專利名稱：一種除氧軟化處理工業(yè)用原水新方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種除氧軟化處理工業(yè)用原水新方法，特別是涉及一種采用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂及氧化還原樹(shù)脂相結(jié)合的除氧軟化處理工業(yè)用原水的新方法。
工業(yè)用原水例如天然河水、自來(lái)水、井水等中含有鈣、鎂等二價(jià)金屬離子及溶解氧，常稱硬水，經(jīng)加熱后會(huì)產(chǎn)生碳酸鈣、碳酸氫鎂或氫氧化鎂之類沉淀物，附著在鍋爐和/或爐管等受熱設(shè)備內(nèi)表面形成堅(jiān)硬水垢，水垢生成后極大地影響導(dǎo)熱能力，降低鍋爐的熱效率，大大浪費(fèi)能源，例如水垢的導(dǎo)熱系數(shù)比鋼鐵的導(dǎo)熱系數(shù)小數(shù)十倍到數(shù)百倍。據(jù)有關(guān)專家測(cè)算1毫米厚的水垢會(huì)浪費(fèi)燃料10％。此外水垢還會(huì)造成鍋爐龜裂，危及人身及設(shè)備的安全。因此國(guó)家明確規(guī)定(GB1576-96)低壓鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，鍋爐給水硬度≤0.03毫克當(dāng)量/升(meq/L)。傳統(tǒng)的工業(yè)用原水軟化是采用強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂再生軟化器，經(jīng)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂處理除去能生成水垢的鈣、鎂等離子使水軟化，然后再將失效后的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂用10％NaCl水溶液再生，繼續(xù)使用。該傳統(tǒng)工藝要經(jīng)反洗、加鹽液、正洗、運(yùn)行出水等步驟，自耗水(即排放水)占軟化水總產(chǎn)量的0.5％，NaCl的利用率僅30-50％。
工業(yè)用原水例如天然河水或井水、自來(lái)水中含有溶解氧，溶解氧會(huì)造成給水管道和鍋爐本體發(fā)生電化學(xué)非均勻腐蝕，最終會(huì)形成許多小坑，以致造成設(shè)備穿孔。傳統(tǒng)的除氧方法有熱力除氧、真空除氧、解吸除氧和海綿鐵屑除氧，這些除氧方法都有一定局限性，除氧過(guò)程中有的消耗大量動(dòng)力，例如熱力除氧自耗蒸汽15％，真空除氧電耗大，每噸水脫氧耗電2KW，還必須加熱至60℃，除氧效果不穩(wěn)定。解吸除氧，不但電耗大(2KW/噸水)，除氧后把氧轉(zhuǎn)變成CO2，造成CO2對(duì)鍋爐的腐蝕，海綿鐵屑除氧產(chǎn)生鐵銹使鍋爐生成鐵垢，據(jù)有關(guān)專家測(cè)算，水垢中若含有8％的鐵垢，會(huì)使水垢導(dǎo)熱系數(shù)降低4倍，從而大大降低鍋爐熱效率，除氧過(guò)程需要大量水沖走海綿鐵粒表面的Fe(OH)2和Fe(OH)3，除氧自耗水5％以上。近年來(lái)開(kāi)發(fā)的樹(shù)脂除氧雖具有常溫除氧，不消耗動(dòng)力，不帶進(jìn)雜質(zhì)，除氧徹底的特點(diǎn)，但用亞硫酸鈉還原再生的氧化還原樹(shù)脂除氧器存在亞硫酸鈉利用率低≤30％，自耗水有0.5％的缺點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是克服上述缺點(diǎn)提供一種簡(jiǎn)單、高效、節(jié)能、節(jié)藥采用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和氧化還原樹(shù)脂相結(jié)合的除氧軟化處理工業(yè)用原水的新方法。
本發(fā)明提供的除氧軟化處理工業(yè)用原水的方法包括下列步驟1、軟化陽(yáng)離子交換樹(shù)脂再生成鈉型用NaCl水溶液再生經(jīng)預(yù)再生后軟化的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，排出CaCl2廢液。
2、預(yù)再生脫氧的氧化還原樹(shù)脂把步驟1中排放的CaCl2廢液預(yù)再生脫氧的氧化還原樹(shù)脂成氯型，并且排出CaSO4廢液。
3、脫氧的氧化還原樹(shù)脂的再生用Na2SO3水溶液再生步驟2中得到的氯型氧化還原樹(shù)脂使成還原型氧化還原樹(shù)脂，排出NaCl廢液，循環(huán)于預(yù)再生軟化的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂成鈉型。
4、用步驟3中排出的NaCl廢液預(yù)再生軟化的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂成鈉型，排出CaCl2廢液，循環(huán)于脫氧的氧化還原樹(shù)脂預(yù)再生。
5、脫氧軟化水的制備工業(yè)用原水通過(guò)鈉型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂使其軟化，軟化后的工業(yè)用原水進(jìn)入氧化還原樹(shù)脂除去水中溶解氧，得到除氧軟化水，除氧軟化水殘余氧含量≤0.01毫克/升，硬度≤0.03毫克/升。
按照本發(fā)明提供的除氧軟化處理工業(yè)用原水的方法中，所述脫氧(氧化還原)樹(shù)脂是指氧化還原樹(shù)脂被溶解氧氧化的氧化還原樹(shù)脂。所述軟化(陽(yáng)離子交換)樹(shù)脂是指陽(yáng)離子交換樹(shù)脂(鈉型)被水中Ca++Mg++離子置換的Ca++Mg++型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂(鈣、鎂型)。
所述氧化還原樹(shù)脂可以采用不同類型各種型號(hào)的苯乙烯二乙烯苯氧化還原樹(shù)脂，優(yōu)選為三甲胺或季胺或二甲基乙醇胺苯乙烯二乙烯苯氧化還原樹(shù)脂，簡(jiǎn)稱為三甲胺型或季胺型或二甲基乙醇胺型氧化還原樹(shù)脂或稱氧化還原樹(shù)脂。氧化還原樹(shù)脂的工作除氧容量通常為0.5-5.0克/升，優(yōu)選為0.7-2.0克/升。
由于氧化還原樹(shù)脂如三甲胺型氧化還原樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)中含有能被氧氧化的基團(tuán)，一般用RN(CH3)3SO3表示，其中R為樹(shù)脂骨架，水中溶解氧被樹(shù)脂吸附進(jìn)行氧化，其過(guò)程描述如下RN(CH3)3SO3+12O2→RN(CH3)3SO4]]>脫氧后氧化還原樹(shù)脂用Na2SO3進(jìn)行還原再生本發(fā)明除氧軟化處理工業(yè)用原水的方法中，使除氧軟化結(jié)合在一體，這樣可以用亞硫酸鈉中亞硫酸根還原再生脫氧的氧化還原樹(shù)脂之前，利用氯化鈉還原再生軟化的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂排出的含CaCl2、MgCl2廢液預(yù)再生脫氧的氧化還原樹(shù)脂使其先變成氯型，然后再用NaSO3還原再生氯型氧化還原樹(shù)脂成還原態(tài)由于SO32-帶二個(gè)負(fù)電荷，氯型氧化還原樹(shù)脂功能團(tuán)僅為帶一個(gè)負(fù)電荷，該兩反應(yīng)的平衡常數(shù)分別為K1和K2，K2＞K1，因此SO32-易交換到氯型氧化還原樹(shù)脂上去，從而提高了Na2SO3的利用率，Na2SO3的利用率從現(xiàn)有技術(shù)利用Na2SO3還原再生氧化還原樹(shù)脂利用率僅為20％提高到60％以上，同時(shí)又反洗了脫氧氧化還原樹(shù)脂，洗去了樹(shù)脂中雜質(zhì)和吸附的氣泡，從而又省去了反洗脫氧的氧化還原樹(shù)脂用水。
此步驟中排出NaCl水溶液再流入預(yù)再生軟化的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂繼續(xù)再生軟化陽(yáng)離子交換樹(shù)脂成鈉型，因此節(jié)省50％NaCl鹽。
所述陽(yáng)離子交換樹(shù)脂為強(qiáng)酸性(磺化)苯乙烯二乙烯基苯的共聚物鈉型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，通常稱鈉型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂或稱陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，可以采用市售不同交聯(lián)度的各種牌號(hào)的苯乙烯二乙烯基苯共聚物鈉型樹(shù)脂，交聯(lián)度優(yōu)選為2-10％，鈉型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂工作交換容量為0.2-2，優(yōu)選為0.6-1.2，更優(yōu)選為0.8-1.0克當(dāng)量/升。
陽(yáng)離子交換樹(shù)脂通常為強(qiáng)酸性(磺化)鈉型樹(shù)脂，它具有能與水中溶解的Ca++Mg++離子進(jìn)行吸附交換能力從而除去水中Ca++Mg++等金屬離子。軟化水的過(guò)程可以描述如下，設(shè)R為樹(shù)脂骨架，鈉型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂可表示為RSO3Na，工業(yè)用原水軟化原理為
樹(shù)脂失效后用NaCl再生用NaCl再生排出的含CaCl2和MgCl2的廢液預(yù)再生脫氧氧化還原樹(shù)脂成氯型，又反洗了脫氧氧化還原樹(shù)脂，可以節(jié)省NaCl 50％及反洗用水。
兩種樹(shù)脂用量要根據(jù)工業(yè)用原水中含氧量、水的硬度，陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的種類和工作交換容量，以及氧化還原樹(shù)脂的種類及工作除氧容量來(lái)進(jìn)行選擇。
所述還原劑NaCl為NaCl的水溶液，濃度為70-140克/升水，其用量取決于所用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂數(shù)量及工作交換容量，加入速度沒(méi)有嚴(yán)格規(guī)定，一般優(yōu)選為3-4米/時(shí)。
所述亞硫酸鈉為Na2SO3的水溶液，濃度為20-140，優(yōu)選為80-120克/升水，其用量取決于所述氧化還原樹(shù)脂的用量及工作除氧容量，加入速度沒(méi)有嚴(yán)格規(guī)定，一般優(yōu)選為3-4米/時(shí)。
所述工業(yè)用水通常為自來(lái)水及井水，尤其工業(yè)用深井水，水的硬度一般為5-8毫克當(dāng)量/升，含氧量為4-20毫克/升；濁度＜5毫克/升。這些水源在作為鍋爐用水，根據(jù)工業(yè)用鍋爐水國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，必須進(jìn)行除氧軟化處理方可使用。水流速一般為10-15米/時(shí)(線速度)加入，過(guò)高阻力大，反應(yīng)時(shí)間短，影響除氧、軟化效果；過(guò)低，影響設(shè)備出力。在整個(gè)除氧軟化處理工業(yè)用原水方法中，工作溫度為10-90℃，一般為室溫操作。
按照本發(fā)明提供的除氧軟化處理工業(yè)用原水的方法，生產(chǎn)得到的除氧軟化水的殘余含氧量≤0.01mg/L(10ppb)，最低可達(dá)2PPb，硬度≤0.03meq/L。
在本發(fā)明除氧軟化工業(yè)用原水的處理方法中，由于本發(fā)明方法將除氧軟化兩工藝結(jié)合成一整體工藝，簡(jiǎn)化工藝步驟，充分利用排出的廢液循環(huán)利用，如用排出的CaCl2廢液預(yù)再生脫氧的氧化還原樹(shù)脂成氯型，取代和節(jié)省反洗用水，提高NaSO3的利用率，節(jié)省NaSO350％；用排出NaCl廢液進(jìn)行預(yù)再生軟化的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，既代替反洗，節(jié)省反洗用水及配制NaCl水溶液用水，又節(jié)省NaCl50％及自耗水，與傳統(tǒng)工藝相比，簡(jiǎn)化工藝，又使自耗水、Na2SO3及NaCl分別各節(jié)省50％。
本發(fā)明提供的方法優(yōu)點(diǎn)為(1)工藝簡(jiǎn)單。
(2)操作簡(jiǎn)便、靈活、運(yùn)行可靠。
(3)低溫(工作溫度為室溫)除氧軟化，樹(shù)脂可再生重復(fù)使用。
(4)除氧軟化水質(zhì)量?jī)?yōu)良，殘余含氧量≤0.01mg/L(10ppb)，最低可達(dá)2PPb，硬度≤0.03meq/L。
(5)自耗水、NaSO3及NaCl分別各節(jié)省50％。
(6)應(yīng)用范圍廣，適合各工業(yè)部門(mén)用工業(yè)鍋爐，化工用除氧軟化水等。
實(shí)施例工業(yè)試驗(yàn)比較例一三甲胺苯乙烯二乙烯苯氧化還原樹(shù)脂除氧試驗(yàn)。(1)試驗(yàn)條件①取三甲胺苯乙烯二乙烯苯氧化還原樹(shù)脂120升，工作除氧容量0.55克/升。②再生劑取96％無(wú)水Na2SO32000克配制12％水溶液(W/V)。③原水深井水，水中含氧量5.45mg/L。④原水通過(guò)三甲胺苯乙烯二乙烯苯氧化原樹(shù)脂流速為12.5升/升樹(shù)脂·小時(shí)。(2)操作步驟①用原水以12.5升/升樹(shù)脂，小時(shí)流速反洗樹(shù)脂5分鐘，洗去樹(shù)脂中的氣泡。②用12％的Na2SO3水溶液以6升/升樹(shù)脂·小時(shí)流過(guò)樹(shù)脂，把三甲胺型氧化還原樹(shù)脂再生成還原型。③用原水以12.5升/升樹(shù)脂·小時(shí)流速正洗樹(shù)脂10分鐘，洗去樹(shù)脂床中殘余的Na2SO3和Na2SO4。④通原水以12.5升/升樹(shù)脂·小時(shí)流速制備脫氧水。(3)運(yùn)行結(jié)果<
>(4)結(jié)果計(jì)算Na2SO3利用率＝12.07×5.45/[(2000×96％/63)×8]＝26.98％工業(yè)試驗(yàn)例一三甲胺苯乙烯二乙烯苯氧化還原樹(shù)脂與磺化苯乙烯二乙烯苯陽(yáng)離子交換樹(shù)脂鈉型的脫氧軟化試驗(yàn)。
(1)試驗(yàn)條件①取三甲胺苯乙烯二乙烯苯氧化還原樹(shù)脂(除氧樹(shù)脂)50升。②取磺化苯乙烯二乙烯苯陽(yáng)離子交換樹(shù)脂鈉型(除氧樹(shù)脂)50升。③再生劑取96％無(wú)水Na2SO3530克配制12％水溶液；取1500克工業(yè)NaCl配成14％水溶液(W/V)。④深井水，含氧量8mg/L，硬度5meq/L，水溫16℃。⑤原水通過(guò)脫氧軟化樹(shù)脂流速為12.5升/升樹(shù)脂·小時(shí)。再生流速6升/升樹(shù)脂·小時(shí)流速。(2)操作步驟①陽(yáng)離子交換樹(shù)立脂再生成鈉型用14％NaCl水溶液再生經(jīng)預(yù)再生后軟化的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，排出CaCl2，MgCl2廢液。②預(yù)再生脫氧的氧化還原樹(shù)脂把步驟1中排放的CaCl2，MgCl2廢液預(yù)再生脫氧氧化還原樹(shù)脂成氯型。并且排出CaSO4廢液。③脫氧的氧化還原樹(shù)脂的再生用12％(W/V)的Na2SO3水溶液再生步驟2中得到的氯型氧化還原樹(shù)脂使成還原型氧化還原樹(shù)脂，排出NaCl廢液，循環(huán)預(yù)再生軟化的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂成鈉型。④預(yù)再生軟化的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂用步驟3中排出的NaCl廢液預(yù)再生軟化的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂成鈉型，排出CaCl2，MgCl2廢液，循環(huán)于脫氧的氧化還原樹(shù)脂預(yù)再生。⑤脫氧軟化水的制備工業(yè)用原水通過(guò)鈉型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂使其軟化，軟化后的工業(yè)用原水進(jìn)入氧化還原樹(shù)脂除去水中溶解氧制備除氧軟化水，除氧軟化水中殘余氧含量≤0.01毫克/升，硬度≤0.03毫克當(dāng)量/升。(3)試驗(yàn)結(jié)果如下生產(chǎn)脫氧軟化水4.25m3，殘余氧含量≤0.01mg/L，硬度≤0.03meq/L.(4)結(jié)果計(jì)算①NaCl利用率＝[4.25×5/(1500/58.5)]×100％＝82.86％②Na2SO3利用率＝4.25×8/[(530×96％/63)×8]＝52.62％工業(yè)試驗(yàn)例二(1)試驗(yàn)條件①取的三甲胺苯乙烯二乙烯苯氧化還原樹(shù)脂(以下簡(jiǎn)稱除氧樹(shù)脂)106升。②取磺化苯乙烯二乙烯苯陽(yáng)離子交換樹(shù)脂鈉型(以下簡(jiǎn)稱軟化樹(shù)脂)50升。③稱取工業(yè)NaCl2500克配成14％水(W/V)溶液。④稱取96％工業(yè)Na2SO31000克配成8％水溶液。⑥原水深井水。水中含氧量10.6mg/L，硬度4.93meq/L。(2)操作步驟①把50升經(jīng)預(yù)再生的軟化樹(shù)脂用2500克14％NaCl水溶液進(jìn)一步再生成鈉型。流出的CaCl2，MgCl2廢液循環(huán)于預(yù)再生脫氧的氧化還原樹(shù)脂。②預(yù)再生脫氧的氧化還原樹(shù)脂把步驟1中排出的CaCl2，MgCl2廢液預(yù)再生脫氧的氧化還原樹(shù)脂成氯型，并排出CaSO4廢液。③脫氧的氧化還原樹(shù)脂的再生用12％Na2SO3水溶液再生步驟2中得到的氯型氧化還原樹(shù)脂使成還原型氧化還原樹(shù)脂，排出NaCl廢液，循環(huán)預(yù)再生軟化的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂成鈉型。④預(yù)再生軟化的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂用步驟3中排出的NaCl廢液預(yù)再生軟化的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂成鈉型，排出CaCl2廢液，循環(huán)于脫氧的氧化還原樹(shù)脂的預(yù)再生。⑤制備脫氧軟化水工業(yè)用原水通過(guò)鈉型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂使成軟化的工業(yè)用原水進(jìn)入氧化還原樹(shù)脂，除去水中溶解氧制備除氧軟化水，除氧軟化水殘余氧含量≤0.01毫克/升，硬度≤0.03毫克當(dāng)量/升。(3)運(yùn)行結(jié)果
生產(chǎn)脫氧水7.2米3，殘余氧含量≤0.01mg/L，硬度≤0.03meq/L(達(dá)GB1576-96低壓鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn))(4)結(jié)果計(jì)算①NaCl利用率＝[7.2×4.93/(2500/58.5)]×100％＝83.06％②Na2SO3利用率＝7.2×10.6/[(1000×96％/63)×8]＝62.60％
權(quán)利要求
1.一種除氧軟化處理工業(yè)用原水的方法，該方法包括下列步驟(1)軟化陽(yáng)離子交換樹(shù)脂再生成鈉型用NaCl水溶液再生經(jīng)預(yù)再生后軟化的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，排出CaCl2廢液；(2)預(yù)再生脫氧的氧化還原樹(shù)脂把步驟1中排放的CaCl2廢液預(yù)再生脫氧的氧化還原樹(shù)脂成氯型，并且排出CaSO4廢液；(3)脫氧的氧化還原樹(shù)脂的再生用Na2SO3水溶液再生步驟2中得到的氯型氧化還原樹(shù)脂使成還原型氧化還原樹(shù)脂，排出NaCl廢液，循環(huán)于預(yù)再生軟化的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂成鈉型；(4)用步驟3中排出的NaCl廢液預(yù)再生軟化的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂成鈉型，排出CaCl2廢液，循環(huán)于脫氧的氧化還原樹(shù)脂預(yù)再生；(5)脫氧軟化水的制備工業(yè)用原水通過(guò)鈉型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂使其軟化，軟化后的工業(yè)用原水進(jìn)入氧化還原樹(shù)脂除去水中溶解氧，得到除氧軟化水，除氧軟化水殘余氧含量≤0.01毫克/升，硬度≤0.03毫克升。
2.根據(jù)權(quán)利要求1除氧軟化處理工業(yè)用原水的方法，其中所述陽(yáng)離子交換樹(shù)脂為磺化苯乙烯-二乙烯基苯鈉型樹(shù)脂，交聯(lián)度為2-10％，工作交換容量為0.2-2克/升。
3.根據(jù)權(quán)利要求2除氧軟化處理工業(yè)用原水的方法，其中所述陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的工作交換容量為0.6-1.2毫克當(dāng)量/毫升。
4.根據(jù)權(quán)利要求1除氧軟化處理工業(yè)用原水的方法，其中所述氧化還原樹(shù)脂為三甲胺或季胺或二甲基乙醇胺苯乙烯二乙烯苯氧化還原樹(shù)脂，其工作除氧容量為0.5-5.0克氧/升。
5.根據(jù)權(quán)利要求4除氧軟化處理工業(yè)用原水的方法，其中所述工作除氧容量為0.7-2.0克/升。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種除氧軟化處理工業(yè)用原水的新方法,該方法是將氧化還原樹(shù)脂與陽(yáng)離子交換樹(shù)脂結(jié)合在一體,同時(shí)除去工業(yè)用原水中溶解氧及造成水硬度的鈣、鎂離子,以及樹(shù)脂再生還原繼續(xù)使用,生產(chǎn)除氧軟化水質(zhì)量?jī)?yōu)良,超過(guò)國(guó)家鍋爐用水規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn),是一種工藝簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便靈活,高效,適用范圍廣,自耗水、NaSO
文檔編號(hào)C02F1/42GK1272457SQ00109248
公開(kāi)日2000年11月8日 申請(qǐng)日期2000年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月19日
發(fā)明者霍銀坤, 霍秀巖, 韓淑梅 申請(qǐng)人:霍銀坤