏，树脂交换能力显著降低，颜色变深、变暗，树脂易破碎，造成阳离子交换树脂工作交换容量下降，制水量下降，出水水质不稳定。因此国内厂家选用再生剂时多数使用30％32业盐酸，而不提倡使用硝酸。
　　目前国内仅少数厂家使用硝酸作为再生剂，我公司就是其中之一。由于我公司于2002年投人一套间硝生产设备(用硝酸镁将50％-60％稀硝酸生产为98％的浓硝酸)，生产过程中会副产3％-5％稀硝酸废液(废液中无杂质)，俗称镁尾水，此废液如果外排需加入适量碱液中和，若将此废液作为阳离子交换树脂的再生剂不但可以每年节省外购盐酸费用180万元，同时可以不用外排，减少环境污染，还可以节省外排时加碱液中和所需费用20多万元。
　　选用硝酸作为再生剂时，资料介绍必须严格控制再生时硝酸液的浓度及流速。为此，2002年我公司与东北电力学院及徐州水处理技术研究所合作对硝酸作为再生剂时浓度的控制进行实验研究。大量实验结果表明，硝酸的质量分数控制在2％-2.5％，流速在5-8 m／h时可以最大限度的防止因阳离子交换树脂受氧化而造成的不良后果，并保证离子交换树脂的交换容量不受影响。

2 用硝酸作再生剂的再生方法

　　根据阳离子交换树脂的化学性质，硝酸作为再生剂进行再生时，为防止硝酸的强氧化性对阳离子交换树脂造成损坏，一般质量分数宜控制在2％-2.5％，流速在5-8 m／h，同时为确保阳浮动床离子交换器的运行周期，出水水质，再生剂的质量分数应控制在2.4％-2.5％。我厂阳浮动床内阳离子交换树脂的工作交换容量在800mol／m³ 左右，阳离子交换树脂装填量在21.5 t，湿视密度在0.8 g／mL，根据以上数据，可以计算出每次用酸量：
　　
　　因浮动床在再生时再生剂的用量应为理论计算量的2-3倍，因此实际用酸量：1.524×2=3.048 t。
　　阳浮动床再生时再生流速为6 m／h，阳离子交换器为φ3000mm，通流面积约7 m²，则流量为6×7=42 m³／h，再生剂的质量分数为2.4％，则再生时间约为3h。

3 设备的改造

　　原再生剂管路用的不锈钢材质耐硝酸腐蚀，所以没有更换，为控制好再生剂流量，在酸喷射器后增加了DNl00浮子流量计，量程为0-60t／h。
　　原φ3000阳浮床内壁衬双层δ=3mm橡胶，因为橡胶在硝酸的强氧化性作用下易老化开裂，失去防腐作用，为此采用了徐州水处理技术研究所的专利技术，对4台阳浮床内壁进行特殊抗氧化处理，涂刷了抗硝酸涂料。

4 效果对比

　　经过一个多月的再生调试，再生后阳浮动床运行效果较好，分别用盐酸、硝酸作为再生剂，再生后效果及再生剂费用对比(进水水质相同的情况下)见表1。

表1 硝酸与盐酸的再生效果及费用对比

再生剂出水水质ρ（Na+)/(μg·L^-1)运行周期/h周期制水量/t再生剂费用/元 盐酸10左右3563902400 硝酸10左右3259950

　　 我厂使用硝酸为再生剂一年多来，树脂破碎率较以前来说变化不大，略有所提高，树脂消耗每年补充量较以前增加5 t左右，每吨阳树脂在5000—6000元，则每年树脂补充费用增加3万元，但与我厂每年节省的再生费用来说，还是有较大的经济效益。

5 结束语

　　硝酸再生的阳浮床与盐酸再生的阳浮床相比，再生效果相差不多，运行周期差3 h左右，周期制水量相差400t左右，硝酸再生后运行效果较好。硝酸作为再生剂是可行的，使用硝酸为再生剂时，必须严格控制再生剂的质量分数在2％-2.5％之间，如超过2.5％，阳树脂易被氧化，造成阳浮床运行周期短，出水水质不稳定等不良后果。

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作者简介：李靖安(1969—)，男，安徽淮南人，工程师，大学本 科，学士学位，昆明理丁大学热能工程专业88级，电话(0554) 2692896。