工业水处理技术问答—纯水一号

工业水处理技术问答—纯水一号水是大自然赐给人类珍贵的资源，我们的祖先很早就知道充分利用水资源，表现生活的智慧，也传递了水的文化。水---滋润着世间万物，孕育着芸芸众生，承载着地球上所有生命的希望，随着社会不断发展，水资源已无法承受人类无度的索取和肆意的破坏，水体污染，水资源紧缺，已严重威胁到经济的发展和人类健康的生活环境。随着工业水处理的快速发展，工业超纯水设备已经广泛的应用在工业水处理的各行各业。对此深圳纯水一号技术人员做出了以下有关工业水处理技术的一些相关性回答：1、什么叫离子交换剂?可分哪几类?凡是能够与溶液中的阳离子或阴离子具有交换能力的物质都称为离子交换剂。离子交换剂分无机质类和有机质类两大类。无机质类又可分天然的——如海绿砂;人造的——如合成沸石。有机质类又分碳质和合成树脂两类。其中碳质类如磺化煤等;合成树脂类分阳离子型——如强酸性和弱酸性树脂;阴离子型——如强碱性(I、Ⅱ型)和弱碱性树脂;其他类型的有氧化还原型树脂、两性树脂和螯合树脂等类。2、离子交换树脂发展的简况怎样?离子交换现象早在18世纪中期就为汤普森(Thompson)所发现。直至1935年亚当斯(Aclams)和霍姆斯(Holmes)研究合成了具有离子交换功能的高分子材料，即第一批离子交换树脂——聚酚醛系强酸性阳离子交换树脂和聚苯胺醛系弱碱性阴离子交换树脂。离子交换树脂的大发展主要是在第二次世界大战以后。当时美国和英国一些公司成功地地合成了聚苯乙烯系阳离子交换树脂，在此基础上又陆续开发了交换容量高、物理-化学稳定性好的其他聚苯乙烯系离子树脂，相继又开发了聚丙烯酸系阳离子树脂。20世纪60年代，离子交换树脂的发展又取得了重要突破，美国罗姆-哈斯公司(RohmanesHass)和德国拜耳公司(Bayer)合成了一系列物理结构和过去完全不同的大孔结构离子交换树脂。这类树脂除具有普通离子交换树脂的交换基团外，同时还有像无机和碳质吸附剂及催化剂那样的大孔型毛细孔结构，使离子交换树脂兼具了离子交换和吸附的功能，为离子交换树脂的广泛应用开辟了新的前景。离子交换树脂和它的应用技术的发展一直是相互促进、互相依赖的。承受离子交换树脂的发展，树脂应用技术也在不断改善，开始是间歇式工艺，很快就发展到固定床工艺，20世纪60年代后逆流技术及连续式离子交换工艺，双层床技术等获得了很快的发展，这些新的应用技术和工艺的开发，使离子交换树脂在许多领域的应用更加有效的经济。20世纪70年代后，人们正以极大的兴趣，注意着热再生离子交换技术的发展。3、离子交换树脂有哪些主要性能?离子交换树脂是高分子化合物，所以它的性能因制造工艺、原料配方、聚合温度、交联剂等的不同而不同，其主要性能分为两部分。(1)物理性能①外观树脂是一种透明或半透明的物质，因其组成不同，颜色各异，如苯乙烯树脂呈黄色，也有呈黑色和赤褐色的，但对性能影响不大。一般情况下，原料杂质多或交联剂多，树脂的颜色稍深(但树脂在运行过程中，因为各种原因有时颜色也会变化)。树脂外形呈球状，要求圆球率达到90%以上。②粒度树脂颗粒的大小将影响交换速度、压力损失、反洗效果等。颗粒大小不能相差太大。用于水处理的离子交换树脂的颗粒以20～40目为宜。粒度的表示方法以有效粒径和不均匀系数来表示。③密度关系到水处理工艺和树脂装填量。密度的表示方法有：干真密度(一般1.6g/cm3左右)、湿真密度(一般1.04～1.30g/cm3之间)、视湿密度(一般在0.60～0.80g/cm3之间)。④含水率树脂的含水率越大，表示孔隙率越大，交联度越小。⑤溶胀率树脂浸水之后要溶胀，它与交联度、活性基团、交换容量、水中电解质密度、可交换离子的性质等有关。树脂在交换与再生过程中会发生胀缩现象，多次胀缩树脂易碎裂。⑥耐磨性反映树脂的机械强度。它应保证每年树脂耗量不超过7%。⑦溶解性树脂内含有低聚合物要逐渐溶解，在树脂使用过程中也会发生胶溶。⑧耐热性阳树脂耐温100℃左右，强碱性阴树脂可耐60℃，弱碱性阴树脂可耐温80℃。但在低于或等于0℃时，易结冰而破碎。⑨导电性干树脂不导电，湿树脂可电导。(2)化学性能①离子交换树脂的交换反应具有可逆性，因此既可以交换，也可以再生，可反复使用。②具有酸、碱性。H+型阳离子交换树脂和OH-型阴离子交换树脂等的性能与电解质酸、碱相同，在水中能电离出H+和OH-的能力。③具有中和与水解性能。因它具电解质性质，能与酸、碱进行中和反应，也能进行水解。④离子交换树脂吸着各种离子的能力不一，具有选择性。⑤交换容量。表示其交换离子量的多少。根据树脂的形态可分平衡交换容量、全交换容量、工作交换容量等。4、离子交换树脂的结构是怎样的?离子交换树脂结构主要由高分子骨架和活性基团两部分组成。(1)高分子骨架也称母体结构，它具有网状结构，是不溶于酸或碱的高分子物质。高分子骨架按其聚合单体可以分为苯乙烯系、酚醛系及丙烯酸系等。(2)活性基团它牢固地结合在高分子骨架上，由不能自由移动的官能团离子和可以自由移动的可交换离子两部分组成。其中：①官能团离子决定离子交换树脂的“酸”、“碱”性和交换能力的强弱。官能团离子是强酸的(-SO3-)，就叫强酸性离子交换树脂;是强碱的(≡N+)，就叫强碱性离子交换树脂。同样，按官能团离子的性质，还可以有弱酸(-COO-)，弱碱(-NH2+)和其他类型的离子交换树脂。②可交换离子。现代交换理论把离子交换树脂看做是一种胶体型物质：高分子骨架是“胶核”，活性基团作为高分子骨架表面的“双电层”，官能团和部分可交换离子组成吸附层，另一部分可交换离子组成扩散层。由于可交换离子组成吸附层，另一部分可交换离子组成扩散层。由于可交换离子是可以自由移动的，因而可以与水中同符号的离子发生交换反应。如果离子交换树脂上的可交换离子为阳离子，例如H+，就叫H型阳离子交换树脂;如果可交换离子为阴离子，例如OH-，就叫OH型阴离子交换树脂。其余可依次类推。5、离子交换树脂为什么制成球形?离子交换树脂根据需要，可以制成粉状，不规则的颗粒或球状。但在化学水处理中使用的离子交换树脂是球状的。由于球状树脂制造简单，在采用悬浮聚合时，可以直接制成球形。在体积相同的情况下，球状树脂的表面积最大，有利于提高交换能力。球状树脂充填性好，阻力较均匀，使树脂层各处的流量较均匀;而且水通过球状树脂层压力损失小，树脂的磨损也小。树脂成球状的质量分数通常用圆球率表示，一般要求圆球率在90%以上。6、离子交换树脂的粒度及均匀性对水处理有什么影响?树脂粒度的大小，对水处理工艺有较大的影响，树脂颗粒过大，则使交换速度减慢;树脂颗粒过小，又会使水通过树脂层的压力损失增大。树脂的粒度应均匀，否则由于小颗粒树脂堵塞了大颗粒间的孔隙，会使水流不均和阻力增大。另外，树脂粒度不均匀也使反洗操作不易控制;反洗流速过大会冲掉小颗粒树脂;而反洗流速过小，又不能松动大颗粒树脂，使反洗效果变差。一般水处理使用的树脂粒度以20～40目为宜，也就是0.3～1.2mm。在高流速装置中要求粒度范围更窄，约0.45～0.65mm，这可使流体阻力更小，同时树脂球粒的耐压强度较一致。7、什么叫离子交换树脂的溶胀性?它与什么因素有关?离子交换树脂是亲水性高分子化合物，当将干的离子交换树脂浸入水中时，其体积常常要变大，这种现象称为溶胀，使离子交换树脂含有水分。由于树脂具有这种性能，因而在其交换和再生过程中会发生胀缩现象，多次的胀缩就容易促使颗粒破裂。影响离子交换树脂溶胀的因素有：(1)交联度。高交联度树脂的溶胀能力较低。(2)活性基团。活性基团易电离，即交换容量愈高，树脂的溶胀性越大。(3)溶液浓度。溶液中电解质浓度越大，树脂内外溶液的渗透压差反而减小，树脂的溶胀就小，所以对于“失水”的树脂，应将其先浸泡在饱和食盐水中，使树脂缓慢膨胀，不致破碎，就是基于上述道理。一般讲，强酸性阳离子交换树脂由Na型变成H型，强碱阴离子交换树脂由Cl型变成OH型，其体积均增加约5%。8、什么是离子交换树脂的选择性?有什么规律性?由于离子交换树脂对于水中各种离子吸着(或吸附)的能力不相同，对于其中一些离子很容易被吸着，而对另一些离子却很难吸着。被树脂吸着的离子，在再生的时候，有的离子很容易被置换下来，而有的却很难被置换。离子交换树脂的上述这种性能称之为选择性。树脂的选择性在实际水处理运行中，将影响离子交换过程和树脂的再生过程。离子交换树脂的选择性有其一定的规律性，例如，水中离子载的电荷越大，就越易被离子交换树脂吸着。反之，如果离子的电荷越小，就越不容易被吸着，如二价的离子比一价的离子更易被吸着。但如果离子载有相同的电荷时，原子序数大的元素所形成的离子的水合半径小，就容易被离子交换树脂所吸着。在含盐量不太高的水溶液中，常见离子的选择性次序为：(1)对于强酸性阳离子交换树脂：Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+≈NH4+Na+H+Li+;(2)对于强碱性阴离子交换树脂：SO42-NO3-Cl-OH-F-HCO3-HsiO3-;(3)对于弱酸性阳离子树脂：H+Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+Na+Li+;(4)对于弱碱性阴离子交换树脂：OH-SO42-NO3-PO43-Cl-HCO3-HsiO3-。但必须指出，选择性能还与离子交换树脂的活性基团有关。9、如何选择离子交换树脂?选择离子交换树脂的一般原则是选择交换容量大、容易再生、而且使用耐久的树脂。具体来说：(1)交换容量是离子交换树脂性能的一个重要指标，交换容易越大则同体积的树脂能吸附的离子越多，一个交换周期的制水量也越大。一般来说，弱酸或弱碱性树脂比强酸或强碱性的树脂交换容量大。另外，在同类树脂中，由于树脂的交联度不同，交换容量也不同。一般交联度小的树脂交换容量大;交联度大的树脂交换容量小。因此在选择树脂时要注意。(2)要根据原水中需要去除离子的性质来选择树脂。如果只需要去除水中交换吸附性弱的离子时，则必须选用强酸或强碱性树脂。(3)要根据出水水质要求来选择树脂。如果只需要部分除盐的系统，可以选用强酸性阳树脂和弱碱性阴树脂配合使用。对于必须完全除盐的纯水或高纯水系统，则要选择吸附性最强的强酸性阳离子交换树脂和旨碱性阴离子交换树脂配合使用，以去除较难吸附的离子。(4)要根据原水中杂质的成分来选择树脂。如原水中有机物较多，或去除离子的半径较大时，应选用交联网孔直径较大的树脂。尽量选择高强度多孔性树脂。(5)用于混合床的树脂，较多的是强酸-强碱性树脂的组合。但要考虑混合床树脂再生时分层容易，因此，要求两种树脂的湿真密度之差应大一些，一般应不小于15%～20%。另外，还要考虑到混合床运行时交换流速比较大，树脂磨损较为严重的情况，故应选择耐磨性的树脂。(6)要根据除盐水工艺要求来选择树脂。例如双室床，选用强、弱性树脂配合使用，因为弱性树脂容易再生，对再生剂的质量要求也比较低，可以利用强性树脂再生后的再生液来再生弱性树脂，这样，再生剂的消耗低，制水成本低。10、什么是离子交换树脂的全交换容量和工作交换容量?将离子交换树脂中所有的活性基团都变成可交换离子之后，而把这些可交换离子全部交换下来的容量称全交换容量。因此，全交换容量也即表示离子交换树脂中能够起交换作用的活性基团的总数。离子交换树脂的工作交换容量是在水处理的实际运行条件下(或模拟条件下)，也就是离子交换树脂在动态的工作状态下测得的交换容量。由此可知，运行条件不同，测得的工作交换容量也就不同，影响工作交换容量的因素很多，例如，水的离子浓度、交换终点的控制指标、树脂层的高度、交换速度以及交换基团的形式等。在实际使用中，树脂的工作交换容量更有意义，但全交换容量与工作交换容量没有固定的比值关系，因此，不能以全交换容量去推算工作交换容量。此外，还有平衡交换容量，也就是离子交换树脂在水溶液中到达交换平衡状态时的交换容量。11、大孔型树脂有什么特点?大孔型树脂是在凝胶型树脂制备的基础上改进发展制得，它的特点：(1)树脂的结构上，存在永久性微孔。其大小、孔道的数量和分布情况，是根据需要在制备过程中通过致孔剂来