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离子交换器周期制水量下降的原因分析与对策

离子交换器周期制水量下降的原因分析与对策

第26卷第3期

2010年6月

湖南有色金属

HUNANN0NFERROUSMETALS5l

离子交换器周期制水量下降的原因分析与对策

罗召礼

（韶关冶炼厂,广东韶关512024）

摘要:

文章从水源水质变化大,离子交换树脂污染,再生水温低等原因导致离子交换器周期制水

量下降进行分析,韶关冶炼厂热电厂采取了改善制水水源,复苏被铁离子和有机物污染的离子交换

树脂及提高冬季再生水温等措施,取得了明显的效果.

关键词:

热电厂;离子交换器;树脂;周期制水量

中圈分类号:

X703文献标识码:

A文章编号:

1003—5540（2010）03—0051—04

韶关冶炼厂热电厂的水处理系统为一级除盐水

系统,水源来自动力车间沉淀池经混凝,沉淀的北江

水和厂内部循环水,水处理系统有3台机械过滤器,

3台阳离子交换器,3台阴离子交换器,最大设计制

水量为50t/h.

阳,阴离子交换树脂主要用于水的除盐处理,工

作原理是将其本身具有的离子同水中同型号的离子

相互交换,以净化水质.树脂失效后可以通过酸,碱

进行再生,从而可以反复使用.热电厂离子交换器

都是固定床,其中一套水处理系统为无顶压逆流再

生,另外两套为顺流再生,自2006年以来,韶关冶炼

厂开展"零排放"工程,厂内部循环水量不断加大,水

离子含量迅速增大,使得工厂水处理制水系统,无法

正常运行,且制水水质下降,难以达到锅炉用水要

求,严重影响锅炉的安全经济运行.

1存在的问题及原因分析

1.1水源水质恶化

近年来工厂阳,阴离子交换器周期制水量逐渐

下降,且随着季节波动大,在秋,冬季节降水量减小,

北江水补充水浓缩含盐量升高,阳,阴离子交换器周

期制水量明显下降;尤其是2006年工厂内部循环水

量加大,开展零排放工程,沉淀池水质急剧下降,水中

离子含量迅速增大.电导率由原来的约230s/cm增

大到近900s/cm,阳,阴离子交换树脂周期制水量

由750t/t树脂下降250t/t树脂,无法正常满足离

作者简介:

罗召礼（1970一）,男,工程师,主要从事水处理技术管理

工作.

子交换器运行要求,造成供水困难.工厂水处理工

艺流程如图1所示.

图1水处理工艺流程图

1.2离子交换树脂受到铁离子和有机物污染

1.2.1离子交换树脂受到铁离子严重污染

铁离子对离子交换树脂的污染有三种不同的

情况.

1.铁离子以胶态悬浮体出现时,它会从过滤器

中漏过而污染阳离子交换树脂.

2.铁以二价铁离子的形式交换到树脂上,随后

被氧化成三价铁离子,从而在树脂颗粒上形成凝胶

状的不溶于水的铁的氢氧化物.

3.铁以三价铁离子的形式交换到树脂的交换基团

上,在再生过程中不能被完全除去而残留在树脂中.

工厂工业水管网已运行40多年,工业水管网都

为铁管,已出现严重的腐蚀,工业水中铁离子较高,

达到500Ing/L,同时动力车间沉淀池采用聚合硫酸

铁作絮凝剂进行混凝,在沉淀不完全时会出现胶态

状铁离子.

工厂通过对离子交换树脂的取样检查,离子交

换树脂表面粘附着有棕黄杂质,树脂颜色变深,呈深

棕色和黑色.将受到污染的树脂用除盐水清洗干

52湖南有色金属第26卷

净,在10%的食盐溶液中浸泡30rain后,再清洗干

净,从中取出约二分之一的树脂样品放人试管中,随

后加入2倍树脂体积的6mol/L的盐酸溶液,密闭

振荡15min后,取出酸液注入另一支洗净的试管

中,加入一滴饱和的硫氰化胺,生成的不透明的棕黑

色,可以判断离子交换树脂受到胶态悬浮体铁和三

价铁离子的严重污染.

1.2.2阴离子交换树脂受到有机物污染

阴离子交换树脂对有机物的吸附程度较高,尤

其是强碱性阴离子交换树脂,且不易直接洗出有机

物.几类阴极树脂吸附及洗出有机物程度对比情况

列于表1.阴离子交换树脂受有机物污染后颜色变

深,黄色或乳白色变为深棕色或黑色,出水水质变

差,表现为电导率升高,漏硅量增大,pH值降低,周

期制水量明显减少,再生自用水量增大.

表1几类阴树脂吸附及洗出有机物程度

'

工厂使用的为717强碱性阴离子交换树脂,通

过对阴离子交换树脂的取样检查和分析判断,树脂

受到有机物污染的程度可以采用如下的方法:

在试

管中加入受到污染的树脂,树脂的体积约为试管体

积的三分之一,用清水不断摇动洗涤3至4次,将最

后一次的纯水倒去后,再加入约五分之四试管体积

的10%的食盐水,保持树脂和此食盐水接触5～10

min,期间要不断地振荡试管.通过观察发现食盐水

颜色呈棕色,离子交换树脂已受到有机物严重污染,

严重影响树脂交换容量.树脂受有机物污染如何判

断,情况列于表2.根据多年分析离子交换树脂受有

机物污染,多发生在秋冬季节,此时水中有机腐植酸

较大,阴离子交换树脂颜色逐渐变深,体积变大,导

致反洗困难,再生正洗水时间延长,离子交换器周期

制水量下降.

表2树脂受有机物污染的判断

浸泡后食盐水的颜色树脂被污染程度

无色

淡黄色

琥珀色

棕色

深棕色或黑色

没有污染

轻度污染

中度污染

严重污染

极严重污染

1.3再生液温度低,离子交换树脂活性降低

研究结果表明,在动态阴离子交换过程中,硅酸

氢根在树脂中的分布情况与其他阴离子有些不同,

虽然它主要被下层的阴树脂吸着,但是在最上层的

树脂中也吸着有少量的硅酸氢根,即硅酸氢根在树

脂中的分布区域很广.另外,在再生时,树脂中的硅

酸氢根被置换出来的速度也比较慢,尤其在水温低

于15℃,反映更明显.进入秋冬季,环境温度的降

低,再生液温度通常小于l0℃,无法达到理想的再

生要求35℃左右,降低了再生效果,增大了再生碱

液的耗量.

1.4再生液剂杂质含量高

工厂水处理系统采用工业烧碱和自制工业硫酸

作为离子交换树脂的再生剂,因再生液剂杂质含量

高,再生过程中存在以下问题:

（1）再生效果差,周期

制水量达不到设计标准;

（2）容易造成树脂污染,出

水水质不良,阴床出水pH值低（仅为5.8—6.1）,致

使水处理系统腐蚀,补给水铁离子增大而超标.

2采取的措施

2.1使用水质稳定的优质水作制水水源

将离子含量高且水质不稳定的沉淀池水改用为

离子含量低水质较稳定的水库水作交换器制水水

源,在交换器预处理过滤器前增接一水库水进水管,

将离子交换器周期制水量提高3～5倍,确保了离子

交换器的正常运行.

2.2对受污染的离子交换树脂进行复苏

2.2.1对铁离子污染的离子交换树脂复苏

对粘附着有棕黄杂质离子交换树脂进行彻底反

洗,至出水清澈,将交换器内的水排放至树脂约上

20em,关闭排水阀,通人压缩空气充分搅拌磨擦,使

离子交换树脂上的粘附颗粒剥离,再次充分反洗,至

出水清澈.

将受到铁离子污染的离子交换树脂反洗干净

后,采用将4%的盐酸,4%的食盐和0.08%的亚硫

酸钠混合液加入铁离子污染的离子交换树脂中充分

浸泡4～8h后,排出复苏液,反洗至出水清澈.

NazSO3中的sO;一把w3还原成Fe2,这样就可以

将三价铁离子还原成更易溶解的二价铁离子,而后

者对树脂的亲合力要小于前者,且反应生成的H又

能促进Fez03?

H20的溶解,反应式为:

s0;一+2Fe3+H20=sO;一+2Fe+2H

有一点值得注意的是水中的铁离子会和有机物

第3期罗召礼:

离子交换器周期制水量下降的原因分析与对策53

或硅形成复杂的络合物,而且这种络合物是带负电

荷的,它可以通过阳离子交换树脂而污染后面的阴

离子交换树脂.

2.2.2对有机物污染的离子交换树脂复苏

在石英砂过滤器后增加活性碳过滤器,并定期

进行清洗检查,控制好进入阳离子交换器前的余氯

量,化学需氧量COD小于1mol/L,防止有机腐物和

水源中的余氯等进入交换器污染离子交换树脂.

对于被有机物污染的离子交换树脂可以在使用

碱性食盐水法处理过程中加入烧碱增加腐殖酸之类

物质的溶解度,以10%NaCI与1%NaOH之比,适当

加热复苏液温度40℃,此法能除去95%以上的有机

物质;当严重污染时,在碱性食盐水的溶液中加入浓

度小于1%双氧水或0.5%以内的次氯酸钠,来氧化

腐殖酸有机物,使其分解,能达到较好的效果.

2.3提高离子交换树脂再生液温度

针对再生温度低对离子交换树脂再生效果的影

响,热电厂在再生除盐水泵后,再生液酸,碱喷射器

前加装两道蒸汽表面加热器,再生液加热系统如图2

所示.当外界环境温度小于15℃,热电厂就开启再

生液加热器,提高再生液温度,控制在30～40℃范

围,确保了离子交换树脂在环境温度低的时候的再

生效果良好.

图2再生液加热系统图

2.4用高纯酸碱替代工业酸碱作离子交换树脂再

生剂

阳离子交换树脂再生液由工厂自制工业硫酸改

用为自制精硫酸;阴离子交换树脂再生液碱由工业

电解液碱改用为离子膜一级液碱,提高了再生剂品

质,工业烧碱和高纯烧碱（隔膜法2级）质量对比情

况列于表3.用高纯酸碱替代工业酸碱对离子交换

树脂进行再生,不但可延长水处理设备运行周期,降

低酸碱单耗,减少废水排放量.通过试验和总结高

纯酸碱在热电厂水处理系统的运用,再生剂质量的

提高,增加了水处理系统出水品质和运行周期,并没

有提高运行费用,为高纯酸碱在热电厂水处理工艺

中的应用提供了良好的经验.

表3工业烧碱和高纯烧碱（隔膜法2级）质量对比

%

为了防止再生剂中的杂质对树脂引起污染,除

了选用优质的再生剂外,对再生剂的运输和储存过

程要进行监督,对运输容器要采取防腐措施,防止铁

锈,有机涂层脱落污染.

3结束语

树脂因各种原因,致使周期制水量下降,通过对

水源,离子交换树脂受污染等情况进行分析,及时找

出相关的原因并采取有效措施,取得了良好的效果.

离子交换器得到大幅提高,出水质量得到进一步改

善（具体结果列于表4）,同时还降低了职工的劳动强

度,大大减少了酸碱再生废液的排放,确保了离子交

换树脂安全经济运行,创造了良好的经济效益和社

会效益.

表4阳,阴离子交换器处理前后统计

参考文献:

[1]谢昭明,周柏清.有机物污染离子交换树脂的复苏及应用[J].

华北电力技术,2000,（10）:

14—17.

[2]李培元.火力发电厂水处理及水质控制[M].北京:

中国电力

出版社,2007.

[3]施燮钧,王蒙聚,肖作善.热力发电厂水处理[M].北京:

中国

电力出版社,1996.

[4]杨成栋,汪海.离子交换树脂的污染与再生[J].泰山医学院学

报,2007,（6）:

23—25.

收稿日期:

2010—04一l2

湖南有色金属第26卷

AnalysisonReasonsfortheDeclineofIon

SwitchesCycleWaterandCountermeasures

LU0Zhao—li

（ShaoguanSmelter,Shaoguan512024,China）

Abstract:

Thepaperhasanalyzedthereasonssuchasthewaterqualitychanges,ionexchangeresinpollutionand

lowtemperatureofrecycledwaterwhichcausedthedeclineofionswitchescyclewater.ShaoguanSmelterhas

adoptedthecountermeasuressuchasimprovingthesystemofwaterquality,recoveryingtheexchangeresinpollut—

edbyironandorganic,andimprovingtheregenerationwatertemperature,whichachievedobviousresults.

Keywords:

thermalpowerplant;ionexchange;resin;cycleofwater

（上接第24页）

表l3弱磁选一强磁选全开路试验结果%

表13试验结果表明:

采用弱磁选回收强磁性铁

矿物,然后用强磁选回收弱磁性铁矿物,可以获得的

试验指标为:

弱磁选铁精矿产率为20.81%,含铁

67.42%,铁回收率为46.50%;强磁选铁精矿产率为

15.50%,含铁59.71%,铁回收率为30.68%.铁总

回收率为77.18%.

3结语

1.矿石主要的金属矿物是磁铁矿,赤铁矿,褐铁

矿,其他金属矿物甚微.脉石矿物主要是石英,绢云

母（包括白云母）等,其次为少量的绿泥石,黑云母,

角闪石,粘土矿物等.铁矿物是本研究的主要回收

对象.

2.铁主要赋存于磁铁矿,赤铁矿中,少量赋存于

褐铁矿中,这三部分铁约占94.26%,影响铁选矿回

收的主要因素是铁矿物嵌布粒度细微.

3.对该铁矿石的处理,探索了弱磁选一强磁选,

弱磁选一浮选,弱磁选～强磁选一浮选,脱泥一反浮

选四种流程方案.试验结果表明:

采用弱磁选一强

磁选工艺流程处理该铁矿石较为经济合理.

4.弱磁选一强磁选试验结果为:

铁精矿1产率

为30.23%,含铁65.03%,铁回收率为65.16%;铁

精矿2产率为6.08%,含铁59.64%,铁回收率为

12.02%;铁总回收率为77.18%.

收稿日期:

2010一O1—20

SomeIronBodyMineralProcessMineralogy

andMineralBeneficiationExperimentalResearch

ZHUYi—min,WEIHua—ZU,WANGJian—xiong

0HunanResearchInstituteofNonferrousMetals,Changsha410015,China）

Abstract:

Thispaperintroducesironbodymineralprocessmineralogyandmineralbeneficiationexperimentalre-

searchinsomeplace.Theresultsshowthatusingaweakmagneticseparation--strongmagneticseparationtesting

proceduresfromthesampleswhichcontain30.17%Fetoobtainaweakmagneticironrefinedmineralrateof

20.81%,Fe67.42%,ironrecoveryrateof46.50%;Strongmagneticironrefinedmineralrateof15.50%.Fe

59.71%,ironrecoveryrateof30.68%.Theoverallrecoveryrateofironis77.18%.

Keywords:

iron;weakmagneticseparat;strongmagneticseparation