树脂使用基础手册.doc
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1、树脂氧化和降解树脂化学稳定性能够用其耐受氧化剂作用能力表示。阳树脂被氧化后关键发生骨架断链,而阴树脂则关键表现为季胺基团降解。1、阳树脂氧化: 阳树脂被氧化后关键表现为骨架断链,生成低分子磺酸化合物和羧酸基团。其反应为:阳树脂碰到氧化剂关键是游离氯和水反应生成氧,其反应以下:过去原水中游离氯关键来自生活用水消毒。多年来,因为天然水中有机物含量和细菌增多,在混凝、澄清之前也需加氯,以达成灭菌和降低COD作用,所以,必需注意游离氯对阳树脂损害。再生过程中,假如使用质量差工业盐酸或副产品盐酸,其中含有氧化剂也会对阳树脂造成损害。通常要求进入化学除盐设备原水中,游离氯含量应小于0.1mg/L。2、预防
2、阳树脂被氧化方法: (1)活性炭过滤。预防阳树脂被氧化常见方法是经过活性炭过滤。活性炭脱除游离氯原理,不单纯是吸附作用,而是一个表面上化学反应。当活性炭表面吸附氯达成一定浓度时,就会发生下列反应:式中:C*活性炭;CO*活性炭表面上生成氧化物。假如有充足氯参与反应,CO*能够变为CO或CO2逸出,留下活性炭能够继续吸附游离氯。为此,为了脱除游离氯,能够使用较高过滤流速(约50m/h)。同时,活性炭吸着游离氯时含有很高吸着容量(每克活性炭约可吸着6.5mg以上Cl2)。用活性炭去除水中游离氯能够使用下列经验公式进行计算:式中:CO进水游离氯含量,mg/L;C出水游离氯含量,mg/L;L活性炭层高
3、,m;V过滤流速,m/h。考虑到HOCl反应速度较慢,将上述公式修正为:制造活性炭原材料通常对脱氯效率无影响。水中有胶体或高浓度有机物存在,将会严重缩短活性炭作为脱氯剂寿命。活性炭过滤器仅用于脱除游离氯时,能够用漏Cl2量0.1mg/L作为终点。活性炭寿命是很长,比如:在活性炭层高0.76m,过滤速度6.1m/h条件下,对游离氯含量2mg/L水进行脱氯,其使用寿命约为6年左右。(2)选择高交联度阳树脂。伴随树脂交联度增大,其抗氧化性能增强。阳树脂被氧化后,因为断链使骨架疏松,体积膨胀,含水量增大。大孔型阳树脂因为交联度高,含有很好抗氧化性能。不过,伴随树脂交联度增加,其交换容量降低,价格增高,
4、所以,在实际中极少使用。3、强碱阴树脂降解:强碱阴树脂遭受氧化后,关键表现为季胺基团逐步降解,而不会发生骨架断链。强碱阴树脂降解关键是季胺基团按次序分解为叔、仲、伯胺,甚至非碱性物质。在化学除盐工艺中,其关键表现为中性盐分解容量,尤其是硅交换容量降低。强碱阴树脂在运行中碰到氧化剂关键是水中溶解氧,再生过程中碰到氧化剂关键是碱中所含ClO3-和FeO42-。季胺基团受氧化反应,以下式所表示:强碱型阴树脂抗氧化性能优于强碱型。强碱阴树脂在长久使用中,其交换容量会逐步降低。4、预防强碱阴树脂降解方法(1)使用真空除气器,降低阴床进水中含氧量。(2)做好碱液贮存及输送设备防腐工作,降低再生液含铁量。(
5、3)采取隔膜法制造纯碱,降低碱液中NaClO3含量(可降低至6-7mg/L)。(4)控制再生液温度:型阴树脂不得高于40;型阴树脂不得高于35。(5)树脂应以氯型在低温下保留。出水质量恶化出水质量是衡量化学除盐设备运行工况关键指标。出水质量恶化是指运行周期中间,除盐水电导率和SiO2含量显著高于调试结果,不管其水质指标是否合格,全部能够认为是发生了出水质量恶化现象。当除盐水电导率或SiO2含量显著增高时,为确定发生问题原因,需要测定除盐水pH值。依据测定结果,判定除盐设备出水质量恶化故障,查找发生问题原因。下列情况在除盐系统中是比较经典:1、弱酸阳床:(1)出水碱度漏泄比要求值为高。这是因为再
6、生不适宜,再生剂应为理论交换容量110%,如采取串联再生,则须检验再生强酸树脂后酸量是否足够再生弱酸树脂。(2)出水硬度高于要求值。如用硫酸再生,可能会有硫酸钙沉淀,这时硫酸钙逐步水解,将产生钙硬,所以,当用硫酸再生时,须采取分步再生方法,并实施先低浓度、高流速,后高浓度、低流速方法再生。如串联再生,则应检验强酸阳树脂再生废液是否已稀释。2、强酸阳床:(1)出水钠漏泄高于要求值。这不太发生,如有,则应检验再生步骤,有时阳床用混床再生废液串联再生,这时须注意混床废液最初15-30%须弃去,不然将有钠离子进入阳床,另外,混床废液中酸量须检验是否足够。(2)出水漏硬度。假如用硫酸再生,那时因为硫酸钙
7、沉淀,应检验酸浓度(从系统中取样分析)及再生流速,如水中钙离子量超出总离子50%,须采取分级再生,最初浓度应小于2%,流速为12升/小时/升树脂。3、弱碱阴床:(1)出水矿物酸漏泄增加。这问题可分为矿物酸漏泄真实增加和矿物酸漏泄表象增加。a. 矿物酸漏泄真实增加。通常出水电导率应为50s/cm或以下,如再生不足,电导率曲线将缓慢上升,那就是出水酸度将逐步上升。提议同时测定pH值,以校核矿物酸漏泄是否真实增加,而不是表象增加。最终,假如弱碱树脂是串联再生,那么再生强碱树脂后碱液是否足够,它应为理论交换容量120-130%。b. 矿物酸漏泄表象增加。弱碱树脂是作为矿物酸中和剂,真正弱碱树脂(有90
8、%以上弱碱基)不会分解中性盐如氯化钠或硫酸钠,所以阳床必需运行正常,其出水钠漏泄很小,并须维持一定pH。如pH大于3.5,那就是阳床未能完全去除阳离子,这些中性盐流经弱碱阴床将增加电导率。(2)高pH、漏钠、电导率增高。这是因为阴树脂床中混入了阳树脂,在碱再生时,阳树脂呈钠型,在运行中逐步放钠。阴床出水有钠,是因为强酸阳床出水漏钠。(3)二氧化硅问题。如阴床串联再生,尤为轻易产生此问题,强碱阴床再生后碱液中含有二氧化硅,经弱碱阴床后,又进行了碱性中和,而使pH下降,当达成碱液中二氧化硅等电点时,二氧化硅就在树脂上沉淀下来。在以后运行中,因为水解而使出水中二氧化硅增加。处理这问题方法是,再生强碱
9、阴床后碱液先排除15-30%,或将碱液稀释至2%,还须确保NaOH有理论工作交换容量130%。4、强碱阴床:不管是型还是型,关键问题是二氧化硅漏泄,和强酸阳树脂及弱碱阴树脂不一样,强碱阴树脂热稳定性较低,只有60及40,不然树脂会发生降解。如因热及氧化作用,使强碱基团损失,这么就造成二氧化硅漏泄,所以,在运行中须保持在温度极限范围内。另外,强碱阴树脂易受有机物污染,产生以下后果:(1)pH降低;(2)电导率增高;(3)二氧化硅漏泄增加;(4)淋洗水量增加。其中:(1)和(2)是因为在树脂上有机物再生后部分水解所造成,(3)是因为污染物位阻效应使NaOH再生不完全,(4)是因为污染物两性作用。5
10、、混床系统(1)淋洗水量增大。混床系统淋洗水量增大是因为树脂交叉污染,如NaOH和混入阴床强酸阳树脂作用,将钠盐存在于阳树脂上,或HCl(H2SO4)和混入阳床强碱阴树脂作用,将氯根(硫酸根)存在于阴树脂上。交叉污染关键是因为树脂在分界面上混杂。在这情况下,钠及氯根(硫酸根)漏泄增大,使淋洗时间增加。经验显示,即使冲洗钠漏泄很麻烦,但其影响不及硫酸根离子漏泄严重,后者在凝结水净化系统中后果尤为突出,常见方法是将出水进行再循环,这方法是很耗时。采取三层混床树脂,可降低再生剂对阳、阴树脂交叉污染,使混床淋洗水量过大弊病得到改善。(2)出水质量下降。混床系统要求阳、阴树脂须充足混合。假如阳、阴树脂混
11、合不好,在很多部位还是呈分层状态,出水质量就会降低。一个关键事项是,在空气混合时,树脂床层上部水层必需小于5厘米,假如树脂床不先疏水至上述水位,那么不管空气搅拌多么猛烈,当搅拌停止时,树脂就按密度差异重力沉降,使阳、阴树脂分层,而产生上述问题。提议采取反常规混床树脂,它既能使阳、阴树脂在反洗时根本分层,又能在再生后均匀混合,处理了混床树脂混合问题。有机物污染及处理一、强碱阴树脂遭受有机物污染特征: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、树脂工作交换容量降低,阴床周期制水量显著下降。3、有机酸漏入出水中,使出水电导率增大。4、出水pH值降低。正常运行情况下,阴床出水pH值通
12、常在7-8范围内(因有NaOH漏过),树脂遭受污染后,因有机酸漏过,可使出水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)解离常数大于H2SiO3,所以,附着在树脂上有机物能够抑制树脂对H2SiO3交换或排代出已吸着H2SiO3,造成阴床SiO2过早漏过。6、清洗水用量增加。因为吸着在树脂上有机物含有大量-COOH基团,树脂再生时变为-COONa,在清洗过程中,这些Na+不停被阴床进水中矿物酸排代出来,增加了清洗阴床时间和用水量。二、有机物污染对强碱阴树脂影响1、强碱阴树脂对有机物吸着力。天然水中有机物(以富维酸和腐殖酸为代表)经过H+交换及除碳后,因pH值降
13、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,和强碱阴树脂苯乙烯-二乙烯苯聚合骨架含有较强吸附能力-范德华力,同时,这些大分子有机酸全部含有多个羧酸基团,和OH型强碱阴树脂季胺基官能团也含有较强化学亲和力,所以使有机酸被强碱树脂牢靠地吸着于颗粒表面。强碱阴树脂骨架改为亲水性丙烯酸和二乙烯苯聚合物,降低了骨架对有机酸吸附范德华力,会使有机酸吸着率略有降低。如将OH型强碱阴树脂改为Cl型,则因改变了有机酸和强碱阴树脂OH之间酸碱中和反应,使化学亲和力下降,树脂对有机物吸着率也会降低。这种基团型态对有机物吸着影响大于骨架材质影响。2、有机物再生洗脱。新凝胶型强碱阴树脂对
14、有机物吸着率很高(95%),洗脱率却很低(15%)。伴随运行周期增加,吸着率基础不变,洗脱率虽从15%上升到60%以上。不过,到树脂工作交换容量开始降低时,洗脱率也只有60%,这说明有机物仍不停地在树脂上积聚,它会深入降低树脂工作交换容量,并使出水质量恶化。3、有机物特征影响。分子量比较大腐殖酸,首先因为分子量大,亲水性较差,其次因为所含-COOH较少,所以它们关键是以范德华力吸附于树脂骨架上,难于洗脱。富维酸则因分子量小,含有-COOH多,所以多以化学亲和力和树脂多个交换基团相结合,再生过程中较轻易被洗脱。对天然水中有机物依据其在水中溶解度,能够分为悬浮、胶体和溶解三种。对于以物理吸附作用附
15、着于树脂表面悬浮有机物,能够使用加强过滤或对污染树脂进行空气擦洗、超声波清洗等方法去除。胶体有机物通常是带有负电荷,它们粒径在0.2-1.0nm之间,对树脂污染既是物理性,又是化学性,可经过混凝澄清或超出滤方法去除。溶解性有机物是污染强碱阴树脂关键成份,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,最终影响树脂工作交换容量和出水质量。4、对树脂工作交换容量影响。因为强碱阴树脂上有机物不停积聚,首先部分交换基团被占据,再生时不能洗脱,降低了树脂交换容量;其次这些有机物会在运行中不停溶解,并因有机酸酸性比H2SiO3强,而抵制强碱阴树脂对H2SiO3吸收,造成H2SiO3过早地在出水中漏过
16、。因为阴床失效终点是用SiO2漏过量确定,所以H2SiO3过早漏过肯定会使树脂工作交换容量降低。后者只降低树脂工作交换容量,而全交换容量不变。5、对出水质量影响。被有机物污染强碱阴树脂,因为附着有很多大分子有机酸,它们所含部分被水中矿质酸所排代,这就造成出水电导率升高。这一作用,首先增加了清洗水用量和清洗时间,其次有机酸溶入出水中也会造成出水质量降低。树脂上附着有机酸,也会逐步溶于出水中,使出水pH值降低,SiO2含量增大。三、预防强碱树脂遭受有机物污染方法1、添加氧化剂。添加氧化剂是除去天然水中有机物常见方法,它能起到很好杀菌和灭藻作用。常见氧化剂有氯气和臭氧。游离氯在水中分解为次氯酸,能降
17、低天然水中80%左右COD,不过过量氧化剂会对凝胶型苯乙烯系强碱树脂造成损害。在采取添加氧化剂方法去除COD时,必需去除残余氧化剂,常见方法为活性炭过滤。2、混凝-澄清过滤。当日然水中有悬浮和胶体有机物时,使用混凝澄清和过滤方法去除是很有效。使用混凝澄清方法还可去除粒径在2-10mm杂质,对粒径为0.2-1mm腐殖物,大约能够去除60-80%。3、活性炭过滤。活性炭能够用于吸附多个物质,包含无机、有机胶体和溶解高分子有机物等,同时,还能够除去水中游离氯和氯胺等。4、有机物清除器。包含Cl型有机物清除器和OH型有机物清除器。5、选择抗污染树脂。包含选择大孔型树脂、均孔树脂、大孔型弱碱阴树脂和丙烯
18、酸系强碱树脂。6、丙烯酸系强碱树脂特点有:(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,尚含有一定量弱碱叔胺基团,所以含有较高交换容量,通常可达800-1100mol/m3R。当进水中弱酸阴离子/总阴离子比值大于20%时,其工作交换容量有一定下降,这是因为该树脂含有一定弱碱基团结果。当水中游离矿质酸(简称FMA)含量超出90%时,使用丙烯酸系强碱树脂能够相当于弱、强型树脂联合应用工艺串联络统或双室浮床效果;FMA含量为80-90%时,可相当于双层床效果;FMA含量在67-80%以下
19、时,可降低再生剂用量,以保持经济比耗。丙烯酸系强碱树脂含有弹性和多孔结构,从Cl型变为OH型时,其体积膨胀率只在7%左右,显著地小于苯乙烯系相同交联度强碱树脂和弱碱树脂。在工业设备中运行两年(共580个周期),没有发觉树脂颗粒破碎现象。因为丙烯酸系强碱树脂骨架和官能团是由酰胺键连接,所以降低了这种树脂热稳定性,其使用温度为30C,最高不超出35C。丙烯酸系强碱树脂对有机物含有良好吸附和解析能力,不易被有机物所污染。四、强碱阴树脂复苏1、复苏液选择。对强碱树脂吸着,不能用正常再生方法交换出来杂质,定时地进行部分有针对性处理,以提升树脂交换性能方法,称为树脂复苏。复苏方法要依据污染树脂杂质性质进行
20、选择,如铁污染可用HCl清洗,吸着有机物可用碱性氯化钠溶液洗去等。不一样成份复苏液,消除强碱树脂上有机物效果有所不一样,NaNO3、NaCl和Na2SO4碱性混合液全部有良好洗脱效果,尤以NaNO3碱性混合液最好。经对碱性氯化钠溶液浓度进行选择性试验,结果表明以10%NaCl 2-5%NaOH混合液效果较佳。2、常见清洗方法。(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3倍体积,溶液应先预热至35C。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
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