江苏苏青离子交换树脂设计指导手册

江苏苏青离子交换数脂设计指导手册离子交换树脂的基本性能离子交换树脂的基本性能包括以下几个方面，现分别简述如下：一、树脂的外观新的树脂因结构、基团、离子形态、制造工艺等因素的不同，而有黄色、褐色、白色、棕色、黑色、灰色等各种颜色，以满足具体使用中不同场合的需要。常用水处理用的树脂外观一般为：凝胶型的苯乙烯系树脂一般为透明的淡黄色颗粒；而大孔树脂则为不透明（或微透明）颗粒；大孔苯乙烯系阳树脂一般为淡黄色或淡灰褐色颗粒，大孔苯乙烯系阴树脂为白色颗粒；丙烯酸系的树脂为白色或乳白色颗粒。同一种树脂在不同的离子形态时会发生颜色上的变化，如001x7树脂由再生态到失效态时的颜色是由深到淡，由失效态到再生态，又由淡到深。这种变化是可以逆转的，树脂受污染时，其颜色也会发生根本性的变化，其颜色的变化程度一般与树脂受污染的程度成正比，并且较难逆转。因此，树脂在使用的过程中，要随时留意其颜色上的变化，以判断树脂污染的程度。如201x7树脂受铁或有机物污染时，颜色变深甚至黑褐色。001x7树脂受氧化剂破坏时，其树脂交联和交换基团都将被氧化，树脂的颜色也将变淡，树脂体积增大，由此树脂易碎和体积交换容量下降。二、粒度树脂的粒度大小和均匀性，对运行的影响较大。粒度大，比表面积就小，交换速度就慢；粒度太小，虽然交换速度快，但是，运行时的阻力又大；因此，国家标准根据不同的交换器床型（不同床型的运行流速不同）相对应的树脂型号，规定了相对较合理的粒径范围（参考国标）。三、树脂的溶胀及转型体积改变率树脂在干燥的状态下（惰性树脂除外），遇水会迅速膨胀。因此，当树脂脱水时，不能直接与水接触，而要用饱和的食盐水浸泡，减缓膨胀速度，防止树脂的破裂。树脂不同的交联度，其膨胀系数也不同，体积改变率的大小与交联度成反比。交换容量的大小与溶胀率成正比。可交换离子价数越高，溶胀率越小。同价离子，水合能力越强，溶胀率越大。当然，树脂转型膨胀率的规律在实际的应用中较为复杂，因为它往往是多种离子间的交换。但这些规律的掌握，对设计不同交换器床型预留的膨胀空间具有重要的参考价值（尤其像双室固定床、双室浮动床等）。四、水分一定离子型态的树脂其颗粒内所含的平衡水量是该树脂的固有特性。同种树脂，不同的离子型态，其含水量也是不同的。为此，国家标准也规定了各种树脂在特定的离子型态下的含水量。树脂在使用的过程中，随着各种因素对树脂的损害，其含水量也会发生变化。因此，树脂含水量的变化大小，也是判断树脂受损性程度的依据之一。五、密度树脂的密度是其使用中经常要用的数据。由于树脂基本上都是在湿态下运行，所以最常用的是湿真密度和湿视密度两种。湿真密度是指单位真体积湿态树脂的质量。真体积是指树脂颗粒本身所占有的体积，不包括颗粒间空隙的体积。同批树脂，不同的粒径，其湿真密度是相同的。湿真密度决定树脂的沉降速度，也直接影响反洗膨胀率的特性。因此，在对反洗分层有严格要求的混床、双层床、三层床树脂，对其湿真密度也有较严格的范围要求。湿视密度是指单位视体积湿态树脂的质量。视体积也称堆积体积或表观体积，它包含树脂颗粒本身的固有体积及颗粒间的空隙体积。同批树脂，不同的粒度，其湿视密度是不同的。树脂装填时重量和体积之间的换算，都是用湿视密度来进行换算的。根据湿真密度和湿真密度，可以按下式估算出树脂层里的空隙率：P＝1-d视/d真式中：P指树脂的空隙率；d视指树脂的视密度；d真指树脂的真密度；六、交换容量树脂的交换容量有多种表示方法，最常用的有重量全交换容量、体积全交换容量、工作交换容量等。全交是反应树脂的固有的容量大小，是一个定值。而工交则是表现树脂在实际工作时能力的大小，它是一个变量，由众多的现场因素所决定，与工艺设计、设备制作、操作方法、再生剂质量、人为因素、介质好坏等等因素相关联，后面将陆续介绍。七、耐热性各种树脂对温度的承受范围各不相同，超过此值，对其寿命就有一定的影响。在常温（10-30℃）下，树脂的基本性能不会发生改变，但在非常温下，树脂会发生一些改变。树脂耐热稳定性的一般规律是：阳树脂要比阴树脂的耐温性要好；加成聚合的树脂要比缩聚反应制作的树脂耐温性要好；盐型树脂要比游离酸或游离碱型树脂的耐温要好（弱酸、弱碱树脂除外）；Ⅰ型强碱树脂要比Ⅱ强碱树脂的耐温性要好；弱碱树脂要比强碱树脂的耐温性要好；苯乙烯系树脂要比丙烯酸系树脂的耐温性要好。水处理最常用的几种树脂的一般要求（实际使用中并没有这么高的温度）：阳树脂的耐温性较好，强酸阳树脂可耐120℃的温度；弱酸阳树脂可控制在80℃；苯乙烯系的强碱树脂的温度不超过60℃，弱碱树脂的温度不超过80℃；丙烯酸系的强碱树脂的温度以不超过35℃为佳。了解这些常用树脂的耐温特性，对在设计初期的树脂的选型有一定的参考价值。八、树脂的抗冻性根据实际的经验，大孔树脂的抗冻性优于凝胶型树脂，凝胶型阴树脂的抗冻性比阳树脂好；树脂在水中的抗冻性比其置于空气中要好。树脂在不同状态下的保存方法，在后面将有介绍。离子交换树脂的使用提高树脂的理化性能指标，其目的都是为了使树脂在实际的应用中的正常运作，发挥出高的交换容量，制出优良的水质。实践表明，再好的树脂，必须要有科学完美的设计理念来保证，也要有合理正确的使用方法来执行，才能使树脂的运行工艺正常进行，发挥出最佳的效益。苏青公司综合几十年的运行经验，对树脂在各行各业出现的问题和注意事项加以分析和总结，提供给客户，作为实际运行中的参考苏青牌离子交换树脂在水处理行业上的应用离子交换树脂最大的市场，目前仍然在水处理的应用上。随着环境的污染，水质越来越呈现恶化的趋势。但同时，各行各业对水的质量要求也越来越高，对树脂的质量要求也越来越严。因此，在提高纯水质量方法上，树脂仍然是最佳选择。现对目前最常用的几种水处理工艺作简要的介绍。一、离子交换床型的分类：工业上的常用床型的大致分类如下：---逆流再生床—单室固定床、双层床、双室固定床对流再生——浮动床——单室浮动床、双室浮动床固定床--——顺流再生——单室固定床——双流再生床单室固定床——双流式单室床床型混合床移动床流动床在上图的分类中，顺流再生单室固定床、逆流再生单室固定床、单室浮动床都是一台交换器使用一种类型树脂，属于单一树脂的除盐工艺；而双层床、双室固定床、双室浮动床、则属于强、弱联合除盐工艺。现对上述主要常用的几种床型作介绍，并且对原水的进水水质和再生剂质量要求特说明如下：1、原水进水水质要求项目数据（GBJ109-87）超标后果浊度固定床顺流再生＜5mg/l固定床逆流再生＜2mg/l增加床体的压差，出力下降活性氯＜0.1mg/l造成阳树脂被氧化、断链，树脂强度急剧下降耗氧量（CODMn）＜2mg/l强阴树脂被污染，正洗时间大幅延长，周期制水量下降含铁量一级除盐系统＜0.3mg/l混床＜0.1mg/l树脂容量下降，出水水质恶化2、再生剂质量指标2.1、再生用工业HCl质量指标项目指标总酸度%≥31铁%≤0.012.2、再生用离子膜NaOH质量指标项目指标NaOH%≥30NaCl%≤0.01Fe2O3%≤0.001Na2CO3%≤0.2二、顺流再生固定床1、顺流再生固定床的优点：由于其运行和再生的方向相同，原水水流和再生液都是从上而下流过树脂层，因此，其操作方便，设备制作也相对简单。2、顺流再生固定床的缺点：由于再生的方向和运行的方向相同，再生后保护层的树脂再生率比逆流再生方式的低很多。而出水水质的好坏，又直接与出水处保护层树脂的再生率有关，所以，这种再生率不高的再生方式决定了出水质量不好。为了使保护层中的失效型树脂的含量尽可能的降低，只有增加再生剂的用量，以保证出水的水质，故运行费用较高。目前，这种床型大多用于软化水的制备或对水质要求不是很严格的生产上。3、顺流再生的操作步骤：操作步骤一般由反洗、再生、置换、正洗、运行五个主要步序组成：3.1、反洗:反洗的目的是为了将树脂运行了一个周期所截留的悬浮物清除干净，并松动树脂层，防止树脂结块，为再生作准备。3.2、再生:再生的目的是将失效的树脂恢复交换容量的过程。再生效率的高低是影响出水质量和周期制水量的关键。3.3、置换：用置换水按再生液的流程继续对树脂进行冲洗，使树脂上部的空间及树脂层中间再生液充分发挥作用，不至于浪费再生剂，并缩短后续的正洗时间。置换用水一般都用本工艺所制的水充当。置换流速与再生流速相同。3.4、正洗：由于置换的流速较慢，时间也较短（一般60min左右），并且大量的再生剂在置换的过程中都得以利用，因此，在置换后都用该床的进水对树脂进行冲洗，直到出水合格，正洗结束。正洗流速与运行流速相同。3.5、运行：完成上述步骤后，床体可以正式投入运行。通常情况下，我们把离子交换器从运行交换过程开始到正洗结束所累加的时间称为交换器的一个工作周期。4、离子交换顺流再生软化和除盐工艺的各树脂参数列表如下：操作步骤项目强酸阳树脂强碱阴树脂弱酸阳树脂弱碱阴树脂水质清水阳床出水或清水清水清水流速m/h15-208-1010-155-8时间min20-3010-2020-3020-30反洗膨胀率%70-10070-10070-10070-100反洗反洗终点出水澄清出水澄清出水澄清出水澄清排水沉降将树脂层面的水位降低到距树脂20cm处再生剂HClNaClNaOHHClNaOH稀释用水所制水软化水所制水所制水所制水再生剂用量g/mol70-80100-120100-1204040-50浓度%3-45-82.5-3.52-2.52-3再生再生流速4-64-64-63-54-6m/h最佳温度℃常温30常温常温水质纯水软化水纯水纯水纯水时间min40-50306030-4060置换流速m/h4-64-64-63-54-6水质原水原水阳床出水原水阳床出水时间min15-2020约20-3020-30约20-30流速m/h2020202015-20正洗终点Na+≤500mg/l硬度≤0.03mmmol/l硅≤100mg/l电导率≤10us/cm用户根据要求不同自定Cl-≤0.01mmmol/l流速m/h2020202020温度℃常温常温常温常温运行失效终点Na+≥500mg/l硬度硬度≥0.03mmmol/l硅≥100mg/l电导率≥10us/cm用户根据要求不同自定Cl-≤0.01mmmol/l注：有关硫酸的再生方法和有关参数，后面有关章节将有专门详细的介绍。5、顺流再生常见的故障：可能由于以下的原因，会导致出水质量不达标和周期制水量减少的情况发生，用户可对照下面的情况，寻找原因：5.1、顺流再生软化水处理：5.1.1、周期制水量逐渐减少：a、食盐用量不足，没有达到70-80g/mol的标准；b、配制食盐的水质太差或盐中的杂质含量太多，应改善盐的质量和水的质量；c、正洗时间过长，损失了树脂的交换容量，严控正洗时间；d、树脂受铁、铝等金属污染中毒，用7%的盐酸溶液浸泡复苏；e、树脂结块，反洗效果不好，产生偏流，导致再生效果差。加强反洗效果，控制合适的反洗膨胀率和反洗时间。5.1.2、出水硬度突然不合格：a、设备里的防腐层脱落，有铁离子带入水中，造成分析上的错觉，应检查防腐层是否正常；b、进、出水阀门串漏，进水漏入出水中，检查阀门的严密性；5.1.3、再生剂耗量过大，超过正常值：a、树脂中毒污染，用7%的盐酸浸泡复苏；b、再生的流速过快，树脂的接触时间不够，交换不彻底，将再生时间调到正常值；5.1.4、正洗长时间不合格：a、正洗流量太小，将流量调至正常范围内；b、检查进出水串联阀是否渗漏；c、树脂有否漏空现象，控制进出水流量的平衡；三、逆流再生固定床逆流再生是对流再生的一种（a,一种是运行自上而下，再生时自下而上，如双室固定床；b,另一种是运行自下而上，再生时则自上而下，如双室浮动床），运行时水流的方向自上而下，再生时，再生液的流向则自下而上，故叫对流再生。再生和置换时离子交换树脂不发生乱层是保证逆流再生的关键。为此，对逆流再生有一定的严格要求，特别是压脂层树脂高度和再生流速。对流交换器其实和顺流交换器大致相同，最主要的不同之处在于其有压脂层，并且设有中间排水装置，中排装置在树