阴离子交换树脂技术调研.doc

1、离 子 交 换 法 ： 离 子 交 换 法 (ion exchange process)是 液 相 中 的 离 子和 固 相 中 离 子 间 所 进 行 的 的 一 种 可 逆 性 化 学 反 应 ， 当 液 相 中 的 某 些 离 子 较为 离 子 交 换 固 体 所 喜 好 时 ， 便 会 被 离 子 交 换 固 体 吸 附 ， 为 维 持 水 溶 液 的 电中 性 ， 所 以 离 子 交 换 固 体 必 须 释 出 等 价 离 子 回 溶 液 中 。离 子 交 换 树 脂 交 换 能 力 依 其 交 换 能 力 特 征 可 分 ： 1、 强 碱 型 阴 离 子 交 换 树 脂 ： 主 要

2、 是 含 有 较 强 的 反 应 基 如 具 有 四 面 体 铵盐 官 能 基 之 N+(CH3)3， 在 氢 氧 形 式 下 ， N+(CH3)3OH-中 的 氢 氧 离 子 可 以迅 速 释 出 ， 以 进 行 交 换 ， 强 碱 型 阴 离 子 交 换 树 脂 可 以 和 所 有 的 阴 离 子 进 行 交换 去 除 。 如 磺 酸 基 SO3H， 容 易 在 溶 液 中 离 解 出 H+， 故 呈 强 酸 性 。 树 脂 离 解 后 ，本 体 所 含 的 负 电 基 团 ， 如 SO3 ， 能 吸 附 结 合 溶 液 中 的 其 他 阳 离 子 。 这 两 个反 应 使 树 脂 中 的

3、 H+与 溶 液 中 的 阳 离 子 互 相 交 换 。 强 酸 性 树 脂 的 离 解 能 力 很强 ， 在 酸 性 或 碱 性 溶 液 中 均 能 离 解 和 产 生 离 子 交 换 作 用 。 树 脂 在 使 用 一 段 时 间 后 ， 要 进 行 再 生 处 理 ， 即 用 化 学 药 品 使 离 子 交 换反 应 以 相 反 方 向 进 行 ， 使 树 脂 的 官 能 基 团 回 复 原 来 状 态 ， 以 供 再 次 使 用 。 如上 述 的 阳 离 子 树 脂 是 用 强 酸 进 行 再 生 处 理 ， 一 般 上 使 用 盐 酸 以 1： 10 的 比例 稀 释 后 清 洗 ，

4、 此 时 树 脂 放 出 被 吸 附 的 阳 离 子 ， 再 与 H+结 合 而 恢 复 原 来 的组 成 。 2、 弱 碱 型 阴 离 子 交 换 树 脂 ： 这 类 树 脂 含 弱 酸 性 基 团 ， 如 羧 基 COOH，能 在 水 中 离 解 出 H+ 而 呈 酸 性 。 树 脂 离 解 后 余 下 的 负 电 基 团 ， 如 R-COO (R 为 碳 氢 基 团 )， 能 与 溶 液 中 的 其 他 阳 离 子 吸 附 结 合 ， 从 而 产 生 阳 离子 交 换 作 用 。 这 种 树 脂 的 酸 性 即 离 解 性 较 弱 ， 在 低 pH 下 难 以 离 解 和 进 行 离子

5、交 换 ， 只 能 在 碱 性 、 中 性 或 微 酸 性 溶 液 中 (如 pH5 14)起 作 用 。 这 类 树脂 亦 是 用 酸 进 行 再 生 (比 强 酸 性 树 脂 较 易 再 生 ） 如 氨 基 ， 仅 能 去 除 强 酸 中 的 阴 离 子 如 SO42-， Cl 或 NO3 ， 对 于HCO3 ， CO32 或 SiO42 则 无 法 去 除 。 3、 对 阴 离 子 的 吸 附 强 碱 性 阴 离 子 树 脂 对 无 机 酸 根 的 吸 附 的 一 般 顺 序 为 ： SO42 NO3 Cl HCO3 OH 弱 碱 性 阴 离 子 树 脂 对 阴 离 子 的 吸 附 的

6、一 般 顺 序 如 下 ： OH 柠 檬 酸 根 3 SO42 酒 石 酸 根 2 草 酸 根 2 PO43 NO2 Cl 醋 酸 根 HCO3注 意 事 项 ：1、 保 持 一 定 水 分离 子 交 换 树 脂 含 有 一 定 水 份 ， 不 宜 露 天 存 放 ， 储 运 过 程 中 应 保 持 湿 润 ，以 免 风 干 脱 水 ， 使 树 脂 破 碎 ， 如 贮 存 过 程 中 树 脂 脱 水 了 ， 应 先 用 浓 食 盐 水（ 10%） 浸 泡 ， 再 逐 渐 稀 释 ， 不 得 直 接 放 入 水 中 ， 以 免 树 脂 急 剧 膨 胀 而 破 碎 。2、 保 持 一 定 温 度冬

7、 季 储 运 使 用 中 ， 应 保 持 在 5-40 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 浓 度可 根 据 气 温 而 定 。 3、 杂 质 去 除离 子 交 换 树 脂 的 工 业 产 品 中 ， 常 含 有 少 量 低 聚 合 物 和 未 参 加 反 应 的 单 体 ，还 含 有 铁 、 铅 、 铜 等 无 机 杂 质 ， 当 树 脂 与 水 、 酸 、 碱 或 其 它 溶 液 接 触 时 ， 上述 物 质 就 会 转 入 溶 液 中 ， 影

8、响 出 水 质 量 ， 因 此 ， 新 树 脂 在 使 用 前 必 须 进 行 预处 理 ， 一 般 先 用 水 使 树 脂 充 分 膨 胀 ， 然 后 ， 对 其 中 的 无 机 杂 质 （ 主 要 是 铁 的化 合 物 ） 可 用 4-5%的 稀 盐 酸 除 去 ， 有 机 杂 质 可 用 2-4%稀 氢 氧 化 钠 溶 液 除 去 ，洗 到 近 中 性 即 可 。 如 在 医 药 制 备 中 使 用 ， 须 用 乙 醇 浸 泡 处 理 。 4、 定 期 活 化 处 理树 脂 在 使 用 中 ， 防 止 与 金 属 （ 如 铁 、 铜 等 ） 油 污 、 有 机 分 子 微 生 物 、 强

9、氧 化 剂 等 接 触 ， 免 使 离 子 交 换 能 力 降 低 ， 甚 至 失 去 功 能 ， 因 此 ， 须 根 据 情 况对 树 脂 进 行 不 定 期 的 活 化 处 理 ， 活 化 方 法 可 根 据 污 染 情 况 和 条 件 而 定 ， 一 般阳 树 脂 在 软 化 中 易 受 Fe 的 污 染 可 用 盐 酸 浸 泡 ， 然 后 逐 步 稀 释 ， 阴 树 脂 易 受有 机 物 污 染 ， 可 用 10%NaC1+2-5%NaOH 混 合 溶 液 浸 泡 或 淋 洗 ， 必 要 时 可 用 1%双氧 水 溶 液 泡 数 分 钟 ， 其 它 ， 也 可 采 用 酸 碱 交 替

10、处 理 法 ， 漂 白 处 理 法 ， 酒 精 处理 及 各 种 灭 菌 法 等 等 。 5、 新 树 脂 预 处 理新 树 脂 的 预 处 理 ： 离 子 交 换 树 脂 的 工 业 产 品 中 ， 常 含 有 少 量 低 聚 物 和 未参 加 反 应 的 单 体 ， 还 含 有 铁 、 铅 、 铜 等 无 机 杂 质 。 当 树 脂 与 水 、 酸 、 碱 或 其它 溶 液 接 触 时 ， 上 述 物 质 就 会 转 入 溶 液 中 ， 影 响 出 水 质 量 。 因 此 ， 新 树 脂 在使 用 前 必 须 进 行 预 处 理 。 一 般 先 用 水 使 树 脂 膨 胀 ， 然 后 ，

11、对 其 中 的 无 机 杂 质（ 主 要 是 铁 的 化 合 物 ） 可 用 4-5%的 稀 盐 酸 除 去 ， 有 机 杂 质 可 用 2-4%稀 氢 氧化 钠 溶 液 除 去 洗 到 近 中 性 即 可 。采油污水回用深度处理技术研究进展工业水处理，Vol29 No1离子交换软化是将水通过阳离子树脂时，使水中的硬度成分钙、镁离子与树脂中的阳离子相交换，从而使水中的钙、镁离子浓度降低，使水得到软化。离子交换软化技术目前主要应用于软化矿化度较低的采出水作为注汽锅炉给水，在美国、加拿大等一些国家已采用这种处理方式，其成功应用已有超过 20 a 的历史。加拿大狼湖和冷湖两大油田稠油污水回用于注汽锅

12、炉工程采用的处理工艺流程为：物化处理石灰软化除硅双滤料精细过滤大孔弱酸树脂软化，处理后水质满足锅炉进水要求。在对环境和经济进行了全面分析后认为，与使用清水相比，稠油污水回用可在把环境影响降到最低的同时，获得巨大的经济效益。狼湖油田稠油污水回用设计水量为 18000m3/d，其净效益为 0.57 美元/m 3，产生的经济效益每年约为 400 万美元。而冷湖油田比狼湖油田要大得多，总用水量大约为 52000m3/d，其净效益 0.49 美元/m 3，产生的经济效益每年为 900 万美元以上。美国吉利油田、贝尔里吉油田等也建有稠油污水深度处理工艺流程。目前，美国重油油田中通用的工业性采出水软化处理系

13、统有：两次强酸处理的离子交换系统、强酸后再加弱酸的离子交换系统、两次弱酸处理的离子交换系统、石灰苏打处理后再加离子交换系统。我国科研人员从 1988 年以来先后在胜利油田、辽河油田、新疆油田进行了污水回用试验研究。胜利油田借鉴美国、加拿大污水回用的成功经验和先进技术，于 1999 年 12 月建成投产了国内第一座油井采出水回用于热采锅炉的大型泵站乐安污水深度处理站，日处理 15000m3稠油污水，处理工艺流程主要包括原水混凝气浮、机械搅拌澄清、多介质过滤、弱酸离子交换。辽河油田于 2002 年建成了欢三联稠油污水深度处理工程站，日处理稠油污水 20000m3，处理后污水回用于热采锅炉，处理工艺

14、流程为：原水外输水罐提升泵混凝沉降罐溶气浮选机多介质过滤罐核桃壳过滤罐过滤泵机械加速澄清池一级弱酸软化器二级弱酸软化器外输泵调节水罐进热采锅炉。新疆油田公司锅炉回用稠油污水软化工艺技术研究所在稠油污水回用软化工艺的选择和应用方面取得了成功经验。该公司通过研究，选用了浅薄壳型强酸性钠离子交换树脂，利用二级离子交换器实现了锅炉回用稠油污水给水硬度达标。两年的大规模工业性试验表明，所选择的软化工艺完全满足了注汽锅炉对稠油污水回用的需要。陕北特低渗透油田污水深度处理技术 ，石油化工应用，Vol.28No.8油田污水去除成垢离子处理技术研究 ，油气田环境保护利用特种阴离子交换树脂,对含油污水中的硫酸根离

15、子进行离子交换去除,使油田污水达到深度处理。树脂交换原理如下:该树脂具有高交换容量、高强度、大孔隙、超强吸附交换 SO42-等作用,特别是这种树脂和以往的树脂相比,耐油性大大提高,实验结果见图 2、图 3。阴离子交换法去除含油污水中的成垢离子从现行工程技术上解决了特低渗透油田在注水开发中管线、设备、地层存在的结垢难题。处理系统工艺参数来水水质:含油浓度 01030 mg/L悬浮物含量 0349 mg/L悬浮物颗料中值 40.23mSO42- 1330 mg/L出水水质:含油浓度 16 mg/L悬浮物含量 13 mg/L悬浮物颗粒中值 0.2mSO42-50 mg/污水经沉降除油罐除去大部分污油后,进入高效气浮池进一步除去乳化油和分散油,再经三级过滤器后使出水水质大大提高。废再生液：树脂再生时,大量硫酸根离子从树脂中脱离出来形成高浓度硫酸根溶液,经添加氯化钡絮凝沉淀后的清液中盐酸浓度从最初的 0.03%到再生15min 达到约 5%,调入浓盐酸后仍可做为树脂再生时的再生液,大大降低了再生液用量,减少了运行成本。冲洗水：主要来自过滤器反冲洗和树脂再生时的漂洗水,其成分中含少量的油类、悬浮物,其组分与原污水类似,可使其进入污水池澄清后进入系统循环。不对外排放,没有二次污染。