废弃强碱性苯乙烯系阴树脂复苏技术优化研究与评价

摘要

随着工业水源中污染物种类的增加,工业水处理领域中常用的离子交换树脂受到的污染情况日趋复杂和严重。树脂污染会影响离子交换系统的运行效果,出现正洗水量上升,制水周期下降,出水水质变差并对温度和流速的敏感程度增加等现象。这些问题都会使得树脂使用寿命减少,严重时需对树脂进行报废处理,为企业带来额外经济负担的同时亦造成了不必要的资源和能源浪费。树脂的复苏是指以去除树脂污染物为途径,恢复树脂交换容量继而延长树脂使用寿命为目的一种技术手段。本研究以应用广泛的强碱性苯乙烯系阴树脂为例,在结合原有复苏方法和工程经验的基础上,对现有树脂复苏技术进行优化,以实现废弃树脂回用目的以及降低企业运行成本和节约可利用资源的经济、社会双重意义。
　　以某热电责任有限公司除盐水处理系统1＃阴床中的强碱性苯乙烯系阴树脂为研究对象,对其污染特性进行分析,确定了该树脂铁污染和有机物污染含量分别为347.2mg/L(≥6000mg/L树脂报废),3699.4mg/L(≥2500mg/L树脂报废)。树脂以有机物污染为主。通过铁污染的洗脱实验研究证实铁的去除并未对树脂交换容量的恢复起到明显改观。通过有机物污染的洗脱实验研究确定了针对有机物污染的基本复苏工艺A,即对25ml树脂样品进行复苏,复苏液总体积100ml;复苏药剂10％NaCl+4%NaOH,复苏温度40℃,复苏时间10小时。工艺A复苏后树脂强碱基团交换容量为2.72mmol/g,最大再生交换容量为3.58mmol/g。强碱基团交换容量较复苏前树脂提升22%。同时,通过三维荧光光谱扫描确定了污染树脂的有机物组成以紫外区类富里酸和可见区类富里酸为主,并含有少量的简单芳香蛋白类物。
　　对有机物污染基本复苏工艺进行优化。基于污染物与污染物、污染物与树脂之间的相互缠绕和络合作用理论,分别从复苏药剂和复苏工艺流程两方面对传统的复苏工艺进行优化。通过氧化剂与盐碱液分离强化“断链”作用,在使用安全条件下提升氧化助剂的浓度,缩短氧化时间和温度,并采取分次洗脱与纯水冲洗交替进行以强化树脂“溶胀挤压”作用的方式,提出一种新型的针对严重有机物污染的强碱性苯乙烯系阴树脂复苏工艺,即短时氧化工艺。该复苏后的树脂强碱基团交换容量为3.32mmol/g,最大再生交换容量为3.62mmol/g。强碱基团交换容量较复苏前旧树脂提升49%,最为接近新树脂(强碱基团交换容量为3.72mmol/g,最大再生交换容量为3.89mmol/g);在实验室模拟运行条件下,复苏前树脂的制水周期为16小时,正洗时间为95分钟;短时氧化工艺复苏后树脂的制水周期为26小时,正洗时间为52分钟,其制水周期较复苏前提高了63%,正洗时间较复苏前降低了45%。
　　同时,对短时氧化工艺在氧化前、后的有机洗脱物进行了三维荧光光谱表征,发现在氧化步骤中和氧化步骤后洗脱液中可见区类富里酸峰(PeakBVis-FA)均消失,表明经过短时氧化后,污染树脂的腐殖质分子量组成、芳香程度等性质明显改变,性质稳定、分子量相对较高的芳香性类富里酸物质即Vis-FA被氧化剂氧化,转化成一些分子量相对较低,荧光效率较高的的有机质,且短时氧化对污染在树脂上的有机物性质的改变是稳定、持续且不可逆的,进而从洗脱物性质的角度证实了短时氧化作用对缠绕附着在树脂上的大分子长链有机物的“破坏”作用,为其对树脂有机污染物洗脱效能的优越性提供了理论依据。
　　另从树脂颗粒强度、树脂功能基团降解行为、树脂表面形貌与结构完整度三个方面对短时氧化复苏工艺的安全性进行了评价,证实了该复苏工艺安全可靠,不会对树脂造成损坏。
　　以该新型复苏工艺为基础,对树脂复苏回用工程进行了初步方案设计及经济性分析,从脱盐水处理系统运行角度,计算复苏后树脂的回用年限值为5.15,其运行经济性优于更换新树脂;从投资角度得出,复苏后树脂使用寿命超过2年时,其年平均投资即低于更换新树脂。同时,复苏规模越大,经济效益愈加可观,证实了短时氧化技术的经济可行性。

目录

废弃强碱性苯乙烯系阴树脂复苏技术优化 研究与评价

RESEARCH AND EVAULATION OF THE THCHNOLOGY TO OPTIMIZE THE REJUVENATION OF THE WA S TE STRONG-BASE ANION RESIN

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究目的和意义

1.2 强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂概况

1.3 强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂的污染

1.4 本文的主要研究内容及技术路线

第2章 试验仪器及分析测试方法

2.1 试验材料

2.2 试验分析检测方法

2.3 复苏过程中树脂安全性评价方法及其复苏洗脱液表征方法

第3章 树脂污染特性与污染物洗脱影响因素分析

3.1 引言

3.2 树脂污染特性分析

3.3 铁污染洗脱试验研究

3.4 有机物污染洗脱试验研究

3.5 本章小结

4.1 引言

4.2 去除强碱性苯乙烯系阴树脂有机物污染的药剂优化

4.3 去除强碱性苯乙烯系阴树脂有机物污染的工艺流程优化

4.4 本章小结

第5章 强碱性苯乙烯系阴树脂复苏工艺的综合评价

5.1 引言

5.2 强碱性苯乙烯系阴树脂的复苏效果效果评价

5.3 复苏过程中的树脂安全性评价

5.4 强碱性苯乙烯系阴树脂复苏回用工程及其经济性分析

5.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士期间取得的成果

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致 谢