火电厂离子交换树脂电再生可行性探讨

电力18讯：    实验原理
    用初级除盐水将失效的离子交换树脂输送入已改装好的普通电渗析再生室。由于初级除盐水所含盐分不多,它们在极限电流下不能完全承担导电任务,导致有少量水电离产生Ｈ+和ＯＨ-来承担余下的导电任务,这些盐分的阴阳离子和Ｈ+,ＯＨ-,在直流电场的作用下,分别向两侧迁移,Ｈ+一旦进入失效树脂的外电层中,就可能与Ｃａ2+,Ｍｇ2+,Ｎａ+等离子发生置换反应,从而使阳树脂得到再生,转变为Ｈ型。由于被置换下来的Ｃａ2+,Ｍｇ2+,Ｎａ+只需移动很短的距离,就到了阳膜边界,它们受阳膜上活性基团的吸引,加速通过阳膜进入浓水室而被除去。因此,使该再生反应得以顺利进行。而该反应的顺利进行又促使弱电解质的水不断电离,使混床内的失效阳离子交换树脂得到充分再生。同样,被ＨＣＯ3-,Ｃｌ-,ＳＯ42-饱和的失效阴离子交换树脂也被水电离产生的ＯＨ-所代替,从而使阴离子交换树脂也得到了再生。
2　实验装置与方法
2.1　实验装置
    电再生装置。采用单级三隔室离子交换树脂再生装置,如图1所示,其组成与普通电渗析器相仿,分别为阴、阳极室和再生室。其中再生室尺寸为160ｍｍ×160ｍｍ×10ｍｍ,内填完全失效的阴、阳离子交换树脂(2:1),极室为160ｍｍ×160ｍｍ×70ｍｍ,采用两个300ｍｍ×300ｍｍ×500ｍｍ的水箱,用蠕动泵进行循环,以调整再生室温度。阳极采用150ｍｍ×150ｍｍ×1.2ｍｍ钌钛网,阴极采用150ｍｍ×150ｍｍ×2ｍｍ多孔铁板。采用100Ｖ,30Ａ硅整流器,装有电压表,电流表,以测量各工况下的电压和电流,进出水口水质用ＤＤＳ-11Ａ电导率仪测定。离子交换膜采用上海化工厂生产的3361ＢＷ,3362ＢＷ异相膜,离子交换树脂采用上海罗门哈斯化工有限公司生产的001×7苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂和201×7苯乙烯系强碱性阴离子交换树脂。
    水处理实验装置。离子交换柱25ｍｍ×1800ｍｍ有机玻璃材料制作。

2.2　实验方法
    事先在再生室中装入用化学方法完全失效的阴、阳离子交换树脂,极室通入一定浓度硫酸钠溶液,接通电源,调整电压,随时监测电压电流变化,并密切注意再生室温度,控制在50℃以内。再生结束后,用高纯水取出树脂,进行小型水处理实验,以此作为评价再生效果的指标(实验采用美国材料与实验协会ＡＳＴＭ标准实验方法)。
3　实验结果与分析
3.1　实验现象
    图2表示了在不同通电量下的再生效果。

    由图2看出,混床树脂电再生基本趋势是随着通电量的增加,工作交换容量也逐渐增加,并且能够达到现场标准,即300ｍｍｏｌ/Ｌ以上。但是,随着实验次数增加,出现了几个严重的问题。
    (1)再生时间长
    在50Ｖ电压下进行再生,发现电流增长缓慢,达到预定通电量10Ａ•ｈ时,最大电流仅为1.1Ａ,共计再生时间达10.33ｈ。净水实验显示,树脂工作交换容量为320.8ｍｍｏｌ/Ｌ,达到了现场标准。但再生时间过长,不利于生产实践。
    (2)重现性差
    通过实验发现,在相同的实验条件下,再生效果重现性较差。为了避免离子交换膜渗漏对电再生的影响,每次实验均采用新的离子交换膜,在电压50Ｖ,通电量10Ａ•ｈ条件下再生树脂,重复6次实验,所测得的树脂工作交换容量分别为:287.5,320.8,162.5,179.2,204.2,195.8ｍｍｏｌ/Ｌ。可见,树脂工作交换容量的变化并没有明确的趋势,忽高忽低。在163.5和320.8ｍｍｏｌ/Ｌ之间波动,最大值与最小值之间相差近2倍。重现性不好,是电再生中存在的一个严重问题。
    (3)树脂理化性能严重下降
    在实验中发现,随着实验次数的增多,树脂破碎程度逐渐明显,这将影响到树脂的再生效果。因此,作了有关树脂理化性能测试,结果见表1。

　　很明显,树脂的全交换容量和耐磨率大幅度下降。使用过的树脂在进行耐磨率实验时,基本没有完整的圆形颗粒,绝大部分已成粉末。而树脂理化性能的大幅度降低,必然导致再生效果不稳定,重现性不好。
    (4)阴、阳树脂再生不平衡
    阴、阳混合树脂(阴阳比为2:1)在电再生过程中,再生程度不平衡。树脂再生完成后,分开净水,结果表明阴树脂再生比较彻底,达到了火电厂现场标准300ｍｍｏｌ/Ｌ,而阳树脂的再生程度则非常低,远远低于现场要求。
3.2　原因分析
    ＥＤＩ中树脂是用电来再生的,它可以连续运行很长时间。本实验中却发现了诸多严重问题,下面通过对比混床再生与ＥＤＩ中树脂电再生来分析原因。
    (1)ＥＤＩ中填充的是Ｈ型和ＯＨ型离子交换树脂,在ＥＤＩ中制取纯水和超纯水时,电渗析可以忽略[3]。只考虑离子交换作用。投运不久,淡水室即可出现如图3所示的离子交换层谱。