钠型阳离子交换树脂锅炉软水树脂

阴、阳离子交换树脂树脂的贮存：

  离子交换树脂肪内含有一定量的水份，在运输及贮存过程中应尽量保持这部分水。如贮存过程中树脂脱了水，应先用浓食盐水（-10%）浸泡，再逐渐稀释，不得直接放于水中，以免树脂急剧膨胀而破碎。在长期贮存中，强型树脂应转变成盐型，弱型树脂可转变成相应的氢型或游离碱型也可转为盐型，然后浸泡在洁净的水中。树脂在贮存或运输过程中，应保持在5-40癈的温度环境中，避免过冷或过热，影响质量。若冬季没有保温设备时，可将树脂贮存在食盐水中，食盐水的温度可根据气温而定。
新树脂的预处理：

  新树脂常含有溶剂、未参加聚合反应的物质和少量低聚合物，还可能吸着铁、铝、铜等重金属离子。当树脂与水、酸、碱或其他溶液相接触时，上述可溶性杂质就会转入溶液中，在使用初期污染出水水质。所以，新树脂在投运前要进行预处理。

阳树脂的预处理

阳树脂预处理步骤如下：

  首先使用饱和食盐水，取其量约等于被处理树脂体积的两倍，将树脂置于食盐溶液中浸泡18-20小时，然后放尽食盐水，用清水漂洗净，使排出水不带黄色;其次再用2%-4%NaOH溶液，其量与上相同，在其中浸泡2-4小时（或作小流量清洗），放尽碱液后，冲洗树脂直至排出水接近中性为止。后用5%HCL溶液，其量亦与上述相同，浸泡4-8小时，放尽酸液，用清水漂流至中性待用。

 阴树脂的预处理

  其预处理方法中的步与阳树脂预处理方法中的步相同；而后用

5%HCL浸泡4-8小时，然后放尽酸液，用水清洗至中性；而后用2%-4%NaOH溶液浸泡4-8小时后，放尽碱液，用清水洗至中性待用。

钠型阳离子交换树脂锅炉软水树脂
阳离子交换树脂铁中毒的复苏研究贾波，周柏青，李芹
（武汉大学 动力与机械学院，湖北 武汉 430072）
　　摘要：软化器中使用的阳离子交换树脂容易受到铁离子的污染。采用均匀设计的方法，利用回归分析和*化技术，研究了复苏剂中各组分对阳离子复苏效果的影响，得出了*复苏配方，开发出了一种新的复苏方法。这种方法具有腐蚀性低和复苏效果良好的特点，为产生现场树脂的复苏提供了有益的借鉴。
　　关键词：阳离子交换树脂；均匀设计；回归分析；优化
　　中图分类号：TU425.23　 文献标识码：A　 文章编号：1009-2455（2003）04-0016-04A Study on Resuscitation of lron- Poisoned Cation ResinJIA Bo,ZHOU Bai-qing，LI Qin
（college of power and Mechanical Engineering,Wuhan University,Wuhan 430072,china）
　　Abstract：The cation resin used in softeners is easily contaminated by iron ion.The effects of different components in detoxicants on the result of resuscitation of the cation have been studied using the method of uniform design，regression analysis and optimization technology，based on which an optimum formula for resuscitation has been obtained and a new method for resuscitation has been developed.This new method features lower corrosion trend and good result of resuscitation，providing useful reference for the resuscitation of the resin on the production sites.
　　Keywords：cation resin；uniform design；regression analysis；optimization
　　目前，工业锅炉上用于降低给水硬度的阳离子交换树脂普遍存在着”铁中毒”现象，除去树脂中铁的操作称为”复苏”或””，实际生产中常用的复苏方法是用高浓度的盐酸浸泡树脂。不过这种方法存在着一个突出问题，这就是HCl对软化 器的腐蚀。笔者对此问题进行了试验研究，采用了还原复苏法，并在基于均匀设计和回归分析的基础上对复苏剂配方中的各影响因素进行了详细的研究，通过优化试验取得了较好的效果。
1 试验部分
1.1 不同中毒程度树脂的制备
　　在实际生产中，由于树脂受铁离子污染的程度不同，所需要的复苏条件亦不同，为了模拟这一情况，笔者制备了不同中毒程度的树脂，方法如下：
　　①制备”全铁型（R3Fe）”、”全钙型（R2Ca）”和”全镁型（R2Mg）”树脂：分别用过量的FeCl3、CaCl2，MgSO4溶液将阳离子交换树脂*转型,使其变成单一交换基团树脂。
　　②配制铁中毒树脂：用上述3种树脂按一定比例配制失效的铁中毒树脂。该树脂中，R3Fe所占摩尔分数X1根据中毒程度而取不同的值，R2Ca和R2Mg两种树脂的摩尔分数为1-X1，且R2Ca和R2Mg的交换基团的物质的量比固定为3：1。
　　③制备失效树脂层：将3种树脂混合均匀，直接装入交换柱中备用。为了叙述方便，本文又称X1为中毒率。
1.2 不同中毒程度树脂的工作交换容量损失率
　　对不同中毒程度的树脂在交换柱中进行再生与运行试验，试验条件如下：
　　①再生条件：再生方式为顺流再生；再生液为5%NaCl;再生流速4m／h；再生剂耗量为150g／mol；水温为15℃.
　　②运行条件：正洗流速12m／h；进水水质硬度5.29mmol/L;运行流速12m／h；水温为15℃；运行失效终点：硬度为40μmol／L。
　　在上述条件下获得的试验结果如表1。
表1　 工作交换容量损失率试验 X1/% Y1/L Y2/（molm-3） η/% 0 6.60 645.91 0 10 6.48 634.58 1.75 20 5.77 555.37 14.02 22 5.63 545.06 15.61 25 5.50 537.99 16.71 28 5.48 536.64 16.92 30 5.36 523.88 18.89 35 4.47 437.02 32.34 40 4.02 293.06 39.15 45 3.78 368.74 42.92 50 2.93 286.25 55.68
注：Y1为周期制水量；Y2为工作交换容量。
　　表1中，工作交换容量损失率（η）定义为受到污染的树脂（即X1>0％）减少的工作交换容量占未受到污染的树脂（即X1=0％）的工作交换容量的百分率。为了叙述方便，本文以下部分将树脂的工交换容量简称为工交。考虑到由人工配制的树脂层态进入稳定工况需要几个过渡的运行周期，故取第3，4运行周期制水量的平均值h作为评价铁中毒对树脂性能影响的依据。
　　由表1可见，随着铁中毒程度的加重，即随着X1增加，树脂的工交不断下降，当X1为50％时，工交损失率（η）高达55.68％；试验中同时观察到随着X1增加，整个树脂层颜色逐渐加深。
2 树脂复苏试验
2.1 盐酸复苏法
　　根据复苏工艺的特点，在温度为30℃的条件下用不同浓度的盐酸对树脂进行了复苏。个体复苏过程：先将”铁中毒”的树脂浸泡在一倍树脂体积的复苏液中1.5h，然后用剩余的复苏液以3m／h的流速通过树脂层，复苏后用除盐水将树脂层冲洗至中性，随后进行的再生和运行过程与本文中的1.2节相同。试验中考虑4个影响因素，分别记作X1，X2，X3，X4，如表2。其中，X2为盐酸溶液的质量分数，％；X3为盐酸溶液浸泡树脂的时间，h;X4为所用盐酸溶液的体积相当于树脂层体积的倍数。X1-X3各取10个水平，X4取5个水平。
　　试验设计采用方开泰提出的均匀设计方法[1]。
　　本试验采用U10（103*5）的混合水平表，试验结果如表2所示。
表2　 试验设计与试验结果 实验编号 X1 X2 X3 X4 YI/L Y2/（molm-3） 1 10 5 7.5 5 6.52 639.17 2 20 6.5 6 4.5 5.75 560.98 3 22 8 4.5 4 5.72 561.41 4 25 4 8.5 3.5 5.46 535.16 5 28 5.5 7 3 5.51 540.12 6 30 7 5.5 5 5.44 533.98 7 35 8.5 4 4.5 4.32 421.87 8 40 4.5 8 4 4.73 462.05 9 45 6 6.5 3.5 4.36 428.64 10 50 7.5 5 3 4.43 432.29
　　对比表1和表2的试验结果可知，盐酸复苏对轻度铁中毒树脂（如中毒率在10％以下）有效，而中毒程度较大的树脂复苏收效不大。
2.2 还原复苏法
2.2.1 还原复苏法的原理
　　传统的树脂复苏法是采用H+或Na+把树脂上的Fe3+置换下来，但是由强酸性氢离子交换树脂的选择性系数可知，Fe3+的选择性系数要远大于Na+和H+的选择性系数。因此这样的交换是比较困难的。还原复苏法的基本原理就是设法将树脂上以离子态存在的Fe3+还原成较易溶解的Fe2+，而后者与树脂的亲和力就比前者与树脂的亲和力小[2]，这样就使得将Fe3+从树脂上交换下来变得比较容易，从而可以减少再生剂用量，降低再生液浓度，缩短再生时间。通过试验，筛选出的还原剂为Na2SO3，它与三价铁的氧化还原反应过程示意如下：
　　 2Fe3+ + SO32- + H2O → 2Fe2+ + SO42- + 2H+
　　这一反应进行的比较*，部分Fe2+还会进一步被Na2S03中的Na+置换并且此过程中不会产生氢氧化铁沉淀。笔者将一定浓度的盐酸和NaCl与Na2S03进行复配，利用盐酸对Fe3+的溶解作用和NaCl中Na+离子的置换作用对树脂进行了复苏，取得了良好的效果。试验设计采用了均匀设计表U20（46），试验结果见表3，复苏工艺和本文中的第2.1节中盐酸作为复苏剂的复苏工艺相同。表3中：X3为Na2S03溶液的质量分数，％；X4为NaCl溶液的质量分数，%；X5为复苏液体总体积相当于树脂层总体积的倍数；X6为复苏液中盐酸，NaCl,Na2SO33种溶液的体积比。X1-X6各取4个水平。Y1，Y2分别为复苏前后树脂的工交，mol/m3;Y3为工交恢复率即污染树脂复苏后的工交占未受到污染树脂工交的百分比，%。
表3还原复苏法试验设计与试验结果 编号 X1 X2 X3 X4 X5 X7 X8 X6 Y1 Y2 Y3 1 30 3 4 6 4 0.43 0.28 1.5：1：1 523 598 92.58 2 50 5 6 4 4 0.43 0.28 1.5：1：1 286 592 91.65 3 50 4 7 6 7 0.50 0.25 2：1：1 286 495 76.64 4 40 3 6 7 7 0.43 0.28 1.5：1：1 393 615 95.22 5 20 4 6 7 5 0.33 0.33 1：1：1 555 644 99.70 6 20 6 7 5 6 0.43 0.28 1.5：1：1 555 599 92.73 7 30 6 6 6 7 0.62 0.12 2.5：1：0.5 523 605 93.67 8 30 5 7 7 4 0.50 0.25 2：1：1 523 597 92.43 9 20 5 4 6 7 0.43 0.28 1.5：1：1 555 610 94.44 10 20 4 6 5 4 0.62 0.12 2.5：1：0.5 555 596 92.27 11 40 3 7 5 5 0.33 0.33 1：1：1 393 603 93.37 12 20 3 5 4 6 0.50 0.25 2：1：1 555 600 92.30 13 40 6 5 6 4 0.33 0.33 1：1：1 393 615 95.21 14 30 6 4 4 5 0.50 0.25 2：1：1 523 606 93.82 15 50 5 4 5 6 0.33 0.33 1：1：1 286 490 75.86 16 50 3 5 5 5 0.62 0.12 2.5：1：0.5 286 604 93.51 17 40 4 4 7 6 0.62 0.12 2.5：1：0.5 393 573 88.71 18 40 5 7 4 6 0.62 0.12 2.5：1：0.5 393 488 75.55 19 30 4 5 4 7 0.33 0.33 1：1：1 523 602 93.20 20 50 6 5 7 5 0.50 0.25 2：1：1 286 586 90.73 平均值 30 4.5 5.5 5.5 5.5 0.47 0.245 　 　 　 　
注：由于在回归方程中需要确定复苏液中盐酸溶液和Na2SO3溶液各自的体积分数，故在表3中分别以X7和X8代表之。
2.2.2 实验结果与讨论
　　对表3中的数据采用中心化二次回归模型[2]进行回归分析，利用逐步回归的方法筛选进入回归方程的变量，检定阈值F1=0.10，F2=0.11得到如下的回归方程，其中Y表示复苏后树脂的工交：
　　Y=576.533-2.068（X1-35）-222.289（X3-5.5）（X7-0.47）-15.954（X3-5.5）2-1.609（X1-35）（X4-5.5）+16.022（X2-4.5）2+10.312（X5-5.5）2-7.021（X3-5.5）-6.328（X4-5.5）（X5-5.5）-5.958（X2-4.5）（X5-5.5）
　　复相关系数R=0.976，F=22.086﹥F0.995（7，12）=5.52，回归方程显著。由回归方程可以看出，复苏液中与Na2SO3有关的项数达到三项，说明Na2SO3在复苏液中起到了重要的作用，由各项回归系数的大小知其中Na2SO3溶液的浓度及此溶液的浓度和盐酸溶液在复苏液中的体积分率的交互作用对复苏后树脂的工交有较大的影响。另外，盐酸溶液和氯化钠溶液也对复苏后树脂的工交有一定的影响。试验5已经较好的解决了中毒率为20%的污染情况。
3 优化实验
3.1 优化起始点的选择
　　树脂中毒程度不同需分别进行复苏以确定相应的*复苏条件。下面以中毒率为50％的情况加以说明。在试验范围内应用matlab软件优化工具箱中的constr函数[3]计算复苏后工交达到zui大值时所对应的复苏液配方并经试验确认后得到如下的优化试验起始点：X2=3％，X3=6%，X4=3％，X5=4，X7=0.25，X8=0.55。相应的工交为：630mol／m3。
3.2 优化试验
　　为了达到*的复苏效果，围绕上述条件追加了4次试验，试验设计及结果见表4。经过优化试验后得到的*复苏液组成为：X2=3％，X3=6.5％，X4=3％，X5=4，X7=0.30，X8=0.5，复苏后树脂的工交为640mol／m3。
表4　 优化试验及结果 实验编号 X2 X3 X4 X5 X7 X8 工交/（molm-3） 1 3.5 5.8 5 4.5 0.20 0.55 603 2 3 6.3 7 4 0.30 0.50 592 3 3 6.5 3 4 0.30 0.50 640 4 2.5 6 5 5 0.25 0.50 633
4 结论
　　①随着树脂”铁中毒”程度的加深，复苏液中所需的Na2SO3的量亦应该相应提高，经过优化试验后的复苏液中盐酸的含量较低，腐蚀性减弱。
　　②采用Na2SO3还原复苏法对”铁中毒”的树脂进行复苏后，树脂的外观颜色得到了恢复，理化性能经试验未发现异常，工交也得到了较好的恢复，复苏效果良好。
　　③采用均匀设计和回归分析，用较少的试验次数获得了预期的结果，试验结果表明这种优化方法是可靠的，具有很强的实用性。
参考文献：
[1] 方开泰.正交与均匀试验设计[M].：科学出版社，2001.
[2] C M Tilsley.Clean-up of fouled ion exchange resin beds[J].Effluent and water txeatment joumal，1975，11（15）：560-563.
[3] 施阳，李俊，王惠刚，等，matlab语言工具箱#Toolbox实用指南[M].西安：西北工业大学出版社，1998.
作者简介：贾波（1973-），男，山西太原，武汉大学水质科学与控制工程系2000级硕士研究生，（027）87888473，jb_99。

【津达正通化工】新罗门哈斯软水树脂在处理时应注意以下几点：
①使用新树脂为小型交换床的，上述处理可在外部防腐容器中进行。如系大型交换床的，由于数量较大，则应在交换床内进行。
②浸泡液的体积一般应2倍于新树脂体积，以便将树脂充分浸泡。
③在进行上述处理时，用于配制浸泡液(如NaCl溶液、HCl溶液、NaOH溶液等)的水和清洗水应洁净，一般应采用除盐水(或H水、软化水等)。不使用生水，以免污染树脂。
新树脂总的来说在性能上还是存在着一定的不稳定因素，所以在使用前要进行处理，实践证明，针对新的 软化水树脂进行预处理操作，能够有效的提高树脂的活化性以及化学稳定性.
离子交换树脂是软水处理设备中*的耗材，软水设备之所以能进行软化水工艺，全都是因为有树脂的存在。在工业领域工作过程中，采用地下水等做为原水时，水中含有的铁离子通过树脂后积少成多就会使树脂“铁”中毒，树脂中毒之后需要进行复苏处理，采用还原复苏方法后，取得了较理想的复苏效果。
从 阳离子交换树脂对其中的阳离子的筛选结构看来，以氢离子置换三价铁离子并不容易，甚至比钠离子更困难。因此，用酸复苏铁中毒树脂，除了可避免在复苏过程中三价铁离子产生氢氧化铁沉淀外，其它并无什么好处，处理效果也不十分理想。
A100DL树脂复苏
A100DL树脂复苏从理论上讲，应尽可能地使再生剂中的可交换的离子与树脂交换基团中的被置换的离子，在选择结合顺序上靠近，使之置换较易进行，从而减少再生剂用量，降低再生液浓度，缩短再生时间。因此，可从以下两个方面着手，一是增强再生剂的置换能力，如选用选择顺序靠前的高价离子再生剂，或增加再生剂用量，增大再生剂浓度。另一种是设法降低树脂上被置换离子与树脂的结合能力，使选择结合顺序向后移动。条途径往往会导致复苏费用过高，且效果并不理想，常规的复苏方法即是采用这一途径。而新研究的还原复苏法则是通过第二条途径完成。