第2章離子交換-樹脂部分

1、郭新茹 國產(chǎn)離子交換樹脂的分類國產(chǎn)離子交換樹脂命名法則及型號 離子交換樹脂品種很多，因其原料、制法和用途不同，分類方法各異。主要分類方法下：1.按功能基類別分： a. 強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂，其功能基為：磺酸基R-SO3H b. 弱酸性陽離子交換樹脂，其功能基為：羧酸基R-COOH， 磷酸基R-CHPO(OH)2 c. 強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂，有兩種功能基： 型強(qiáng)堿基團(tuán) R-CH2(CH3)3OH (季胺基) 型強(qiáng)堿基團(tuán) R-CH2N(CH3)2(C2H4OH)OH(季胺基)； d. 弱堿性陰離子交換樹脂，其功能基有： 伯胺基 R-CH2NH2 仲胺基 R-CH2NHCH3 叔胺基 R-CH2(C

2、H3)2.按結(jié)構(gòu)類型分： a. 凝膠型：包括均孔樹脂及多次聚合的樹脂； b. 大孔型 這兩種樹脂的差別在于前者無物理孔，后者有物理孔。3.按聚合物單體分： a.苯乙稀系：此系是以苯乙稀作為主要原料的各種樹脂； b.丙稀酸系：此系是以丙稀酸衍生物作為主要原料的各種樹脂； c.酚醛系：此系是以苯酚和醛作為主要原料的各種樹脂； d.環(huán)氧系：此系是以環(huán)氧氯丙烷和各種胺為主要原料的各種樹脂； e.乙烯吡啶系：此系是以乙烯吡啶作為主要原料的各種樹脂。 4.按用途分： a.工業(yè)級 指供一般工業(yè)用的樹脂； b.食品級 指供食品工業(yè)用的樹脂，這種樹脂要經(jīng)過特殊處理以防止污染食品； c.分析級 指供化學(xué)分析用的樹

3、脂，這種樹脂要經(jīng)過某種處理，使雜質(zhì)含量符合分析要求； d.核等級 指供核工業(yè)用的樹脂，這種樹脂要經(jīng)過某種處理，以提高樹脂耐輻射性并降所不應(yīng)有的雜質(zhì)； e.層床專用 指用于雙層床、三層床、混床、浮床的樹脂，其密度和粒度均有特殊要求。 1983年我國頒布了離子交換樹脂分類、命名及型號GB1631-83國家標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)的命名原則為： 離子交換樹脂的全名稱由分類、骨架(或基團(tuán))名稱、基本名稱排列組成。 離子交換樹脂的型態(tài)分凝膠型和大孔型兩種。凡具有物理孔結(jié)構(gòu)的稱大孔型樹脂，在全名稱前加“大孔”兩個(gè)字。 基本名稱：離子交換樹脂，分類屬酸性的，應(yīng)在基本名稱加“陽”字；分類屬堿性的，應(yīng)在基本名稱加“陰”字；

4、 根據(jù)以上原則來稱謂水處理常用的四種離子交換樹脂的全名稱為：強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂，弱酸性丙烯酸系陽離子交換樹脂，強(qiáng)堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂，弱堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂。 為了區(qū)別同一類離子交換樹脂中的不同品種，在全名稱前必須有型號。這種型號主要以三位阿拉伯?dāng)?shù)字組成，左第一位數(shù)字代表產(chǎn)品的分類，第二位數(shù)字代表骨架的差異(代號見表1.1 和表1.2)，第三位數(shù)字為順序號，用以區(qū)別基團(tuán)、交聯(lián)劑等的差異。表1.1 分類代號(左第一位數(shù)字) 表1.2 骨架代號(左第二位數(shù)字) 大孔樹脂在型號前加“D”表示； 凝膠型離子交換樹脂的交聯(lián)度可在型號后用“”號聯(lián)接阿拉伯?dāng)?shù)字表示。如遇到二次聚合或交聯(lián)

5、度不清楚時(shí)，可采用近似值表示或不予表示。 型號圖解： * * * * D * * * 交聯(lián)度數(shù)值 連接符號 順序號 順序號 骨架代號 骨架代號 分類代號 分類代號 大孔型代號 對于專用樹脂，可在樹脂型號后加設(shè)備要求的符號，在水處理中浮床、層床、混床等專用樹脂在其型號后分別加有FC、SC、MB符號，見表1.3。表1.3 樹脂專用符號第二節(jié) 離子交換樹脂的有關(guān)性能 離子交換樹脂的物理性能 離子交換樹脂的化學(xué)性能 離子交換樹脂的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 離子交換樹脂工藝性能 使用離子交換樹脂應(yīng)注意的事項(xiàng)離子交換樹脂的物理性能 外觀 ：離子交換樹脂的外觀包括：顆粒的形狀、顏色、完整性以及樹脂中的異樣顆粒和雜質(zhì)等水溶性

6、浸出物 浸出物的性質(zhì)一般表現(xiàn)如下：浸出物的性質(zhì)一般表現(xiàn)如下：（1 1）陰離子交換樹脂的浸出物呈陽離子性質(zhì)，）陰離子交換樹脂的浸出物呈陽離子性質(zhì)，其中主要有胺類。其中主要有胺類。（2 2）強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂的浸出物為低分子）強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂的浸出物為低分子磺酸鹽，這已為色譜法測定（浸出物的氧化磺酸鹽，這已為色譜法測定（浸出物的氧化物是硫酸根）所證明。低分子硫酸鹽可溶于物是硫酸根）所證明。低分子硫酸鹽可溶于水中，不斷從陽樹脂中釋放出來，它會(huì)污染水中，不斷從陽樹脂中釋放出來，它會(huì)污染陰樹脂，因此必須控制浸出物的含量。陰樹脂，因此必須控制浸出物的含量。含 水 量密 度 離子交換樹脂的密度分為濕真

7、密度、濕視密度和裝載密度。 濕真密度：是指單位真體積濕態(tài)離子交換樹脂的質(zhì)量（單位g/ml）。濕視密度是指單位視體積濕態(tài)離子交換樹脂的質(zhì)量（單位g/ml）。裝載密度是指容器中樹脂顆粒經(jīng)水力反洗自然沉降后單位樹脂體積濕態(tài)離子交換樹脂的質(zhì)量（單位g/ml）。 濕態(tài)離子交換樹脂：是指吸收了平衡水量并除去外部游離水分后的樹脂。粒度和粒度分布機(jī) 械 性 能 離子交換樹脂的機(jī)械性能（即保持顆粒的完整性），是十分重要的性能。在使用中，如果樹脂顆粒不能保持其完整性，發(fā)生破裂或破碎，會(huì)給使用帶來困難。主要表現(xiàn)為：破碎樹脂在反洗時(shí)排出、細(xì)末漏過通流部分進(jìn)入后續(xù)設(shè)備，結(jié)果導(dǎo)致樹脂層高下降、交換容量降低、水流阻力增加、

8、污染后續(xù)設(shè)備中的樹脂、系統(tǒng)出水水質(zhì)下降、進(jìn)入高溫系統(tǒng)污染水汽品質(zhì)等。所以應(yīng)對樹脂的機(jī)械性能或物理強(qiáng)度有一定要求。17不可逆膨脹轉(zhuǎn)型膨脹耐熱性與抗氧化性離子交換樹脂的化學(xué)性能 交換容量 陽離子交換樹脂交換容量 陰離子交換樹脂交換容量 離子交換的選擇性交 換 容 量 質(zhì)量全交換容量陽離子交換樹脂交換容量 常用強(qiáng)酸陽樹脂交換容量測定包括常用強(qiáng)酸陽樹脂交換容量測定包括測定全交換容量及基團(tuán)交換容量，測定全交換容量及基團(tuán)交換容量，而常用弱酸樹脂只測定全交換容量而常用弱酸樹脂只測定全交換容量即是弱酸基團(tuán)容量。即是弱酸基團(tuán)容量。陰離子交換樹脂交換容量 陰離子交換樹脂交換容量測定包括對強(qiáng)堿性和弱堿性陰離子交換樹

9、脂交換容量測定包括對強(qiáng)堿性和弱堿性兩種陰樹脂的全交換容量、強(qiáng)堿基團(tuán)及弱堿基團(tuán)容量兩種陰樹脂的全交換容量、強(qiáng)堿基團(tuán)及弱堿基團(tuán)容量的測定。的測定。25 我國離子交換樹脂的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)： 國家標(biāo)準(zhǔn) 電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 中石化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)離子交換樹脂工藝性能 工作交換容量工作交換容量 工作交換容量是指在一定條件下，一個(gè)交換周期中單工作交換容量是指在一定條件下，一個(gè)交換周期中單位體積樹脂實(shí)現(xiàn)的離子交換量，即從再生型離子交換位體積樹脂實(shí)現(xiàn)的離子交換量，即從再生型離子交換基團(tuán)變?yōu)槭突鶊F(tuán)的量。它可以用下式計(jì)算：基團(tuán)變?yōu)槭突鶊F(tuán)的量。它可以用下式計(jì)算：q q工工= q v (R= q v (R初

10、初R R殘殘) ) 式中：式中：q q工工樹脂工作交換容量，樹脂工作交換容量，mmol/Lmmol/L；qvqv樹脂體積全交換容量，樹脂體積全交換容量，mmol/Lmmol/L；R R初初整個(gè)樹脂層平均初始再生度；整個(gè)樹脂層平均初始再生度；R R殘殘整個(gè)樹脂層平均殘余再生度。整個(gè)樹脂層平均殘余再生度。影響工作交換容量的因素 影響影響R R初的因素初的因素 R R初初- -整個(gè)樹脂層平均初始再生度它包括水源的成分、雜質(zhì)濃度、溫度、流速及對出水水它包括水源的成分、雜質(zhì)濃度、溫度、流速及對出水水質(zhì)要求、樹脂層高度、運(yùn)行方式、設(shè)備結(jié)構(gòu)的合理性質(zhì)要求、樹脂層高度、運(yùn)行方式、設(shè)備結(jié)構(gòu)的合理性等。等。 影響

11、影響R R殘的因素殘的因素 水中離子總量水中離子總量 、組成、組成 、運(yùn)行流速、運(yùn)行流速 、運(yùn)行水溫、運(yùn)行水溫 、 樹脂層高度樹脂層高度 ：樹脂層高度越大，工作交換容量就越：樹脂層高度越大，工作交換容量就越大。大。 樹脂的性質(zhì)樹脂的性質(zhì) ：除了樹脂層高度以外，上述的每一項(xiàng)：除了樹脂層高度以外，上述的每一項(xiàng)都和樹脂本身的性質(zhì)有關(guān)，它包括樹脂的體積全交換都和樹脂本身的性質(zhì)有關(guān)，它包括樹脂的體積全交換容量、選擇性系數(shù)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)（這些均已在前面作容量、選擇性系數(shù)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)（這些均已在前面作過介紹）過介紹） 再生劑耗、比耗樹脂失效后，用相應(yīng)的鹽、酸或堿再生以恢復(fù)其工作能力。一般用再生劑耗（通常分別稱

12、為鹽耗、酸耗或堿耗）、比耗來衡量樹脂再生能力。耗用再生劑量(M)為：M = cVd(2-8) 式中：d再生劑溶液密度，kg/m3。29再生劑耗的公式為：R=M/(QI VR) (2-9)式中：R再生劑耗，g/mol； M周期再生劑用量，g； Q工工作交換容量，mol/m3 VR樹脂體積，m3。比耗的計(jì)算公式為：Ro = R/Mo (2-10)式中：Ro比耗，mol/ mol （或無量綱）； R再生劑耗，g/mol； Mo再生劑摩爾質(zhì)量數(shù)，g/mol。 自用水率計(jì)算公式如下：自用水率計(jì)算公式如下： R RW W=(W=(W1 1+W+W2 2+W+W3 3+W+W4 4)/Q)/QT T* *

13、100%100% 式中：式中：RWRW樹脂自用水率，樹脂自用水率，% %；W W1 1配制再生液用水量，配制再生液用水量，m m3 3；W W2 2置換用水量，置換用水量，m m3 3；W W3 3清洗用水量，清洗用水量，m m3 3；W W4 4反洗用水量，反洗用水量，m m3 3；Q QT T周期制水量，周期制水量，m m3 3。 長期停用，必須考慮有適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施防止樹脂失水和受凍，還要防止樹脂發(fā)霉和細(xì)菌繁殖 定期檢查離子交換樹脂，可以了解設(shè)備工作性能下降的趨勢和制水量減少、出水質(zhì)量變差的原因，還可以預(yù)測樹脂的壽命，確定樹脂是否需要復(fù)蘇的方法 離子交換樹脂的分離 根據(jù)不同樹脂可以采用各種

14、濃度的酸、堿或鹽溶液作為浮選介質(zhì)，使分離后的樹脂易于再生，特別要指出，被鐵嚴(yán)重污染的強(qiáng)堿陰樹脂也可能沉于飽和氯化鈉溶液的底部，此時(shí)應(yīng)先用濃鹽酸（加溫）處理后再用飽和鹽水使之與陽樹脂分離。 動(dòng)態(tài)連續(xù)分離效果比靜態(tài)分離效果好得多離子交換設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)的問題離子交換設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)的問題一般表現(xiàn)為：設(shè)備出力降低，出水質(zhì)量惡化或運(yùn)行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)下降。 設(shè)備出現(xiàn)上述問題后，首先應(yīng)檢查水質(zhì)的測定方法和結(jié)果是否正確，以及運(yùn)行、再生操作中是否發(fā)生異常現(xiàn)象，以確定這種現(xiàn)象是偶然發(fā)生還是穩(wěn)定的出現(xiàn)。偶然的失誤，其現(xiàn)象時(shí)隱時(shí)現(xiàn)，沒有明顯的規(guī)律，需要再細(xì)致進(jìn)行觀察才能查出原因。本文主要針對穩(wěn)定出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，并提出判斷

15、方法。 離子交換器投入運(yùn)行，13月內(nèi)應(yīng)進(jìn)行啟動(dòng)調(diào)整試驗(yàn)，6個(gè)月內(nèi)應(yīng)進(jìn)行運(yùn)行調(diào)整試驗(yàn)，以確定正常運(yùn)行工況下的出水質(zhì)量、設(shè)備出力、水流阻力、再生劑耗量、自用水率以及再生條件，作為設(shè)備檢查的依據(jù)。明顯偏離上述指標(biāo)并經(jīng)常出現(xiàn)時(shí)，可以認(rèn)為該設(shè)備發(fā)生了故障。 出水質(zhì)量是衡量化學(xué)除鹽設(shè)備運(yùn)行工況的主要指標(biāo)。出水質(zhì)量惡化是指運(yùn)行周期中間，除鹽水的電導(dǎo)率和SiO2含量明顯高于調(diào)試結(jié)果，不論其水質(zhì)指標(biāo)是否合格，都可認(rèn)為是發(fā)生了出水水質(zhì)惡化現(xiàn)象。 當(dāng)除鹽水的電導(dǎo)率和SiO2含量明顯增高時(shí)，為確定發(fā)生問題的原因，需要測定除鹽水的pH值，根據(jù)測定結(jié)果，按圖2-1查找發(fā)生問題的意義。 出水水質(zhì)出水水質(zhì)電導(dǎo)率不合格電導(dǎo)率不

16、合格陰床故障陰床故障出水出水pH9再生無效再生無效再生無效再生無效恢復(fù)再生恢復(fù)再生恢復(fù)再生恢復(fù)再生電導(dǎo)率合格電導(dǎo)率合格SiO2不合格不合格陽床故障陽床故障出水出水pH4堿液加溫不夠堿液加溫不夠堿液質(zhì)量惡化堿液質(zhì)量惡化陰床再生系統(tǒng)故障陰床再生系統(tǒng)故障陰床設(shè)備故障陰床設(shè)備故障漏入除鹽水系統(tǒng)漏入除鹽水系統(tǒng)酸再生液或除碳器水酸再生液或除碳器水 陰床再生劑量不足陰床再生劑量不足陰床再生操作不當(dāng)陰床再生操作不當(dāng)陰床樹脂性能劣化陰床樹脂性能劣化陽床再生劑量不足陽床再生劑量不足陽床再生操作不當(dāng)陽床再生操作不當(dāng)陽床樹脂性能劣化陽床樹脂性能劣化陽床樹脂流失陽床樹脂流失陽床再生系統(tǒng)故障陽床再生系統(tǒng)故障陽床設(shè)備故障陽

17、床設(shè)備故障堿再生液漏入除鹽水系統(tǒng)堿再生液漏入除鹽水系統(tǒng)陰床樹脂流失陰床樹脂流失陰床再生系統(tǒng)故障陰床再生系統(tǒng)故障陰床設(shè)備故障陰床設(shè)備故障圖圖2-1 除鹽設(shè)備出水質(zhì)量故障判斷除鹽設(shè)備出水質(zhì)量故障判斷 除鹽設(shè)備出力的降低可以分別表現(xiàn)為周期交換離子量的降低和單位時(shí)間制水量的降低。周期制水量的增減與原水中離子含量有直接關(guān)系，當(dāng)使用原水水質(zhì)多變的地表水或多個(gè)水源時(shí)，尤其應(yīng)注意原水水質(zhì)對周期制水量的影響。單位時(shí)間制水量的降低一般是離子交換設(shè)備水流阻力過大的結(jié)果，應(yīng)及時(shí)檢查交換器內(nèi)部的進(jìn)、出水的布水裝置和樹脂層是否發(fā)生偏斜或污堵，并及時(shí)予以消除。 當(dāng)除鹽設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，首先表現(xiàn)為周期制水量的降低，然后才是出水

18、水質(zhì)的惡化。串聯(lián)方式除鹽系統(tǒng)可以根據(jù)失效使除鹽水的指標(biāo)確定交換量降低的交換器。失效時(shí)，出水SiO2含量增加，電導(dǎo)率變化不大者為陰床失效；電導(dǎo)率增加，SiO2含量變化不大者為陽床失效。并聯(lián)式除鹽系統(tǒng)（母管式）應(yīng)根據(jù)每臺設(shè)備的周期制水量與原水水質(zhì)計(jì)算設(shè)備的周期交換量，發(fā)現(xiàn)周期交換量明顯降低，可以認(rèn)為該設(shè)備發(fā)生了故障。 發(fā)現(xiàn)陽床（或陰床）出力降低時(shí)，可按照圖2-2除鹽設(shè)備出力降低故障判斷、查找可能的原因。陽床周期交換量降低陽床周期交換量降低 提高再生劑用量提高再生劑用量陰床周期交換量降低陰床周期交換量降低 提高再生劑用量提高再生劑用量無明顯效果無明顯效果恢復(fù)正常恢復(fù)正常樹脂流失樹脂流失陽床設(shè)備故障陽

19、床設(shè)備故障樹脂性能劣化樹脂性能劣化需要調(diào)整再生工況需要調(diào)整再生工況再生劑質(zhì)量差再生劑質(zhì)量差再生系統(tǒng)故障再生系統(tǒng)故障再生操作故障再生操作故障無明顯效果無明顯效果恢復(fù)正常恢復(fù)正常需要調(diào)整再生工況需要調(diào)整再生工況再生劑質(zhì)量差再生劑質(zhì)量差再生系統(tǒng)故障再生系統(tǒng)故障再生操作故障再生操作故障除碳器效率低除碳器效率低樹脂流失樹脂流失樹脂性能劣化樹脂性能劣化陰床設(shè)備故障陰床設(shè)備故障圖圖2-2 除鹽設(shè)備出力降低故障的判斷除鹽設(shè)備出力降低故障的判斷 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的降低主要是再生劑的比耗明顯超過正常再生比耗。 造成離子交換器再生劑比耗高的主要原因有：a. 樹脂性能劣化；b. 再生劑質(zhì)量差；c. 樹脂流失；d. 交換器

20、內(nèi)再生液分配裝置損壞；e. 再生操作不當(dāng)；f. 原水水質(zhì)明顯變化。39 離子交換樹脂的破損 離子交換樹脂的鐵污染 樹脂的氧化和降解 造成樹脂破損的原因，有制造質(zhì)量問題，也有運(yùn)行問題。有的樹脂出廠時(shí)機(jī)械強(qiáng)度比較差，因而使用時(shí)嚴(yán)重破損。所以，如何從制造上進(jìn)一步提高樹脂的機(jī)械強(qiáng)度是一個(gè)問題。屬于運(yùn)行方面的問題如下：1. 樹脂保存不當(dāng) 出廠的樹脂含有較高的水分。如果在0以下儲存時(shí)，樹脂中的水會(huì)結(jié)成冰，使樹脂體積增大，造成樹脂崩裂。某廠樹脂儲存于室外，由于凍結(jié)而使樹脂崩裂。在顯微鏡下觀察，絕大多數(shù)樹脂均為裂球，使用后破碎嚴(yán)重。 某廠設(shè)備運(yùn)行不正常又漏水，使樹脂忽干忽濕。由于干濕變化，引起樹脂顆粒體積收縮

21、、膨脹，從而使樹脂機(jī)械強(qiáng)度顯著降低，破碎嚴(yán)重，造成樹脂層阻力增大，影響力設(shè)備出力。 某廠樹脂在室外保存五年，使強(qiáng)堿陰樹脂的中性鹽分解容量從1100克當(dāng)量/米3降低到640克當(dāng)量/米3。再如某廠設(shè)備中的樹脂，卸出后在露天放置了半年。使用時(shí)出水質(zhì)量比過去下降，陰床出口硅酸根從10微克/升20微克/升增加值50微克/升70微克/升。2. 運(yùn)行流速過高： 在使用凝膠型樹脂時(shí)，過高的運(yùn)行流速會(huì)加速樹脂的破損。如某廠混床運(yùn)行流速120米/時(shí)左右，樹脂破損嚴(yán)重。一年內(nèi)樹脂大多呈粉末。由于樹脂破碎，混床進(jìn)出口壓差高達(dá)6公斤/厘米2，以致造成中排裝置損壞。3. 排水裝置存在缺陷： 由于排水裝置缺陷，造成樹脂大量

22、流失。這樣的事例，在不少廠均發(fā)生過。排水裝置存在的缺陷，包括排水帽損壞；兩塊多孔板之間密封不言；濾網(wǎng)被焊渣燒破等。4. 反洗操作不當(dāng)： 反洗操作不當(dāng)，會(huì)造成樹脂的流失。如某廠交換器樹脂層高為1.5米，在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)周期治水量不斷降低，開始懷疑樹脂被污染了。后打開交換器人孔檢查，發(fā)現(xiàn)交換器中樹脂層高僅剩0.5米。經(jīng)檢查，確認(rèn)樹脂是反洗時(shí)流失了。 5. 由于氧化而引起樹脂的破壞情況： 某廠陽床樹脂氧化嚴(yán)重，造成運(yùn)行進(jìn)出壓差增大，取樣分析結(jié)果見表3.1。表 3.1陽床中不同高度樹脂的破碎率 注：新樹脂破碎率0.5%。 一般的說，造成樹脂微孔堵塞的物質(zhì)有：原水中的懸浮物和微生物。這類污物主要附著在樹脂表

23、面，可采用延長反洗時(shí)間或利用空氣進(jìn)行輔助清洗的方法除去。造成樹脂微孔堵塞的另一類物質(zhì)為與再生劑形成細(xì)的物質(zhì)。對于陽樹脂，當(dāng)用鹽酸再生時(shí)，銀、鉛等化合物會(huì)積聚于樹脂顆粒內(nèi)部；再用硫酸再生時(shí)，鈣、鎂等化合物會(huì)積聚于樹脂顆粒內(nèi)部，造成樹脂微孔的堵塞，引起交換容量的降低和出水質(zhì)量的惡化。 在實(shí)際運(yùn)行中，遇到最多的問題，是鐵和硅的污染。 1. 鐵的污染： 陰陽樹脂在使用中均發(fā)生過鐵污染的情況。被鐵污染的樹脂，外觀顏色變深，嚴(yán)重者甚至可變?yōu)楹谏?。某廠曾進(jìn)行過以下試驗(yàn)：將運(yùn)行中的陰陽樹脂用水沖洗，除去表面污物后，取樹脂各50毫升，浸泡在10%、15%、25%的鹽酸中。24小時(shí)后，測定溶液中的鐵含量（反復(fù)處理

24、三次）。測定結(jié)果見表3.2。 表3.2 樹脂酸洗液中的鐵含量 45 如果每100g樹脂中含有（150）mg鐵，就認(rèn)為樹脂被鐵污染了。 從表3.2可看出，陰樹脂吸著的鐵比陽樹脂大許多倍，這是因?yàn)殛枠渲诿看斡盟嵩偕?，能除去一部分鐵的緣故。 某廠把新舊樹脂在800下灼燒，將灼燒殘?jiān)M(jìn)行x-射線衍射分析，測得新樹脂中殘?jiān)闹饕煞譃閆nO（來源于樹脂制備時(shí)氯化甲基化的催化劑ZnCl2）。舊樹脂中，除ZnO外，大部分是Fe2O3。經(jīng)定量測定，舊樹脂中鐵含量為0.34%。 某廠被鐵污染的樹脂，用15% HCl 浸泡24小時(shí)后，樹脂交換容量基本上恢復(fù)到原來的水平。處理效果如表3.3所示。表3.3 鹽酸處

25、理前后樹脂交換容量的變化 毫克當(dāng)量/克(干) 2. 硅的污染： 有的廠發(fā)現(xiàn)，在陰樹脂污染物中有較多的SiO2。從測定樹脂灰化物中的二氧化硅含量，換算為占干樹脂重量1.08%（而新樹脂測不出）。 1. 強(qiáng)酸陽樹脂的氧化： 自來水中的活性氯時(shí)造成強(qiáng)酸陽樹脂氧化的主要原因。陽樹脂氧化后，外觀表面為顏色變淡，透明度增加，樹脂體積增大（為不可逆膨脹）并破碎，造成樹脂層阻力增大，體積交換容量降低（但樹脂的質(zhì)量交換容量不大），出水純度和pH降低。 強(qiáng)酸陽樹脂因氧化斷鏈而進(jìn)入水中的物質(zhì)（可溶性磺酸低聚物），還可污染其后的強(qiáng)堿陰樹脂。 現(xiàn)舉二例，說明如下： 例一：某化學(xué)除鹽設(shè)備的水源為自來水，水中活性氯含量為0

26、.51.0毫克/升，運(yùn)行一年后，發(fā)現(xiàn)陽離子交換器運(yùn)行工況日趨惡化，表現(xiàn)為： 周期制水量迅速降低，由1500噸降至1000噸； 酸耗（硫酸再生）由110克/克當(dāng)量逐漸上升至150克/克當(dāng)量； 交換器運(yùn)行壓差增大。由于問題在一段時(shí)間內(nèi)未得到解決，致使每年損失樹脂67噸，多耗硫酸400500噸，兩項(xiàng)合計(jì)約增加運(yùn)行費(fèi)用10萬元。 為了查明原因，進(jìn)行了以下試驗(yàn)： 從陽離子交換其中不同高度取樣，測定體積交換容量，結(jié)果列于表3.4。表3.4 陽床中不同高度樹脂的體積交換容量 注：新樹脂交換容量為1.8毫克當(dāng)量/毫升。 從表3.4所列結(jié)果可看出，樹脂體積交換容量的下降，從樹脂的表層看時(shí)，隨樹脂深度的增加，體積

27、交換容量的降低趨緩，符合正流運(yùn)行樹脂從上而下逐漸被活性氯氧化的順序。 此外，還對陽床一個(gè)運(yùn)行周期中進(jìn)出水中活性氯含量的變化進(jìn)行了測定。從試驗(yàn)中可看出，在陽床運(yùn)行的一個(gè)周期中，出水較進(jìn)水活性氯降低100%80%。也就是說，進(jìn)水中活性氯全部消耗在氧化陽樹脂上，因而造成了陽樹脂的損壞。 例二： 國內(nèi)某除鹽設(shè)備使用自來水，水中活性氯含量有時(shí)高達(dá)0.5毫克/升，造成強(qiáng)酸陽樹脂氧化。用甲基綠的方法測定出在陽床出水中含有磺酸低聚物，說明強(qiáng)酸性陽樹脂發(fā)生了斷鏈。 國外的數(shù)據(jù)也說明：當(dāng)原水活性氯含量為0.60.7毫克/升時(shí)，幾個(gè)月內(nèi)強(qiáng)酸陽樹脂即有明顯的氧化。因此要求進(jìn)入化學(xué)除鹽裝置的水中，活性氯的含量應(yīng)小于0.

28、1毫克/升。2. 強(qiáng)堿陰樹脂的降解 運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)型強(qiáng)堿陰樹脂較普遍存在交換基團(tuán)的降解問題。某廠測定結(jié)果列于表3.5表3.5 型強(qiáng)堿陰樹脂交換容量降低情況 單位：mmol/g(干) 從表3.5可看出，型強(qiáng)堿陰樹脂使用一年后，全交換容量下降了約22%，其中強(qiáng)堿基團(tuán)下降了66%，并有47%轉(zhuǎn)化為弱堿基團(tuán)容量。 由于交換基團(tuán)的降解而引起含水量降低的情況見表3.6。表3.6 使用中因樹脂含水量降低情況（氫氧型型強(qiáng)堿樹脂） 凝膠型強(qiáng)堿陰樹脂的有機(jī)物污染是化學(xué)除鹽系統(tǒng)遇到的較普遍的問題之一。如某電廠，其原水為江水（受化工廠排水污染），經(jīng)凝聚處理后，除鹽設(shè)備進(jìn)水的耗氧量為1.96.4毫克/升O2。運(yùn)行初期，強(qiáng)

29、堿陰床的周期制水量為25003000米3，一年半后降低到12002000米3，降低約30%。 再如某廠，原水為河水，其耗氧量一般為56毫克/升O2，經(jīng)石灰、凝聚后降至23毫克/升O2，除鹽設(shè)備運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)樹脂顏色逐漸變深，出水SiO2提前漏過，強(qiáng)堿陰床周期至數(shù)量不斷降低。為此，被迫對強(qiáng)堿陰樹脂進(jìn)行多次復(fù)蘇處理。 再如某廠，原水為自來水，其耗氧量在3毫克/升O2左右。運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)2017強(qiáng)堿陰樹脂色澤變深，運(yùn)行9個(gè)月交換容量降低約20%；運(yùn)行一年多，樹脂呈炭黑色，再生度僅為8%。為此被迫更換新樹脂。 上述幾例可以充分說明，強(qiáng)堿陰樹脂的有機(jī)物污染問題，是化學(xué)除鹽系統(tǒng)中一個(gè)十分重要的問題。強(qiáng)堿陰樹脂有機(jī)

30、物污染后的特征如下：1.強(qiáng)堿陰樹脂被有機(jī)物污染后樹脂顏色變深；2.樹脂交換容量明顯降低；3.陰床出水水質(zhì)惡化； 4.清洗水來能夠增加，清洗時(shí)間增長。 所謂離子交換樹脂的使用壽命包括兩個(gè)內(nèi)容：安全壽命和經(jīng)濟(jì)壽命。 安全壽命：既當(dāng)離子交換樹脂性能劣化到一定程度時(shí)，繼續(xù)使用會(huì)對水處理系統(tǒng)的安全造成危害，該樹脂必須報(bào)廢。 經(jīng)濟(jì)壽命：既當(dāng)離子交換樹脂性能劣化到還沒有報(bào)廢的程度，但經(jīng)濟(jì)分析的結(jié)果顯示繼續(xù)使用該樹脂己經(jīng)不經(jīng)濟(jì)時(shí)，該樹脂就應(yīng)更換。 1. 0017強(qiáng)酸性陽離子交樹脂使用的安全壽命指標(biāo) 在含水率和工作交換容量下降率的關(guān)系的研究中己經(jīng)得出，當(dāng)0017強(qiáng)酸性陽離子交樹脂的含水量劣化到60%時(shí)，樹脂己接

31、近安全臨界，可作報(bào)廢處理，這時(shí)工作交換容量下降率約為0.25。將工作交換容量下降率0.25分別代入式(4-2)、式(4-3)和式(4-4)，就可得出0017強(qiáng)酸性陽離子交樹脂使用的安全壽命指標(biāo)。結(jié)果見表5-1。表5-1 0017強(qiáng)酸性陽離子交樹脂使用的安全壽命指標(biāo) 2. 2017強(qiáng)堿性陰離子交樹脂使用的安全壽命指標(biāo) 在強(qiáng)型基團(tuán)容量劣化和工作交換容量下降率的關(guān)系的研究中己經(jīng)得出，當(dāng)2017強(qiáng)堿性陰離子交樹脂的強(qiáng)型基團(tuán)容量劣化下降到50%時(shí)，樹脂己接近安全臨界，可作報(bào)廢處理，這時(shí)工作交換容量下降率約為0.16。將工作交換容量下降率0.16分別代入式(4-6)、式(4-7)和式(4-8)，就可得出2

32、017強(qiáng)堿性陰離子交樹脂使用壽命的安全性指標(biāo)。結(jié)果如下：表5-2 2017強(qiáng)堿性陰離子交樹脂使用的安全壽命指標(biāo) 離子交換樹脂隨著使用時(shí)間的延長和一些污染因素的影響，樹脂理化性能會(huì)逐漸劣化，其結(jié)果是樹脂的工作交換容量下降或周期制水量下降。而要保持額定的制水量，勢必增加樹脂的再生次數(shù)或提高樹脂的再生水平，從而使交換器的酸堿耗和自用水率增大，運(yùn)行費(fèi)用上升，離子交換器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性受到影響，最終導(dǎo)致樹脂不能正常使用而更換。 決定樹脂是否需要更換的主要依據(jù)是樹脂能否經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。本節(jié)對以下兩點(diǎn)進(jìn)行研究：(1)樹脂劣化使離子交換器運(yùn)行費(fèi)用增加的主要因素；(2)使用劣化的舊樹脂所增加的額外費(fèi)用與購買新樹脂投資回收

33、年限的經(jīng)濟(jì)比較。通過分析找出樹脂的劣化與其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行之間的關(guān)系，繼而確定更換樹脂的經(jīng)濟(jì)依據(jù)。1.離子交換樹脂工作交換容量下降后采用的措施1.1工作交換容量下降后，周期制水量明顯的下降。如果周期運(yùn)行時(shí)間符合要求，系統(tǒng)備用量足夠，則可以增加再生次數(shù)使設(shè)備的總制水量不降低。若由此引起年運(yùn)行增加的費(fèi)用，則應(yīng)該和更換新樹脂的費(fèi)用進(jìn)行比較，確定設(shè)備內(nèi)樹脂是否報(bào)廢。1.2工作交換容量下降后，周期制水量明顯的下降。如果周期運(yùn)行時(shí)間低于標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范等法定文件規(guī)定的下限，或陽、陰床運(yùn)行不匹配，則增加再生用酸量以提高樹脂工作交換容量至設(shè)計(jì)值，恢復(fù)周期制水量。若由此引起年運(yùn)行費(fèi)用的增加，則應(yīng)該和更換新樹脂的費(fèi)用進(jìn)行比較，

34、確定設(shè)備內(nèi)樹脂是否報(bào)廢。2.采用措施的經(jīng)濟(jì)分析 本節(jié)主要討論增加再生次數(shù)的問題。設(shè)定運(yùn)行條件：(1)再生劑質(zhì)量、再生比耗、再生液濃度、溫度和流速不變；(2)進(jìn)水水質(zhì)、水溫、樹脂層高度不變；(3)設(shè)備沒有偏流。則工作交換容量的下降率就是周期制水量的減少率。 3.年再生次數(shù)的增加與工作交換容量下降的關(guān)系 正常運(yùn)行時(shí)，年再生次數(shù)與樹脂周期制水量的關(guān)系： n0=a/b (5-1)式中：no正常運(yùn)行時(shí)年再生次數(shù)； a正常運(yùn)行的年制水量，t； b周期制水量，t/周。 每一年度所需的制水量是一定的，當(dāng)樹脂的工作交換容量下降后，要保持額定的制水量，其再生次數(shù)必須增加：(5-2)式中：n1樹脂工作交換容量下降后

35、的年再生次數(shù)；qw工作交換容量下降率；b周期制水量減少率。 年再生次數(shù)的增加與工作交換容量下降率的關(guān)系：(5-3)式中：n年增加的再生次數(shù)。 根據(jù)上式，當(dāng)工作交換容量下降后，導(dǎo)致的年增加的再生次數(shù)可由原設(shè)計(jì)的年額定制水量a、周期制水量b和工作交換容量下降率qw 計(jì)算而得。 )1()1(1wqabban)1(01wwqbqannn4.酸、堿的年增加費(fèi)用 樹脂的再生次數(shù)增加，所需的再生用酸或堿和中和用的堿或酸勢必也要相應(yīng)增加。年增加的再生用酸或堿和中和用的堿或酸費(fèi)用可以分別用下列二式計(jì)算： (5-4) (5-5)式中：ds樹脂再生次數(shù)增加時(shí)年增加的酸或堿費(fèi)用，元； p0每次再生的用酸或堿量(以10

36、0%濃度計(jì))，元/t；s0酸或堿的價(jià)格(以100%濃度計(jì))，元/t；dj 樹脂再生次數(shù)增加時(shí)年增加的堿或酸費(fèi)用，元；z中和系數(shù)（每中和1摩爾酸耗用堿的摩爾數(shù)，視排廢處理方式而異）； j0堿或酸的價(jià)格（以100計(jì)），元/T。 mj堿的摩爾質(zhì)量，g/mol； ms酸的摩爾質(zhì)量，g/mol；年增加的酸、堿總費(fèi)用dsj為： (5-6) )1(0000wwqbpsqaspsndswjwsjmqbzmpjqamzmpjndj)1(0000swjswmqbzmjmspqajsjddds)1()(0004.購買新樹脂費(fèi)用的計(jì)算 (5-7)式中：d0購買新樹脂費(fèi)用，元； V設(shè)備內(nèi)樹脂的體積，m3； 樹脂的視密度

37、，t/m3； r0樹脂的價(jià)格，元/t。00rvd5.更換樹脂的經(jīng)濟(jì)分析 是使用舊樹脂合理，還是更換新樹脂合理，可以通過比較使用舊樹脂產(chǎn)生的額外費(fèi)用和更換新樹脂的投資回收年限來確定。購買新樹脂的回收年限y可按下式進(jìn)行計(jì)算： (5-8) y值的含義：若y1，說明購買新樹脂費(fèi)用相當(dāng)于1年內(nèi)多用的酸、堿費(fèi)用，則購買新樹脂費(fèi)用可以在1年回收。若y2，說明購買新樹脂費(fèi)用可以在2年回收。 在決定回收年限y時(shí)，各廠的具體情況不同，可能會(huì)有不同的考慮。一般認(rèn)為，y3時(shí)更換樹脂在經(jīng)濟(jì)上是合理的。 根據(jù)上式可知，只要知道了所購樹脂的視密度、樹脂的價(jià)格S0、酸的價(jià)格、堿的價(jià)格、工作交換容量下降百分?jǐn)?shù)qw就可以計(jì)算出購

38、買新樹脂費(fèi)用回收年限y。 )()1(00000jswswjmjmspqarpvmqbdsdy 當(dāng)運(yùn)行出現(xiàn)制水量減少，運(yùn)行壓降增大，如確定離子交換設(shè)備良好，運(yùn)行操作無誤，判定樹脂本身存在問題時(shí)，則應(yīng)停運(yùn)設(shè)備，對交換器內(nèi)樹脂進(jìn)行取樣化驗(yàn)，確認(rèn)樹脂的劣化程度，以決定樹脂是否需要報(bào)廢或更換。1 離子交換器內(nèi)樹脂的取樣方法 為正確了解離子交換器內(nèi)樹脂性能下降的情況，所取樹脂樣品必須具有代表性。水處理設(shè)備的采樣按一臺設(shè)備為一個(gè)取樣單元進(jìn)行。取樣器可以采用外徑25mm左右、總長度不小于2000mm、下端有一45斜口的塑料管?？?cè)恿繎?yīng)不小于500ml。具體取樣步驟可以按以下步驟進(jìn)行：（1）按大反洗操作，對需

39、取樣的設(shè)備進(jìn)行大反洗，反洗結(jié)束后排水至水位在樹脂層下1020cm后停止排水。（2）打開頂部人孔蓋，至少選擇均勻分布的6個(gè)以上點(diǎn)取樣。取樣點(diǎn)應(yīng)盡可能在床層的2/3圓上。（3）在選定的取樣點(diǎn)上將取樣器垂直插入樹脂層地步，排干設(shè)備內(nèi)的水，在不斷轉(zhuǎn)動(dòng)下慢慢取出取樣管。（4）倒出樹脂樣品，均勻混合后裝入樣品瓶，貼上標(biāo)志。標(biāo)志應(yīng)盡量包括如下內(nèi)容：樣品生產(chǎn)廠名、樣品名稱、樣品的牌號及離子型態(tài)、設(shè)備名稱和設(shè)備編號、取樣日期、使用年限和使用方式、運(yùn)行周期數(shù)、總制水量、取樣原因、取樣人簽名。（5）采集的樣品在貯存過程中應(yīng)避免受凍，并注意不使樹脂失去內(nèi)部水分（至少保存倒下一次采樣后）。2 樹脂樣品的分析 對取得的樣

40、品測定其含水量、體積交換容量、含鐵量和圓球率，并與樹脂運(yùn)行初期的性能進(jìn)行比較。3 0017樹脂的更換與報(bào)廢 DL/T673-1999火力發(fā)電廠水處理用0017強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定了0017樹脂的更換與報(bào)廢的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（見表5-3、表5-4）。表5-3 水處理單床用0017強(qiáng)酸性陽樹脂報(bào)廢技術(shù)指標(biāo)表5-4水處理單床用0017強(qiáng)酸性陽樹脂更換經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 3.1 0017樹脂報(bào)廢規(guī)則（1）當(dāng)含水量、體積交換容量任一項(xiàng)超過表5-3給的指標(biāo)時(shí)，離子交換器繼續(xù)運(yùn)行將影響水處理系統(tǒng)的安全，可以判定該樹脂應(yīng)當(dāng)報(bào)廢。（2）通過現(xiàn)場除鐵處理后，如果樹脂中的鐵含量仍大于表5-3所給的指標(biāo)時(shí)，即可判

41、定該樹脂受到嚴(yán)重鐵污染，應(yīng)當(dāng)報(bào)廢。（3）圓球率是反映運(yùn)行樹脂破碎程度的一項(xiàng)重要指標(biāo)，盡管他并不直接影響樹脂的工作交換容量，但卻直接影響樹脂床層的運(yùn)行壓降或床層阻力，也就直接影響到系統(tǒng)的出力。另一方面，破碎樹脂又可通過反洗除去一部分，再通過補(bǔ)充新樹脂的方法來消除對樹脂床層壓降和系統(tǒng)出力的影響。但是反洗只能除去細(xì)小的樹脂碎片，大碎片無法除去，而除去這些大碎片后補(bǔ)充新樹脂就能恢復(fù)系統(tǒng)的出力。其方法為：現(xiàn)場通過反洗后，從上至下逐層取樣分析圓球率（每層取樣高度1020cm）若該層樹脂的圓球率達(dá)到表5-3所給的指標(biāo)，即報(bào)廢該層及該層以上個(gè)層的樹脂，直到取樣層的圓球率大于表5-3所給的指標(biāo)為止。3.2 0017更換規(guī)則 有時(shí)樹脂性能并沒有下降到可以直接報(bào)廢的程度，但其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性別不一定合理。應(yīng)根據(jù)理化性能的變化，通過計(jì)算，與購買新樹脂的經(jīng)濟(jì)性作比較，再根據(jù)表2確定是否更換新樹脂。就具體步驟如下：（1）必須了解陽離子交換器調(diào)試后設(shè)定的各種參數(shù)。若進(jìn)水水質(zhì)、運(yùn)行工藝有較大的變動(dòng)，應(yīng)以變動(dòng)后的調(diào)試結(jié)果為準(zhǔn)。（2）應(yīng)盡可能測定離子交換器內(nèi)0017樹脂的實(shí)際工作交換容量，并根據(jù)調(diào)試后設(shè)定的工作交換容量計(jì)算工作交換容量下降率。若有困難，也可根據(jù)理化性能的測定結(jié)果計(jì)