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1、氢氧化钠纯度对阴树脂再生效果及水处理的影响尚玉珍宋怡兰山西电力科学研究院（山西太原030001）摘要：对氢氧化钠中的氯化钠对阴树脂的再生效果和对水处理出水水质的 影响从理论上进行了分析，并在进行技术经济比较的基础上，提出了再生阴树脂 应选择纯度高的离子膜法生产的氢氧化钠。关键词：氢氧化钠；氯化钠；再生效果；出水水质氢氧化钠是电厂水处理经常使用的、消耗量比较大的药品，氢氧化钠的生产 方法主要有隔膜法和离子交换膜法两种，目前一般电厂再生阴树脂用的氢氧化钠 都是隔膜法生产的工业氢氧化钠。隔膜法和离子交换膜法生产的氢氧化钠的质量 标准见表1。 1不同方法生产的oii含曜的腻程灌 %曦目肉F交畏膜法 二
2、姓如配合格含ttK小 F30. G3Z.03Z.0NaCl含!ft不大于2-0SrOCi. 0040.00?0,01NbzCS含械不太于0. gU.SQ. 口 6FfsPs含毗不大于m oi0- 010- 000 3 0. MU 5 Q- QM 5：|：:- 武出 口口即一口由表1可知，离子交换膜法生产的氢氧化钠中的杂质含量远小于隔膜法生产 的，尤其是NaCl含量要小得多。NaOH中NaCl的含量对阴树脂的再生效果、制 水质量及运行周期都有很大的影响，本文就这些问题从理论上进行分析。1问题分析1.1 ROHCl-的交换平衡口阴树脂ROH和Cl-的反应式为：口ROH+Cl- = RCl+OH-(
3、1) 口rRClTOH- KOH1ECI-式中K选择性系数，强碱性阴树脂ROH-Cl-的选择性系数为1020；:ROH,RCl一分别为反应达到平衡时，树脂相中OH型和Cl型树脂的浓 度；OH-,Cl-一分别为反应达到平衡时，溶液中OH-和Cl-的浓度。若选择性系数以15计，忽略弱碱基团的影响，ROH-Cl交换平衡曲线（树脂 相中Cl型的分率YCl和溶液中Cl-的分率XCl-的关系）见图1。口国1 SS*rtRlWBiR）H-Ci交快平衡图图】中弁口 =|：CirOH-+CTD由图1看出强碱性阴树脂对Cl-有比较大的亲合力。口1.2 NaOH中NaCl的含量对阴树脂再生度的影响强碱性阴树脂ROH
4、-Cl-的选择性系数很大，因此，NaOH中NaCl的含量对阴树 脂的再生效果有很大的影响，NaCl含量越小，阴树脂的再生效果越好；NaCl 含量越大，再生效果越差。设分别以隔膜法生产的NaOH和离子交换膜法生产的 NaOH，不限量充分再生阴树脂，阴树脂可达到的最大再生度丫如（树脂相中OH型 的分率）和失效度YCl（树脂相中Cl型的分率）见表2。计算时NaOH和NaCl的含量都以标准的上限计，选择性系数以K=15计，忽略弱碱基团的影响。不同纯度NaOH对明树IS 再生度，失效度的影响%生产施NflDK由相t NnCl奢批衅生度加次效度Yci隔腰一既)5.067- 2gm303.0拓,964 1周
5、F蟆费忧知0,。4的,y0, 1离F股神H堡)32a 01江3由表2可知，不同方法生产的NaOH对阴树脂的再生效果不同。用一级和二 级隔膜碱再生阴树脂时，再生度差别比较大，分别可达67.2%和32.8%；用各种 等级的离子交换膜碱再生阴树脂时，再生度都很高，可达99 .7%99.9%。实际上再生用碱都是限量的，一般比耗不大于1.6，使用一级隔膜碱时阴树 脂能达到的再生度只有50%左右。1.3阴树脂再生度对运行周期和制水质量的影响1.3.1对运行周期的影响从理论上讲，用一级隔膜碱充分再生阴树脂时，再生度Y。可达67.2%；用 一级离子膜碱充分再生阴树脂时，再生度Y可达99.8%。二者之间相差32
6、.6%， 即用一级离子膜碱取代一级隔膜碱充分再笙，阴树脂的交换容量可增加32.6%。也就是说，运行周期可延长为原来的1.5倍。1.3.2对再生用碱量等的影响用一级离子膜碱取代一级隔膜碱充分再生阴树脂，可使交换器的运行周期延 长，从而减少阴树脂的再生次数。用一级隔膜碱再生三次阴树脂和用一级离子膜 碱再生二次阴树脂的运行周期基本相当，后者是前者再生碱用量的2/3。由于再生次数减少，自用水量随之减少，废水排放量同时也减少。此外，精处理混床树脂再生时，需要先对树脂进行输送、反洗、空气擦洗等多项操作，对树脂造成磨损。混床运行周期的延长，会减轻对树脂的磨损，延长树脂的使用寿命。1.3.3树脂再生度对制水质
7、量的影响在一定的条件下，选择性系数K是一个常数。由ROHCl-交换选择性系数K的 表达式K=( RClOH- ) / ( ROHCl-)可看出，交换器出水Cl-含量的 计算式为：2乒武鬲式(3)中】OH-是交换平衡时的OH-浓度，一般也是交换器出水的OH-浓度。口由式(3)可知，当树脂相】RCl/ROH 一定时，出水Cl-含量随出水pH 的升高而增大。阴床或混床出水pH 一般均为中性，因此，出水Cl-含量主要和 阴树脂的再生度有关：当阴树脂再生度比较低，即】RCl /ROH 较大时， 出水Cl-含量较大；当阴树脂再生度比较高，即】RCl/ROH较小时，出水 Cl-含量也比较小。也就是说，出水C
8、l-含量随阴树脂再生度的升高而降低。计算求得在不同出水pH和不同RCl/ROH时出水的Cl-含量，计算 结果见表3。口衰3不同出水pH租捌脂梢不冏RCl时出水口含RC含即出普皿出点CI时W _ 1 顷虹* 明H奇才pH小二Hf幻-靴隔膜就-愀鼻子点3?. 850r0161 J. S79牝 E C. W2 Wfl 47 0. OQ* 1 玖炯71.4交换器进水pH对交换反应的影响由于ROH和Cl-的反应有OH-参与，故反应的进行与水的pH有关。水的pH 愈高，反应愈不易进行，树脂失效时YC1愈小，Y愈大，即残留的ROH型树脂 越多；水的pH愈低，反应愈容易进行，树脂失效时七愈大，Yoh愈小，即残
9、留的ROH型树脂越少。C1 0H-7、计算可得进水pH为4.59.5、Cl-含量分别为3.55、10.65、17.75 Pg/L(相 当于1X10-7、3x10-7、5x10-7mol/L)时，阴树脂能达到的最大失效度口丫叫(计算时K以15计)。*与进水pH和Cl-含量的关系见图2。口 C1由图2可知，进水pH6时，随pH的升高，阴树脂可达到的最大失效度 YC1逐渐降低，其交换容量的利用率也降低。图2避京pH时用所笑政厦Ki的影ifi 曲线I点.$分割&疝避底中Ct AUii 3rSSJOr6SJ7.4 PM/t.当阴树脂的失效度小于其可达到的最大失效度时，反应ROH+Cl-=RCl+OH-可
10、 以进行，直到达到其最大失效度；当阴树脂的失效度大于其可达到的最大失效度时，发生的是反交换RCl+OH-=ROH+Cl-,直到降低至其最大失效度。2离子膜碱和隔膜碱再生阴树脂的比较2.1交换器出水质量由式可知，用一级隔膜碱和一级离子膜碱再生阴树脂时，出水Cl口-含量 分别为：口由计算可知，在理论上，用一级离子膜碱再生阴树脂时，其出水Cl-含量仅 为一级隔膜碱的1 / 244, Cl-是交换器出水的主要杂质之一，因此出水质量大大 提高。2.2对除盐系统阴床和混床的影响阴床进水pH比较低，反应ROH+Cl-=RCl+OH-很容易进行，阴树脂可达到的失 效度YCl约为100%；混床进水pH基本上为中
11、性，阴树脂可达到的失效度YCl接 近 100%。口C1因此，对除盐系统阴床和混床而言，不管是用隔膜碱还是用离子膜碱再生阴 树脂，其交换容量基本上可以完全发挥作用，两者的差别主要在于用离子膜碱取代隔膜碱再生阴树脂时，延长交换器的运行周期，节省再生用碱量。2.3对精处理混床的影响精处理混床的运行有其特殊性，其进水pH比较高，因此就产生了不同于除 盐系统阴床及混床的问题。下面对用一级离子膜碱和一级隔膜碱再生阴树脂时的情形分别进行讨论：(1)用一级隔膜碱再生阴树脂时，再生好的树脂的失效度一般比进水pH为9 时能达到的失效度还要大，因此，阴树脂和水中Cl-的交换反应不象除盐系统阴 床及混床的反应那样容易
12、进行，这时，首先和水接触的上层阴树脂不仅不能和水 中的Cl-发生交换反应，而且发生反交换反应：RCl+OH- = ROH+Cl-，向水中释放出 Cl-。只是由于同时有阳树脂的除氨反应：RH+NHH O = RNH +H 0,使得下部树脂一 一 一一一一 .32 一.42 .一 一 一处于基本呈中性的水质条件，故而下部阴树脂和Cl-的反应可以进行，使出水水质合格。随着混床的运行，反应层不断向下移动，阳树脂由上而下逐渐失效，阴树脂 也随之自上而下开始和碱性水接触并发生反交换，RCl型树脂上的Cl-不断地 被交换到水中，由于用一级隔膜碱再生时阴树脂的失效度比较高，即RCl型比例 大，因此，随着反交换
13、的进行，水中的Cl-含量迅速增加，从而加速了下层阴树 脂的失效，因此，混床的运行周期比较短。由上述分析可知，用一级隔膜碱再生阴树脂时，阴树脂的一部分交换容量消 耗在阴树脂自身所释放出的Cl-上。(2)用离子交换膜碱再生阴树脂时，阴树脂可达到的再生度很高，失效度很 低，远小于阴树脂可达到的失效度，所以阴树脂和Cl-的反应R0H+Cl-=RCl+0H- 很容易进行，此时水中的0H-和RCl型树脂的反交换基本上不进行，阴树脂的交 换容量全部用于和水中Cl-的交换，此时混床的运行周期将取决于阳树脂是否失效，因此，其运行周期大大延长。3经济性比较3.1 一级隔膜碱的浓度为40%，离子膜碱的浓度为32%，
14、若都以100%浓度计， 离子膜碱比一级隔膜碱的单价增加10%左右；离子膜碱的浓度低，运输费用也有所增加。3.2用一级离子膜碱取代一级隔膜碱再生除盐系统阴床或混床阴树脂时，可提高 树脂的再生度延长交换器的运行周期，节省再生用碱，并可节约大量自用水，减 少废水排放量。3.3用一级离子膜碱取代一级隔膜碱再生精处理混床阴树脂时，混床的运行周期 大为延长，除节省更多的再生用碱和自用水、减少废水排放以外，还可减轻对树 脂的磨损，延长树脂的使用寿命。3.4用一级离子膜碱取代一级隔膜碱再生阴树脂时，交换器出水质量大大提高。综上几项因素，隔膜碱改离子膜碱后费用会明显下降。而且由于制水质量的 大大提高，会减缓热力
15、系统的腐蚀和结垢的速度，因此而带来的经济效益是不言 而喻的。4结语4.1使用离子膜碱会提高阴树脂的再生度，延长交换器的运行周期，提高制水质 量，并可节约再生用碱，因此，有条件时，应尽可能使用离子膜碱再生阴树脂。4.2使用离子膜碱对精处理混床的影响更大，精处理混床应全部使用离子膜碱。4.3为方便起见，这里仅在理论上进行讨论，实际运行中，再生用碱是限量的， 离子交换选择性系数也不完全是常数，还有其他一些不确定因素的影响，因此， 实际上碱的纯度对树脂的再生度、交换器的运行周期及制水质量等方面的影响要 比上述分析复杂得多。参考文献1张澄信，陈龙.凝结水处理混床设前置阳树脂层的意义.电力设计水处理技 术.1997.4.
