樹脂樹脂部分

關于樹脂樹脂部分1第1頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)離子交換樹脂基本概念國產離子交換樹脂的分類國產離子交換樹脂命名法則及型號第2頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月國產離子交換樹脂的分類

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)2c.強堿性陰離子交換樹脂，有兩種功能基：

Ⅰ型強堿基團R-CH2(CH3)3OH(季胺基)Ⅱ型強堿基團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(CH3)第3頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月2.按結構類型分：

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。第4頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月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，這種樹脂要經過特殊處理以防止污染食品；

c.分析級指供化學分析用的樹脂，這種樹脂要經過某種處理，使雜質含量符合分析要求；

d.核等級指供核工業(yè)用的樹脂，這種樹脂要經過某種處理，以提高樹脂耐輻射性并降所不應有的雜質；

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。 第5頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月國產離子交換樹脂

命名法則及型號

1983年我國頒布了《離子交換樹脂分類、命名及型號》GB1631-83國家標準，該標準的命名原則為：離子交換樹脂的全名稱由分類、骨架(或基團)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。凡具有物理孔結構的稱大孔型樹脂，在全名稱前加“大孔”兩個字?；久Q：離子交換樹脂，分類屬酸性的，應在基本名稱加“陽”字；分類屬堿性的，應在基本名稱加“陰”字；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。第6頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月

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數(shù)字組成，左第一位數(shù)字代表產品的分類，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、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)代號0123456分類名稱強酸弱酸強堿弱堿螯合兩性氧化還原代號0123456分類名稱苯乙烯丙烯酸酚醛環(huán)氧乙烯吡啶脲醛氯乙烯第7頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月

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)接阿拉伯數(shù)字表示。如遇到二次聚合或交聯(lián)度不清楚時，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第8頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月

對于專用樹脂，可在樹脂型號后加設備要求的符號，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樹脂專用符號用途Amberlite標號Lewatit標號電力行業(yè)標準層床用Stratebed(前置)ST(后置)SC(后置)混床用MB(前置)MB(后置)MB(后置)高流速

浮動床FC三層床TR第9頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)離子交換樹脂的有關性能離子交換樹脂的物理性能離子交換樹脂的化學性能離子交換樹脂的質量標準離子交換樹脂工藝性能使用離子交換樹脂應注意的事項第10頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月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等第11頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月水溶性浸出物浸出物的性質一般表現(xiàn)如下：（1）陰離子交換樹脂的浸出物呈陽離子性質，其中主要有胺類。（2）強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，它會污染陰樹脂，因此必須控制浸出物的含量。第12頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月含水量含水量：指單位質量樹脂所含的非游離水分的多少，一般用百分數(shù)表示離子交換樹脂的含水量與樹脂的類別、結構、酸堿性、交聯(lián)度、交換容量、離子型態(tài)等因素有關。樹脂在使用中如果發(fā)生鏈的斷裂、孔結構的變化、交換容量的下降等現(xiàn)象，其含水量也會隨之發(fā)生變化。因此，從樹脂含水量的變化也可以反映出樹脂內在質量的變化。第13頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月密度離子交換樹脂的密度分為濕真密度、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)離子交換樹脂的質量（單位g/ml）。裝載密度是指容器中樹脂顆粒經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。第14頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月粒度和粒度分布一般用懸浮法制得的球狀顆粒的粒徑并不一致，大體上處在0.2mm～1.5mm范圍內（經篩分取0.3mm～1.2mm的顆粒用于制造樹脂），其中0.3mm～0.6mm的占60%左右，0.6mm～1.0mm的占30%左右。未經篩分的樣品中，各種粒徑的白球所占體積百分數(shù)一般呈正態(tài)分布函數(shù)關系（分布曲線是對稱的）。如果在正態(tài)概率坐標紙上作圖，其粒徑和體積累計百分數(shù)的關系是一直線。經過篩分的樹脂，其粒徑分布就不呈正態(tài)函數(shù)形.為了正確說明商品用離子交換樹脂的顆粒大小，應該用4個指標：范圍粒度、有效粒度和均一系數(shù)、下限粒度（或上限粒度）。第15頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月機械性能離子交換樹脂的機械性能（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，會給使用帶來困難。主要表現(xiàn)為：破碎樹脂在反洗時排出、細末漏過通流部分進入后續(xù)設備，結果導致樹脂層高下降、交換容量降低、水流阻力增加、污染后續(xù)設備中的樹脂、系統(tǒng)出水水質下降、進入高溫系統(tǒng)污染水汽品質等。所以應對樹脂的機械性能或物理強度有一定要求。第16頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月不可逆膨脹和轉型膨脹由于生產過程時間短，高分子鏈的纏結，所以未能充分膨脹，經過幾個周期的使用，高分子骨架充分膨脹開，樹脂體積才穩(wěn)定下來。裝入交換器的樹脂層高度，在使用幾個期后會增加。因為這種膨脹是不可逆的，故稱不可逆膨脹。影響樹脂不可逆膨脹的因素，主要是樹脂制造工藝的后處理。如后處理時間較長，轉型和清洗又比較充分，則不可逆膨脹就比較小。樹脂的離子型態(tài)不同，其體積也不相同。當樹脂從一種離子型態(tài)變?yōu)榱硪环N離子型態(tài)時，樹脂的體積就發(fā)生了變化。這種變化稱為轉型膨脹，是一種可逆膨脹。當恢復成原來的離子型態(tài)時，樹脂的體積也恢復為原來的值。各種離子形態(tài)樹脂的體積不同、樹脂中離子交換基團解離的能力不同以及親水能力不同等都會引起樹脂轉型體積變化。如果樹脂骨架上某種離子能形成氫鍵、離子架橋等作用時，會使樹脂體積發(fā)生較大的變化。第17頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月耐熱性與抗氧化性耐熱性離子交換樹脂的耐熱性表示其在受熱時保持其理化性能的能力通過對耐熱性的研究，可以確定：（1）樹脂長期使用的允許溫度；（2）不同離子型態(tài)時樹脂耐熱性的差別；（3）樹脂結構和耐熱性關系；（4）熱分解產物第18頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月離子交換樹脂的化學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第19頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月交換容量質量全交換容量：質量全交換容量通常簡稱為全交換容量，它表示的是單位質量樹脂所具有的全部交換基團的數(shù)量。干基和濕基交換容量：在實際中，經常使用的是濕態(tài)樹脂的體積交換容量，它表示單位體積完全浸泡在水中的樹脂所具有的交換基團總量。第20頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月

基團容量：某些離子交換樹脂具有兩種或兩種以上的離子交換樹脂基團，它們各有不同的特性?；鶊F交換容量是用來表示質量或單位體積樹脂中某種離子交換基團的量（如磺酸基團容量、羧酸基團容量、季胺基團容量、仲胺基團容量等）。平衡交換容量：用于表示達到平衡狀態(tài)時單位質量或單位體積的樹脂中參于反應的交換基團的量。它表示在給定條件下，該樹脂可能發(fā)揮的最大交換容量，是離子交換體系的重要參數(shù)。交換容量和離子型態(tài)：由于反離子種類不同，每個單元交換基團的質量也不相同第21頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月陽離子交換樹脂交換容量常用強酸陽樹脂交換容量測定包括測定全交換容量及基團交換容量，而常用弱酸樹脂只測定全交換容量即是弱酸基團容量。同類樹脂001×7、001×10、001×14.5的干基交換容量隨交聯(lián)度增大而減少。D001×16大孔樹脂磺化反應溫度較其它樹脂高，其產生弱酸基的量也較大。第22頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月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堿性和弱堿性兩種陰樹脂的全交換容量、強堿基團及弱堿基團容量的測定。無論何種聚苯乙烯類陰樹脂都存在強、弱兩種基團，新的強堿性陰離子交換樹脂中含有約10%的弱堿基團，而弱堿陰樹脂中可能含有約15%的強堿基團第23頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月24離子交換樹脂的質量標準我國離子交換樹脂的質量標準：國家標準電力行業(yè)標準化工行業(yè)標準中石化行業(yè)標準企業(yè)標準第24頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月離子交換樹脂工藝性能工作交換容量工作交換容量是指在一定條件下，一個交換周期中單位體積樹脂實現(xiàn)的離子交換量，即從再生型離子交換基團變?yōu)槭突鶊F的量。它可以用下式計算：q工=q′v(R初–R殘) 式中：q工——樹脂工作交換容量，mmol/L；q′v——樹脂體積全交換容量，mmol/L；R初——整個樹脂層平均初始再生度；R殘——整個樹脂層平均殘余再生度。第25頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月影響工作交換容量的因素影響R初的因素它包括水源的成分、雜質濃度、溫度、流速及對出水水質要求、樹脂層高度、運行方式、設備結構的合理性等。影響R殘的因素水中離子總量、組成、運行流速、運行水溫、樹脂層高度：樹脂層高度越大，工作交換容量就越大。樹脂的性質：除了樹脂層高度以外，上述的每一項都和樹脂本身的性質有關，它包括樹脂的體積全交換容量、選擇性系數(shù)和動力學性質（這些均已在前面作過介紹）第26頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月

再生劑耗、比耗樹脂失效后，用相應的鹽、酸或堿再生以恢復其工作能力。一般用再生劑耗（通常分別稱為鹽耗、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=c×V×d (2-8)式中：d——再生劑溶液密度，kg/m3。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——再生劑摩爾質量數(shù)，g/mol。第27頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月自用水率自用水率計算公式如下：RW=(W1+W2+W3+W4)/QT*

100%式中：RW——樹脂自用水率，%；W1——配制再生液用水量，m3；W2——置換用水量，m3；W3——清洗用水量，m3；W4——反洗用水量，m3；QT——周期制水量，m3。第28頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月使用離子交換樹脂應注意的事項停運長期停用，必須考慮有適當?shù)谋Ｗo措施防止樹脂失水和受凍，還要防止樹脂發(fā)霉和細菌繁殖定期檢查定期檢查離子交換樹脂，可以了解設備工作性能下降的趨勢和制水量減少、出水質量變差的原因，還可以預測樹脂的壽命，確定樹脂是否需要復蘇的方法第29頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月

離子交換樹脂的分離根據(jù)不同樹脂可以采用各種濃度的酸、堿或鹽溶液作為浮選介質，使分離后的樹脂易于再生，特別要指出，被鐵嚴重污染的強堿陰樹脂也可能沉于飽和氯化鈉溶液的底部，此時應先用濃鹽酸（加溫）處理后再用飽和鹽水使之與陽樹脂分離。動態(tài)連續(xù)分離效果比靜態(tài)分離效果好得多第30頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月離子交換設備運行中出現(xiàn)的問題離子交換設備運行中出現(xiàn)的問題一般表現(xiàn)為：設備出力降低，出水質量惡化或運行經濟指標下降。設備出現(xiàn)上述問題后，首先應檢查水質的測定方法和結果是否正確，以及運行、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)象時隱時現(xiàn)，沒有明顯的規(guī)律，需要再細致進行觀察才能查出原因。本文主要針對穩(wěn)定出現(xiàn)的問題進行分析，并提出判斷方法。離子交換器投入運行，1~3月內應進行啟動調整試驗，6個月內應進行運行調整試驗，以確定正常運行工況下的出水質量、設備出力、水流阻力、再生劑耗量、自用水率以及再生條件，作為設備檢查的依據(jù)。明顯偏離上述指標并經常出現(xiàn)時，可以認為該設備發(fā)生了故障。第31頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月

出水水質惡化

出水質量是衡量化學除鹽設備運行工況的主要指標。出水質量惡化是指運行周期中間，除鹽水的電導率和SiO2含量明顯高于調試結果，不論其水質指標是否合格，都可認為是發(fā)生了出水水質惡化現(xiàn)象。當除鹽水的電導率和SiO2含量明顯增高時，為確定發(fā)生問題的原因，需要測定除鹽水的pH值，根據(jù)測定結果，按圖2-1查找發(fā)生問題的意義。

第32頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月出水水質電導率不合格陰床故障出水pH＞9再生無效再生無效恢復再生恢復再生電導率合格SiO2不合格陽床故障出水pH＜4堿液加溫不夠堿液質量惡化陰床再生系統(tǒng)故障陰床設備故障漏入除鹽水系統(tǒng)酸再生液或除碳器水陰床再生劑量不足陰床再生操作不當陰床樹脂性能劣化陽床再生劑量不足陽床再生操作不當陽床樹脂性能劣化陽床樹脂流失陽床再生系統(tǒng)故障陽床設備故障堿再生液漏入除鹽水系統(tǒng)陰床樹脂流失陰床再生系統(tǒng)故障陰床設備故障圖2-1除鹽設備出水質量故障判斷第33頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月設備出力降低

除鹽設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系，當使用原水水質多變的地表水或多個水源時，尤其應注意原水水質對周期制水量的影響。單位時間制水量的降低一般是離子交換設備水流阻力過大的結果，應及時檢查交換器內部的進、出水的布水裝置和樹脂層是否發(fā)生偏斜或污堵，并及時予以消除。當除鹽設備發(fā)生故障時，首先表現(xiàn)為周期制水量的降低，然后才是出水水質的惡化。串聯(lián)方式除鹽系統(tǒng)可以根據(jù)失效使除鹽水的指標確定交換量降低的交換器。失效時，出水SiO2含量增加，電導率變化不大者為陰床失效；電導率增加，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）應根據(jù)每臺設備的周期制水量與原水水質計算設備的周期交換量，發(fā)現(xiàn)周期交換量明顯降低，可以認為該設備發(fā)生了故障。發(fā)現(xiàn)陽床（或陰床）出力降低時，可按照圖2-2除鹽設備出力降低故障判斷、查找可能的原因。第34頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月陽床周期交換量降低提高再生劑用量陰床周期交換量降低提高再生劑用量無明顯效果恢復正常樹脂流失陽床設備故障樹脂性能劣化需要調整再生工況再生劑質量差再生系統(tǒng)故障再生操作故障無明顯效果恢復正常需要調整再生工況再生劑質量差再生系統(tǒng)故障再生操作故障除碳器效率低樹脂流失樹脂性能劣化陰床設備故障圖2-2除鹽設備出力降低故障的判斷第35頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月運行經濟指標降低

運行經濟指標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.再生劑質量差；c.樹脂流失；d.交換器內再生液分配裝置損壞；e.再生操作不當；f.原水水質明顯變化。第36頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月水處理中樹脂常見的劣化現(xiàn)象

第37頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月

離子交換樹脂的破損

造成樹脂破損的原因，有制造質量問題，也有運行問題。有的樹脂出廠時機械強度比較差，因而使用時嚴重破損。所以，如何從制造上進一步提高樹脂的機械強度是一個問題。屬于運行方面的問題如下：1.樹脂保存不當 出廠的樹脂含有較高的水分。如果在0℃以下儲存時，樹脂中的水會結成冰，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，使用后破碎嚴重。某廠設備運行不正常又漏水，使樹脂忽干忽濕。由于干濕變化，引起樹脂顆粒體積收縮、膨脹，從而使樹脂機械強度顯著降低，破碎嚴重，造成樹脂層阻力增大，影響力設備出力。某廠樹脂在室外保存五年，使強堿陰樹脂的中性鹽分解容量從1100克當量/米3降低到640克當量/米3。在如某廠設備中的樹脂，卸出后在露天放置了半年。使用時出水質量比過去下降，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。第38頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月2.運行流速過高：在使用凝膠型樹脂時，過高的運行流速會加速樹脂的破損。如某廠混床運行流速120米/時左右，樹脂破損嚴重。一年內樹脂大多呈粉末。由于樹脂破碎，混床進出口壓差高達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；濾網被焊渣燒破等。4.反洗操作不當：反洗操作不當，會造成樹脂的流失。如某廠交換器樹脂層高為1.5米，在運行中發(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。經檢查，確認樹脂是反洗時流失了。第39頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月5.由于氧化而引起樹脂的破壞情況：某廠陽床樹脂氧化嚴重，造成運行進出壓差增大，取樣分析結果見表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%。

取樣部位

樹脂層深度(mm)中南西破碎率%50352627200121913400987600654.3第40頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月離子交換樹脂的鐵污染

一般的說，造成樹脂微孔堵塞的物質有：原水中的懸浮物和微生物。這類污物主要附著在樹脂表面，可采用延長反洗時間或利用空氣進行輔助清洗的方法除去。造成樹脂微孔堵塞的另一類物質為與再生劑形成細的物質。對于陽樹脂，當用鹽酸再生時，銀、鉛等化合物會積聚于樹脂顆粒內部；再用硫酸再生時，鈣、鎂等化合物會積聚于樹脂顆粒內部，造成樹脂微孔的堵塞，引起交換容量的降低和出水質量的惡化。在實際運行中，遇到最多的問題，是鐵和硅的污染。第41頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月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，嚴重者甚至可變?yōu)楹谏Ｄ硰S曾進行過以下試驗：將運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小時后，測定溶液中的鐵含量（反復處理三次）。測定結果見表3.2。表3.2樹脂酸洗液中的鐵含量處理次數(shù)陽樹脂酸洗液中含鐵量(毫克/升)陰樹脂酸洗液中含鐵量(毫克/升)10%HCl15%HCl25%HCl10%HCl15%HCl25%HCl第1次13.7018.7017.9454.90137.95143.44第2次14.3013.0519.5442.3075.9544.54第3次6.607.5510.0434.8039.851.56第42頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月

從表3.2可看出，陰樹脂吸著的鐵比陽樹脂大許多倍，這是因為陽樹脂在每次用酸再生后，能除去一部分鐵的緣故。某廠把新舊樹脂在800℃下灼燒，將灼燒殘渣進行x-射線衍射分析，測得新樹脂中殘渣的主要成分為ZnO（來源于樹脂制備時氯化甲基化的催化劑ZnCl2）。舊樹脂中，除ZnO外，大部分是Fe2O3。經定量測定，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小時后，樹脂交換容量基本上恢復到原來的水平。處理效果如表3.3所示。表3.3鹽酸處理前后樹脂交換容量的變化毫克當量/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）。交換容量新樹脂酸洗前舊樹脂酸洗后舊樹脂001×7陽樹脂4.494.104.31201×7陰樹脂3.382.633.08第43頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月樹脂的氧化和降解

1.強酸陽樹脂的氧化：自來水中的活性氯時造成強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（但樹脂的質量交換容量不大），出水純度和pH降低。強酸陽樹脂因氧化斷鏈而進入水中的物質（可溶性磺酸低聚物），還可污染其后的強堿陰樹脂?，F(xiàn)舉二例，說明如下：例一：某化學除鹽設備的水源為自來水，水中活性氯含量為0.5~1.0毫克/升，運行一年后，發(fā)現(xiàn)陽離子交換器運行工況日趨惡化，表現(xiàn)為：⑴周期制水量迅速降低，由1500噸降至1000噸；⑵酸耗（硫酸再生）由110克/克當量逐漸上升至150克/克當量；⑶交換器運行壓差增大。由于問題在一段時間內未得到解決，致使每年損失樹脂6~7噸，多耗硫酸400~500噸，兩項合計約增加運行費用10萬元。第44頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月

為了查明原因，進行了以下試驗：從陽離子交換其中不同高度取樣，測定體積交換容量，結果列于表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毫克當量/毫升。從表3.4所列結果可看出，樹脂體積交換容量的下降，從樹脂的表層看時，隨樹脂深度的增加，體積交換容量的降低趨緩，符合正流運行樹脂從上而下逐漸被活性氯氧化的順序。

取樣部位樹脂層深度(mm)中南西體積交換容量毫克當量/毫升500.820.930.632000.891.030.844001.141.161.186001.331.561.36第45頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月

此外，還對陽床一個運行周期中進出水中活性氯含量的變化進行了測定。從試驗中可看出，在陽床運行的一個周期中，出水較進水活性氯降低100%~80%。也就是說，進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：國內某除鹽設備使用自來水，水中活性氯含量有時高達0.5毫克/升，造成強酸陽樹脂氧化。用甲基綠的方法測定出在陽床出水中含有磺酸低聚物，說明強酸性陽樹脂發(fā)生了斷鏈。國外的數(shù)據(jù)也說明：當原水活性氯含量為0.6~0.7毫克/升時，幾個月內強酸陽樹脂即有明顯的氧化。因此要求進入化學除鹽裝置的水中，活性氯的含量應小于0.1毫克/升。第46頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月2.強堿陰樹脂的降解運行中，發(fā)現(xiàn)Ι型強堿陰樹脂較普遍存在交換基團的降解問題。某廠測定結果列于表3.5表3.5Ι型強堿陰樹脂交換容量降低情況單位：mmol/g(干)

從表3.5可看出，Ι型強堿陰樹脂使用一年后，全交換容量下降了約22%，其中強堿基團下降了66%，并有47%轉化為弱堿基團容量。運行時間0月3月6月9月12月全交換容量3.473.262.892.762.68強型基團容量2.872.321.721.620.95弱型基團容量0.601.241.351.141.86第47頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月

由于交換基團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Ⅰ型強堿樹脂）樣品來源新樹脂含水量（%）舊樹脂含水量（%）A廠49.2134.31B廠49.2140.46C廠51.6433.95第48頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月凝膠型強堿陰樹脂的有機物污染

凝膠型強堿陰樹脂的有機物污染是化學除鹽系統(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），經凝聚處理后，除鹽設備進水的耗氧量為1.9~6.4毫克/升O2。運行初期，強堿陰床的周期制水量為2500~3000米3，一年半后降低到1200~2000米3，降低約30%。再如某廠，原水為河水，其耗氧量一般為5~6毫克/升O2，經石灰、凝聚后降至2~3毫克/升O2，除鹽設備運行后發(fā)現(xiàn)樹脂顏色逐漸變深，出水SiO2提前漏過，強堿陰床周期至數(shù)量不斷降低。為此，被迫對強堿陰樹脂進行多次復蘇處理。再如某廠，原水為自來水，其耗氧量在3毫克/升O2左右。運行后發(fā)現(xiàn)201×7強堿陰樹脂色澤變深，運行9個月交換容量降低約20%；運行一年多，樹脂呈炭黑色，再生度僅為8%。為此被迫更換新樹脂。第49頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月

上述幾例可以充分說明，強堿陰樹脂的有機物污染問題，是化學除鹽系統(tǒng)中一個十分重要的問題。強堿陰樹脂有機物污染后的特征如下：1.強堿陰樹脂被有機物污染后樹脂顏色變深；2.樹脂交換容量明顯降低；3.陰床出水水質惡化；

4.清洗水來能夠增加，清洗時間增長。第50頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月離子交換樹脂使用壽命的判斷

所謂離子交換樹脂的使用壽命包括兩個內容：安全壽命和經濟壽命。安全壽命：既當離子交換樹脂性能劣化到一定程度時，繼續(xù)使用會對水處理系統(tǒng)的安全造成危害，該樹脂必須報廢。經濟壽命：既當離子交換樹脂性能劣化到還沒有報廢的程度，但經濟分析的結果顯示繼續(xù)使用該樹脂己經不經濟時，該樹脂就應更換。

第51頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月

第一節(jié)離子交換樹脂使用的安全壽命指標

1.001×7強酸性陽離子交樹脂使用的安全壽命指標在含水率和工作交換容量下降率的關系的研究中己經得出，當001×7強酸性陽離子交樹脂的含水量劣化到60%時，樹脂己接近安全臨界，可作報廢處理，這時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001×7強酸性陽離子交樹脂使用的安全壽命指標。結果見表5-1。表5-1001×7強酸性陽離子交樹脂使用的安全壽命指標項目報廢的安全壽命指標說明工作交換容量下降率≥0.25與新樹脂相比含水量%≥60鈉型體積交換容量下降率≥0.25與新樹脂相比含鐵量μg/g(濕樹脂)≥9500見報廢規(guī)則圓球率%≤80見報廢規(guī)則第52頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月2.201×7強堿性陰離子交樹脂使用的安全壽命指標在強型基團容量劣化和工作交換容量下降率的關系的研究中己經得出，當201×7強堿性陰離子交樹脂的強型基團容量劣化下降到50%時，樹脂己接近安全臨界，可作報廢處理，這時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201×7強堿性陰離子交樹脂使用壽命的安全性指標。結果如下：表5-2201×7強堿性陰離子交樹脂使用的安全壽命指標項目報廢的安全壽命指標說明工作交換容量下降率≥0.16與新樹脂相比含水量%≤40鈉型強型基團容量下降率≥0.55與新樹脂相比含鐵量μg/g(濕樹脂)≥6000見報廢規(guī)則圓球率%≤80見報廢規(guī)則有機物污染(COD)MnmgO2/LR

≥2500見報廢規(guī)則第53頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)離子交換樹脂使用的經濟壽命指標

離子交換樹脂隨著使用時間的延長和一些污染因素的影響，樹脂理化性能會逐漸劣化，其結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，運行費用上升，離子交換器運行的經濟性受到影響，最終導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)是樹脂能否經濟運行。本節(jié)對以下兩點進行研究：(1)樹脂劣化使離子交換器運行費用增加的主要因素；(2)使用劣化的舊樹脂所增加的額外費用與購買新樹脂投資回收年限的經濟比較。通過分析找出樹脂的劣化與其經濟運行之間的關系，繼而確定更換樹脂的經濟依據(jù)。第54頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月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。如果周期運行時間符合要求，系統(tǒng)備用量足夠，則可以增加再生次數(shù)使設備的總制水量不降低。若由此引起年運行增加的費用，則應該和更換新樹脂的費用進行比較，確定設備內樹脂是否報廢。1.2工作交換容量下降后，周期制水量明顯的下降。如果周期運行時間低于標準或規(guī)范等法定文件規(guī)定的下限，或陽、陰床運行不匹配，則增加再生用酸量以提高樹脂工作交換容量至設計值，恢復周期制水量。若由此引起年運行費用的增加，則應該和更換新樹脂的費用進行比較，確定設備內樹脂是否報廢。2.采用措施的經濟分析本節(jié)主要討論增加再生次數(shù)的問題。設定運行條件：(1)再生劑質量、再生比耗、再生液濃度、溫度和流速不變；(2)進水水質、水溫、樹脂層高度不變；(3)設備沒有偏流。則工作交換容量的下降率就是周期制水量的減少率。第55頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月3.年再生次數(shù)的增加與工作交換容量下降的關系正常運行時，年再生次數(shù)與樹脂周期制水量的關系：

n0=a/b(5-1)式中：no─正常運行時年再生次數(shù)；

a─正常運行的年制水量，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系：(5-3)式中：△n─年增加的再生次數(shù)。根據(jù)上式，當工作交換容量下降后，導致的年增加的再生次數(shù)可由原設計的年額定制水量a、周期制水量b和工作交換容量下降率△qw計算而得。第56頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月4.酸、堿的年增加費用樹脂的再生次數(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增加。年增加的再生用酸或堿和中和用的堿或酸費用可以分別用下列二式計算：

(5-4)(5-5)式中：ds─樹脂再生次數(shù)增加時年增加的酸或堿費用，元；

p0─每次再生的用酸或堿量(以100%濃度計)，元/t；s0─酸或堿的價格(以100%濃度計)，元/t；dj─樹脂再生次數(shù)增加時年增加的堿或酸費用，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─堿或酸的價格（以100％計），元/T。

mj─堿的摩爾質量，g/mol；

ms─酸的摩爾質量，g/mol；年增加的酸、堿總費用dsj為：

(5-6)第57頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月4.購買新樹脂費用的計算

(5-7)式中：d0─購買新樹脂費用，元；

V─設備內樹脂的體積，m3；

ρ─樹脂的視密度，t/m3；

r0─樹脂的價格，元/t。第58頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月5.更換樹脂的經濟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生的額外費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可按下式進行計算：

(5-8)y值的含義：若y＝1，說明購買新樹脂費用相當于1年內多用的酸、堿費用，則購買新樹脂費用可以在1年回收。若y＝2，說明購買新樹脂費用可以在2年回收。在決定回收年限y時，各廠的具體情況不同，可能會有不同的考慮。一般認為，y≤3時更換樹脂在經濟上是合理的。根據(jù)上式可知，只要知道了所購樹脂的視密度ρ、樹脂的價格S0、酸的價格、堿的價格、工作交換容量下降百分數(shù)△qw就可以計算出購買新樹脂費用回收年限y。第59頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)離子交換樹脂

報廢與更換規(guī)則

當運行出現(xiàn)制水量減少，運行壓降增大，如確定離子交換設備良好，運行操作無誤，判定樹脂本身存在問題時，則應停運設備，對交換器內樹脂進行取樣化驗，確認樹脂的劣化程度，以決定樹脂是否需要報廢或更換。第60頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月1離子交換器內樹脂的取樣方法為正確了解離子交換器內樹脂性能下降的情況，所取樹脂樣品必須具有代表性。水處理設備的采樣按一臺設備為一個取樣單元進行。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?？側恿繎恍∮?00ml。具體取樣步驟可以按以下步驟進行：（1）按大反洗操作，對需取樣的設備進行大反洗，反洗結束后排水至水位在樹脂層下10~20cm后停止排水。（2）打開頂部人孔蓋，至少選擇均勻分布的6個以上點取樣。取樣點應盡可能在床層的2/3圓上。（3）在選定的取樣點上將取樣器垂直插入樹脂層地步，排干設備內的水，在不斷轉動下慢慢取出取樣管。（4）倒出樹脂樣品，均勻混合后裝入樣品瓶，貼上標志。標志應盡量包括如下內容：樣品生產廠名、樣品名稱、樣品的牌號及離子型態(tài)、設備名稱和設備編號、取樣日期、使用年限和使用方式、運行周期數(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避免受凍，并注意不使樹脂失去內部水分（至少保存倒下一次采樣后）。第61頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月2樹脂樣品的分析對取得的樣品測定其含水量、體積交換容量、含鐵量和圓球率，并與樹脂運行初期的性能進行比較。第62頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月3001×7樹脂的更換與報廢

DL/T673-1999《火力發(fā)電廠水處理用001×7強酸性陽離子交換樹脂報廢標準》明確規(guī)定了001×7樹脂的更換與報廢的技術與經濟指標（見表5-3、表5-4）。表5-3水處理單床用001×7強酸性陽樹脂報廢技術指標表5-4水處理單床用001×7強酸性陽樹脂更換經濟指標項目報廢的安全壽命指標含水量（鈉型）%≥60體積交換容量下降率≥0.25含鐵量μg/g(濕樹脂)≥9500圓球率（原樣）%≤80項目報廢經濟指標說明回收年限≤3回收年限3~4時酌情處理第63頁，課件共69頁，創(chuàng)作于2023年2月3.1001×7樹脂報廢規(guī)則 （1）當含水量、體積交換容量任一項超過表5-3給的指標時，離子交換器繼續(xù)運行將影響水處理系統(tǒng)的安全，可以判定該樹脂應當報廢。（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所給的指標時，即可判定該樹脂受到嚴重鐵污染，應當報廢。（3）圓球率是反映運行樹脂破碎程度的一項重要指標，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小的樹脂碎片，大碎片無法除去，而除去這些大碎片后補充新樹脂就能恢復系統(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10~20cm）若該層樹脂的圓球率達到表5-3所給的指標，即報廢該層