树脂的性能

树脂性能和容量的差异可以从正常的年损耗率预期离子交换树脂。可预期的典型损耗包括:(1)强损耗阳离子树脂: 3年每年3%或1,000,000女孩/立方英尺;(2)强阴离子树脂:每年25%，为期两年或1,000,000女孩/立方英尺;(3)弱阳离子/阴离子:每年10%，连续两年或75万gal / cu。树脂交换容量的持续下降是作业者关注的问题，原因如下:

不适当的回流。如果使用了过高的反冲洗流速，则在反冲洗步骤中会发生树脂从容器中喷出的情况。此流量取决于温度，必须进行相应的调节。此外，必须分配足够的时间进行反冲洗，以确保化学注射前床的清洁。

通灵。乳沟和沟槽树脂床可由错误的操作程序或堵塞的床或排水不足引起。这可能意味着正在处理的溶液沿着阻力最小的路径，穿过这些沟槽，并且不能与床层其他部分的活性基团接触。

不正确的化学应用。当再生剂的浓度过高或过低时，树脂的容量会受到影响。在化学应用过程中要考虑的另一个重要参数是再生分布器的位置。如果分布器位于树脂床上方太高，再生化学物质会在容器中发生过度稀释。一个建议

机械应变。在使用过程中，当破碎的珠粒和细粒迁移到树脂床的顶部时，会产生机械应变，从而导致沟槽、压降增加或过早突破。两者的结合

树脂污染。除了前面列出的容量损失的物理原因外，还有一些化学原因引起的问题值得注意，特别是可能发现的几种形式的树脂污染。

当有机物沉淀到基本交换位点时，阴离子树脂上就会发生有机污染。再生效率随之降低，从而降低了树脂的交换容量。有机污垢的原因是富里酸、腐殖酸或单宁酸或阳离子树脂DVB(二乙烯基苯)交联材料的降解产物。DVB通过氧化降解，并引起下游阴离子树脂的不可逆污染。

铁垢是由两种形式引起的铁离子；所述不溶形式将涂覆在树脂珠表面，所述可溶形式可交换并附着在树脂珠上的交换位点上。这些交换的离子可以被后续的循环和氧化

二氧化硅污垢是不溶性二氧化硅在阴离子树脂上的积累。这是由不适当的再生引起的，它允许硅酸盐(离子形式)水解为可溶性的硅酸，而硅酸又与珠子聚合形成胶体硅酸。弱碱阴离子树脂与强碱阴离子树脂中的含硅废碱再生时，除非中间部分发生氧化硅污染

当有机化合物、氨、硝酸盐等集中在树脂上支持微生物生长时，微生物污染(MB)成为一个潜在的问题。MB污染的标志是压降增加，分配器分支堵塞，处理过的水受到高度污染。

硫酸钙污染发生时，用硫酸再生阳离子交换器在喝了高钙的水之后。形成的硫酸钙(石膏)沉淀物会在后续的运行过程中导致钙和硫酸盐泄漏。当再生剂溶液的百分比大于5%，温度大于100*F，流速小于1gpm /cu ft时，给予足够的钙在水中进行处理，硫酸钙污染尤其普遍。在再生过程中逐步注入硫酸有助于防止污染。

当树脂珠在预处理过程中遇到矾或其他混凝剂产生的铝浮渣时，树脂就会产生铝垢。这种浮冰覆盖在树脂珠上，离子形式的树脂珠将被交换。然而，这些离子在再生过程中不能有效地去除，因此可用的交换位点数量不断减少。

铜垢主要存在于冷凝液抛光应用中。容量损失是由于氧化铜涂层的树脂珠。

油垢不会引起化学降解，但由于树脂珠上的膜和活性表面的减少而导致容量损失。颗粒的团聚也会导致压降增加、窜流和过早突破。使用表面活性剂可以缓解油垢问题。

操作顺序考虑事项

操作方式为离子交换单元根据用户的需求，不同的系统之间可能存在很大差异。服务和再生周期可以完全手动或完全自动，再生方法为并发、逆流或外部。耗尽阶段称为服务运行。接下来是再生阶段，这是必要的，使床回到初始条件循环。再生阶段包括四个步骤:反冲洗以清洁床层，引入多余的再生剂，缓慢冲洗或置换步骤以缓慢地推动再生剂通过床层，最后快速冲洗以清除树脂中多余的再生剂并将不需要的离子洗脱为废物。

服务周期-服务周期通常由以下条件之一或组合终止:

•出水导电性高。

•总加仑吞吐量。

•高压跌落。

•服务周期的终止可以手动或自动启动。

反洗循环-通常情况下，再生序列的第一步被设计为使用循环中的回流，使用足够的体积和流速来发展适当的床膨胀，以去除在使用循环中滞留在离子交换床中的悬浮物质(污垢)。反洗废水由原水进口分配器收集，并通过值排序转移到废水。反洗速度和内部设计应避免在反洗步骤中整个珠材树脂的潜在损失。(较低的水温意味着更大的粘性力和更多的膨胀。)

再生剂引入-再生化学品的引入可以是同时或逆流的，这取决于出水要求、运行成本等。再生剂剂量(磅每立方英尺)，浓度，流速，和接触时间为每个应用程序确定。再生剂的分配和收集系统必须在整个床层提供均匀的接触，并应避免再生剂的藏身之处。额外的出水纯度得到逆流系统由于最后的树脂接触在服务中会是最高的再生树脂在床上，产生抛光效果。

置换缓慢冲洗周期-再生序列的最后步骤通常在质量可接受时终止。在冲洗步骤之前的置换通常是再生剂引入步骤的延伸。置换步骤的设计是为了与树脂进行最后的接触，从树脂床中去除大量的废再生剂。

快速冲洗周期-快速冲洗步骤基本上是服务周期，除了污水被转移到废物，直到质量得到证明。最后的冲洗总是与服务流程的方向相同。因此，在逆流系统中，驱替流和冲洗流的方向是相反的。

操作顺序:混合床单元

在混合床装置中，阳离子和阴离子树脂通过压缩空气在同一容器中完全混合在一起。相邻的阳离子树脂和阴离子树脂构成无限数量的阳离子和阴离子交换剂。从设计和操作良好的混合床交换器获得的出水质量将容易产生导电性低于0.5 mmho的脱矿物质水和二氧化硅低于10 ppb的脱矿物质水。

服务周期-就操作模式而言，混合床单元的服务周期与传统的双床系统非常相似，因为水流入容器的顶部，向下通过床，净化后的废水从底部流出。混合床与双床设备的不同之处在于再生和制备。这些树脂必须分开，单独再生，并在下一个使用周期中重新混合。

反洗循环-在再生之前，阳离子和阴离子树脂以3.0 - 3.5 gpm/ft的流速反洗分离。分离的发生是因为两种树脂的密度不同。阳离子树脂较重，沉在底部，而阴离子树脂较轻，沉在阳离子树脂的顶部。反洗后，让床沉淀5到10分钟，形成两个明显不同的层。分离后，两种树脂独立再生。

再生剂介绍-阴离子树脂的再生与苛性流动向下从分布器放在床上，而阳离子树脂的再生与盐酸或硫酸，通常向上流动。废酸和苛性被收集在界面收集器，位于两种树脂的界面。再生剂注入可按所述同时进行或按顺序进行。在序贯再生中，阳离子-树脂再生是否应该在阴离子树脂再生之前防止碳酸钙和镁的可能氢氧化物沉淀，这可能是因为阴离子再生废物与耗尽的阳离子树脂接触。如果这降水发生，它会污染界面上的树脂。当只安装混合床交换器来对进入的原水脱盐时，这变得非常关键。

在序贯再生的情况下，在碱酸注射期间，在再生剂注射的相反方向上提供了脱盐水的阻塞流。这是为了防止苛性物进入阳离子树脂和酸进入阴离子树脂所必需的。当同时进行再生时，酸注入和碱注入流动就像相互阻塞流动一样，不需要额外的水阻塞流动。在一些顺序式再生系统中，酸被注入，向下流经中央界面收集器，现在它也充当酸分配器。

漂洗和空气混合循环-在完成酸和碱注入后，缓慢漂洗阳离子和阴离子树脂以去除大部分再生剂，而不是试图完全消除它。在每立方英尺每种类型的树脂使用7到10加仑的缓慢冲洗量后，排水装置将水降低到树脂床上方几英寸。现在树脂与向上流动的空气重新混合。重新混合后，该单元完全充满从顶部缓慢流动的水，以防止阴离子树脂在上层分离。然后以快速流速冲洗混合床交换器。出水的电导率可能在几分钟内很高，然后突然下降到服务周期中通常观察到的值。这种现象是混合床层的特征，是由于床层不同部位的剩余酸或碱被一种或另一种树脂吸收。毫无疑问，这将导致树脂容量的损失，但与服务周期的长度和再生所需的总时间节省相比，这种损失可以忽略不计。

392水和废水处理技术操作顺序:软化装置

以下是软水器再生所涉及的基本步骤。

反冲洗-衰竭后，床进行反冲洗，使床的膨胀最小达到50%，以释放任何被困在气囊中的空气，使床的密实程度最小化，重新分类树脂颗粒，并清除床上任何悬浮的不溶性物质。反洗通常以5-6 gpm/ft进行。然而，反冲洗流速与水的温度成正比。

盐水注入-反冲洗后，在30分钟内注入5%至10%的盐水溶液。当盐水溶液强度为10%时，树脂的最大交换容量得以恢复。盐水通过放置在树脂床稍上方的单独分配器注入。

置换或缓慢冲洗-盐水注入后，盐溶液残留船内驱替缓慢，驱替速率与盐水注入速率相同。缓慢冲洗应继续至少15分钟，缓慢冲洗量不应小于10加仑/立方英尺的树脂。缓慢冲洗的实际时间应该基于这两个参数中较大的一个。

快速漂洗-漂洗是为了去除树脂中过多的盐水。当出水氯浓度大于进水氯浓度小于5-10 ppm且硬度等于或小于时，一般停止漂洗操作1 ppmCaCO。

每种安排在运营成本和安装成本上都有很大差异。选择的重要因素有:

1.影响水分析。

2.流量。

3.流出物质量。

4.浪费的要求。

5.操作成本。

选择性和一般注意事项

如上所述,离子交换反应是化学计量的可逆反应，在这方面它们与其他溶液相反应相似。例如:

NiS04 +Ca(OH)2 = Ni(OH)2 + CaS04

在这个反应中，硫酸镍(NiS04)的镍离子被氢氧化钙[Ca(OH)2]分子的钙离子交换。类似地，具有可交换氢离子的树脂将从溶液中将这些离子交换为镍离子。反应可以写成这样:

2(R-S03H) + NiS04 = (R-S03)2Ni+ H2S04

R表示树脂的有机部分，S03为离子活性基团的不动部分。2价镍离子(Ni+2)需要两个树脂位。三价铁离子需要三个树脂位点。如图所示，离子交换反应是可逆的。反应向右进行的程度取决于树脂对镍离子的偏好或选择性，与对氢离子的偏好相比。树脂对给定离子的选择性由选择性系数来测定。k是反应的最简单形式

ra++ b+ = rb++ a+

K =(树脂中B+的浓度/树脂中A+的浓度)x(溶液中A+的浓度/溶液中B+的浓度)

选择性系数表示当a +形式的树脂被放置在含有B+离子的溶液中时离子的相对分布。表2给出了强酸和强碱离子交换树脂对各种离子化合物的选择性。需要指出的是，选择性系数不是常数，而是随着溶液条件的变化而变化。它确实提供了一种方法来确定当各种离子参与时将会发生什么。如表2所示，强酸树脂对镍的偏好大于氢。尽管有这种偏好，树脂可以通过接触浓硫酸溶液(H2S04)转换回氢形式:

(R-S04)2Ni + H2S04 2(R-S03H) + NiS04

正如我们上面提到的，但略有不同的是，这一步被称为再生。一般来说，树脂对特定离子的偏好越高，就树脂从溶液中去除该离子的能力而言，交换效率就越大。然而，对特定离子的偏好会导致再生所需化学物质的消耗增加。

目前可用的树脂表现出一系列的选择性，因此具有广泛的应用。例如，对于强酸树脂，二价钙离子(Ca+2)相对于二价铜离子(Cu+2)的相对偏好约为1.5

为1。对于重金属选择性树脂，偏好则相反，铜的比例为2.300:1。

表2。离子交换树脂的选择性由高到低。

强酸阳离子换热器	强碱阴离子交换剂
钡	碘化
引领	硝酸
钙	硫酸氢
镍	氯
镉	氰化物
铜	碳酸氢
锌	氢氧化
镁	氟化
钾	硫酸
氨钠
氢

离子交换树脂分为阳离子交换剂和阴离子交换剂，前者具有可交换的带正电荷的移动离子，后者具有可交换的带负电荷的离子。阴离子树脂和阳离子树脂都是由相同的基本有机聚合物制成的。它们的不同之处在于附着在碳氢化合物网络上的可电离基团。正是这个官能团决定了树脂的化学行为。树脂可大致分为强酸或弱酸阳离子交换剂或强碱或弱碱阴离子交换剂。

强酸树脂之所以如此命名，是因为它们的化学行为类似于强酸。树脂在酸(R-S03H)和盐(R-SOjNa)形式中都是高度电离的。它们可以通过反应将金属盐转化为相应的酸:

2(R-S03H) + NiCl2 -»(R-S04)，Ni+ 2HC1

强酸树脂的氢和钠形式高度解离，可交换的Na+和H+在整个pH范围内易于交换。因此，强酸树脂的交换容量与溶液ph无关。这些树脂将用于氢形式的完全去离子;它们以钠的形式用于水软化(去除钙和镁)。耗尽后，树脂通过与强酸溶液接触转换回氢形式(再生)，或用氯化钠溶液将树脂召集成钠形式。在上述情况下，盐酸(HC1)再生会产生浓缩的氯化镍(NiCl，)溶液。

在弱酸树脂中，可电离基团是羧酸(COOH)，而在强酸树脂中使用的是磺酸基团(S03H)。这些树脂的性质类似于弱游离的弱有机酸。弱酸树脂对氢离子的亲和力比强酸树脂高得多。这一特性允许再生为氢形式明显比强酸树脂所需的酸少。几乎完全的再生可以用化学计量量的酸来完成。弱酸树脂的解离程度受到溶液pH值的强烈影响。因此，树脂容量部分取决于溶液pH值。图1显示，典型的弱酸树脂在pH值为6.0以下的容量有限。使其不适用于酸性金属整理废水的去离子处理。

像强酸树脂一样，强碱树脂是高度电离的，可以在整个pH值范围内使用。这些树脂以氢氧根(OH)形式用于水去离子。它们会与溶液中的阴离子反应，并能将酸性溶液转化为纯水:

用浓缩氢氧化钠(NaOH)再生将耗尽的树脂转化为氢氧根形式。

弱碱树脂就像弱酸树脂一样，电离程度受到pH值的强烈影响。因此，弱碱树脂在pH值7.0以上表现出最小的交换容量。这些树脂只能吸收强酸，不能分解盐。

在一个离子交换废水去离子装置，废水将首先通过一个强酸性树脂床。取代金属阳离子(Ni+2。Cu+2)加入氢离子会降低溶液的ph值。CI”)可以用弱碱树脂去除，因为进入的废水通常是酸性的，而弱碱树脂吸附酸。弱碱树脂比强碱树脂更受欢迎，因为它们需要较少的再生化学物质。自由碱形式的树脂与HC1之间的反应如下所示:

弱碱树脂不像强碱树脂那样具有氢氧根离子形式。因此，再生只需要中和吸收的酸:它不需要提供氢氧根离子。可以使用较便宜的弱碱性试剂，如氨(NH3)或碳酸钠。螯合树脂的性能与弱酸阳离子树脂相似，但对重金属阳离子表现出高度的选择性。螯合树脂类似于金属加工废水中的螯合化合物;也就是说，它们倾向于与重金属形成稳定的配合物。事实上，这些树脂中使用的官能团是EDTAa化合物。钠形式的树脂结构表示为R-EDTA-Na。对重金属的高度选择性使得这些离子化合物可以从含有高背景水平钙、镁和钠离子的溶液中分离出来。螯合树脂表现出更大的选择性重金属在其钠形式比在其氢形式。 Regeneration properties are similar to those of a weak acid resin; the chelating resin can be converted to the hydrogen form with slightly greater than stoichiometric doses of acid because of the fortunate tendency of the heavy metal complex to become less stable under low pH conditions. Potential applications of the chelating resin include polishing to lower the heavy metal concentration in the effluent from a hydroxide treatment process or directly removing toxic heavy metal cations from wastewaters containing a high concentration of nontoxic, multivalent cations. Table 3 shows the preference of a commercially available chelating resin for heavy metal cations over calcium ions. (The chelating resins exhibit a similar magnitude of selectivity for heavy metals over sodium or magnesium ions.) The selectivity coefficient defines the relative preference the resin exhibits for different ions. The preference for copper (shown in Table 3) is 2300 times that for calcium. Therefore, when a solution is treated that contains equal molar concentrations of copper and calcium ions, at equilibrium, the molar concentration of copper ions on the resin will be 2300 times the concentration of calcium ions. Or, when solution is treated that contains a calcium ion molar concentration 2300 times that of the copper ion concentration, at equilibrium, the resin would hold an equal concentration of copper and calcium.

表3。金属离子的螯合阳离子树脂选择性

金属	公里/创新艺人经纪公司
Hg + 2	2800
铜+ 2	2300
Pb + 2	1200
倪+ 2	57

金属	公里/创新艺人经纪公司
锌+ 2	17
Cd + 2	15
公司+ 2	6.7
铁+ 2	4．7
Mn + 2	1．2
Ca + 2	1

a -在pH值为4时金属对钙离子的选择性系数。

a -在pH值为4时金属对钙离子的选择性系数。

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