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水的离子交换处理水的离子交换处理 第一节 离子交换除盐原理、 水的离子交换除盐就是顺序用H型阳离子交换树脂将水中各种阳离子交换成H+,用 OH型阴离子交换树脂将水中各种阴离子交换成OH-，进入水中的H+和OH-离子组成水分子H2O;或者让水经过阳阴混合离子交换树脂层，水中阳、阴离子几乎同时被H+和OH-离子所取代。这样，当水经过离子交换处理后，就可除尽水中各种的无机盐类。该工艺中发生的H离子交换反应和OH离子交换反应以及树脂再生过程中发生的反应如下： (1)氢离子交换反应式： (HCO3) (HCO3) 2RH + Ca(Mg,Na2) Cl2 R2Ca(Mg,Na2) + H2 Cl2 SO4 SO4 再生反应式为： 2HCl Cl2 R2Ca(Mg,Na2) + 2RH + Ca(Mg,Na2) H2SO4 SO4 (2)氢氧根离子交换反应式为： SO4 SO4 Cl2 Cl2 2ROH + H2 CO3 R2 (HCO3)2 + 2H2O SiO3 (HsiO3)2 再生反应式： SO4 SO4 Cl2 Cl2 R2 (HCO3)2 + 2NaOH 2ROH + Na2 CO32- (HSiO3)2 SiO3 进入离子交换器的水中一般都含有大量的碳酸氢盐。它是天然水中碱度的主要组成部分。当水经H离子交换后，碳酸氢盐转化成了碳酸，连同水中原来含有的碳酸，可用除碳器一起除去。这样可以减轻阴离子交换器的负担降低消耗。 水中碳酸的平衡关系如下式所示： H + HCO3- H2CO3 CO2 +H2O 水中H浓度越大，平衡越易向右移动。当水的pH值低于4.3时，水中的碳酸几乎全部以游离的CO2形式存在。水中游离的CO2可以看作是溶解在水中的气体，它在水中的溶解度符合亨利定律，只要降低水面上CO2的分压就可除去CO2。除碳器就是利用这个原理除去CO2的。 第二节 树脂层中的离子交换过程 一、阳床工作特性 阳床的作用是除去水中H离子以外的所有阳离子。当其运行出水钠离子浓度升高时，树脂失效，须进行再生。 阳床运行时，水由上而下通过强酸性H型树脂层，因树脂层对各种阳离子的选择性不同，被吸着的离子在树脂层中产生分层，其分布状况如下图5-1所示。在运行过程中，Ca、Mg、Na三层树脂层的高度均会不断向下扩展，直到树脂失效。实际上各层界面并不是很明显的，有程度不同的混层现象发生。 (a) (b) 图5-1 逆流再生阳床树脂层态分布示意 运行至失效时；再生后 图52所示为阳床经再生投入运行后的出水特性。当阳床再生后冲洗时，出水中各种杂质的含量迅速下降，待出水水质达到一定标准时，就可投入运行，此后水质基本保持稳定。当运行一定程度时，如图52中b点，漏钠量增大，酸度降低，树脂进入失效状态。 图5-2阳床出水特性 阳床失效的监督最好采用钠度计，当阳床出水含钠量大于500ug/L时，说明阳床已经失效。 二、阴床工作特性 阴床中强碱性OH型交换树脂可以和水中除OH-离子外的各种阴离子进行交换，把它们从水中除去。由于树脂对离子的选择性不同，阴床运行中被吸着的离子也会发生分层，其分布状况如图53所示。 (a) (b) 图5-3逆流再生阴床树脂层态分布示意 (a)运行至失效时；再生后 阴床运行时，一般出水pH值为79之间，SiO2含量小于100ug/L，电导率小于10uS/cm。因为阴床设在阳床的后面，所以阴床的出水水质受阳床出水水质的影响很大。阳床未失效时，阴床的出水特性如图54所示。当运行通过水量到b点时，SiO2含量上升，pH值下降，电导率先微降后再上升。电导率的变化是因为H和OH-要比其它离子易导电，当出水中这两种离子的总含量很小时，有一电导率最低点。在b点前由于OH含量较大使水的电导率较大；在b点之后由于H含量增加而使水的电导率增大。 图5-4 阴床出水特性 (a)阳床未失效时(b)阳床失效时 阳床失效时，阴床的出水特性如图54所示。阳床失效时漏钠量增大，这些钠离子通过阴床后转化成氢氧化钠，使阴床出水pH值迅速上升，连续测定阴床出水pH值，可以区分是阳床还是阴床失效。 阴床失效的监督最好用SiO2 含量和电导率来判断，当然用出水pH值也可以进行分析判断。 第三节 树脂的再生原理 树脂再生是离子交换水处理中很重要的一环。影响再生效果的因素很多，如再生方式，再生剂的种类、纯度、用量，再生液的浓度、流速、温度等。要取得好的再生效果，必须进行调整试验，确定最优的再生条件。 1、再生方式 再生方式按再生液流向与运行时水流方向分为顺流、对流和分流三种。 顺流再生是指再生液流向与运行时水流方向一致的再生方式，通常是自上而下流动。 对流再生指再生液流向与运行时水流方向是相对的。习惯上将运行时水流向下流动，再生液向上流动的水处理工艺称逆流再生工艺。将运行时水向上流，床层浮动；再生时再生液向下流的水处理工艺称浮动床工艺。对流再生可使出水端树脂层再生度最高，出水水质好。 分流再生是指再生液自交换器的上端和下端同时进入，由树脂层中间的排水装置排出，运行时水自上而下流过床层。这种交换器上部床层采用顺流再生工艺，下部床层采用对流再生工艺。 2、再生剂的品种与纯度 一般认为盐酸的再生效果优于硫酸，硫酸再生成本低于盐酸。再生剂的纯度高，杂质含量少，树脂的再生程度就高，特别是对阴树脂影响更大。 3、再生剂用量 再生剂用量是影响再生的重要因素，其概念是单位体积树脂所用的再生剂的量，单位为kg/m3(树脂)或g/L。另外常用的一个指标是再生剂比耗，它是指投入的再生剂的量与所获得树脂的工作交换容量的比值。还有一种表示法即再生剂耗量，是预计取得单位工作交换容量所需纯再生剂量，单位g/mol。 从理论上讲1mol的再生剂应使交换树脂恢复1mol的交换容量，但实际上再生反应最多只能进行到离子交换化学反应的平衡状态，只用理论量的再生剂再生树脂，并不能完全恢复其交容量，所以用量必须超过理论量。 提高再生剂的用量，可以提高树脂的再生程度，但再生剂比耗增加到一定程度之后，再生程度的提高则不明显。再生剂用量与离子交换树脂的性质有关，一般强型树脂所需再生剂用量高于弱型树脂。不同的再生方式，再生剂用量也有所不同，一般顺流再生的再生剂用量要高于逆流再生的。 再生方式采用顺流时，由于再生液首先接触到的是上部完全失效的树脂，所以这一部分树脂得到了很好的再生。当再生液再往下流与交换器底部树脂接触时，再生液中已经积累了大量被置换出来的离子，严重影响了交换树脂的再生程度，使这部分树脂没有得到充分的再生，影响了出水水质。如果要提高这部分树脂的再生程度，就要增加再生剂的用量。 再生方式采用逆流时，由于交换器底部树脂总是和新鲜的再生剂相接触，所以可以达到很高的再生程度，运行时水最后和这部分再生程度高的树脂接触，保证了出水水质。采用逆流再生时，交换器上部树脂再生程度差，虽然它首先与进水接触，但由于水中从树脂交换下来离子含量少，所以还是可以进行离子交换的，这部分树脂的交换容量仍可以得到充分的发挥。因此这种再生方式比较优越，使用得也比较广泛。 4、再生液的浓度 再生液的浓度与再生方式有关，一般顺流再生的再生液浓度应高于逆流再生的。通常HCl以3%5%为宜，NaOH以2%4%为宜。 5、再生液的温度与流速 提高再生液的温度能提高树脂的再生程度，但再生温度不能超过树脂允许的最高使用温度，一般强酸性阳树脂用盐酸再生时不需加热。强碱性型阴树脂的再生液温度为3550。强碱性型阴树脂适宜的再生液温度为35±3。 再生液流速影响着再生液与树脂的接触时间，一般以48m/h为宜。逆流再生的再生液流速应保证不使树脂乱层。再生液的温度很低时，不宜提高流速。 第四节 离子交换器的运行 离子交换器分为固定床和连续床两种。固定床有顺流再生固定床、逆流再生固定床、浮动床、双层床、混合床等形式；连续床有移动床和流动床。离子交换除盐系统一般都采用固定床。 离子交换器外形为圆筒形容器，为防止设备腐蚀，对交换器内部及附属设备都进行了防腐处理。 针对我厂的设备特点，本节主要介绍逆流再生固定床离子交换工艺。 一、逆流再生固定床离子交换工艺 1、交换器的结构 逆流再生离子交换器按其用途的不同，可分为阳离子交换器和阴离子交换器。用于软化工艺的阳离子交换器称为钠离子软化器和氢离子软化器。用于除盐工艺的阳离子交换器和阴离子交换器分别称为阳床和阴床。这些交换器在结构上没有多大区别，其结构为交换器内顶部装有十字支管式进水分配装置。中上部装有母支管式再生液分配装置，称为中间排水装置。在其上面有一层厚150200mm的压脂层,其作用一是过滤掉水中的悬浮物,二是使水均匀地进入中排装置。底部装有穹形多孔板加石英砂垫层式的排水装置。交换器的外部设有各种管道、阀门、取样管、监视管、排空气管、流量和压力表计以及有机玻璃窥视孔等。 2、交换器的运行 交换器的运行应保证其出水水质、水量和经济指标，这些指标与运行操作，特别是再生操作有很大的关系。 逆流再生固定床的运行通常分为四个步骤，从床层失效后算起为：反洗、再生、正洗和交换。这四个步骤为交换器的一个运行周期。 小反洗。交换器运行到失效时，停止交换运行，将反洗水从中间排水管引进，对中间排水管上面的压脂层进行反洗，以冲去运行时积聚在表面层和中间排水装置上的污物，然后由上部排走。冲洗流速应使压脂层能充分松动，但又不至将正常的颗粒冲走。反洗一直进行到出水澄清。 放水。小反洗后，待交换剂颗粒下降后，放掉交换器内中间排水装置上部的水。 进再生液。开进酸一次、二次门，启动自用水泵，开喷射器入口门，维持进水流速58m/h，同时开启并调整中间排水门。开酸计量箱出口门，调整进酸浓度为34%范围内。进碱浓度为22.5%范围内。 逆流冲洗。当再生液进完后，关闭进再生液阀门，停止送入再生液，但喷射器保持原来的流量，在有顶压的情况下，进行逆流冲洗，直至排出废液达到一定标准为止如H型交换器，控制排出废液中酸度小于10mmol/L。逆流冲洗所需的时间一般为3040min，逆洗水应采用质量较好的水，不然会影响底部交换剂的再生程度。 正洗。最后，用水由上而下进行正洗至出水合格，即可投入运行。 逆流离子交换器一般在运行1020个或更多周期后，进行一次大反洗，以除去交换剂层中的污物和破碎的树脂微粒。通常运行，不进行大反洗。大反洗是从底部进水，废水由上部反洗排水阀门放掉。由于大反洗时扰乱了整个树脂层，所以大反洗后第一次再生时，再生剂的用量应加大1倍以上。 为了使逆流再生达到较好的效果，故在逆流再生的操作工艺中需注意以下几个问题： 1）压脂层的厚度要符合要求。 2）为使底部树脂的再生程度高，不致被杂质污染而影响出水水质，故在逆流再生后，应用水质较好的水逆流冲洗，如用经过H离子交换的水来逆流冲洗阴离子交换器。 3）中部排水装置应进行必要的加固，以防止其上的管子断裂或弯曲。此外，为了防止在反冲洗的过程中产生过大的应力，在大反洗时的流量应由小到大，以逐渐排除交换器中的空气和疏松树脂层。进入交换器水中的悬浮物含量要小，以免压脂层中积聚污物，造成过大的压降。 4）逆流再生所用的再生剂质量要好，否则，仍不能保证出水水质良好。逆流再生的再生废液中剩余的再生剂量较少，故不宜再用。 5）应防止有气泡混入交换剂层中。 第五节 一级复床除盐 水只一次顺序通过H型和OH型离子交换树脂进行除盐，称为一级复床除盐，典型的一级复床除盐系统，它包括强酸性H离子交换器，除碳器-和强碱性OH离子交换器。交换器一般采用固定床，再生方式可选用顺流式或对流式。系统多为单元式，也有母管式的。如图5-5所示. 图5-5 一级复床除盐系统 1 强酸性H型交换器 2 除碳器 3 强碱性OH型交换器 一、原理 进入除盐系统的原水中，常含有Ca2、Mg2、Na2等阳离子和SO42-、Cl-、HCO3-等阴离子，以及弱酸H2CO3和H2SiO3。当此水通过强酸H型树脂层时，水中各种阳离子均被树脂吸着，树脂上的H被置换到水中。其反应可用下式综合表示， Mg 2 Ca (HCO3)2 R(SO3H)2 + Ca SO4 R(SO3)2 Mg + H2 SO4 Na2 Cl2 Na2 Cl2 所以，此H型交换器的出水呈酸性，其中含有和进水中阴离子相应的H2SO4和HCl等强酸，以及H2CO3和HSiO4等弱酸。这种含有CO2和其他无机酸的水，先经除碳器除去CO2，之后，通过强碱性OH型树脂时，水中各种阴离子均被树脂吸着，树脂上的OH-被置换到水中，与水中的H结合成水。 通过一级复床除盐的出水水质：硅酸达0.1mg/L SiO2以下，电导率达5uS/cm以下。 二、除碳器的运行 除碳器有鼓风式和真空式两种。前者只能除去二氧化碳；后者不仅能除去二氧化碳，还可以除去氧气等各种溶解气体。目前采用比较广泛的是鼓风式除碳器。 鼓风式除碳器的结构为圆柱型塔式结构，由配水装置、填料层和鼓风装置所组成。水从上部进入塔体，由配水装置均匀地喷淋在填料表面形成水膜，经填料层与空气接触后，流入下部集水箱。空气由鼓风机从塔底鼓入，与水中析出的二氧化碳一起从顶部排出。 水通过鼓风机除碳，一般可将CO2含量降至5mg/L以下。 2、真空式除碳器 真空式除碳器是利用真空泵或喷射器从除碳器的上部抽真空，使水在常温下呈沸腾状态以除去气体。 水由上部进入塔体，经喷水装置后，在整个截面上喷成雾状，再经填料层后呈水膜状向下流动；所释放的气体则通过顶部真空管路抽出塔外。真空式除碳器的淋洗密度一般为4060m3/(m3·h)。 第六节 再生系统及废水中和系统 一、再生系统 水的离子交换除盐的再生系统包括酸、碱的贮存、溶解、计量、配制和输送。因为酸、碱具有强烈的腐蚀性，所以必须采取妥善的防腐措施并在运行中注意防止灼伤。 1、酸、碱的贮存与计量 盐酸、硫酸、液体烧碱通常贮存于密闭卧式贮槽中。酸、碱贮槽的壳体一般用碳钢、玻璃钢或硬聚氯乙烯制作，贮酸槽碳钢外壳内部的防腐一般采用橡胶衬里，但对90%以上的浓硫酸不允许用橡胶衬里，对30%的液体烧碱可不做衬里。 酸、碱贮槽有高位布置的，也有低位布置的，若高位布置，则需用泵从运送槽车将酸、碱卸入贮槽，使用时酸、碱以自流方式流入计量箱。若低位布置时，则酸、碱 从运送槽车以自流方式卸入贮槽，使用时用泵从贮槽中输出酸、碱，送入计量箱内。我厂采用的是酸、碱贮槽高位布置，计量箱地下布置，依靠压力差自动流入。 酸、碱的计量一般采用计量箱，计量箱设有液位计或电测液位装置，其容量能满足一台离子交换器12次再生的需要。根据计量箱内酸、碱液位变化，可控制一次再生所用的酸、碱量。 2、酸、碱的配送与输送 电厂水处理的酸、碱配送通常采用喷射器或计量泵配制输送法。以喷射器法以例，配制水以稳定的压力和流量通过喷射器将酸、碱再生液抽吸并输送至交换器中，适当调整计量箱的出口门，就可配制成所需浓度的再生液。此种方法具有设备简单，操作管理方便，工作可靠的优点。 二、废水中和处理 离子交换除盐系统中废液和废水的排放量很大，一般约相当于其处理水量的10%。为了防止环境污染，应使排放废液的pH值不超过69的范围。 因为排放的有废酸和废碱，所以可将它们中和至合格后再排出。酸、碱废液排放至中和池后，采用罗茨风机向池内鼓入空气进行搅拌，同时启动泵进行循环搅拌，根据池内废液pH值达到排放标准后，决定是否需向池内加酸或加碱。当池内废液pH值达到排放标准后，方可进行排放。 三、设备的防腐 除盐系统中，酸和酸性水对设备和管道有极强的腐蚀性。除盐设备能否安全可靠地运行，做好防腐工作非常关键，离子交换器本体、管道、阀门、贮酸箱、计量箱、降碳器等，通常都采用橡胶衬里防腐，也有采用玻璃钠材料衬里的。交换器内进、出水装置，进酸、碱装置，中间排水装置，有的用聚氯乙烯塑料，有的采用不锈钢。 卸酸、碱泵和喷射器常用玻璃材质或其它防腐材料制成。地沟的防腐最好采用衬花岗岩，也可采用衬玻璃钢、软聚氯乙烯塑料等。 第七节 除盐系统运行指标及故障处理 一、运行指标 除盐系统运行中不仅应控制好出水水质，保证出水量，而且应降低各种消耗，如水耗、药耗 、电耗等。下面介绍几个常用的运行指标。 1、水质指标 一级除盐系统出水：硬度0umol/L，二氧化硅100ug/L，电导率5uS/cm。 2、运行周期 运行周期为除盐系统或单台设备从再生好投入运行后到失效为止所经过的时间。其指标应根据实际情况制定。 3、周期制水量 周期制水量为除盐系统或单台设备在一个运行周期内所制出的合格水的数量。它可根据流量表累积计算。 4、自用水率 自用水率为离子交换器每周期中反洗、再生、置换、清洗过程中耗用水量的总和与其周期制水量的比。 5、再生时的酸、碱耗 离子交换系统运行中费用最大的一项是再生剂酸和碱的消耗。原水中含盐量越多，这种费用也就越大。因此，如何降低再生时所用再生剂的比耗，是提高离子交换除盐经济性的主要措施。 在离子交换器中，再生阳树脂和阴树脂所需酸耗和碱耗 降低酸、碱耗的措施主要有：选用质量高的离子交换剂树脂和酸、碱再生剂；对设备进行必要的调整试验，求得最佳再生工艺条件；再生时对碱液进行加热；选用对流式离子交换器或双层床离子交换器；当原水含盐量大时可采用电渗析、反渗透等工艺对原水进行预脱盐处理。 二、运行故障处理 除盐设备运行中发生的故障是多方面的，原因也比较复杂，有设备缺陷方面的，树脂不良方面的，还有操作失误方面的。因此要求运行人员在熟悉作盐原理、设备结构、系统连接和操作要点的基础上，对故障进行认真分析，找出原因，及时消除。下表列出一些典型故障及其原因和消除故障的方法。 现象 原因 处理 重新再生； 提高浓度，增加剂量，检查再生剂质量后重新再生； 进行检修 加大反洗流量，重新再生； 复苏或更换树脂 查明变化原因，进行处理； 关严反洗进水门或停运检修； 关严进酸门 再生阳床； 关严反洗进水门或停运检修； 关严进碱门 了解水源水质，适当增大再生剂量； 停运检修； 查找原因，调整再生工艺； 复苏或更换新树脂； 补充或更换新树脂，进行大反洗； 重新反洗、再生，必要时更换树脂； 检修除碳器和风机 1、阳床、阴床再生后 再生过程中顶压压力 出水不合格 不足或不稳定，造成树脂乱层； 再生液浓度低或剂量不足。再生剂质量差； 中排装置损坏造成偏流； 反洗不彻底，树脂表面有污泥； 树脂老化或被污染 2、阳床运行出水硬度、含钠量不合格 阳床进水水质变化； 反洗进水门不严； 进酸门不严 3、阴床运行出水电导阳床出水漏钠进入阴床； 率、二氧化硅不合格 反洗进水门不严； 进碱门不严 4、阳床、阴床周期制水量降低 清水水质发生变化； 进、出水装置损坏，发生偏流； 再生效果不好； 树脂交换容量下降； 树脂层降低、压实层结块； 双层床树脂反洗分层不好； 除碳器效率低，中间水CO2含量增加 5、阳床、阴床跑树脂 运行中跑树脂原因为出水装置停运检修； 水帽破裂，缝隙太大或没有拧紧； 减小反洗强度； 反洗时跑树脂原因为反洗强度停运检修 太大； 再生时跑树脂原因为中排装置损坏或涤纶网套松口、脱落 第八节 新树脂的处理和贮存 一、新树脂的处理 离子交换树脂的工业产品中，常含有少量低聚合物和未参与聚合或缩合反应的单体。当树脂与水、酸、碱或其他溶液接触时，上述物质就会转入溶液中，影响出水水质。除了这些有机物外，树脂中还往往含有铁、铅、铜等无机杂质。因此，在对水质要求较高的时候，新树脂在使用前必须进行处理，以除去树脂中的可溶性杂质。 新树脂在用药剂处理前，必须首先用水使树脂充分膨胀。然后，对其中的无机杂质可用稀盐酸除去；有机杂质可用稀氢氧化钠溶液除去。但如果树脂在运输或贮存过程中脱了水，则不能将其直接放入水中，以防止树脂因急剧膨胀而破裂，应先把树脂放在10%食盐水中浸泡一定时间后，再用水稀释使树脂缓慢膨胀到最大体积。 热力发电厂中用作水处理的树脂量都比较大，所以宜在离子交换设备中进行处理。具体的处理方法如下： 1、脱水树脂的食盐水处理 将树脂装入交换器中，用大于树脂体积的10% NaCl溶液浸泡树脂12h。浸泡完后放掉食盐水，用水冲洗树脂，直至排出的水不呈黄色为止，然后最好再进行反洗。以除去混在树脂中的机械杂质和细碎树脂粉末。 2、阳树脂的预处理 将阳树脂浸泡于2%4%NaOH溶液中，经48h后进行小流量反洗，至排水澄清、耗氧量稳定为止，然后再浸泡于5%HCl溶液中，经48h后进行正洗，至排水Cl-含量与进水相接近为止。 3、阴树脂的预处理 将阴树脂浸泡于5%HCl溶液中，经48h后，用氢离子交换器出水进行小-流量反洗，至排水Cl含量与进水相接为止。然后再用4% NaOH溶液浸泡，经48h后进行正洗，至排水接近中性为止。 新树脂经上述处理后，它的稳定性会显著提高。 二、树脂的贮存 如需长期贮存树脂时，最好把树脂转变成盐型，并浸泡在水中。如贮存过程中树脂脱了水，也应先用浓食盐水浸泡，再逐渐稀释，以免树脂急剧膨胀而破碎。 树脂在贮存处和运输过程中的温度不宜过高或过低，一般最高应不超过40；最低不得在0以下，以免冻裂。如冬季没有保温设备时，可将树脂贮存在食盐水中，食盐水的浓度可根据具体气温条件而定。 三、树脂的鉴别和分离 1、树脂的鉴别 在实际工作中，往往需要判别树脂的种类，现介绍一种简单的鉴别方法如下： 第一步区分阳树脂和阴树脂。 1）取树脂样品2mL，置于30mL的试管中，用吸管吸去树脂层上部的水。 2）加入1mol/L HCl5mL，摇动12min，将上部清液吸去，这样重复操作23次。 3）加入纯水清洗，摇动后，将上部清液吸去，重复操作23次，以除去过剩的HCl。 经上述操作后，阳树脂转变为H型，阴树脂转变为Cl型。 4）加入已酸化的10% CuSO45mL，摇动1min，放置5min。如树脂呈浅绿色，即为阳树脂，如树脂不变色则为阴树脂。 H型强酸性阳树脂与Cu2交换转变成Cu型树脂而呈浅绿色。H型弱酸性阳树脂由于羧基和Cu2能形成牢固的共价键，即使在酸性溶液中也能转变为Cu型树脂，所以也呈浅绿色。强碱性阴树脂与Cu2无作用，因此不变色，弱碱性阴树脂可以和Cu2络合，也呈浅绿色，但在酸性溶液中不能和Cu2络合，将CuSO4 溶液酸化，就是为了防止弱碱性阴树脂与Cu2络合，干扰对阳树脂的鉴别。 由于弱酸性阳树脂的交换速度较慢，因此加CuSO4后，需放置一些时间，再进行观察。 第二步，区分强酸性阳树脂和弱酸性阳树脂。 经第一步处理后的树脂如显浅绿色，则用纯水充分清洗后，加5mol/L NH3·H2O溶液2mL，摇动1min，再用纯水充分清洗。如树脂转为深蓝色，则为强酸性阳树脂；如树脂颜色不变，则为弱酸性阳树脂。 之所以认定转为深蓝色的树脂为强酸性树脂，是因为加NH3·H2O后，强酸性阳树脂颗粒中的Cu2成为铜氨络离子Cu(NH3)42，并仍被强酸性阳树脂吸2着，因而使树脂呈深蓝色Cu(NH3)4为深蓝色。弱酸性阳树脂中的Cu2不转成Cu(NH3)42，所以树脂仍为浅绿色。 第三步，区分强碱性阴树脂和弱碱性阴树脂。经第一步处理后，不变后的树脂即为阴树脂，再进行如下操作： 1）加入1mol/L NaOH 5mL，摇动1min后，用倾泻法充分清洗。如入NaOH是使阴树脂转成OH型，并清洗除去过剩的NaOH。 2）加入酚酞5滴，摇动1min，用纯水充分清洗，如树脂呈红色，则为强碱性阴树脂，这是由于OH型强碱性阴树脂能电离子OH-，充填在树脂颗粒的网孔中，因而呈强碱性，当酚酞渗入网孔中时，遇碱即显红色。弱碱性树脂由于电离的OH-少，碱性弱，所以酚酞渗入网孔时不变色。 第四步，确定弱碱性树脂。 加入酚酞后，树脂不变色，应为弱碱性阴树脂，为了进一步加以肯定，操作如下： 1）加入1mol/L HCl5mL，摇动1min，然后用纯水清洗23次。加HCl是使阴树脂转变为Cl型，并洗去过剩的HCl。 2）加入5滴甲基红，摇动1min，并用纯水充分清洗，如树脂呈桃红色，则可确定为弱碱性阴树脂，如树脂不变色，则表示无离子交换能力 ，这是由于Cl型弱碱性阴树脂有水解作用，其反应如下： RCl + H2O ROH + HCl 水解后，RCl树脂网孔中的水呈酸性，因此当甲基红渗入树脂颗粒网孔中后即显桃红色。 必须注意，上述操作是连续性的，不能只取其中一步就确定是某种树脂。例如，不能只做第四步就确定它是弱碱性阴树脂，因为H型的强酸或弱酸树脂，其网孔中的水都呈酸性，因此加甲基红都呈桃红色。 2、不同树脂的分离 在使用中，有时会碰到不同类型的树脂混合在一起，需要设法分离。树脂的分离常利用它们密度的不同，用自下而上的水流将它们分开。或者将它们浸泡在一种具有一定密度的溶液中，利用它们浮、沉性能的不同而分开。如用饱和食盐水浸泡，则强碱性阴树脂会浮在上面，而强酸性阳树脂则沉于底部，如果混合的两种树脂密度差甚小，那么分离起来就比较困难。 第九节 树脂变质和污染 在离子交换水处理系统的运行过程中，各种离子交换树脂常常会渐渐改变其性能。原因有二：一是树脂的本质改变了，即其化学结构受到破坏；二是受到外来杂质的污染。由前一种情况所造成树脂性能的改变，是无法恢复的；由后一种情况所造成树脂性能的改变，则可以采取适当的措施，清除这些污物，从而使树脂性能复原或有所改进。 一、变质 1、阳树脂 阳树脂在应用中变质的主要原因是由于水中有氧化剂，如游离氯、硝酸根等。当温度高时，树脂受氧化剂的侵蚀更为严重，若水中有重金属离子，因其能起催化作用，致使树脂加速变质。 阳树脂氧化后发生的现象为：颜色变浅，树脂体积变大，因此易碎和体积交换容量降低，但质量交换容量变化不大。由于设备中树脂上下层与进水接触先后顺序不同，受侵害的程度也不同，当水下流时，上层树脂首先与含氧化剂的水接触，所以遭受侵害的程度最大。 实践证明，强酸性H型树脂受侵害的程度最为强烈，如当进水中含有0.5mg/L Cl2时，只要运行46个月，树脂就有显著的变质。而且由于树脂颗粒变小，使水通过树脂层的压力损失明显增大。磺酸基阳树脂的碳链氧化断裂产物，由树脂上脱落下来以后，变为可溶性物质。这些可溶性物质中还会有弱酸基，因此当这随水流入阴离子交换器时，首先被阴树脂吸着，吸着不完全时，就留在阴离子交换器的出水中，使水质降低。除去水中游离氯，常用两种方法，一种是用活性炭过滤，另一种是投加亚硫酸钠。 大孔强酸性阳离子交换树脂，在抗氧化性和机械强度方面都比较好，而交换容量、再生效率、漏钠量均与凝胶型树脂相差不多。 2、阴树脂 总的来说，阴树脂的化学稳定性比阳树脂要差，所以它对氧化剂和高温的抵抗力也较差，但阴离子交换器在除盐系统中一般都是布置在阳离子交换器之后，进入除盐装置的水中的强氧化剂都消耗在氧化阳树脂上了，无形中对阴树脂起了保护作用，一般只是溶于水中的氧对阴树脂起破坏作用。 强碱性阴树脂在氧化变质的过程中，表现出来的是交换基团的总量和强碱性交换基团的数量逐渐减少，且后者的速度大于前者。这是因为阴树脂被氧化的初期，季铵基团在大多数情况下变成能进行阴离子交换的弱碱性基团。氧化变质的速度，开始时最大，随后逐渐减低，约两年后氧化速度几乎为恒定。这是因为，各种季铵基团的稳定性不同，在新树脂中含有加快树脂降解速度的杂质，这些杂质在作用过程中渐渐被除掉。树脂颗粒表面或接近表面处最易受侵害。 型强碱性阴树脂比型易受氧化，运行时提高水温会使树脂的氧化速度加快。防止阴树脂氧化可采用真空除气，这对应用型强碱性阴树脂时更有必要。 二、污染 1、阳树脂 阳树脂会受到进水中的悬浮物、铁、铝、硫酸钙、油脂类等物质的污染。在除盐系统中用的阳树脂受铁、铝污染的可能性很少，因为以酸作再生剂能很好地溶解和清除掉铁、铝的沉积物。但在软化水系统中的阳树脂，会在相当时间内被这类物质所污染，因为用食盐作再生剂有能从树脂表面有效地清除铁、铝沉积物，而只能除掉小部分已经交换到阳树脂上的铁和铝离子。采用硫酸作再生剂时，可能会有硫酸钙沉积在树脂表面。 运行中应尽量采取措施防止上述物质对阳树脂的污染。万一受到污染，可针对污染物种类用下述方法处理树脂。 空气擦洗法。从显微镜下能看出树脂表面有沉积物时，可采用空气擦洗除去。由于交换器树脂层底部通常都没有设置压缩空气分配系统，压缩空气擦洗可用内径为2045mm的塑料硬管做成空气枪，以软管连接到压缩空气气源上进行。具体作法是：先将交换器的水位降到树脂层降到树脂层表面上300400mm处，将空气枪插到树脂层底部，控制一定的空气压力和气量，使树脂强烈搅动；1015min后停气用水反洗，以除去擦下来的污染杂质。这样反复进行擦洗和反洗，直到反洗排水清晰为止。 酸洗法。对那些不能用空气擦洗法除去的物质，如Fe3+、Al3+、CaCO3、Mg(OH)2，可用盐酸进行清洗。酸洗前应通过实验室试验，确定酸液浓度和酸洗时间。对除盐系统中所用的阳树脂，可用原有的再生系统，配制所需浓度的酸液进行酸洗；对于软化系统中所用的树脂，必须将树脂转移到能耐盐酸的设备中进行酸洗。为防止酸液被稀释影响酸洗效果，酸洗前应先将交换器或设备中的水位降到树脂层表面上200300mm处，然后进酸浸泡或低流速循环，也可以二者交替进行。 采用酸液浸泡方式酸洗时，可以通过压缩空气搅拌。受硫酸钙沉淀污染的阳树脂可用EDTA稀溶液清洗。 碱洗法。润滑油、脂类及蛋白质等有机质，经常存在于地面水中，当进入阳离子交换树脂层时，在树脂表面形成一层油膜，严重影响树脂的工艺性能，出现树脂层结块，树脂密度减小等不正常现象。此类受污染树脂的特征主要是树脂颜色变黑，极易与阳树脂受铁污染后变黑相混淆，可将少量受污染树脂放入小试管中加入少量水摇动，受此类污染的树脂会在水面看到“彩虹”现象。受此类污染的阳树脂，可用加热到5060的5%的NaOH进行碱洗。碱洗可分为34次进行，每次持续时间为46h，中间用水冲洗。复苏处理的终点可按排出废碱液的化学氧量降至100150 mgO2/L控制。 2、阴树脂 强碱性阴树脂在使用中，常常会受到有机物、胶体硅、铁的化合物等杂质的污染，使交换容量降低。 有机物污染。离子交换除盐装置中的强碱性阴树脂，污染来源可能性最大的是原水中的有机物。有机物虽以植物和动物腐烂后分解生成的腐殖酸和富维酸为主，但种类很多，至今已发现有六千多种。腐殖酸和富维酸都属于高分子聚羧酸，前者相对分子质量大、含羧酸基团较少，在酸中不溶解；后者则相反。相对分子质量越大，越难解吸。 强碱性阴树脂被污染的特征是交换容量下降，再生后正洗所需时间延长，树脂颜色常变深，除盐系统的出水水质变坏，pH值降低。凝胶型强碱性阴树脂之所以易受腐殖酸或富维酸污染，是由于其高分子骨架属于苯乙烯系，是憎水性的，而腐殖酸或富维酸也是憎水性的，因此二者之间的分子吸引力很强，难以在用强碱液再生时树脂时解吸出来，而且腐殖酸或富维酸的分子很大，移动缓慢，一旦进入树脂中后，易被卡在里面。随着时间的延长，被卡在树脂中的有机物越来越多，为预防强碱性阴树脂的有机物污染,应合理地采用加氯、混凝、澄清、过滤、活性炭吸附等各种水处理方法，尽量降低强碱性OH型交换器入口水中有机物的含量。 阴树脂被有机物污染程度，可用下述简易方法判断：将50mL被污染的树脂装入锥形瓶中，