离子交换树脂教学文稿Word文档下载推荐.docx
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阳树脂：
在阳离子交换器及管系内可充入0.5%的甲醛溶液，并在停用期间保持此浓度。
也可用食盐水浸泡。
在设备重新启动前用0.2%过氧化氢或0.5%甲醛溶液淋洗。
2
树脂的预处理
在离子交换树脂的工业产品中，常含有少量的有机低聚物及一些无机杂质。
在使用初期会逐渐溶解释放，影响出水水质或产品质量。
因此，新树脂在使用前必须进行预处理，具体方法如下：
1、树脂装入交换器后，用洁净水反洗树脂层，展开率为50-70%，直至出水清晰、无气味、无细碎树脂为止。
2、用约2倍树脂体积的4-5%HCl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。
3、用约2倍树脂体积的2-5%NaOH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。
经预处理后的树脂，在第一次投入运行时应适当增加再生剂用量，以保证树脂获得充分的再生。
3
有机物的污染及处理
一、强碱阴树脂遭受有机物污染的特征：
1、树脂被污染后，颜色变深，从淡黄色变为深棕色，直至黑色。
2、树脂的工作交换容量降低，阴床的周期制水量明显下降。
3、有机酸漏入出水中，使出水的电导率增大。
4、出水的pH值降低。
正常运行情况下，阴床出水的pH值一般在7-8范围内（因有NaOH漏过），树脂遭受污染后,因有机酸的漏过，可使出水的pH值降至5.4-5.7。
5、SiO2含量增大。
水中所含有机酸（富维酸和腐殖酸）的解离常数大于H2SiO3，因此，附着在树脂上的有机物可以抑制树脂对H2SiO3的交换或排代出已吸着的H2SiO3，造成阴床SiO2过早漏过。
6、清洗水用量增加。
因为吸着在树脂上的有机物含有大量的-COOH基团，树脂再生时变为-COONa，在清洗过程中，这些Na+不断被阴床进水中的矿物酸排代出来，增加了清洗阴床的时间和用水量。
二、有机物污染对强碱阴树脂的影响
1、强碱阴树脂对有机物的吸着力。
天然水中的有机物（以富维酸和腐殖酸为代表）经过H+交换及除碳后，因pH值的降低，有机物几乎全部以分子状态存在于阴床进水中。
因为腐殖酸分子量大，疏水性强，与强碱阴树脂的苯乙烯-二乙烯苯聚合的骨架具有较强的吸附能力-范德华力，同时，这些大分子的有机酸都含有多个羧酸基团，与OH型强碱阴树脂的季胺基官能团也具有较强的化学亲和力，因此使有机酸被强碱树脂牢固地吸着于颗粒表面。
强碱阴树脂的骨架改为亲水性的丙烯酸与二乙烯苯的聚合物，减少了骨架对有机酸吸附的范德华力，会使有机酸的吸着率略有降低。
如将OH型强碱阴树脂改为Cl型，则因改变了有机酸与强碱阴树脂的OH之间的酸碱中和反应，使化学亲和力下降，树脂对有机物的吸着率也会降低。
这种基团型态对有机物吸着的影响大于骨架材质的影响。
2、有机物的再生洗脱。
新的凝胶型强碱阴树脂的对有机物的吸着率很高（95%），洗脱率却很低（15%）。
随着运行周期的增加，吸着率基本不变，洗脱率虽从15%上升到60%以上。
但是，到树脂工作交换容量开始降低时，洗脱率也只有60%，这说明有机物仍不断地在树脂上积聚，它会进一步降低树脂的工作交换容量，并使出水质量恶化。
3、有机物特性的影响。
分子量比较大的腐殖酸，一方面由于分子量大，亲水性较差，另一方面因为所含的-COOH较少，所以它们主要是以范德华力吸附于树脂的骨架上，难于洗脱。
富维酸则因分子量小，含有的-COOH多，所以多以化学亲和力与树脂的多个交换基团相结合，再生过程中较容易被洗脱。
对天然水中的有机物根据其在水中的溶解度，可以分为悬浮的、胶体的和溶解的三种。
对于以物理吸附作用附着于树脂表面的悬浮有机物，可以使用加强过滤或对污染的树脂进行空气擦洗、超声波清洗等方法去除。
胶体的有机物一般是带有负电荷的，它们的粒径在0.2-1.0nm之间，对树脂的污染既是物理性的，又是化学性的，可通过混凝澄清或超过滤的方法去除。
溶解性的有机物是污染强碱阴树脂的主要成分，它们以范德华力和化学亲和力吸着于强碱阴树脂，洗脱率低，最终影响树脂的工作交换容量和出水质量。
4、对树脂工作交换容量的影响。
由于强碱阴树脂上有机物的不断积聚，一方面部分交换基团被占据，再生时不能洗脱，减少了树脂的交换容量；
另一方面这些有机物会在运行中不断溶解，并因有机酸的酸性比H2SiO3强，而抵制强碱阴树脂对H2SiO3的吸收，造成H2SiO3过早地在出水中漏过。
因为阴床的失效终点是用SiO2的漏过量确定的，所以H2SiO3过早的漏过必然会使树脂的工作交换容量降低。
后者只降低树脂的工作交换容量，而全交换容量不变。
5、对出水质量的影响。
被有机物污染的强碱阴树脂，因为附着有许多大分子的有机酸，它们所含的部分被水中的矿质酸所排代，这就造成出水电导率的升高。
这一作用，一方面增加了清洗水的用量和清洗时间，另一方面有机酸溶入出水中也会造成出水质量的降低。
树脂上附着的有机酸，也会逐渐溶于出水中，使出水的pH值降低，SiO2含量增大。
三、防止强碱树脂遭受有机物污染的方法
1、添加氧化剂。
添加氧化剂是除去天然水中有机物的常用方法，它能起到较好的杀菌和灭藻的作用。
常用的氧化剂有氯气和臭氧。
游离氯在水中分解为次氯酸，能降低天然水中80%左右的COD，但是过量的氧化剂会对凝胶型苯乙烯系强碱树脂造成损害。
在采用添加氧化剂方法去除COD时，必须去除残余的氧化剂，常用的方法为活性炭过滤。
2、混凝-澄清过滤。
当天然水中有悬浮的和胶体的有机物时，使用混凝澄清和过滤的方法去除是很有效的。
使用混凝澄清的方法还可去除粒径在2-10mm的杂质，对粒径为0.2-1mm的腐殖物，大约可以去除60-80%。
3、活性炭过滤。
活性炭可以用于吸附多种物质，包括无机、有机的胶体和溶解的高分子有机物等，同时，还可以除去水中的游离氯和氯胺等。
4、有机物清除器。
包括Cl型有机物清除器和OH型有机物清除器。
5、选择抗污染的树脂。
包括选用大孔型树脂、均孔树脂、大孔型弱碱阴树脂以及丙烯酸系强碱树脂。
6、丙烯酸系强碱树脂的特点有：
（1）交换容量高，交换速度快；
（2）物理稳定性好，使用寿命长；
（3）能有效地去除天然水中的有机物，并在再生过程中能很好地洗脱。
丙烯酸系强碱树脂除了含有强碱基团外，尚含有一定量的弱碱叔胺基团，所以具有较高的交换容量，一般可达800-1100mol/m3R。
当进水中弱酸阴离子/总阴离子的比值大于20%时，其工作交换容量有一定的下降，这是由于该树脂含有一定的弱碱基团的结果。
当水中的游离矿质酸（简称FMA）含量超过90%时，使用丙烯酸系强碱树脂可以相当于弱、强型树脂联合应用工艺的串联系统或双室浮床的效果；
FMA含量为80-90%时，可相当于双层床的效果；
FMA含量在67-80%以下时，可降低再生剂用量，以保持经济的比耗。
丙烯酸系强碱树脂具有弹性和多孔结构，从Cl型变为OH型时，其体积膨胀率只在7%左右，明显地小于苯乙烯系同等交联度的强碱树脂和弱碱树脂。
在工业设备中运行两年（共580个周期），没有发现树脂颗粒的破碎现象。
由于丙烯酸系强碱树脂的骨架与官能团是由酰胺键连接的，因此降低了这种的树脂的热稳定性，其使用温度为30°
C，最高不超过35°
C。
丙烯酸系强碱树脂对有机物具有良好的吸附和解析能力，不易被有机物所污染。
四、强碱阴树脂的复苏
1、复苏液的选择。
对强碱树脂吸着的，不能用正常再生方法交换出来的杂质，定期地进行一些有针对性的处理，以提高树脂交换性能的方法，称为树脂的复苏。
复苏的方法要根据污染树脂的杂质性质进行选择，如铁的污染可用HCl清洗，吸着的有机物可用碱性氯化钠溶液洗去等。
不同成分的复苏液，消除强碱树脂上的有机物的效果有所不同，NaNO3、NaCl和Na2SO4的碱性混合液都有良好的洗脱效果，尤以NaNO3的碱性混合液最佳。
经对碱性氯化钠溶液的浓度进行选择性试验，结果表明以10%NaCl＋2-5%NaOH混合液的效果较佳。
2、常用的清洗方法。
（1）碱性氯化钠混合液清洗：
氯化钠浓度为10%，氢氧化钠浓度为2-5%，每升树脂用量为160克NaCl及32克NaOH。
阴床清洗需3个树脂床体积，如为混床清洗，应为阳、阴树脂总量的3倍体积，溶液应先预热至35°
将交换床上部人孔打开，疏水至水位在树脂表面5-10cm处，如为阴床单床，第一个床体积的碱性氯化钠溶液流经树脂床的流速不超过2个床体积/小时，疏水速率使液位维持在树脂表面上5-10cm处。
第2床体积溶液的进入速率与前同，并保持在树脂床内约8小时或放置过夜，通过空气排管在整个期间不时搅拌。
浸泡完毕后，进入第3床体积碱性氯化钠溶液，流速如前。
装回人孔，以阳床出水或生水冲洗。
如为混床系统，碱性氯化钠溶液则进入阳、阴树脂层，疏水如前述，然后进入第一床体积的碱性氯化钠溶液，淋洗过程也与阴床单床相同。
在淋洗前，人孔须装回，使用床内正常布水系统进行淋洗。
清洗后，阴床单床系统的再生，至少须用96克NaOH/升树脂的再生水平，再生后进行淋洗，并再次再生和淋洗，共再生两次。
混床系统则应先反洗将阳、阴树脂分层，将阳树脂及阴树脂都分别再生两次。
阴树脂的再生水平如前，而阳树脂则至少用100克HCl/升树脂的再生水平。
这里必须再次强调，树脂要再生两次，且两次再生间要淋洗。
（2）次氯酸钠清洗：
这是在树脂受到严重污染，用碱性氯化钠溶液无法复苏时使用。
这方法虽然不常使用，但是绝对安全的。
在阴床单床或混床系统，树脂须先用至少一个床体积的10%盐水，使树脂彻底失效，混床中的阳树脂必须全部转为钠型。
准备3个床体积的次氯酸钠溶液，溶液中有效氯的含量为1%。
次氯酸钠清洗与碱性氯化钠清洗步骤相似，除了第二床体积的浸泡贮留时间为4小时，且溶液不加热。
在混床清洗时，在用酸再生阳树脂前，最后的痕量的次氯酸钠必须淋洗干净。
注意：
次氯酸钠是强烈的漂白剂，有关注意事项，操作人员必须知晓和遵守，使用次氯酸钠清洗后，疏出的废液必须冲洗干净，否则当废酸液进入时将在下水道内产生氯气。
4
离子交换树脂预处理方法
GB/T5476—1996
前 言
本标准代替GB/T5476—1985离子交换树脂预处理方法。
这次标准修订时，将原标准中3.3试样的酸碱处理和3.5基准型试样的制备合并为本标准中5.3试样的制备，增加预处理单次操作的试剂用量，简化操作步骤，缩短操作时间。
1 范围
本标准规定了离子交换树脂的预处理方法。
本标准适用于强酸、弱酸、强碱或弱碱性的离子交换树脂的预处理。
2 引用标准
下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成本标准的条文。
本标准出版时，所示版本均为有效。
所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。
GB/T5475——85离子交换树脂取样方法
GB/T12598——90离子交换树脂渗磨圆球率、磨后圆球率的测定
3 方法提要
在检测离子交换树脂的各项性能之前，先用水反洗树脂，除去机械杂质，再通过规定的酸、碱溶液除去可溶物，同时将树脂转为具有下列离子型式的试样：
——强酸性阳离子交换树脂为钠型。
——弱酸性阳离子交换树脂为氢型。
——强碱性阴离子交换树脂为氯型。
——弱碱性阴离子交换树脂为游离胺型。
4 试剂和溶液
4.1盐酸溶液：
C（HCl）=1mol/L，量取盐酸90mL稀释至1000mL，摇匀。
4.2氢氧化钠标准溶液：
C（NaOH）=1mol/L，称取100g氢氧化钠，溶于100mL水中，摇匀，注入聚乙烯容器中，密闭放置至溶液清亮，用塑料管虹吸52mL的上层清液，注入1000mL无二氧化碳的水中，摇匀。
4.3甲基橙指示液：
1g/L，称取0.1g甲基橙，溶于70℃水中，冷却稀释至100mL。
4.4酚酞指示液：
10g/L，称取1.0g酚酞，溶于乙醇，稀释至100mL。
4.5纯水：
电导率（25℃）不大于5.0μs/cm。
5 仪器和设备
5.1交换柱：
玻璃交换柱，内径35mm，高400mm，带有1号或2号微孔砂芯（见图1），或有机玻璃交换柱，见GB/T12598中的图1。
5.2预处理装置，见图2。
5.3分液漏斗：
容量250mL-500mL。
5.4广口瓶：
容量1250mL-250mL。
6 操作步骤
6.1采样
采样按GB/T5475规定的方法进行。
6.2反洗
量取与约25mL-50mL树脂，置于交换柱中，用纯水进行反洗，树脂展开率为50%-100%，直至试样中无可见机械杂质，出水澄清为止。
6.3试样的制备
6.3.1在预处理装置中（见图2），使液面高出树脂层约10mm，保证树脂层中无气泡。
根据树脂的种类按表1规定的第一步操作所需的试剂量和流量通过树脂层，直至液面高出树脂层表面10mm为止。
然后用纯水按表1规定的水洗流量和时间进行水洗。
6.3.2按表1中规定的第二步操作所需的试剂量和和流量通过树脂层，直至液面高出树脂层表面10mm为止。
然后用纯水按表1规定的水洗流量和时间进行水洗，直至用规定的指示剂检验流出液呈表中规定的颜色为止。
表1试样预处理条件
试样种类
强酸
弱酸
强碱
弱碱
第一步
操作
试剂
HCl
NaOH
浓度，mol/L
1
体积数，mL
400
流量，mL/min
13-14
6-7
水洗流量，mL/min
25-30
水洗时间，min
20-30
第二步操作
指示剂
酚酞
甲基橙
甲基橙>
终点颜色
无色
黄色
6.3.3将交换柱中的树脂转入清洁的广口瓶内待测。
7 试验报告
a.试验报告应具有以下内容：
b.样品名称或代号；
c.样品的来源；
d.试验依据的标准名称及编号；
e.试验者；
f.试验日期；
g.其它必要的说明。
5
离子交换树脂含水量测定方法
GB/T5757—1986
本标准适用于在105℃-110℃下连续干燥而不发生化学变化的离子交换树脂含水量的测定。
1 原理
将吸收了平衡水量的离子交换树脂样品，用离心法除去颗粒外部的水分后，称取一定量的样品，用烘干法除去内部水分，由质量的减少计算树脂的含水量。
2 仪器和设备
2.1玻璃离心过滤器：
如下图。
2.2电动离心沉淀机：
0-4000r/min（可调）；
50mL离心管4支。
2.3烘箱：
最高温度200℃，温度波动±
2℃。
2.4架盘天平：
感量0.1g，最大称量100g。
2.5干燥器：
ф250mm，内放硅胶干燥剂。
2.6称量瓶：
ф50mm×
30mm。
2.7秒表：
分度0.02s。
2.8分析天平：
感量0.1mg。
3 试验步骤
3.1取样按GB/T5475—1985《离子交换树脂取样方法》进行。
3.2试样的预处理按GB/T5476—1996《离子交换树脂预处理方法》进行。
需要将树脂转为某一型态时，可将相应的电解质溶液通过上述预处理后的样品。
3.3将预处理好的树脂样品5-15mL装入离心过滤管内，在另一对称管内装入某一样品或水，然后放在架盘天平两边称量，用电导率（25℃）小于2μs/cm的少量纯水调整至两管质量相同。
3.4将离心过滤管放至电动离心沉淀机内，在2000±
200r/min下离心5min，用秒表计时。
3.5取出离心过滤管，将样品倒入称量瓶内，盖严。
注：
取出离心过滤管时，应防止分离出来的游离水重新进到树脂层中。
3.6在已恒重的两个称量瓶中分别称入上述树脂样品0.9g-1.3g，准确至1mg。
3.7将称量瓶敞盖放入烘箱中，在105℃±
3℃下烘2h。
3.8在烘箱中，将称量瓶盖严，取出置于干燥器内，冷却至室温（约20min-30min），在分析天平上称量。
4 结果计算
离子交换树脂含水量x（%）按下式计算：
式中：
m1——空称量瓶的质量，g；
m2——烘干前称量瓶和树脂样品的质量，g；
m3——烘干后称量瓶和树脂样品的质量，g。
两次测定值之差不得大于0.29%，取两次测定值的算术平均值为测定结果。
5 允许差
同一实验室内允许差为0.29%；
不同实验室间允许差为1.09%。
6
树脂的污染及处理
一、悬浮物的污堵及处理
原水中的悬浮物会堵塞树脂层中的孔隙，从而增大其水流阻力，增大运行压降，也会覆盖在树脂颗粒的表面，因而降低树脂的工作交换容量。
为防止悬浮物的污堵，主要是加强对原水的预处理，以降低水中悬浮物的含量。
为清除积聚在树脂层中的悬浮物，可采用增加反洗次数和时间或使用压缩空气擦洗等方法。
常用化学除盐系统对进水悬浮物的要求一般如下：
化学除盐单元
悬浮物（mg/L）
强酸阳（顺流再生）
<
强酸阳（对流再生）
强酸阳（浮床）
强酸阳（顺流）→强酸阳（浮床）
阳双层床、双室床
阳双室浮床
弱酸阳（顺流）→强酸阳（顺流）
弱酸阳（顺流）→强酸阳（浮床）
二、铁的污染及处理：
阳、阴树脂都可能发生铁的污染。
被污染树脂的外观为深棕色，严重时可以变为黑色。
一般情况下，每100g树脂中的含铁量超过150mg时，就应进行处理。
铁的存在会加速阴树脂的降解。
阳树脂使用中，原水带入的铁离子，大部分以Fe2+存在，它们被树脂吸收以后，部分被氧化为Fe3+，再生时不能完全被H+交换出来，因而滞留于树脂中造成铁的污染。
使用铁盐作为混凝剂时，部分矾花带入阳床，过滤作用使之积聚在树脂层表面，再生时，酸液溶解了矾花，使之成为Fe3+，部分被阳树脂所吸收，造成铁的污染。
工业盐酸中的大量Fe3+，也会对树脂造成一定的铁污染。
用于钠离子交换的阳树脂更容易受到铁的污染。
阴树脂中的铁含量有时会比阳树脂的大许多倍。
阴树脂的铁主要来源于再生液。
一般隔膜法生产的烧碱，其中含有0.01%-0.03%的Fe2O3，同时，还含有6-7mg/L的NaClO3。
这样的烧碱在贮存和输送过程中与铁容器、管道（无防腐层）接触，将生成高铁酸盐（FeO4）。
高铁酸盐随碱液进入阴床后，因pH值的降低，将发生分解，其反应式如下：
2FeO42-+10H+——→2Fe3++2/3O2+5H2O
Fe3+进一步生成Fe（OH）3，附着于阴树脂颗粒上，造成铁的污染。
树脂遭受铁的污染以后，在一般的再生过程中不能除去，必须用盐酸进行清洗。
常用的清洗方法是用10%HCl溶液，在进行此方法前，必须检查交换器设备的耐腐蚀性能，否则须用加抑制剂的盐酸。
将相当于树脂床体积0.5倍的10%HCl溶液从树脂床顶部进入（要考虑到树脂床内的残余存水，保持HCl溶液的浓度），从树脂床底部疏出相当于床内残余存水的水量，将溶液搅拌，并与树脂接触12小时。
疏出酸液，自上而下淋洗，然后反洗30分钟，除去疏松物质，再将树脂床再生后即可投运。
防止树脂发生铁污染的措施有：
1、减少阳床进水的含铁量。
对含铁量高的地下水应先经过曝气处理及锰砂过滤除铁。
对含铁量高的地表水或使用铁盐作为凝聚剂时，应添加碱性药剂，如Ca（OH）2或NaOH，提高水的pH值，防止铁离子带入阳床。
2、对输送高含铁量原水的管道及贮槽应考虑采取必要的防腐措施，以减少原水的铁含量。
3、阴床再生用烧碱的贮槽及输送管道应采取衬胶防腐，以减少碱再生液的含铁量。
4、当树脂的含铁量超过150g/gR时，应进行酸洗。
三、硫酸钙的污染及处理：
使用硫酸再生钙型阳树脂时，如果再生液的浓度过高，或流速过慢，在靠近树脂颗粒处，再生出的Ca2+与溶液中的SO42-浓度超过CaSO4的溶度积就会产生CaSO4沉淀，并附在树脂颗粒上，不仅再生后清洗困难，洗出液中总有硬度，影响离子交换反应的进行，运行中还会溶于出水中，使硬度含量增加，降低阳床的交换量。
硫酸钙在25°
C时的溶度积为2000ppm，随温度增高溶解度减小，因此很难除去。
防止硫酸钙沉淀的措施，一是降低再生液硫酸的浓度，二是加快再生液的流速。
也可采用分步再生方法，使再生液浓度逐步加大，再生流速逐步减慢。
一旦发现树脂中与硫酸钙沉淀时，目前最常用的方法是先以大量软水进行反洗，然后再用-10%HCl（3个床体积）以2.0L/h/L反复清洗，但须注意HCl及硫酸钙的溶解速度很慢，因此须多次清洗。
另一方法是用EDTA钠盐，但价格很高，且是放热反应，使用时须注意。
四、硅的污染及处理：
硅化合物污染发生在强碱阴离子交换器中，尤其是在强、弱型阴树脂联合应用的设备和系统中，其结果往往导致阴离子交换器除硅效率下降。
阴床的强碱树脂再生不当、失效的树脂未及时再生或阴树脂再生不彻底，会发生硅酸在树脂颗粒内部聚合的现象，而难以再生，这种现象是硅在树脂内的积聚，不属于硅的污染。
硅的污染是指再生过程中，已从树脂上再生出来的硅酸盐，由于再生液pH值的降低，大量的硅酸以胶体状态析出，严重时再生液可以变成胶冻状，被覆于树脂表面，影响树脂的交换容量，并造成出水SiO2含量增高。
顺流再生固定床和移动床一般不会发生硅的污染。
硅的污染主要发生于原水中硅的含量与总阴离子含量（不包括碱度）比值高的对流再生单床，尤其是在弱、强型阴离子交换树脂联合应用的设备和系统中。
清洗二氧化硅污染可
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