离子交换-树脂部分

1、西安热工研究院 王广珠,水 处 理 用 离 子 交 换 树 脂,第一节 离子交换树脂基本概念,国产离子交换树脂的分类 国产离子交换树脂命名法则及型号,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-CH2(CH3)3OH (季胺基) 型强碱基团 R-CH2N(CH3)2(C2H4OH)OH(季胺基)； d.

2、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),2.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：此系是以乙烯吡啶作为主要原料的各种树脂。,4.按用途分： a.工业级 指供一般工

3、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。,国产离子交换树脂命名法则及型号,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

4、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。,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1.2)，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)

5、表1.2 骨架代号(左第二位数字),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,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、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,第二节 离子交换树脂的有关性能,离子交换树脂的物理性能 离子交换树脂的化学性能 离子交换树脂的质量标准 离子交换

6、树脂工艺性能 使用离子交换树脂应注意的事项,离子交换树脂的物理性能,外观 ：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样颗粒和杂质等,水溶性浸出物,浸出物的性质一般表现如下： （1）阴离子交换树脂的浸出物呈阳离子性质，其中主要有胺类。 （2）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，因此必须控制浸出物的含量。,含 水 量,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 离子交换树脂的含水量与树脂的类别、结构、酸碱性、交联度、交换容量、离子型态等

7、因素有关。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。,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。 湿真密度：是指单位真体积湿态离子交换树脂的质量（单位g/ml）。湿视密度是指单位视体积湿态离子交换树脂的质量（单位g/ml）。装载密度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（单位g/ml）。 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。,粒度和粒度分布,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0.2mm1.5m

8、m范围内（经筛分取0.3mm1.2mm的颗粒用于制造树脂），其中0.3mm0.6mm的占60%左右，0.6mm1.0mm的占30%左右。经过筛分的树脂，应该用4个指标：范围粒度、有效粒度和均一系数、下限粒度（或上限粒度）。,机 械 性 能,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：破碎树脂在反洗时排出、细末漏过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。所以应对树脂的机械性能或物理强度有一定要

9、求。,17,不可逆膨胀,由于生产过程时间短，高分子链的缠结，所以未能充分膨胀，经过几个周期的使用，高分子骨架充分膨胀开，树脂体积才稳定下来。装入交换器的树脂层高度，在使用几个期后会增加。因为这种膨胀是不可逆的，故称不可逆膨胀。,转型膨胀,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

10、发生较大的变化。,耐热性与抗氧化性,耐热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热性的研究，可以确定： （1）树脂长期使用的允许温度； （2）不同离子型态时树脂耐热性的差别； （3）树脂结构和耐热性关系； （4）热分解产物,离子交换树脂的化学性能,交换容量 阳离子交换树脂交换容量 阴离子交换树脂交换容量 离子交换的选择性,交 换 容 量,质量全交换容量 ： 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交换基团的数量。 干基和湿基交换容量 ： 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在水中的树脂所具有的交换基团总量。,

11、基团容量 ： 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、仲胺基团容量等）。 平衡交换容量 ： 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，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。 交换容量和离子型态 ：由于反离子种类不同，每个单元交换基团的质量也不相同,阳离子交换树脂交换容量,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，而常用弱酸树脂只测定全交换容量即是弱酸基团容量。 同类树脂

12、0017、00110、00114.5的干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脂高，其产生弱酸基的量也较大。,阴离子交换树脂交换容量,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、强碱基团及弱碱基团容量的测定。 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脂中含有约10%的弱碱基团，而弱碱阴树脂中可能含有约15%的强碱基团,25,离子交换树脂的质量标准,我国离子交换树脂的质量标准： 国家标准 电力行业标准 化工行业标准 中石化行业标准 企业标准,离子交换树脂工艺性能,工作交换容量 工作交换容量是指在一定条件下，一个

13、交换周期中单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： q工 = q v (R初R残) 式中：q工树脂工作交换容量，mmol/L； qv树脂体积全交换容量，mmol/L； R初整个树脂层平均初始再生度； R残整个树脂层平均残余再生度。,影响工作交换容量的因素,影响R初的因素 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、设备结构的合理性等。 影响R残的因素 水中离子总量 、组成 、运行流速 、运行水温 、 树脂层高度 ：树脂层高度越大，工作交换容量就越大。 树脂的性质 ：除了树脂层高度以外，上述的每一项都和树脂本身的

14、性质有关，它包括树脂的体积全交换容量、选择性系数和动力学性质（这些均已在前面作过介绍）,再生剂耗、比耗 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： M = cVd(2-8) 式中：d再生剂溶液密度，kg/m3。 再生剂耗的公式为： R=M/(QI+VR) (2-9) 式中：R再生剂耗，g/mol； M周期再生剂用量，g； q工工作交换容量，mol/m3 VR树脂体积，m3。 比耗的计算公式为： Ro = R/Mo (2-10) 式中：Ro比耗，mol/ mol （或无量纲）； R再生剂耗，g

15、/mol； Mo再生剂摩尔质量数，g/mol。,自 用 水 率 自用水率计算公式如下： RW=(W1+W2+W3+W4)/QT* 100% 式中：RW树脂自用水率，%； W1配制再生液用水量，m3； W2置换用水量，m3； W3清洗用水量，m3； W4反洗用水量，m3； QT周期制水量，m3。,使用离子交换树脂应注意的事项,停 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 期 检 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,离子交换树脂的分离 根据不同树脂

16、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。 动态连续分离效果比静态分离效果好得多,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

17、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。,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。,图2-

18、1 除盐设备出水质量故障判断,设备出力降低,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，Si

19、O2含量变化不大者为阳床失效。并联式除盐系统（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。,图2-2 除盐设备出力降低故障的判断,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。,水处理中树脂常见的劣化现象,离子交换树脂的破

20、损,造成树脂破损的原因，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

21、盐分解容量从1100克当量/米3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。,2. 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.

22、反洗操作不当： 反洗操作不当，会造成树脂的流失。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。,5. 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%。,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

23、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。,1. 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）。测定结果见表3.2。 表3.2 树脂酸洗液中的铁含量,44,树脂被铁污染,如果每100g

24、树脂中含有（150）mg铁，就认为树脂被铁污染了。,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

25、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）。,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

26、化，表现为： 周期制水量迅速降低，由1500吨降至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。,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

27、化的顺序。,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。,2. 强碱阴树脂的降解 运行中，发现型强碱阴

28、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。,由于交换基团的降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）,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

29、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/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。,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：

30、 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，清洗时间增长。,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。,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001

31、7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,2. 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

32、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,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

33、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济运行之间的关系，继而确定更换树脂的经济依据。,1.离子交换树脂工作交换容量下降后采用的措施 1.1工作交换容量下降后，周期制水量明显的下降。如果周期运行时间符合要求，系统备用量足够，则可以增加再生次数使设备的总制水量不降低。若由此引起年运行增加的费用，则应该和更换新树脂的费用进行比较，确定设备内树脂是否报废。 1.2工作交换容量下降后，周期制水量明显的下降。如果周期运行时间低于标准或规范等法定文件规定的下限，或阳、阴床运行不匹配，则增加再生用酸量以提高树脂

34、工作交换容量至设计值，恢复周期制水量。若由此引起年运行费用的增加，则应该和更换新树脂的费用进行比较，确定设备内树脂是否报废。 2.采用措施的经济分析 本节主要讨论增加再生次数的问题。设定运行条件：(1)再生剂质量、再生比耗、再生液浓度、温度和流速不变；(2)进水水质、水温、树脂层高度不变；(3)设备没有偏流。则工作交换容量的下降率就是周期制水量的减少率。,3.年再生次数的增加与工作交换容量下降的关系 正常运行时，年再生次数与树脂周期制水量的关系： n0=a/b (5-1) 式中：no正常运行时年再生次数； a正常运行的年制水量，t； b周期制水量，t/周。 每一年度所需的制水量是一定的，当树脂

35、的工作交换容量下降后，要保持额定的制水量，其再生次数必须增加： (5-2) 式中：n1树脂工作交换容量下降后的年再生次数； qw工作交换容量下降率； b周期制水量减少率。 年再生次数的增加与工作交换容量下降率的关系： (5-3) 式中：n年增加的再生次数。 根据上式，当工作交换容量下降后，导致的年增加的再生次数可由原设计的年额定制水量a、周期制水量b和工作交换容量下降率qw 计算而得。,4.酸、碱的年增加费用 树脂的再生次数增加，所需的再生用酸或碱和中和用的碱或酸势必也要相应增加。年增加的再生用酸或碱和中和用的碱或酸费用可以分别用下列二式计算： (5-4) (5-5) 式中：ds树脂再生次数增

36、加时年增加的酸或碱费用，元； p0每次再生的用酸或碱量(以100%浓度计)，元/t； s0酸或碱的价格(以100%浓度计)，元/t； dj 树脂再生次数增加时年增加的碱或酸费用，元； z中和系数（每中和1摩尔酸耗用碱的摩尔数，视排废处理方式而异）； j0碱或酸的价格（以100计），元/T。 mj碱的摩尔质量，g/mol； ms酸的摩尔质量，g/mol； 年增加的酸、碱总费用dsj为： (5-6),4.购买新树脂费用的计算 (5-7) 式中：d0购买新树脂费用，元； V设备内树脂的体积，m3； 树脂的视密度，t/m3； r0树脂的价格，元/t。,5.更换树脂的经济分析 是使用旧树脂合理，还是更换

37、新树脂合理，可以通过比较使用旧树脂产生的额外费用和更换新树脂的投资回收年限来确定。购买新树脂的回收年限y可按下式进行计算： (5-8) y值的含义：若y1，说明购买新树脂费用相当于1年内多用的酸、碱费用，则购买新树脂费用可以在1年回收。若y2，说明购买新树脂费用可以在2年回收。 在决定回收年限y时，各厂的具体情况不同，可能会有不同的考虑。一般认为，y3时更换树脂在经济上是合理的。 根据上式可知，只要知道了所购树脂的视密度、树脂的价格S0、酸的价格、碱的价格、工作交换容量下降百分数qw就可以计算出购买新树脂费用回收年限y。,第三节 离子交换树脂报废与更换规则,当运行出现制水量减少，运行压降增大，

38、如确定离子交换设备良好，运行操作无误，判定树脂本身存在问题时，则应停运设备，对交换器内树脂进行取样化验，确认树脂的劣化程度，以决定树脂是否需要报废或更换。,1 离子交换器内树脂的取样方法 为正确了解离子交换器内树脂性能下降的情况，所取树脂样品必须具有代表性。水处理设备的采样按一台设备为一个取样单元进行。取样器可以采用外径25mm左右、总长度不小于2000mm、下端有一45斜口的塑料管。总取样量应不小于500ml。具体取样步骤可以按以下步骤进行： （1）按大反洗操作，对需取样的设备进行大反洗，反洗结束后排水至水位在树脂层下1020cm后停止排水。 （2）打开顶部人孔盖，至少选择均匀分布的6个以上

39、点取样。取样点应尽可能在床层的2/3圆上。 （3）在选定的取样点上将取样器垂直插入树脂层地步，排干设备内的水，在不断转动下慢慢取出取样管。 （4）倒出树脂样品，均匀混合后装入样品瓶，贴上标志。标志应尽量包括如下内容：样品生产厂名、样品名称、样品的牌号及离子型态、设备名称和设备编号、取样日期、使用年限和使用方式、运行周期数、总制水量、取样原因、取样人签名。 （5）采集的样品在贮存过程中应避免受冻，并注意不使树脂失去内部水分（至少保存倒下一次采样后）。,2 树脂样品的分析 对取得的样品测定其含水量、体积交换容量、含铁量和圆球率，并与树脂运行初期的性能进行比较。,3 0017树脂的更换与报废 DL/

40、T673-1999火力发电厂水处理用0017强酸性阳离子交换树脂报废标准明确规定了0017树脂的更换与报废的技术与经济指标（见表5-3、表5-4）。 表5-3 水处理单床用0017强酸性阳树脂报废技术指标 表5-4水处理单床用0017强酸性阳树脂更换经济指标,3.1 0017树脂报废规则 （1）当含水量、体积交换容量任一项超过表5-3给的指标时，离子交换器继续运行将影响水处理系统的安全，可以判定该树脂应当报废。 （2）通过现场除铁处理后，如果树脂中的铁含量仍大于表5-3所给的指标时，即可判定该树脂受到严重铁污染，应当报废。 （3）圆球率是反映运行树脂破碎程度的一项重要指标，尽管他并不直接影响树

41、脂的工作交换容量，但却直接影响树脂床层的运行压降或床层阻力，也就直接影响到系统的出力。另一方面，破碎树脂又可通过反洗除去一部分，再通过补充新树脂的方法来消除对树脂床层压降和系统出力的影响。但是反洗只能除去细小的树脂碎片，大碎片无法除去，而除去这些大碎片后补充新树脂就能恢复系统的出力。其方法为：现场通过反洗后，从上至下逐层取样分析圆球率（每层取样高度1020cm）若该层树脂的圆球率达到表5-3所给的指标，即报废该层及该层以上个层的树脂，直到取样层的圆球率大于表5-3所给的指标为止。,3.2 0017更换规则 有时树脂性能并没有下降到可以直接报废的程度，但其运行经济性别不一定合理。应根据理化性能的变化，通过计算，与购买新树脂的经济性作比较，