离子交换-树脂部分.ppt

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1、西安热工研究院王广珠水水水水 处处处处 理理理理 用用用用 离离离离 子子子子 交交交交 换换换换 树树树树 脂脂脂脂1第一节 离子交换树脂基本概念国产离子交换树脂的分类国产离子交换树脂的分类国产离子交换树脂命名法则及型号国产离子交换树脂命名法则及型号2国产离子交换树脂的分类国产离子交换树脂的分类 离子交换树脂品种很多，因其原料、制法和用途不同，分类方法各异。主要分类方法下：1.按功能基类别分：a.强酸性阳离子交换树脂，其功能基为：磺酸基R-SO3H b.弱酸性阳离子交换树脂，其功能基为：羧酸基R-COOH，磷酸基R-CHPO(OH)2 c.强碱性阴离子交换树脂，有两种功能基：型强碱基团 R-

2、CH2(CH3)3OH(季胺基)型强碱基团 R-CH2N(CH3)2(C2H4OH)OH(季胺基)；d.弱碱性阴离子交换树脂，其功能基有：伯胺基 R-CH2NH2 仲胺基 R-CH2NHCH3 叔胺基 R-CH2(CH3)32.按结构类型分：a.凝胶型：包括均孔树脂及多次聚合的树脂；b.大孔型 这两种树脂的差别在于前者无物理孔，后者有物理孔。3.按聚合物单体分：a.苯乙稀系：此系是以苯乙稀作为主要原料的各种树脂；b.丙稀酸系：此系是以丙稀酸衍生物作为主要原料的各种树脂；c.酚醛系：此系是以苯酚和醛作为主要原料的各种树脂；d.环氧系：此系是以环氧氯丙烷和各种胺为主要原料的各种树脂；e.乙烯吡啶系

3、：此系是以乙烯吡啶作为主要原料的各种树脂。44.按用途分：a.工业级 指供一般工业用的树脂；b.食品级 指供食品工业用的树脂，这种树脂要经过特殊处理以防止污染食品；c.分析级 指供化学分析用的树脂，这种树脂要经过某种处理，使杂质含量符合分析要求；d.核等级 指供核工业用的树脂，这种树脂要经过某种处理，以提高树脂耐辐射性并降所不应有的杂质；e.层床专用 指用于双层床、三层床、混床、浮床的树脂，其密度和粒度均有特殊要求。5国产离子交换树脂国产离子交换树脂命名法则及型号命名法则及型号 1983年我国颁布了离子交换树脂分类、命名及型号GB1631-83国家标准，该标准的命名原则为：离子交换树脂的全名称

4、由分类、骨架(或基团)名称、基本名称排列组成。离子交换树脂的型态分凝胶型和大孔型两种。凡具有物理孔结构的称大孔型树脂，在全名称前加“大孔”两个字。基本名称：离子交换树脂，分类属酸性的，应在基本名称加“阳”字；分类属碱性的，应在基本名称加“阴”字；根据以上原则来称谓水处理常用的四种离子交换树脂的全名称为：强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂，强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂，弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂。6 为了区别同一类离子交换树脂中的不同品种，在全名称前必须有型号。这种型号主要以三位阿拉伯数字组成，左第一位数字代表产品的分类，第二位数字代表骨架的差异(代号见表1.1 和表1

5、.2)，第三位数字为顺序号，用以区别基团、交联剂等的差异。表1.1 分类代号(左第一位数字)表1.2 骨架代号(左第二位数字)代 号0123456分类名称强酸弱酸强碱弱碱螯合两性氧化还原代 号0123456分类名称 苯乙烯 丙烯酸 酚醛 环氧 乙烯吡啶 脲醛 氯乙烯 7 大孔树脂在型号前加“D”表示；凝胶型离子交换树脂的交联度可在型号后用“”号联接阿拉伯数字表示。如遇到二次聚合或交联度不清楚时，可采用近似值表示或不予表示。型号图解：*D*交联度数值 连接符号 顺序号 顺序号 骨架代号 骨架代号 分类代号 分类代号 大孔型代号8 对于专用树脂，可在树脂型号后加设备要求的符号，在水处理中浮床、层床

6、、混床等专用树脂在其型号后分别加有FC、SC、MB符号，见表1.3。表1.3 树脂专用符号用 途 Amberlite标号 Lewatit标号 电力行业标准 层床用 Stratebed(前置)ST(后置)SC(后置)混床用 MB(前置)MB(后置)MB(后置)高流速 浮动床 FC三层床 TR 9第二节第二节离子交换树脂的有关性能离子交换树脂的有关性能l离子交换树脂的物理性能离子交换树脂的物理性能l离子交换树脂的化学性能离子交换树脂的化学性能l离子交换树脂的质量标准离子交换树脂的质量标准l离子交换树脂工艺性能离子交换树脂工艺性能l使用离子交换树脂应注意的事项使用离子交换树脂应注意的事项10离子交换

7、树脂的物理性能离子交换树脂的物理性能l外观外观：离子交换树脂的外观包括：颗粒：离子交换树脂的外观包括：颗粒的形状、颜色、完整性以及树脂中的异的形状、颜色、完整性以及树脂中的异样颗粒和杂质等样颗粒和杂质等11水溶性浸出物水溶性浸出物l浸出物的性质一般表现如下：浸出物的性质一般表现如下：（1 1）阴离子交换树脂的浸出物呈阳离子性质，）阴离子交换树脂的浸出物呈阳离子性质，其中主要有胺类。其中主要有胺类。（2 2）强酸性阳离子交换树脂的浸出物为低分子）强酸性阳离子交换树脂的浸出物为低分子磺酸盐，这已为色谱法测定（浸出物的氧化物磺酸盐，这已为色谱法测定（浸出物的氧化物是硫酸根）所证明。低分子硫酸盐可溶于

8、水中，是硫酸根）所证明。低分子硫酸盐可溶于水中，不断从阳树脂中释放出来，它会污染阴树脂，不断从阳树脂中释放出来，它会污染阴树脂，因此必须控制浸出物的含量。因此必须控制浸出物的含量。12含含水水量量l l含水量：指单位质量树脂所含的非游离水分的含水量：指单位质量树脂所含的非游离水分的含水量：指单位质量树脂所含的非游离水分的含水量：指单位质量树脂所含的非游离水分的多少，一般用百分数表示多少，一般用百分数表示多少，一般用百分数表示多少，一般用百分数表示 l l离子交换树脂的含水量与树脂的类别、结构、离子交换树脂的含水量与树脂的类别、结构、离子交换树脂的含水量与树脂的类别、结构、离子交换树脂的含水量与

9、树脂的类别、结构、酸碱性、交联度、交换容量、离子型态等因素酸碱性、交联度、交换容量、离子型态等因素酸碱性、交联度、交换容量、离子型态等因素酸碱性、交联度、交换容量、离子型态等因素有关。树脂在使用中如果发生链的断裂、孔结有关。树脂在使用中如果发生链的断裂、孔结有关。树脂在使用中如果发生链的断裂、孔结有关。树脂在使用中如果发生链的断裂、孔结构的变化、交换容量的下降等现象，其含水量构的变化、交换容量的下降等现象，其含水量构的变化、交换容量的下降等现象，其含水量构的变化、交换容量的下降等现象，其含水量也会随之发生变化。因此，从树脂含水量的变也会随之发生变化。因此，从树脂含水量的变也会随之发生变化。因此

10、，从树脂含水量的变也会随之发生变化。因此，从树脂含水量的变化也可以反映出树脂内在质量的变化。化也可以反映出树脂内在质量的变化。化也可以反映出树脂内在质量的变化。化也可以反映出树脂内在质量的变化。13密密度度l离子交换树脂的密度分为湿真密度、湿视密度离子交换树脂的密度分为湿真密度、湿视密度和装载密度。和装载密度。l湿真密度：是指单位真体积湿态离子交换树脂湿真密度：是指单位真体积湿态离子交换树脂的质量（单位的质量（单位g/ml）。湿视密度是指单位视体）。湿视密度是指单位视体积湿态离子交换树脂的质量（单位积湿态离子交换树脂的质量（单位g/ml）。装）。装载密度是指容器中树脂颗粒经水力反洗自然沉载密度

11、是指容器中树脂颗粒经水力反洗自然沉降后单位树脂体积湿态离子交换树脂的质量降后单位树脂体积湿态离子交换树脂的质量（单位（单位g/ml）。）。l湿态离子交换树脂：是指吸收了平衡水量并除湿态离子交换树脂：是指吸收了平衡水量并除去外部游离水分后的树脂。去外部游离水分后的树脂。14粒度和粒度分布粒度和粒度分布l l一般用悬浮法制得的球状颗粒的粒径并一般用悬浮法制得的球状颗粒的粒径并不一致，大体上处在不一致，大体上处在0.2mm1.5mm范围范围内（经筛分取内（经筛分取0.3mm1.2mm的颗粒用于的颗粒用于制造树脂），其中制造树脂），其中0.3mm0.6mm的占的占60%左右，左右，0.6mm1.0mm

12、的占的占30%左右。左右。经过筛分的树脂，应该用经过筛分的树脂，应该用4个指标：范围个指标：范围粒度、有效粒度和均一系数、下限粒度粒度、有效粒度和均一系数、下限粒度（或上限粒度）。（或上限粒度）。15机机械械性性能能l离子交换树脂的机械性能（即保持颗粒的完整离子交换树脂的机械性能（即保持颗粒的完整性），是十分重要的性能。在使用中，如果树性），是十分重要的性能。在使用中，如果树脂颗粒不能保持其完整性，发生破裂或破碎，脂颗粒不能保持其完整性，发生破裂或破碎，会给使用带来困难。主要表现为：破碎树脂在会给使用带来困难。主要表现为：破碎树脂在反洗时排出、细末漏过通流部分进入后续设备，反洗时排出、细末漏过

13、通流部分进入后续设备，结果导致树脂层高下降、交换容量降低、水流结果导致树脂层高下降、交换容量降低、水流阻力增加、污染后续设备中的树脂、系统出水阻力增加、污染后续设备中的树脂、系统出水水质下降、进入高温系统污染水汽品质等。所水质下降、进入高温系统污染水汽品质等。所以应对树脂的机械性能或物理强度有一定要求。以应对树脂的机械性能或物理强度有一定要求。16不可逆膨胀不可逆膨胀l l由于生产过程时间短，高分子链的缠结，由于生产过程时间短，高分子链的缠结，所以未能充分膨胀，经过几个周期的使所以未能充分膨胀，经过几个周期的使用，高分子骨架充分膨胀开，树脂体积用，高分子骨架充分膨胀开，树脂体积才稳定下来。装入

14、交换器的树脂层高度，才稳定下来。装入交换器的树脂层高度，在使用几个期后会增加。因为这种膨胀在使用几个期后会增加。因为这种膨胀是不可逆的，故称不可逆膨胀。是不可逆的，故称不可逆膨胀。17转型膨胀转型膨胀l l 树脂的离子型态不同，其体积也不相同。当树脂从树脂的离子型态不同，其体积也不相同。当树脂从树脂的离子型态不同，其体积也不相同。当树脂从树脂的离子型态不同，其体积也不相同。当树脂从一种离子型态变为另一种离子型态时，树脂的体积就一种离子型态变为另一种离子型态时，树脂的体积就一种离子型态变为另一种离子型态时，树脂的体积就一种离子型态变为另一种离子型态时，树脂的体积就发生了变化。这种变化称为转型膨胀

15、，是一种可逆膨发生了变化。这种变化称为转型膨胀，是一种可逆膨发生了变化。这种变化称为转型膨胀，是一种可逆膨发生了变化。这种变化称为转型膨胀，是一种可逆膨胀。当恢复成原来的离子型态时，树脂的体积也恢复胀。当恢复成原来的离子型态时，树脂的体积也恢复胀。当恢复成原来的离子型态时，树脂的体积也恢复胀。当恢复成原来的离子型态时，树脂的体积也恢复为原来的值。各种离子形态树脂的体积不同、树脂中为原来的值。各种离子形态树脂的体积不同、树脂中为原来的值。各种离子形态树脂的体积不同、树脂中为原来的值。各种离子形态树脂的体积不同、树脂中离子交换基团解离的能力不同以及亲水能力不同等都离子交换基团解离的能力不同以及亲水

16、能力不同等都离子交换基团解离的能力不同以及亲水能力不同等都离子交换基团解离的能力不同以及亲水能力不同等都会引起树脂转型体积变化。如果树脂骨架上某种离子会引起树脂转型体积变化。如果树脂骨架上某种离子会引起树脂转型体积变化。如果树脂骨架上某种离子会引起树脂转型体积变化。如果树脂骨架上某种离子能形成氢键、离子架桥等作用时，会使树脂体积发生能形成氢键、离子架桥等作用时，会使树脂体积发生能形成氢键、离子架桥等作用时，会使树脂体积发生能形成氢键、离子架桥等作用时，会使树脂体积发生较大的变化。较大的变化。较大的变化。较大的变化。18耐热性与抗氧化性耐热性与抗氧化性l l耐热性离子交换树脂的耐热性表示其在耐热

17、性离子交换树脂的耐热性表示其在受热时保持其理化性能的能力通过对耐受热时保持其理化性能的能力通过对耐热性的研究，可以确定：热性的研究，可以确定：l l（1）树脂长期使用的允许温度；）树脂长期使用的允许温度；l l（2）不同离子型态时树脂耐热性的差别；）不同离子型态时树脂耐热性的差别；l l（3）树脂结构和耐热性关系；）树脂结构和耐热性关系；l l（4）热分解产物）热分解产物19离子交换树脂的化学性能离子交换树脂的化学性能l交换容量交换容量l阳离子交换树脂交换容量阳离子交换树脂交换容量l阴离子交换树脂交换容量阴离子交换树脂交换容量l离子交换的选择性离子交换的选择性20交交换换容容量量l质量全交换容

18、量质量全交换容量：l l质量全交换容量通常简称为全交换容量，质量全交换容量通常简称为全交换容量，它表示的是单位质量树脂所具有的全部它表示的是单位质量树脂所具有的全部交换基团的数量。交换基团的数量。l l干基和湿基交换容量干基和湿基交换容量：l l在实际中，经常使用的是湿态树脂的体在实际中，经常使用的是湿态树脂的体积交换容量，它表示单位体积完全浸泡积交换容量，它表示单位体积完全浸泡在水中的树脂所具有的交换基团总量。在水中的树脂所具有的交换基团总量。21 l l基团容量基团容量基团容量基团容量 ：l l 某些离子交换树脂具有两种或两种以上的离子交换树某些离子交换树脂具有两种或两种以上的离子交换树某

19、些离子交换树脂具有两种或两种以上的离子交换树某些离子交换树脂具有两种或两种以上的离子交换树脂基团，它们各有不同的特性。基团交换容量是用来脂基团，它们各有不同的特性。基团交换容量是用来脂基团，它们各有不同的特性。基团交换容量是用来脂基团，它们各有不同的特性。基团交换容量是用来表示质量或单位体积树脂中某种离子交换基团的量表示质量或单位体积树脂中某种离子交换基团的量表示质量或单位体积树脂中某种离子交换基团的量表示质量或单位体积树脂中某种离子交换基团的量（如磺酸基团容量、羧酸基团容量、季胺基团容量、（如磺酸基团容量、羧酸基团容量、季胺基团容量、（如磺酸基团容量、羧酸基团容量、季胺基团容量、（如磺酸基团

20、容量、羧酸基团容量、季胺基团容量、仲胺基团容量等）。仲胺基团容量等）。仲胺基团容量等）。仲胺基团容量等）。l l平衡交换容量平衡交换容量平衡交换容量平衡交换容量 ：l l 用于表示达到平衡状态时单位质量或单位体积的树脂用于表示达到平衡状态时单位质量或单位体积的树脂用于表示达到平衡状态时单位质量或单位体积的树脂用于表示达到平衡状态时单位质量或单位体积的树脂中参于反应的交换基团的量。它表示在给定条件下，中参于反应的交换基团的量。它表示在给定条件下，中参于反应的交换基团的量。它表示在给定条件下，中参于反应的交换基团的量。它表示在给定条件下，该树脂可能发挥的最大交换容量，是离子交换体系的该树脂可能发挥

21、的最大交换容量，是离子交换体系的该树脂可能发挥的最大交换容量，是离子交换体系的该树脂可能发挥的最大交换容量，是离子交换体系的重要参数。重要参数。重要参数。重要参数。l l交换容量和离子型态交换容量和离子型态交换容量和离子型态交换容量和离子型态 ：由于反离子种类不同，每个单：由于反离子种类不同，每个单：由于反离子种类不同，每个单：由于反离子种类不同，每个单元交换基团的质量也不相同元交换基团的质量也不相同元交换基团的质量也不相同元交换基团的质量也不相同22阳离子交换树脂交换容量阳离子交换树脂交换容量l常用强酸阳树脂交换容量测定包括常用强酸阳树脂交换容量测定包括测定全交换容量及基团交换容量，测定全交

22、换容量及基团交换容量，而常用弱酸树脂只测定全交换容量而常用弱酸树脂只测定全交换容量即是弱酸基团容量。即是弱酸基团容量。l l同类树脂同类树脂0017、00110、00114.5的干的干基交换容量随交联度增大而减少。基交换容量随交联度增大而减少。D00116大孔树脂磺化反应温度较其它树大孔树脂磺化反应温度较其它树脂高，其产生弱酸基的量也较大。脂高，其产生弱酸基的量也较大。23阴离子交换树脂交换容量阴离子交换树脂交换容量l阴离子交换树脂交换容量测定包括对强阴离子交换树脂交换容量测定包括对强碱性和弱碱性两种阴树脂的全交换容量、碱性和弱碱性两种阴树脂的全交换容量、强碱基团及弱碱基团容量的测定。强碱基团

23、及弱碱基团容量的测定。l l无论何种聚苯乙烯类阴树脂都存在强、无论何种聚苯乙烯类阴树脂都存在强、弱两种基团，新的强碱性阴离子交换树弱两种基团，新的强碱性阴离子交换树脂中含有约脂中含有约10%的弱碱基团，而弱碱阴的弱碱基团，而弱碱阴树脂中可能含有约树脂中可能含有约15%的强碱基团的强碱基团24离子交换树脂的质量标准l我国离子交换树脂的质量标准：l国家标准l电力行业标准l化工行业标准l中石化行业标准l企业标准25离子交换树脂工艺性能离子交换树脂工艺性能l工作交换容量工作交换容量 l工作交换容量是指在一定条件下，一个交换周期中单工作交换容量是指在一定条件下，一个交换周期中单位体积树脂实现的离子交换量

24、，即从再生型离子交换位体积树脂实现的离子交换量，即从再生型离子交换基团变为失效型基团的量。它可以用下式计算：基团变为失效型基团的量。它可以用下式计算：lq q工工=q v (R=q v (R初初RR残残)l式中：式中：q q工工树脂工作交换容量，树脂工作交换容量，mmol/Lmmol/L；lqvqv树脂体积全交换容量，树脂体积全交换容量，mmol/Lmmol/L；lR R初初整个树脂层平均初始再生度；整个树脂层平均初始再生度；lR R残残整个树脂层平均残余再生度。整个树脂层平均残余再生度。26影响工作交换容量的因素影响工作交换容量的因素l影响影响R R初的因素初的因素 l它包括水源的成分、杂质

25、浓度、温度、流速及对出水它包括水源的成分、杂质浓度、温度、流速及对出水水质要求、树脂层高度、运行方式、设备结构的合理水质要求、树脂层高度、运行方式、设备结构的合理性等。性等。l影响影响R R残的因素残的因素 l水中离子总量水中离子总量 、组成、组成 、运行流速、运行流速 、运行水温、运行水温 、l树脂层高度树脂层高度 ：树脂层高度越大，工作交换容量就越大。：树脂层高度越大，工作交换容量就越大。l树脂的性质树脂的性质 ：除了树脂层高度以外，上述的每一项都：除了树脂层高度以外，上述的每一项都和树脂本身的性质有关，它包括树脂的体积全交换容和树脂本身的性质有关，它包括树脂的体积全交换容量、选择性系数和

26、动力学性质（这些均已在前面作过量、选择性系数和动力学性质（这些均已在前面作过介绍）介绍）27 l再生剂耗、比耗l树脂失效后，用相应的盐、酸或碱再生以恢复其工作能力。一般用再生剂耗（通常分别称为盐耗、酸耗或碱耗）、比耗来衡量树脂再生能力。耗用再生剂量(M)为：lM=cVd(2-8)l式中：d再生剂溶液密度，kg/m3。l再生剂耗的公式为：lR=M/(QI+VR)(2-9)l式中：R再生剂耗，g/mol；l M周期再生剂用量，g；l q工工作交换容量，mol/m3l VR树脂体积，m3。l比耗的计算公式为：lRo=R/Mo (2-10)l式中：Ro比耗，mol/mol（或无量纲）；l R再生剂耗，

27、g/mol；l Mo再生剂摩尔质量数，g/mol。28l自自 用用 水水 率率l自用水率计算公式如下：自用水率计算公式如下：lR RW W=(W=(W1 1+W+W2 2+W+W3 3+W+W4 4)/Q)/QT T*100%100%l式中：式中：RWRW树脂自用水率，树脂自用水率，%；lW W1 1配制再生液用水量，配制再生液用水量，m m3 3；lW W2 2置换用水量，置换用水量，m m3 3；lW W3 3清洗用水量，清洗用水量，m m3 3；lW W4 4反洗用水量，反洗用水量，m m3 3；lQ QT T周期制水量，周期制水量，m m3 3。29使用离子交换树脂应注意的事项使用离子

28、交换树脂应注意的事项停停 运运 长期停用，必须考虑有适当的保护措施防止树脂失水和受冻，还要防止树脂发霉和细菌繁殖定定 期期 检检 查查 定期检查离子交换树脂，可以了解设备工作性能下降的趋势和制水量减少、出水质量变差的原因，还可以预测树脂的寿命，确定树脂是否需要复苏的方法30l离子交换树脂的分离l根据不同树脂可以采用各种浓度的酸、碱或盐溶液作为浮选介质，使分离后的树脂易于再生，特别要指出，被铁严重污染的强碱阴树脂也可能沉于饱和氯化钠溶液的底部，此时应先用浓盐酸（加温）处理后再用饱和盐水使之与阳树脂分离。l动态连续分离效果比静态分离效果好得多31离子交换设备运行中出现的问题离子交换设备运行中出现的

29、问题离子交换设备运行中出现的问题一般表现为：设备出力降低，出水质量恶化或运行经济指标下降。设备出现上述问题后，首先应检查水质的测定方法和结果是否正确，以及运行、再生操作中是否发生异常现象，以确定这种现象是偶然发生还是稳定的出现。偶然的失误，其现象时隐时现，没有明显的规律，需要再细致进行观察才能查出原因。本文主要针对稳定出现的问题进行分析，并提出判断方法。离子交换器投入运行，13月内应进行启动调整试验，6个月内应进行运行调整试验，以确定正常运行工况下的出水质量、设备出力、水流阻力、再生剂耗量、自用水率以及再生条件，作为设备检查的依据。明显偏离上述指标并经常出现时，可以认为该设备发生了故障。32出

30、水水质恶化出水水质恶化 出水质量是衡量化学除盐设备运行工况的主要指标。出水质量恶化是指运行周期中间，除盐水的电导率和SiO2含量明显高于调试结果，不论其水质指标是否合格，都可认为是发生了出水水质恶化现象。当除盐水的电导率和SiO2含量明显增高时，为确定发生问题的原因，需要测定除盐水的pH值，根据测定结果，按图2-1查找发生问题的意义。33出水水质出水水质电导率不合格电导率不合格阴床故障阴床故障出水出水pH9再生无效再生无效再生无效再生无效恢复再生恢复再生恢复再生恢复再生电导率合格电导率合格SiO2不合格不合格阳床故障阳床故障出水出水pH4碱液加温不够碱液加温不够碱液质量恶化碱液质量恶化阴床再生

31、系统故障阴床再生系统故障阴床设备故障阴床设备故障漏入除盐水系统漏入除盐水系统酸再生液或除碳器水酸再生液或除碳器水 阴床再生剂量不足阴床再生剂量不足阴床再生操作不当阴床再生操作不当阴床树脂性能劣化阴床树脂性能劣化阳床再生剂量不足阳床再生剂量不足阳床再生操作不当阳床再生操作不当阳床树脂性能劣化阳床树脂性能劣化阳床树脂流失阳床树脂流失阳床再生系统故障阳床再生系统故障阳床设备故障阳床设备故障碱再生液漏入除盐水系统碱再生液漏入除盐水系统阴床树脂流失阴床树脂流失阴床再生系统故障阴床再生系统故障阴床设备故障阴床设备故障图图2-1 除盐设备出水质量故障判断除盐设备出水质量故障判断 34设备出力降低设备出力降低

32、 除盐设备出力的降低可以分别表现为周期交换离子量的降低和单位时间制水量的降低。周期制水量的增减与原水中离子含量有直接关系，当使用原水水质多变的地表水或多个水源时，尤其应注意原水水质对周期制水量的影响。单位时间制水量的降低一般是离子交换设备水流阻力过大的结果，应及时检查交换器内部的进、出水的布水装置和树脂层是否发生偏斜或污堵，并及时予以消除。当除盐设备发生故障时，首先表现为周期制水量的降低，然后才是出水水质的恶化。串联方式除盐系统可以根据失效使除盐水的指标确定交换量降低的交换器。失效时，出水SiO2含量增加，电导率变化不大者为阴床失效；电导率增加，SiO2含量变化不大者为阳床失效。并联式除盐系统

33、（母管式）应根据每台设备的周期制水量与原水水质计算设备的周期交换量，发现周期交换量明显降低，可以认为该设备发生了故障。发现阳床（或阴床）出力降低时，可按照图2-2除盐设备出力降低故障判断、查找可能的原因。35阳床周期交换量降低阳床周期交换量降低 提高再生剂用量提高再生剂用量阴床周期交换量降低阴床周期交换量降低 提高再生剂用量提高再生剂用量无明显效果无明显效果恢复正常恢复正常树树脂脂流流失失阳阳床床设设备备故故障障树树脂脂性性能能劣劣化化需需要要调调整整再再生生工工况况再再生生剂剂质质量量差差再再生生系系统统故故障障再再生生操操作作故故障障无明显效果无明显效果恢复正常恢复正常需需要要调调整整再再

34、生生工工况况再再生生剂剂质质量量差差再再生生系系统统故故障障再再生生操操作作故故障障除除碳碳器器效效率率低低树树脂脂流流失失树树脂脂性性能能劣劣化化阴阴床床设设备备故故障障图图2-2 除盐设备出力降低故障的判断除盐设备出力降低故障的判断 36运行经济指标降低 运行经济指标的降低主要是再生剂的比耗明显超过正常再生比耗。造成离子交换器再生剂比耗高的主要原因有：a.树脂性能劣化；b.再生剂质量差；c.树脂流失；d.交换器内再生液分配装置损坏；e.再生操作不当；f.原水水质明显变化。37水处理中树脂常见的劣化现象水处理中树脂常见的劣化现象 38离子交换树脂的破损离子交换树脂的破损 造成树脂破损的原因，

35、有制造质量问题，也有运行问题。有的树脂出厂时机械强度比较差，因而使用时严重破损。所以，如何从制造上进一步提高树脂的机械强度是一个问题。属于运行方面的问题如下：1.树脂保存不当 出厂的树脂含有较高的水分。如果在0以下储存时，树脂中的水会结成冰，使树脂体积增大，造成树脂崩裂。某厂树脂储存于室外，由于冻结而使树脂崩裂。在显微镜下观察，绝大多数树脂均为裂球，使用后破碎严重。某厂设备运行不正常又漏水，使树脂忽干忽湿。由于干湿变化，引起树脂颗粒体积收缩、膨胀，从而使树脂机械强度显著降低，破碎严重，造成树脂层阻力增大，影响力设备出力。某厂树脂在室外保存五年，使强碱阴树脂的中性盐分解容量从1100克当量/米3

36、降低到640克当量/米3。在如某厂设备中的树脂，卸出后在露天放置了半年。使用时出水质量比过去下降，阴床出口硅酸根从10微克/升20微克/升增加值50微克/升70微克/升。392.运行流速过高：在使用凝胶型树脂时，过高的运行流速会加速树脂的破损。如某厂混床运行流速120米/时左右，树脂破损严重。一年内树脂大多呈粉末。由于树脂破碎，混床进出口压差高达6公斤/厘米2，以致造成中排装置损坏。3.排水装置存在缺陷：由于排水装置缺陷，造成树脂大量流失。这样的事例，在不少厂均发生过。排水装置存在的缺陷，包括排水帽损坏；两块多孔板之间密封不言；滤网被焊渣烧破等。4.反洗操作不当：反洗操作不当，会造成树脂的流失

37、。如某厂交换器树脂层高为1.5米，在运行中发现周期治水量不断降低，开始怀疑树脂被污染了。后打开交换器人孔检查，发现交换器中树脂层高仅剩0.5米。经检查，确认树脂是反洗时流失了。405.由于氧化而引起树脂的破坏情况：某厂阳床树脂氧化严重，造成运行进出压差增大，取样分析结果见表3.1。表 3.1阳床中不同高度树脂的破碎率 注：新树脂破碎率0.5%。取样部位 树脂层深度(mm)中 南 西 破碎率%50352627200121913400987600654.341离子交换树脂的铁污染离子交换树脂的铁污染 一般的说，造成树脂微孔堵塞的物质有：原水中的悬浮物和微生物。这类污物主要附着在树脂表面，可采用延长

38、反洗时间或利用空气进行辅助清洗的方法除去。造成树脂微孔堵塞的另一类物质为与再生剂形成细的物质。对于阳树脂，当用盐酸再生时，银、铅等化合物会积聚于树脂颗粒内部；再用硫酸再生时，钙、镁等化合物会积聚于树脂颗粒内部，造成树脂微孔的堵塞，引起交换容量的降低和出水质量的恶化。在实际运行中，遇到最多的问题，是铁和硅的污染。421.铁的污染：阴阳树脂在使用中均发生过铁污染的情况。被铁污染的树脂，外观颜色变深，严重者甚至可变为黑色。某厂曾进行过以下试验：将运行中的阴阳树脂用水冲洗，除去表面污物后，取树脂各50毫升，浸泡在10%、15%、25%的盐酸中。24小时后，测定溶液中的铁含量（反复处理三次）。测定结果见

39、表3.2。表3.2 树脂酸洗液中的铁含量 处 理次 数 阳树脂酸洗液中含铁量(毫克/升)阴树脂酸洗液中含铁量(毫克/升)10%HCl 15%HCl 25%HCl 10%HCl 15%HCl 25%HCl 第1次13.7018.7017.9454.90137.95143.44第2次14.3013.0519.5442.3075.9544.54第3次6.607.5510.0434.8039.851.5643树脂被铁污染l如果每100g树脂中含有（150）mg铁，就认为树脂被铁污染了。44 从表3.2可看出，阴树脂吸着的铁比阳树脂大许多倍，这是因为阳树脂在每次用酸再生后，能除去一部分铁的缘故。某厂把新

40、旧树脂在800下灼烧，将灼烧残渣进行x-射线衍射分析，测得新树脂中残渣的主要成分为ZnO（来源于树脂制备时氯化甲基化的催化剂ZnCl2）。旧树脂中，除ZnO外，大部分是Fe2O3。经定量测定，旧树脂中铁含量为0.34%。某厂被铁污染的树脂，用15%HCl 浸泡24小时后，树脂交换容量基本上恢复到原来的水平。处理效果如表3.3所示。表3.3 盐酸处理前后树脂交换容量的变化 毫克当量/克(干)2.硅的污染：有的厂发现，在阴树脂污染物中有较多的SiO2。从测定树脂灰化物中的二氧化硅含量，换算为占干树脂重量1.08%（而新树脂测不出）。交换容量 新树脂 酸洗前旧树脂 酸洗后旧树脂 0017阳树脂 4.

41、494.104.312017阴树脂 3.382.633.0845树脂的氧化和降解树脂的氧化和降解 1.强酸阳树脂的氧化：自来水中的活性氯时造成强酸阳树脂氧化的主要原因。阳树脂氧化后，外观表面为颜色变淡，透明度增加，树脂体积增大（为不可逆膨胀）并破碎，造成树脂层阻力增大，体积交换容量降低（但树脂的质量交换容量不大），出水纯度和pH降低。强酸阳树脂因氧化断链而进入水中的物质（可溶性磺酸低聚物），还可污染其后的强碱阴树脂。现举二例，说明如下：例一：某化学除盐设备的水源为自来水，水中活性氯含量为0.51.0毫克/升，运行一年后，发现阳离子交换器运行工况日趋恶化，表现为：周期制水量迅速降低，由1500吨

42、降至1000吨；酸耗（硫酸再生）由110克/克当量逐渐上升至150克/克当量；交换器运行压差增大。由于问题在一段时间内未得到解决，致使每年损失树脂67吨，多耗硫酸400500吨，两项合计约增加运行费用10万元。46 为了查明原因，进行了以下试验：从阳离子交换其中不同高度取样，测定体积交换容量，结果列于表3.4。表3.4 阳床中不同高度树脂的体积交换容量 注：新树脂交换容量为1.8毫克当量/毫升。从表3.4所列结果可看出，树脂体积交换容量的下降，从树脂的表层看时，随树脂深度的增加，体积交换容量的降低趋缓，符合正流运行树脂从上而下逐渐被活性氯氧化的顺序。取样部位树脂层深度(mm)中 南 西 体积交

43、换容量 毫克当量/毫升 500.820.930.632000.891.030.844001.141.161.186001.331.561.3647 此外，还对阳床一个运行周期中进出水中活性氯含量的变化进行了测定。从试验中可看出，在阳床运行的一个周期中，出水较进水活性氯降低100%80%。也就是说，进水中活性氯全部消耗在氧化阳树脂上，因而造成了阳树脂的损坏。例二：国内某除盐设备使用自来水，水中活性氯含量有时高达0.5毫克/升，造成强酸阳树脂氧化。用甲基绿的方法测定出在阳床出水中含有磺酸低聚物，说明强酸性阳树脂发生了断链。国外的数据也说明：当原水活性氯含量为0.60.7毫克/升时，几个月内强酸阳树

44、脂即有明显的氧化。因此要求进入化学除盐装置的水中，活性氯的含量应小于0.1毫克/升。482.强碱阴树脂的降解 运行中，发现型强碱阴树脂较普遍存在交换基团的降解问题。某厂测定结果列于表3.5表3.5 型强碱阴树脂交换容量降低情况 单位：mmol/g(干)从表3.5可看出，型强碱阴树脂使用一年后，全交换容量下降了约22%，其中强碱基团下降了66%，并有47%转化为弱碱基团容量。运 行 时 间0月3月6月9月12月全 交 换 容 量 3.473.262.892.762.68强型基团容量 2.872.321.721.620.95弱型基团容量0.601.241.351.141.8649 由于交换基团的降

45、解而引起含水量降低的情况见表3.6。表3.6 使用中因树脂含水量降低情况（氢氧型型强碱树脂）样品来源 新树脂含水量（%）旧树脂含水量（%）A厂 49.2134.31B厂 49.2140.46C厂 51.6433.9550凝胶型强碱阴树脂的有机物污染凝胶型强碱阴树脂的有机物污染 凝胶型强碱阴树脂的有机物污染是化学除盐系统遇到的较普遍的问题之一。如某电厂，其原水为江水（受化工厂排水污染），经凝聚处理后，除盐设备进水的耗氧量为1.96.4毫克/升O2。运行初期，强碱阴床的周期制水量为25003000米3，一年半后降低到12002000米3，降低约30%。再如某厂，原水为河水，其耗氧量一般为56毫克/

46、升O2，经石灰、凝聚后降至23毫克/升O2，除盐设备运行后发现树脂颜色逐渐变深，出水SiO2提前漏过，强碱阴床周期至数量不断降低。为此，被迫对强碱阴树脂进行多次复苏处理。再如某厂，原水为自来水，其耗氧量在3毫克/升O2左右。运行后发现2017强碱阴树脂色泽变深，运行9个月交换容量降低约20%；运行一年多，树脂呈炭黑色，再生度仅为8%。为此被迫更换新树脂。51 上述几例可以充分说明，强碱阴树脂的有机物污染问题，是化学除盐系统中一个十分重要的问题。强碱阴树脂有机物污染后的特征如下：1.强碱阴树脂被有机物污染后树脂颜色变深；2.树脂交换容量明显降低；3.阴床出水水质恶化；4.清洗水来能够增加，清洗时

47、间增长。52离子交换树脂使用寿命的判断离子交换树脂使用寿命的判断 所谓离子交换树脂的使用寿命包括两个内容：安全寿命和经济寿命。安全寿命：既当离子交换树脂性能劣化到一定程度时，继续使用会对水处理系统的安全造成危害，该树脂必须报废。经济寿命：既当离子交换树脂性能劣化到还没有报废的程度，但经济分析的结果显示继续使用该树脂己经不经济时，该树脂就应更换。53第一节离子交换树脂使用的安全寿命指标第一节离子交换树脂使用的安全寿命指标1.0017强酸性阳离子交树脂使用的安全寿命指标 在含水率和工作交换容量下降率的关系的研究中己经得出，当0017强酸性阳离子交树脂的含水量劣化到60%时，树脂己接近安全临界，可作

48、报废处理，这时工作交换容量下降率约为0.25。将工作交换容量下降率0.25分别代入式(4-2)、式(4-3)和式(4-4)，就可得出0017强酸性阳离子交树脂使用的安全寿命指标。结果见表5-1。表5-1 0017强酸性阳离子交树脂使用的安全寿命指标 项 目 报废的安全寿命指标 说 明 工作交换容量下降率0.25与新树脂相比 含 水 量%60 钠型 体积交换容量下降率0.25 与新树脂相比 含铁量 g/g(湿树脂)9500 见报废规则 圆 球 率%80 见报废规则 542.2017强碱性阴离子交树脂使用的安全寿命指标 在强型基团容量劣化和工作交换容量下降率的关系的研究中己经得出，当2017强碱性

49、阴离子交树脂的强型基团容量劣化下降到50%时，树脂己接近安全临界，可作报废处理，这时工作交换容量下降率约为0.16。将工作交换容量下降率0.16分别代入式(4-6)、式(4-7)和式(4-8)，就可得出2017强碱性阴离子交树脂使用寿命的安全性指标。结果如下：表5-2 2017强碱性阴离子交树脂使用的安全寿命指标 项 目 报废的安全寿命指标 说 明 工作交换容量下降率0.16与新树脂相比 含 水 量%40钠型 强型基团容量下降率0.55 与新树脂相比 含铁量 g/g(湿树脂)6000 见报废规则 圆 球 率%80 见报废规则 有机物污染(COD)Mn mgO2/LR 2500见报废规则55第一

50、节离子交换树脂使用的经济寿命指标第一节离子交换树脂使用的经济寿命指标 离子交换树脂随着使用时间的延长和一些污染因素的影响，树脂理化性能会逐渐劣化，其结果是树脂的工作交换容量下降或周期制水量下降。而要保持额定的制水量，势必增加树脂的再生次数或提高树脂的再生水平，从而使交换器的酸碱耗和自用水率增大，运行费用上升，离子交换器运行的经济性受到影响，最终导致树脂不能正常使用而更换。决定树脂是否需要更换的主要依据是树脂能否经济运行。本节对以下两点进行研究：(1)树脂劣化使离子交换器运行费用增加的主要因素；(2)使用劣化的旧树脂所增加的额外费用与购买新树脂投资回收年限的经济比较。通过分析找出树脂的劣化与其经