阴阳混合树脂的反应与再生问题剖析

阴阳混合树脂的反应与再生问题剖析

新树脂的预处理：
由于运输及保管等各方面的原因，容易使新树脂产生脱水。凭肉眼和手感均可发现。如遇此种情况，为避免树脂与水和其它再生液的接触而产生爆裂破碎，造成不必要的浪费，必须将此类树脂浸泡在8的食盐水中16小时左右（浸泡时好经常搅拌），使树脂充分膨胀，经清水漂洗至无盐味后方可使用。没有上述现象，则树脂不必进行预处理。
树脂装填：
国内混床设备的树脂装填高度为阳树脂5（6）00mm，阴树脂10（2）00mm，非再生态时（即阳树脂为钠型，阴树脂为氯型时）阳树脂装填高度不能高过中排口，但也不宜低于中排口5cm。阴阳树脂装填比例为2：1（或1.5：1）。001x7MB阳离子交换树脂在下，201x7MB阴离子交换树脂在上。

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树脂冲洗：
树脂装入交换器后，用洁净水反洗树脂层，直至出水清晰、无气味、无细碎树脂为止。
用约2倍树脂体积的4-5HCl溶液，以2m/h的流速通过树脂层。全部通入后，浸泡4-8小时，排去酸液，用洁净水冲洗至出水呈中性，冲洗流速为10-20m/h。
用约2倍树脂体积的2-5NaOH溶液，按上面进HCl溶液的方法通入和浸泡。排去碱液，用洁净水冲洗至出水呈中性，冲洗流速同上。酸、碱溶液若能重复进行2-3次，则效果更佳。
阴阳树脂混合：
冲洗结束后，打开下进、上排阀，启动中间水泵（反冲洗使树脂层松动），将柱内积水排至树脂层面上100-150mm处时，关中间水泵和进水阀；2、打开小量排空阀，开启并控制进气阀门的进气量（进气压力为0.1-0.15Mpa），观察上下窥视镜内树脂有节律的上下沸腾混合，使上下树脂颜色深浅混合一致。进气时间一般为10-15分钟；3、混合结束后，关闭进气阀、排空阀，再迅速开启上进阀、中间水泵、下排阀（使树脂迅速沉降，防止树脂在沉降过程中重新分层）。同时也要防止树脂露出水面，否则树脂间会产生气泡，从而影响混床的出水水质（若混合效果不佳时，可以重复混合操作）。
注意事项：
运行一年以上，须检查树脂实际装填高度，如树脂层高不够了，就需要相应填补树脂。
混床出水指标主要有两项，一项是电导率＜0.2us/cm，另一项是硅含量Csio2＜0.02mg/L，为合格。
如果混床周期制水量明显下降，出水指标不稳定，再生酸碱耗、水耗居高不下，那就要对树脂是否被污染及树脂强度等指标进行再生或检测。
脱盐水混床再生要求 说明：
1、反渗透膜进行化学清洗用柠檬酸溶液循环清洗的
2、混床的分层、再生规范、清洗合格、混合均匀=出水电导率合格。 3、如果是铁中毒树脂会发红，多数原因是因为树脂在使用过程中因设备中的铁、处理液中有铁，树脂污染一般是高价铁，可用5左右的HCI进行处理，好循环，也可浸泡，时间在5－8小时，把高价铁变为低价铁。处理好后，树脂再用清水清洗。
混床出水电阻率≤1MΩ时混床需要再生。本混床的阴阳树脂再生操作规程采用“二步再生法"—— 即先对阴离子（上部）进碱再生；再对阳离子树脂（下部）进盐酸再生。
 一、阴阳树脂分层
反冲洗：开启下进阀、上排阀、启动中间水泵，用RO出水大流量（约3000L/h）冲洗20分钟后，小流量（约600L/h）的冲洗约15分钟使树脂松动分层。
树脂分层的好坏，还与树脂的失效程度有关，树脂失效程度越大，分层越容易。
若阴阳树脂因互相粘结抱团无法分层时：缓慢打开小量洁净压缩空气，再调节排空阀门，使压缩空气从混床由下进上排出，从上下窥视镜观察树脂松动以利分层，视其情况可以延长操作时间和次数，再按照上述反冲洗方法处理阴阳树脂的分层。
阴阳树脂的分层是再生操作中非常关键和重要的步骤之一。
 二、排除柱内积水)
排水静置沉降：关闭中间水泵及进水阀，打开中排阀、下排阀，排尽树脂柱内积水（以免再生液被稀释），水流尽后静置5分钟。
三、配制酸碱液注意事项
配制酸碱液时务必小心操作，戴上护目镜、橡胶手套和口罩等，保持室内通风；若溅到皮肤上用大量的水冲洗或及时就医。
 四、阴树脂进碱
1、用纯化水把pH =14的碱液配制好；2、调节好碱液桶上的出液阀门，打开进碱阀（上进），启动碱液泵，打开排空阀排除其空气，待碱液进入后，浸泡阴树脂层时，关闭排空阀，开启中排阀并控制中排的开启程度,碱液流量为300-500l/h（进碱约45分钟）；3、碱液进完之后，及时用RO水冲洗稀释碱液桶及进碱管线20分钟，再关闭碱液泵、进碱阀；4、再打开上进水阀、启动中间水泵，用RO水进行冲洗至中排阀排出，直至pH =10为止。再打开下排水阀，关闭中排水阀，直至出水
五、阳树脂进酸
1、用纯化水把pH =1的酸液配制好；2、调好酸桶上的出液阀门，打开进酸阀（下进），启动酸液泵，打开排空阀排除其空气，待酸液进入后（流量约
为250-300l/h）浸泡阳树脂层时（中排窥视镜观察），关闭排空阀，同时开启中排阀并控制其开启程度；3、中排出液pH =1时可适当加大进酸流量，以使阳树脂不发生挠动为佳（进酸约需40分钟）；4、酸液进完之后，及时用RO水冲洗稀释碱液桶及进酸管线20分钟，关闭酸液泵 、进酸阀；5、再打开上进阀、下进阀，启动中间水泵用RO水进行冲洗，测试中排阀的出水pH =7-8时，关闭上进、下进阀，由中排把水排尽。
 六、阴阳树脂混合
1、树脂清洗合格后，打开下进、上排阀，启动中间水泵（反冲洗使树脂层松动），将柱内积水排至树脂层面上100-150mm处时，关中间水泵和进水阀；2、打开小量排空阀，开启并控制进气阀门的进气量（进气压力为
0.1-0.15Mpa），观察上下窥视镜内树脂有节律的上下沸腾混合，使上下树脂颜色深浅混合一致。进气时间一般为10-15分钟；3、混合结束后，关闭进气阀、排空阀，再迅速开启上进阀、中间水泵、下排阀（使树脂迅速沉降，防止树脂在沉降过程中重新分层）。同时也要防止树脂露出水面，否则树脂间会产生气泡，从而影响混床的出水水质（若混合效果不佳时，可以重复混合操作）。
  七、混床的冲洗
混合完毕后，用RO出水进行正洗。正洗流量一般为2000L/h，冲洗约30分钟，以排出水符合纯化水水质指标为终点。
八、再生过程中可能出现的问题及对策
1、树脂混合后如果树脂间有气泡，可将柱内积水由下排阀排掉，打开排气阀，然后以很低的流速(使树脂层不动)以反洗的方式从柱体下部进水，当液面淹没全部树脂时，立即停止进水，以免树脂浮起分层。然后改用正洗方式再进行冲洗即可。
2、影响树脂再生程度的因素，主要有再生剂的用量、浓度、纯度、再生时间、再生剂的流速、再生时的温度等，在实际操作中应予注意。混床允许工作压力≤0.2MPa。

阴阳混合树脂的反应与再生问题剖析

　　一、交换能力

　　氢型阳离子交换树脂在水中可解离出氢离子(H+)，当遇到金属离子或其它阳离子，就发生互相交换作用，但交换后的树脂，就不再是氢型树脂了。例如，当水中的阳离子如钙离子、镁离子的浓度相当大时，磺酸型的阳离子交换树脂中的氢离子，可和钙、镁离子进行交换，而形成钙型或镁型的阳离子交换树脂，如下式：2R-SO3H+Ca2+→(R-SO3)2Ca+2H+(钙型强酸性阳离子树脂)2R-SO3H+Mg2+→(R-SO3)2Mg+2H+(镁型强酸性阳离子交换树脂)氢型阳离子交换树脂的交换能力与被交换的阳离子的价数有密切关系。在常温下，低浓度水溶液中，交换能力随离子价数增加而增加，即价数越高的阳离子被交换的倾向越大。此外，若价数相同，离子半径越大的阳离子被交换的倾向也越大。如果以自来水中经常出现阳离子列为参考对象。

离子交换树脂

　　二、交换容量

　　离子交换树脂进行离子的交换反应的性能，主要由交换容量表现出来。所谓交换容量是指每克干树脂所能交换离子的毫克当量数，以mol/g为单位。当离子为一价时(如K+)，其毫克当量数即为其毫克分子数，对于二价(如Ca2+)或更多价离子(如Fe3+)，其毫克当量数即为其毫克分子数乘以其离子价数。交换容量又分为总交换容量、操作交换容量和再生容量等三种表示方法。总交换容量表示每克干树脂所能进行离子交换反应的化学基总量，属于理论性计量。操作交换容量表示每克干树脂在某一定条件下的离子交换能力，属于操作性计量，它与树脂种类、总交换容量，以及具体操作条件(如接触时间、温度)等因素有关，可用于显示操作效率。再生容量表示每克干树脂在一定的再生剂量条件下，所取得的再生树脂之交换容量，可用于显示树脂再生效率。

　　由于树脂的结构不同(主要是活性基数目不同)，强酸性与弱酸性阳离子交换树脂的交换容量也不相同。一般而言，弱酸性的活性基数目通常多于于强酸性，故总交换容量较高约7.0~10.5mol/g，相形之下，强酸性仅约3.2~4.5mol/g而已，但在实际应用中，弱酸性的操作交换容量却不一定高于强酸性，例如，pH值低于5时，弱酸性的操作交换容量为零，根本无交换作用。在pH值为6.5时，两者的操作交换容量相似；但在碱性溶液中，弱酸性远高于强酸性。在再生容量方面，弱酸性则通常高于强酸性，故弱酸性的使用寿命会更长一些。

离子交换树脂

　　三、再生

　　离子相对浓度高低对树脂的交换性质会产生很大的影响。当水溶液中氢离子的浓度相当大时，钙型或镁型的阳离子交换树脂中的钙离子或镁离子，可与氢离子进行交换，重新成为氢型阳离子交换树脂。换言之，交换反应也可以反方向进行。由于离子交换过程是可逆的，因此当交换树脂交换了一定量的离子后，可用相对浓度较高的氢离子再取代下来，使之一再重复被循环使用，这种作用称为再生。其反应式如下：(R-SO3)2Ca+2H+→2R-SO3H+Ca2+(R-COO)2Ca+2H+→2R-COOH+Ca2+当氢型树脂中的氢离子，都被其它硬度离子交换后，这些树脂就没有软化水质作用，此时之状态称为饱和状态。再生操作主要目的就是将已经达到饱和状态的树脂，利用再生剂洗出所交换来的阳离子，让树脂重新再回复到原有的交换容量，或所期望的容量程度，或原有的树脂型态等。无论是强酸性或弱酸性阳离子交换树脂，都可以使用稀硫酸或稀盐酸作为再生剂，但一般认为以稀硫酸作为再生剂，效果可能会好一些。因为树脂若吸附有机物的话，稀硫酸较稀盐酸更能解析出有机物，所以一般工艺多采用稀硫酸为再生剂。不过实际应用时，可能因为硫酸的取得较为困难，所以多使用盐酸作为再生剂居多。

离子交换树脂

　　四、影响再生特性的主要因素

　　氢型树脂的再生特性与它的类型和结构有密切关系，强酸性氢型树脂的再生比较困难，需要的再生酸液的剂量比理论值高许多，而且必须较长的接触时间。相形之下，弱酸性氢型树脂的再生则比较容易，需要的再生酸液的剂量仅比理论值高一些，也不需要长的接触时间。一般认为，在硫酸或盐酸的用量为其总交换容量的二倍时，每次再生树脂与再生酸液浸泡接触时间是：强酸性约30~60分；弱酸性约30~45分。此外，氢型树脂的再生特性也与它们的「交联度」有关。所谓交联度乃是定量树脂中所含的交联剂(如苯乙烯)的质量百分率。通常交联度低的树脂，其特征是聚合密度较低，内部空隙较多，网孔大，对水的溶胀性好，但对离子选择较弱，交换反应速度快，较易再生，因此每次再生树脂与再生酸液浸泡接触时间较短。反之，交联度高的树脂，则需要较长再生酸液与树脂接触的时间。无论强酸性或弱酸性氢型树脂的「交联度」均可以在制造时控制。由于氢型树脂的网孔不仅提供了良好的离子交换条件，而且也像活性碳一般，能产生分子吸附作用，也可能吸附各种有机物，因此容易受到有机物污染，而影响其操作效率，也使得其再生操作发生困难。如果树脂在使用过程中，吸附了有机物，特别是大分子有机物，再生接触时间必须更久，而且通常要提高温度(70~80℃)才能除去大部分有机物，以免其效能降低太快，同时在高温下操作，也可以加速再生反应时间，使浸泡接触时间得以因而缩短。在这方面应用的再生剂，以硫酸较佳，理由是硫酸在加热时相当安定，盐酸则可能会产生有毒的氯化氢气体。