硫酸与盐酸再生离子交换树脂方法差异

离子交换树脂再生方法研究，比较硫酸与盐酸再生离

子交换树脂方法差异

摘要：介绍了盐酸、硫酸再生阳离子交换树脂在操作上的不同，酸消耗量的计算，废水排放量的计算以及生产成本的比较。

关键词：离子交换树脂 硫酸再生 酸消耗量 废水排放

离子交换树脂是用于软化水的交换剂，在使用一段时间后，吸附的杂质接近饱和状态，就要进行再生处理，使之恢复原来的组成和性能。目前，国内树脂的再生常用化学药剂酸碱法：使失效的树脂恢复交换能力，酸的使用通常采用HCl或H2SO4，碱的使用一般采用NaOH。目前，我公司脱盐水的装备能力有：40m3/h固定床三个系列，120m3/h双室浮动床两个系列，工艺流程是：原水阳离子交换器除碳器中间水箱阴离子交换器脱盐水箱。在生产中，采用酸碱法再生离子交换树脂，阳离子交换树脂的再生原来一直采用HCL，但再生过程产生的大量含CL-废液难以处理，为解决废水的排放问题，将再生剂改为H2SO4。下面就H2SO4再生和HCL再生进行比较： 1、操作方法不同

1.1 H2SO4再生相对于HCL再生来说要复杂一些：HCL再生采用的是一步再生法，即进行预喷射后，将再生酸浓度一次性调节到指标范围内(一般控制3～4%)，再生液流速≤5m/h，以稳定的浓度、流速将需要消耗的再生剂量消耗完，开始后面的置换、清洗步骤；

1.2 H2SO4再生采用的是两步再生法，即进行预喷射后，将再生酸浓度调节到0.7～1.5％，再生液流速7～10m/h，第一步再生消耗再生剂总量的60%；第二步再生在第一步再生浓度的基础上，将再生液浓度直接调节到1.5～3.0%，再生液流速5～7m/h，第二步再生消耗再生剂总量的40%，当需要消耗的再生剂量全部消耗完时，开始后面的置换、清洗步骤。 2、再生剂消耗量不同

采用HCL再生和采用H2SO4再生消耗的酸量不同，生产成本不同。我公司固定离子交换器采用的是001*7的强酸性树脂，双室浮动离子交换器采用的是001*7的强酸性树脂和D113-III的大孔弱酸性树脂，树脂在不同的交换器和使用不同再生剂时，工作交换容量不一样。我公司离子交换设备树脂装载量及树脂的参数如表(一)所示： 表(一) 树脂型号 001×7 D113-III 备注 固定床装载量(m3) 4.0 * 双室浮动床装置量(m3) 7.85 2.82 树脂工作交换容量(mol/m3) 1000 2300 HCL再生 树脂工作交换容量(mol/m3) 650 * H2SO4再生固定床 树脂工作交换容量(mol/m3) 900 1600 H2SO4再生双室浮动床

再生剂消耗量按下式计算：G=V1×EG×N×n/1000公斤 (1) 式中：V1……1台交换器中装载树脂的体积，m3； EG……树脂的交换容量，克当量/米3；

N……再生剂当量(或每1克当量再生剂所相当的克数，克/克当量；) n……再生剂实际用量为理论量的倍数，又称再生剂倍率。 实际消耗再生剂量为：GG=G/ε×100公斤 (2)

式中：ε——工业产品中再生剂的含量，以百分率表示，% 。 再生剂的当量为： H2SO4=49，HCL＝36.5；

HCL再生固定离子交换器的再生剂倍率取1.5，再生双室浮动床的再生剂倍率取1.3；H2SO4再生固定离子交换器的再生剂倍率取1.6，再生双室浮动床的再生剂倍率取1.2，根据式(1)和式(2)计算可得酸消耗量如表(二)所示： 表(二)

固定离子交换器 双室浮动离子交换器 消耗HCL量(kg) 消耗H2SO4量(kg) 消耗HCL量(kg) 消耗H2SO4量(kg) 219(100%) 203.84(100%) 680.24(100%) 680.72(100%) 730(30%) 208(98%) 2267.48(30%) 694.62(98%) 从表中数据可以看出，固定床系列H2SO4再生酸消耗量较HCL再生低，成本下降1.813元/次，双室浮动床系列H2SO4再生消耗酸量与HCL相当，生产成本上升6.28元/次。(我公司生产的HCL为335.00元/吨，H2SO4为344.00元/吨。) HCL再生和H2SO4再生阳离子交换树脂，运行情况比较如下： 表(三)

硬度(mmol/l) 脱盐水电导率 (μs/cm) PH值 周期制水量(m3) 备注 固定床系列 0.02 3.5 7～8 640 HCL再生阳床 浮动床系列 0.01 3.1 7～8 2900 固定床系列 0.023 3.17 7～8 644 H2SO4再生阳床 浮动床系列 0．01 3.2 7～8 3000

从表中数据可以看出，H2SO4再生和HCL再生相比，装置周期制水量和出水指标基本一致。

3、废液排放量和处理废液成本不同

离子交换树脂运行一个周期后再生时排出的酸、碱性废液量，在处理一般水质的原水时，约占除盐系统出力的5～10%，对于阳离子交换树脂而言，采用HCL和采用H2SO4再生由于在操作控制上有区别，产生的废液量不同，使生产成本不同。

3.1 我公司的脱盐水装置再生操作参数如表(四)所示：

表(四) 固定床 浮动床 阳床 阴床 阳床 阴床 HCL再生 H2SO4再生

NaOH再生 HCL再生 H2SO4再生 NaOH再生 小反洗流量m3/h 30 30 30 * * * 小反洗时间(min) 20 2进再生液浓度(%) 3 0.8 1.5 3 0.8 2.5 2 2 进再生液流量(m3/h) 10 14 10 16 22 16 10 16 进再生液时间(min) 45 65 42 85 140 82 30 55 置换流量(m3/h) 10 10 10 16 16 16 置换时间(min) 30 30 30 30 30 30 清洗流量(m3/h) 30 30 30 35 35 35

3.2 废液排放量计算

3.2.1 酸性废液排放量Q1，一般只考虑中和前阳离子树脂交换器酸性废水排放量，阴离子树脂交换器少量酸性废水的排放量忽略不计，按下式计算： Q1=V1+V2+V3+V4+V5 m3/周期 (3)

式中：V1——反洗(或逆流再生的小反洗)水量，m3； V2——进交换器稀再生液的体积，m3；

V3——置换水量，m3； V4——正洗水量,m3； V5——逆流再生时顶压前的放水量m3;

根据式(3)计算，可得酸性废水排放量如表(五)所示：

3.2.2碱性废水排放量Q2计算

一般只考虑中和前阴离子树脂交换器碱性废水的排放量。

Q2=V2+V3+V4 m3/周期 (4) 式中各符号含义同前。

根据式(4)计算，可得碱性废水排放量见表(六)所示： 3.2.3自行中和时剩余酸量的计算

水处理站内酸碱自行中和后，剩余的酸量G4按下式计算：

废酸液中能被废碱液中和部分的酸量G3=G2*N1/40 kg/周期 (5) 剩余酸量G4=G1 - G3 kg/周期 (6)

式中：G2——阴离子交换器再生时消耗的NaOH量，kg；

N1——再生用酸的摩尔质量； G1——阳离子再生时消耗的酸量，kg；

根据式(1)计算可得 固定阴离子交换器再生消耗100%NaOH为102.94kg，双室浮动阴离子交换器再生消耗100%NaOH为546.36kg；根据式(5)、(6)计算，可得离子交换器再生废液经过自行中和后，剩余的酸量、中和剩余酸需100%的NaOH量见下表所示： 固定床 浮动床 HCL再生 H2SO4再生 HCL再生 H2SO4再生 G3(kg/周期) 93.93 126.10 498.55 669.29 G4 (kg/周期) 125.07 77.74 181.69 11.44 剩余酸量消耗100%的NaOH 137.06 31.73 199.11 4.67

从表中数据可以看出，中和废水成本方面，H2SO4再生较HCL再生成本有所下降，其中固定床系列成本降低163.26元/周期，浮动床系列成本降低301.388元/周期。 4、结论

4.1 H2SO4再生阳离子交换树脂效果与HCL再生效果相当，但H2SO4再生操作较HCL再生复杂，并且由于再生时浓度控制得低，再生耗时较HCL再生长，废水排放量较HCL再生高；

4.2 H2SO4再生阳离子交换树脂酸消耗成本比HCL再生稍高，但H2SO4再生产生的废水，中和处理成本较HCL再生产生的废水中和处理成本低得多，使脱盐水装置总生产成本降低，并且废水中SO42-离子比CL-离子易处理，对环保排水有利。因此，硫酸再生阳离子交换树脂值得推广。

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