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离子交换树脂的再生

  一、 常规的再生处理


  离子交换树脂使用一段时间后,吸附的杂质接近饱和状态,就要进行再生处理,用化学药剂将树脂所吸附的离子和其他杂质洗脱除去,使之恢复原来的组成和性能。在实际运用中,为降低再生费用,要适当控制再生剂用量,使树脂的性能恢复到最经济合理的再生水平,通常控制性能恢复程度为 70~80% 。如果要达到更高的再生水平,则再生剂量要大量增加,再生剂的利用率则下降。
  树脂的再生应当根据树脂的种类、特性,以及运行的经济性,选择适当的再生药剂和工作条件。
  树脂的再生特性与它的类型和结构有密切关系。强酸性和强碱性树脂的再生比较困难,需用再生剂量比理论值高相当多;而弱酸性或弱碱性树脂则较易再生,所用再生剂量只需稍多于理论值。此外,大孔型和交联度低的树脂较易再生,而凝胶型和交联度高的树脂则要较长的再生反应时间。
  再生剂的种类应根据树脂的离子类型来选用,并适当地选择价格较低的酸、碱或盐。例如:钠型强酸性阳树脂可用 10%NaCl 溶液再生,用药量为其交换容量的 2 倍 (用NaCl 量为117g/ l 树脂 );氢型强酸性树脂用强酸再生,用硫酸时要防止被树脂吸附的钙与硫酸反应生成硫酸钙沉淀物。为此,宜先通入 1~2% 的稀硫酸再生。
  氯型强碱性树脂,主要以 NaCl 溶液来再生,但加入少量碱有助于将树脂吸附的色素和有机物溶解洗出,故通常使用含10%NaCl + 0.2%NaOH 的碱盐液再生,常规用量为每升树脂用150~ 200g NaCl ,及 3~4g NaOH。 OH 型强碱阴树脂则用 4%NaOH 溶液再生。
  树脂再生时的化学反应是树脂原先的交换吸附的逆反应。按化学反应平衡原理,提高化学反应某一方物质的浓度,可促进反应向另一方进行,故提高再生液浓度可加速再生反应,并达到较高的再生水平。
  为加速再生化学反应,通常先将再生液加热至 70~80℃。它通过树脂的流速一般为 1~ 2 BV/h 。也可采用先快后慢的方法,以充分发挥再生剂的效能。再生时间约为一小时。随后用软水顺流冲洗树脂约一小时 ( 水量约4BV) ,待洗水排清之后,再用水反洗,至洗出液无色、无混浊为止。
  一些树脂在再生和反洗之后,要调校 pH 值。因为再生液常含有碱,树脂再生后即使经水洗,也常带碱性。而一些脱色树脂 (特别是弱碱性树脂) 宜在微酸性下工作。此时可通入稀盐酸,使树脂 pH 值下降至6左右,再用水正洗,反洗各一次。
  树脂在使用较长时间后,由于它所吸附的一部分杂质 ( 特别是大分子有机胶体物质 ) 不易被常规的再生处理所洗脱,逐渐积累而将树脂污染,使树脂效能降低。此时要用特殊的方法处理。例如:阳离子树脂受含氮的两性化合物污染,可用 4%NaOH 溶液处理,将它溶解而排掉;阴离子树脂受有机物污染,可提高碱盐溶液中的 NaOH 浓度至0.5~1.0%,以溶解有机物。
  

二、特殊树脂的再生处理


  污染较严重的树脂,可用酸或碱性食盐溶液反复处理,如先用 10%NaCl +1%NaOH 碱盐溶液溶解有机物,再用 4%HCl 或分别用 10%NaOH 及 1%HCl 溶解无机物,随后再用 10%NaCl +1%NaOH 处理,在约 70℃下进行。
  如果上述处理的效果未达要求,可用氧化法处理。即用水洗涤树脂后,通入浓度为 0.5% 的次氯酸钠溶液,控制流速 2~4BV/h ,通过量 10~20BV ,随即用水洗涤,再用盐水处理。应当注意,氧化处理可能将树脂结构中的大分子的连接键氧化,造成树脂的降解,膨胀度增大,容易碎裂,故不宜常用。通常使用 50 周期后才进行一次氧化处理。由于氯型树脂有较强的耐氧化性,故树脂在氧化处理前应用盐水处理,变为氯型,这还可避免处理过程中的 pH 值变化,并使氧化作用比较稳定。
  三、再生废液的处置
  糖厂用树脂脱色,树脂再生的废液含有大量的色素和有机物,颜色很深。用原糖生产精糖时,每 100 吨糖的再生废液量约为 6~9m3 。要经过处理才能排放 (或循环),这也是一个难题。
  Bento 详细研究了用化学方法处理再生液,使色素和其他有机物沉淀,除去杂质后再循环使用,减少排放,并充分利用其中的氯化钠。由于再生液中色素的浓度比糖汁中高 10 倍以上,液体数量较小,没有糖液的粘性,并能容许强烈的条件如强碱性和高温等而无需顾虑糖的分解,用化学处理比较方便。再生液加入 5~10% 容积的石灰乳 ( 浓度为含CaO100g/ l ) ,加热到60℃并轻微搅拌,大量的有色物沉淀析出。再加入碳酸钠或二氧化碳、磷酸钠或磷酸并保持碱性,都可使较多的有色物沉淀。处理后的液体添加少量食盐可返回作树脂的初级再生液,其后再用新的盐水再生。
  对废液的处理还研究过多种方法:用颗粒活性炭吸附,用次氯酸钠、次氯酸钙、氯气或臭氧将它氧化,用超过滤或反渗透法分离它的有机物,或用粉状树脂吸附等。最近 Guimaraes 等研究用微生物将它的有色物降解,取得较好效果

钠型阳离子交换树脂使用寿命及工作原理,阴阳离子交换树脂,全自动软化水设备
时间:2010-08-21 13:40:17 来源:东北亚水网 作者:中国软水机网

钠型阳离子交换树脂使用寿命及工作原理,阴阳离子交换树脂,全自动软化水设备

国内目前常用的优级阳离子软化树脂为中英合资生产的“漂莱特”钠型阳离子交换树脂,厂家提供的软化水树脂使用年限工业上为5-8年(理论值),实际运行当中,树脂受原水影响的主要原因为:
A、原水管路一般为碳钢管道,水与管路发生氧化反应,生成铁离子,进入树脂后,随运行时间的延长,树脂的功能交换基团下降,其表现为耗盐量高,再生水质差。
B、树脂反复再生:由于树脂的长时间频繁再生,每次再生时,树脂间都做相互擦洗运动,受水压及树脂间的机械磨损,树脂的交联值(机械强度)逐渐下降,骨架变形,运行中其表现为出水有时为黄褐色,产水周期明显缩短,再生效果不理想。
C、树脂的理化值:
  聚合物骨架———————————————–聚苯乙烯-二乙烯苯
  功能基——————————————————聚苯乙烯磺酸基
  出厂型式—————————————————钠 型
  外观———————————————————淡色球壮颗粒
  水份(钠型)———————————————46–50%
  粒度—————————————————-  +1.2<5%; -0.3mm<1%
  全交(钠型)———————————————–≥1.9eq/L湿树脂
        ———————————————-≥4.5eq/kg干树脂
  膨胀率(Na+→H+)————————————-≤5%
  pH稳定性—————————————————-0-14
  比重(钠型)———————————————–1.27
  操作温度(钠型)———————————————≤150℃

离子交换法的工作原理


钠离子交换软化处理的原理是将原水通过钠型阳离子交换树脂,使水中的硬度成分Ca2+、Mg2+与树脂中的Na+相交换,从而吸附水中的Ca2+、Mg2+,使水得到软化。如以RNa代表钠型树脂,其交换过程如下:
2RNa + Ca2+ = R2Ca + 2Na+
2RNa + Mg2+ = R2Mg + 2Na+
即水通过钠离子交换器后,水中的Ca+、Mg+被置换成Na+。
当钠离子交换树脂失效之后,为恢复其交换能力,就要进行再生处理。再生剂为价廉货广的食盐溶液。再生过程反应如下:
R2Ca + 2NaCl = 2RNa + CaCl2
R2Mg + 2NaCl = 2RNa + MgCl2
为了使您易于理解接受,以下的说法是尽量通俗的说法,与标准工具书的说法可能不尽一致(但不会出现技术性错误)。
  离子交换树脂是一种聚合物,带有相应的功能基团。一般情况下,常规的钠离子交换树脂带有大量的钠离子。
  当水中的钙镁离子含量高时,离子交换树脂可以释放出钠离子,功能基团与钙镁离子结合,这样水中的钙镁离子含量降低,水的硬度下降。硬水就变为软水,这是软化水设备的工作过程。
  当树脂上的大量功能基团与钙镁离子结合后,树脂的软化能力下降,可以用氯化钠溶液流过树脂,此时溶液中的钠离子含量高,功能基团会释放出钙镁离子而与钠离子结合,这样树脂就恢复了交换能力,这个过程叫作“再生”。
  由于实际工作的需要, 软化水设备的标准工作流程主要包括:
  工作(有时叫做产水,下同)、反洗、吸盐(再生)、慢冲洗(置换)、快冲洗五个过程。不同软化水设备的所有工序非常接 近,只是由于实际工艺的不同或控制的需要,可能会有一些附加的流程。任何以钠离子交换为基础的软化水设备都是在这五个流程的基础上发展来的(其中,全自动软化水设备会增加盐水重注过程)。
  反洗:工作一段时间后的设备,会在树脂上部拦截很多由原水带来的污物,把这些污物除去后,离子交换树脂才能完全曝露出来,再生的效果才能得到保证。反洗过程就是水从树脂的底部洗入,从顶部流出,这样可以把顶部拦截下来的污物冲走。这个过程一般需要5-15分钟左右。
  吸盐(再生):即将盐水注入树脂罐体的过程,传统设备是采用盐泵将盐水注入,全自动的设备是采用专用的内置喷射器将盐水吸入(只要进水有一定的压力即 可)。在实际工作过程中,盐水以较慢的速度流过树脂的再生效果比单纯用盐水浸泡树脂的效果好,所以软化水设备都是采用盐水慢速流过树脂的方法再生,这个过程一般需要30分钟左右,实际时间受用盐量的影响。
  慢冲洗(置换):在用盐水流过树脂以后,用原水以同样的流速慢慢将树脂中的盐全部冲洗干净的过程叫慢冲洗,由于这个冲洗过程中仍有大量的功能基团上的钙镁离子被钠离子交换,根据实际经验,这个过程中是再生的主要过程,所以很多人将这个过程称作置换。这个过程一般与吸盐的时间相同,即30分钟左右。
  快冲洗:为了将残留的盐彻底冲洗干净,要采用与实际工作接近的流速,用原水对树脂进行冲洗,这个过程的最后出水应为达标的软水。一般情况下,快冲洗过程为5-15分钟。
3、特点
管路简化,节省占地空间;运行稳定可靠;节约再生用盐;运行费用低;免维护。
适用性广:可用于工业锅炉、热交换器、中央空调及食品、制药、电子等行业
4、技术要求
原水硬度:3-10mmol/L;
出水残余硬度:≤0.03mmol/L;
工作压力:0.2-0.6MPa; 工作温度:2 -50℃ ;
自控电源:220V 50Hz;耗电量:10W;
树脂型号:001×7型强酸性阳离子交换树脂;
入口压力低于0.2MPa需加装管道泵;
设备总压损:0.03MPa。
PH范围:1-14
最高使用温度:钠型≤120°C
型变膨胀率%:(H+-Na+)8-10
再生液浓度:NaCl:3-10%;HCl:4-5%;NaOH:4-5%
再生液用量:NaCl:(8-10%);体积:树脂体积=1.5-2:1
HC1(4-5%)体积:树脂体积=2-3:1
NaOH(4-5%);体积:树脂体积=2-3:1
再生液流速:5-8m/h; 再生接触时间:30-60min
正洗流速:10-20m/h; 正洗时间:约30min
运行流速:10-40m/h
钠型阳离子交换树脂使用寿命及工作原理,阴阳离子交换树脂,全自动软化水设备

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