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水處理之離子交換樹脂再生
 
 
      某火力發電廠,按原設計再生,每年因再生樹脂要消耗大量的酸堿,價值360 000 元。為了節能降耗、降低成本,必須對酸堿用
      量進行嚴格的控制,在滿足離子交換樹脂恢復到最大交換容量的同時,使酸堿用量降到最低,根據生產上對水質的要求、水處理的設備、工藝等具體情況,通過調整試驗確定最優酸堿耗。
1 調整試驗
1. 1 陽床失效標準
通過過濾器的水進入陽床,當陽床失效時,測變化曲線見圖1。即通過水量為a 點,此時陽床出水的Na + 濃度首先升高,同時酸度也隨之降低,再運行一段時間之后硬度才開始升高,故運行中主要監督的項目是Na + 濃度和酸度。在進口水質穩定的情況下,當出口水酸度低于正常酸度0. 05 ~ 0. 1 × 10 - 3 mol / L時,即認為該床已失效,此時的漏鈉量已達到1150 ~ 2 300 μg / L,數值相當可觀,而當硬度超過控制標準時,漏鈉量就更加嚴重,故不能以硬度作為陽床失效的標準,運行中最好以Na + 濃度的突變作為陽床失效的標準。在正常情況下,Na + 濃度一般小于500 × 10 - 9,當大于此值時,表明陽床已失效。

1. 2 陰床失效標準
陰床運行時,一般情況下出水pH 在7 ~ 9 之間,硅酸根小于100 × 10 - 9,導電率小于10 μs / cm。當陰床失效,而陽床尚未失效時,其變化趨勢如圖
2,即通過水量在a 點,此時硅酸根的含量升高,pH下降,導電率先微降而后又上升。導電率的變化是因為原來陰床出水中OH- 含量較多,而剛失效時OH- 含量減小,代之以導電能力較小的HSiO3- ,故導電率下降。
而后樹脂交換能力下降,不能釋放足夠的OH-中和陽床出水中的H+ ,致使出水中的pH 低于7,導電率又上升。陰床失效以HSiO3
- 來判斷比較理想,調整試驗確定一般情況下HSiO3- <100 × 10 - 9, 失效時出水中的HSiO3- 大于此值。導電率也可作為失效的監測標準,調整試驗確定導電率<10 μs / cm,失效時出水的導電率大于此值。
1. 3 采用逆流再生雙層床工藝
原工藝采用單層床逆流工藝( 樹脂型號:強酸001 × 7,強堿201 × 7 ) ,樹脂再生時酸堿消耗量大。
現改為采用逆流再生雙層床工藝( 樹脂型號:強酸001 × 10,弱酸D113;強堿201 × 7,弱堿D306 ) ,這主要是因為雙層床的工作交換容量大。弱酸樹脂的工作交換容量一般在2 000 mol / m3 左右,當弱酸、弱堿分別與強酸和強堿樹脂組成雙層床后,其總平均
工作交換容量隨即大大提高。陽床中弱酸樹脂主要是和水中HCO3- 相應的Ca2 + 、Mg2 + 交換,即去除了暫硬,而水中大部分永硬和全部Na + 則靠強酸樹脂去除。在陰雙層床中,弱堿樹脂僅能去除強酸陰離子Cl - 、SO42 - 等,而水中的HSiO3- 則靠強堿樹脂去除。
對于堿度大即HCO3- 含量更高的水,陰雙層床優點更為突出,尤其是硬度與堿度比為1: 1 時最適應。
某發電廠生水水質分析堿度209. 54 mg / L;碳酸鹽硬度209. 54 mg / L;非碳酸鹽硬度14. 41 mg / L;總硬度223. 95 mg / L;pH 7. 62;Cu2 + 4. 0 μg / L;Fe2 + 43 μg / L;Ca2 + 64. 13 mg / L;Mg2 + 15. 80 mg / L;Cl - 17. 20 mg / L;SO42 - 17. 40 mg / L;SiO2 12. 45mg / L?梢钥闯鲇捕扰c堿度之比接近1,水中的硬度幾乎全部為暫硬,所以采用雙層床工藝是合理的,雙層床的再生劑利用率高,酸堿耗低,環境污染減輕。原系統逆流再生的酸耗為55 ~ 60 g / mol,堿耗為60 ~ 70 g / mol,而雙層床的酸堿耗則不超過40 ~ 45g / mol 范圍,僅為理論耗量的1. 0 ~ 1. 2 倍。
1. 4 再生劑濃度的調整
原工藝采用將濃度為31% 的HCl 配制成再生劑的濃度為5%,將濃度為30%的NaOH 配制成再生劑的濃度為8% ,F采用將HCl 配制成3% 的濃度,NaOH 配制成2%的濃度,濃度高,再生液體積小,不能均勻地和交換劑反應,使酸堿用量增加。
1. 5 對Na + 控制失效標準的調整
出水水質的要求,也會影響到再生劑的用量,表1 列出了陽床出水以Na + <500 × 10 - 9 為失效標準和以Na + <100 × 10 - 9 為失效標準時,酸堿用量的對比。
表1 酸堿用量對比
以Na + <500 × 10 - 9 為控制失效標準                                        以Na + <100 × 10 - 9 為控制失效標準
制水量/ t          HCl 耗/ g / mol          NaOH / g / mol          制水量/ t            HCl 耗/ g / mol            NaOH / g / mol
63 081                41. 8                           63. 3                       54 649              56. 20                       80. 20
67 902                41. 4                           68. 3                       60 804              42. 27                       86. 6
57 104                43. 3                           79. 0                       69 047              39. 98                       63. 85
55 587                46. 6                           85. 1                       68 904              39. 35                       76. 78
44 991                54. 7                           113. 8                     70 168. 5          44. 67                       74. 77
42 610                46. 57                         119. 2                     39 628              42. 67                       68. 58
從表1 中可以看出, 對Na + 的控制由Na +<500 × 10 - 9 降為Na + <100 × 10 - 9,堿耗的用量明顯下降。
2 結束語
(1 ) 采用逆流再生雙層床工藝,大大提高了總平均工作交換容量,使原來的酸耗55 ~ 60 g / mol、堿耗60 ~ 70 g / mol 變為現在不超過40 ~ 45 g / mol;
( 2 ) 對Na + 的控制由Na + <500 × 10 - 9 降為Na +<100 ×10-9,堿耗由原來的最高值119. 2 g / mol 降為63. 85 g / mol;
(3 ) 在水處理中如何降低酸堿耗是一個比較復雜的問題,必須全面考慮到運行方式、設備現有運行狀況、樹脂的選型、再生劑的濃度、種類、流速、溫度、純度、工藝控制標準的調整等諸多因素,在生產中不斷地總結經驗,在調整試驗中以確定最優酸堿耗。本
文對水處理中離子交換樹脂再生時酸堿耗的降低,進行了一定的研究,在實際應用中取得了較好的經濟效益。
參考文獻
1 錢庭寶. 離子交換劑應用技術. 天津科學技術出版社,1984
2 李文融等. 循環冷卻水處理手冊. 天津科學技術出版社,1991
3 武漢水利電力學院電廠化學教研室. 熱力發電廠水處理( 上冊,修訂本). 1984
4 Eco - Tec Ltd. Bulletin - Reeoflo Water Deionizes. 1984
5 Akira Miyazak And Ramon M. Barnes. Anal. Chem. 1981
[ 作者簡介] 李愛陽,女,1969 年9 月出生,講師,主要從事化工工藝教學及水處理研究。

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