云南潤(rùn)萊水處理設(shè)備有限公司作者
1、工業(yè)鍋爐用水的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)
A、 懸浮物
懸浮物是表征水中顆粒較大一類雜質(zhì)的指標(biāo)。通常采用某些過(guò)濾材料分離水中不溶性物質(zhì)(其中包括不溶于水的泥土、有機(jī)物、微生物等)的方法來(lái)測(cè)定懸浮物,單位為mg/L。
在水質(zhì)分析中,常用較易測(cè)定的“濁度”作為衡量懸浮物的指標(biāo)。濁度測(cè)定方法是以難溶性的不同質(zhì)量級(jí)配的硅化物(如白陶土、高嶺土等)分散在無(wú)濁水中,所產(chǎn)生的光學(xué)阻礙現(xiàn)象為標(biāo)準(zhǔn),單位為度或mg/LSiO2。
B、 含鹽量
含鹽量是表示水中溶解鹽類的總和。含鹽量有兩種表示方法:一是物質(zhì)的量表示法,即將水中各種陽(yáng)離子(或陰離子)均按帶一個(gè)電荷的離子為基本單元,計(jì)算其含量(mmol/L),然后將他們?nèi)肯嗉?;二是重量表示法,即將水中的各種陰離子、陽(yáng)離子的含量換算成mg/L,然后全部相加。
C、 溶解固形物
溶解固形物是水經(jīng)過(guò)過(guò)濾之后,那些仍溶于水中的各種無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)物等,在水浴上蒸干,并在105~110℃下干燥至恒重所得的蒸發(fā)殘?jiān)Q為溶解固形物,單位:mg/L。在不嚴(yán)格的情況下,當(dāng)水比較潔凈時(shí),水中的有機(jī)物含量比較少,有時(shí)也用溶解固形物來(lái)近似地表示水中的鹽含量。
D、 電導(dǎo)率
衡量水中含鹽量zui簡(jiǎn)單和迅速的方法是測(cè)定水的電導(dǎo)率。表示水中導(dǎo)電能力大小的指標(biāo),稱作電導(dǎo)率。電導(dǎo)率是電阻的倒數(shù),可用電導(dǎo)儀測(cè)定。水越純凈,含鹽量越小,電導(dǎo)率越小。水電導(dǎo)率的大小除了與水中離子的含量有關(guān)外,還和離子的種類有關(guān),單憑電導(dǎo)率不能計(jì)算水中含鹽量電導(dǎo)率的單位為S/㎝。
E、 硬度
硬度是指水中某些易于形成沉淀的金屬離子,它們都是二價(jià)或二價(jià)以上的離子(如Ca2+、Mg2+、Fe3+、Mn2+等)。在天然水中,形成硬度的物質(zhì)主要是鈣、鎂離子,所以通常認(rèn)為硬度就是指這兩種離子的量。鈣鹽部分包括:重碳酸鈣、碳酸鈣、硫酸鈣、氯化鈣;鎂鹽部分包括:重碳酸鎂、碳酸鎂、*、氯化鎂。鈣鹽部分稱為鈣硬度,鎂鹽部分稱為鎂硬度,總硬度等于二者之和。
a) 硬度的分類
硬度可按水中存在陰離子種類分為碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度。
1、碳酸鹽硬度是指水中鈣、鎂的重碳酸鹽與碳酸鹽的含量。天然水中碳酸根非常少,所以碳酸鹽硬度看作是鈣、鎂的重碳酸鹽硬度,此類鹽的硬度在水沸騰時(shí)就從溶液中析出而產(chǎn)生沉淀,所以也叫暫時(shí)硬度。
2、非碳酸鹽硬度是指水中鈣、鎂的硫酸鹽、氯化物等的含量。由于這種硬度在水沸騰時(shí)不能析出沉淀,也稱*硬度。
當(dāng)水中HCO3-含量小于水中鈣鎂總量時(shí),水的硬度有碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度;當(dāng)水中HCO3-含量大于水中鈣鎂總量時(shí),水的硬度有碳酸鹽硬度和過(guò)剩堿度(有時(shí)也稱負(fù)硬度),對(duì)這種水質(zhì)稱為負(fù)硬水。
b) 硬度的表示方法
硬度的表示方法一般用物質(zhì)的量濃度或者用鈣、鎂離子換算成CaCO3的含量來(lái)表示。
1、用物質(zhì)的量濃度表示(mmol/L)
這是一種zui常見(jiàn)的表示物質(zhì)濃度的方法,而且是法定計(jì)量單位。硬度、堿度和含鹽量等水質(zhì)指標(biāo),均以此表示水中物質(zhì)濃度的大小,而且是以一價(jià)離子作為基本單元。對(duì)于二價(jià)離子(或分子)則以1/2作為基本單元。這樣,用物質(zhì)的量濃度(mmol/L)表示水中硬度物質(zhì)濃度的時(shí)候,在數(shù)值上就與過(guò)去習(xí)慣用的毫克當(dāng)量/升(meq/L)表示法*相同。
水的硬度定義為:
式中:YD(1/2Ca2+、1/2Mg2+)--水的硬度,(mmol/L);
n(1/2Ca2+)、n(1/2Mg2+)--表示以(1/2Ca2+)、(1/2Mg2+)
為基本單元物質(zhì)的量,mmol/L;
V --水樣的體積,L。
2、用鈣、鎂離子換算成CaCO3的含量來(lái)表示
有許多水質(zhì)分析資料用鈣、鎂離子換算成CaCO3的含量來(lái)表示水的硬度。因?yàn)?/2CaCO3的摩爾質(zhì)量為50g,所以1mmol/L相當(dāng)于50mg/L(CaCO3)或50ppmCaCO3,也可換算成美制單位,則1gra/gal相當(dāng)于17.1 mg/L(CaCO3),即1mmol/L硬度相當(dāng)于0.342gra/gal(CaCO3)。
3、用‘度’表示
硬度的單位也有用‘度’表示的,如‘德國(guó)度’、‘英國(guó)度’等,他們都有不同的定義。我國(guó)在水質(zhì)分析中經(jīng)常采用德國(guó)度。用的符號(hào)。G表示。它的定義是:當(dāng)水樣中的硬度離子濃度相當(dāng)于10mg/LCaO時(shí)稱為1度。1mmol/L=2.8德國(guó)度。
F、 堿度
堿度是表示水中能接受氫離子的一類物質(zhì)的量。如溶液中的OH-、HCO3-、CO32+及其他弱酸鹽類。在天然水中主要的是碳酸氫鹽,有時(shí)還有少量的腐植酸質(zhì)弱酸鹽類。鍋水中的堿度主要以O(shè)H-、CO32-的形式存在。水中的堿度可能有五種不同的形式:只有OH-堿度;只有CO32+堿度;只有HCO3-堿度;同時(shí)有OH-+CO32-堿度;同時(shí)有HCO3-+CO32-堿度。
硬度與堿度的關(guān)系
硬度是表示水中Ca2+、Mg2+等金屬離子的含量;堿度是表示水中OH-、HCO3-、CO32+等陰離子的含量。水溶液中硬度與堿度的成分都是以離子狀態(tài)單獨(dú)存在的,但出于判斷水質(zhì)及選擇水處理工藝的需要,有時(shí)將它們組成假想的化合物。
假想化合物的組成次序原則是根據(jù)水體在蒸發(fā)濃縮時(shí),陰、陽(yáng)離子形成化合物的溶解度由小到大的次序先后組合的。陽(yáng)離子按Ca2+、Mg2+、Na+、K+的次序排列;陰離子按HCO3-、SO42-、Cl-的次序排列。即首先組成假想化合物是Ca2+、Mg2+與HCO3-組成Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2,原因是當(dāng)水體受熱時(shí),它們?nèi)菀邹D(zhuǎn)化成難溶的沉淀物CaCO3和Mg(OH)2,然后剩余的依次組合。如下表所示。
Ca2+ | Mg2+ | Na++(K+) | ||
HCO3- | SO42- | Cl- | ||
Ca(HCO3)2 | Mg(HCO3)2 | MgSO4 |
水中硬度與堿度的關(guān)系有以下幾種情況:
1、堿度>硬度
當(dāng)水中Ca2+、Mg2+與HCO3-結(jié)合生成Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2后,同時(shí)還存在Na+、K+的碳酸氫鹽,但沒(méi)有非碳酸氫鹽存在。此時(shí),堿度減去硬度所得的差等于Na+、K+的碳酸氫鹽。這部分多出的Na+、K+的碳酸氫鹽堿度即所謂過(guò)剩堿度亦稱為負(fù)硬度。
2、堿度=硬度
當(dāng)水中Ca2+、Mg2+*與HCO3-結(jié)合生成Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2,無(wú)Na+、K+的碳酸氫鹽,也沒(méi)有非碳酸氫鹽存在時(shí),水中堿度與硬度相等。
3、堿度<硬度
此時(shí)有兩種情況:一種是1/2Ca2+>HCO3-的鈣硬水,此時(shí)水中有非碳酸鹽硬度CaSO4、MgSO4存在,但沒(méi)有鎂的碳酸鹽硬度Mg(HCO3)2。
另一種是1/2Ca2+<HCO3-的鎂硬水,水中有鎂的碳酸鹽硬度Mg(HCO3)2存在,但沒(méi)有鈣的非碳酸鹽硬度存在,而有鎂的非碳酸鹽硬度MgSO4存在。
但上述兩種情況,無(wú)論是哪種,水中都有非碳酸鹽硬度存在,而沒(méi)有Na+、K+的碳酸氫鹽存在。
G、 酸度
酸度是表示水中能與強(qiáng)堿發(fā)生中和作用的物質(zhì)的量??赡苄纬伤岫鹊奈镔|(zhì)有:強(qiáng)酸、強(qiáng)酸弱堿鹽和弱酸。水中這些物質(zhì)對(duì)強(qiáng)堿的全部中和能力稱為總酸度。水中酸度的測(cè)定是用強(qiáng)堿標(biāo)準(zhǔn)液來(lái)滴定的。
H、 8.量 75/F78 有機(jī)物
天然水中的有機(jī)物一般是指腐植物質(zhì)、水生物生命活動(dòng)產(chǎn)物以及水生活污水和工業(yè)廢水的污染物等。有機(jī)物當(dāng)進(jìn)行生物氧化分解時(shí),需要消耗水中的溶解氧,而在缺氧的條件下就會(huì)發(fā)生腐爛發(fā)酵,惡化水質(zhì)。水中的有機(jī)物成分極其復(fù)雜,定性與定量都很困難。一般都是測(cè)定一些代替參數(shù),代替有機(jī)物含量。代替參數(shù)如下:
a) 化學(xué)需氧量(COD)
化學(xué)需氧量是指在一定條件下,采用一定的強(qiáng)氧化劑處理水樣時(shí),在水樣有機(jī)物、亞硝酸鹽、亞鐵鹽、硫化物等所消耗的該氧化劑的量,計(jì)算時(shí)折合為氧氣的質(zhì)量濃度,簡(jiǎn)寫代號(hào)為COD,單位用mg/LO2來(lái)表示。
b) 生化需氧量(BOD)
生化需氧量是指在有氧的條件下,水中有機(jī)物與無(wú)機(jī)物進(jìn)行生物氧化時(shí)所消耗溶解氧的質(zhì)量濃度。單位也用mg/LO2來(lái)表示。
生物氧化的整個(gè)過(guò)程一般可分為兩個(gè)階段,*階段主要是有機(jī)物被轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)二氧化碳、水和氨的過(guò)程;第二階段主要是氨轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽的過(guò)程。對(duì)于工業(yè)用水,因?yàn)榘币呀?jīng)是無(wú)機(jī)物,它的進(jìn)一步氧化,對(duì)環(huán)境衛(wèi)生的影響較小,所以生化需氧量通常指*階段有機(jī)物氧化所需的氧量。通常以5天作為測(cè)定生化需氧量的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間,稱5天生化需氧量,用符號(hào)BOD5表示。
c) 總有機(jī)碳(TOC)
總有機(jī)碳是指水中有機(jī)物的總含碳量,即將水樣中的有機(jī)碳在900℃高溫和加催化劑的條件下汽化、燃燒,這時(shí)水樣中的有機(jī)碳和無(wú)機(jī)碳全部氧化成CO2,然后利用紅外線氣體分析法分別測(cè)定總的CO2和無(wú)機(jī)碳產(chǎn)生的CO2量,兩者之差即為總的有機(jī)碳量。
2、離子交換樹脂
離子交換水處理就是通過(guò)與交換劑的離子交換反應(yīng),除去水中的離子態(tài)雜質(zhì)。對(duì)于低壓鍋爐,通常采用鈉離子交換來(lái)除去水中的硬度物質(zhì),以防止鍋爐結(jié)垢。
A、 離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)類型
按離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)類型,可分為凝膠型、大孔型和均孔型等。
1.凝膠型樹脂的孔徑很小,一般只有1~2nm,因此它的抗污染能力和抗氧化性較差,易受有機(jī)物等污染。另外它的交聯(lián)度通常只有1%~7%,因此機(jī)械強(qiáng)度也較低。為了克服這些缺點(diǎn),已開發(fā)不少改進(jìn)型樹脂。
2.大孔型樹脂:大孔型樹脂一般在20~200nm以上,其交聯(lián)度一般可達(dá)16%~20%,從而使其機(jī)械強(qiáng)度也大得多,且不易降解。同時(shí)它的抗污染能力和抗氧化性均較強(qiáng)。
3.均孔樹脂:這種樹脂是為了防止有機(jī)物污染而研制的一種強(qiáng)堿性陰樹脂。對(duì)有機(jī)物的吸著是可逆的,所以不易污染。
B、 離子交換樹脂的性能
a、顏色
離子交換樹脂因其組成的成份、基團(tuán)和結(jié)構(gòu)等不同,而呈現(xiàn)出不同的顏色,苯乙烯樹脂大都呈黃色。
樹脂的本身顏色一般與其物理性能和化學(xué)性能并無(wú)大的關(guān)系。在使用中,因交換離子的轉(zhuǎn)換,樹脂顏色也會(huì)發(fā)生一些變化,這一般是正?,F(xiàn)象。但如果樹脂受鐵離子或有機(jī)物等雜質(zhì)的污染,顏色明顯變深、變暗,就很可能會(huì)影響到樹脂的性能,尤其是交換容量會(huì)大大降低,在這種情況下,應(yīng)對(duì)樹脂進(jìn)行復(fù)蘇處理。
另外,雖然有時(shí)同一型號(hào)的樹脂,各批生產(chǎn)的顏色會(huì)略有不同,但同一批生產(chǎn)的樹脂顏色應(yīng)是均勻一致的。如果樹脂中明顯混雜有不同顏色的顆粒,則該樹脂的質(zhì)量就很難保證,購(gòu)買時(shí)應(yīng)注意鑒別。
b、形狀
離子交換樹脂一般均呈球形狀。呈球狀顆粒的樹脂與樹脂總量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱為圓球率。對(duì)于軟化水處理來(lái)說(shuō),圓球率越大越好,一般應(yīng)達(dá)90%以上。
c、粒度
離子交換樹脂的粒度是指樹脂以出廠時(shí)的活性基團(tuán)形式,在水中充分膨脹后的顆粒直徑。樹脂的粒度一般為0.3-1.2mm。
樹脂顆粒的大小,對(duì)離子交換水處理工藝有較大的影響。顆粒大,離子交換速度慢,樹脂交換容量??;顆粒小,水流通過(guò)樹脂層的壓力損失大,當(dāng)樹脂顆粒過(guò)小時(shí),還會(huì)嚴(yán)重影響交換器的出水,且樹脂易跑失;如果顆粒大小相差很大,對(duì)交換器的運(yùn)行和再生也很不利,首先會(huì)造成水流分布不勻,阻力增大;其次在反洗時(shí),若流速過(guò)大易沖走小顆粒樹脂,流速過(guò)小則不能松動(dòng)大顆粒樹脂。
d、密度
樹脂的密度,根據(jù)含水情況可分為干密度和濕密度,干密度大,實(shí)用意義不大,所以不常用。
濕密度又有濕真密度和濕視密度之分。它的區(qū)別是,前者在計(jì)算樹脂的體積時(shí)樹脂顆粒之間的空隙不計(jì)入,叫真實(shí)體積;后者則包括孔隙所占的體積,叫堆積體積??捎蓾褚暶芏扔?jì)算出樹脂的裝載量。
e、含水率
離子交換樹脂的含水率,是指在潮濕空氣中,樹脂本身所保持的水量,它包括樹脂結(jié)構(gòu)中親水活性基團(tuán)的水合水分和交聯(lián)網(wǎng)孔中的游離水分。樹脂的含水率與交聯(lián)度有關(guān),交聯(lián)度越低,含水率越。001×7樹脂的含水量占其質(zhì)量的一半,約為45-55%。
樹脂在使用中,如果發(fā)生鏈的斷裂、微孔結(jié)構(gòu)的變化,交換容量下降等現(xiàn)象,含水量也隨著起變化。因此,樹脂含水量的變化也反映出樹脂內(nèi)在的質(zhì)量變化。
f、耐磨性
耐磨性是樹脂的一項(xiàng)重要指標(biāo),耐磨性差,機(jī)械強(qiáng)度就低,在使用中破碎嚴(yán)重,損耗量大,樹脂層阻力大,嚴(yán)重的會(huì)影響設(shè)備的產(chǎn)水量。正常情況下樹脂每年破損率不超過(guò)3%-7%。
g、溶解性
樹脂是一種不溶于水的高分子化合物,但在產(chǎn)品中免不了會(huì)含有少量低聚合物。這些低聚合物較易溶解,因此新樹脂在使用初期,往往會(huì)因低聚合物逐漸溶解,而使出水帶有顏色。
樹脂在使用中,有時(shí)也會(huì)發(fā)生某些高分子轉(zhuǎn)變成膠體漸漸溶入水中的現(xiàn)象,Na型樹脂比Ca型易膠溶,所再生后備用的軟水器剛投入運(yùn)行時(shí),有時(shí)會(huì)產(chǎn)生出水帶黃色的現(xiàn)象,就是樹脂發(fā)生膠溶的緣故。
h、溶脹性
將干燥的樹脂浸入水中時(shí),其體積往往會(huì)變大。有時(shí)樹脂在失效時(shí)和再生后,體積也會(huì)發(fā)生變化,這種現(xiàn)象稱為樹脂的溶脹性。由于樹脂具有這樣的性能,因而在其交換和再生的過(guò)程中會(huì)發(fā)生脹縮現(xiàn)象,多次的脹縮會(huì)促使顆粒破碎。另外,干燥的樹脂如直接浸泡在水中,樹脂也會(huì)因一下子溶脹而碎裂,故干燥樹脂需先浸泡在飽和食鹽水中,讓其逐漸溶脹。
i、耐熱性
各種離子交換樹脂能承受的溫度都是有限度的,超過(guò)此溫度,樹脂就會(huì)發(fā)生分解,大大影響樹脂的強(qiáng)度和交換容量。通常陽(yáng)離子交換樹脂比陰離子交換樹脂耐熱性能好,鹽型樹脂比酸型或堿型樹脂耐熱性能好。
一般陽(yáng)離子交換樹脂在100℃以下,陰離子交換樹脂在60℃以下使用安全,生產(chǎn)如有條件,可適當(dāng)提高系統(tǒng)的溫度,以利樹脂的交換和再生過(guò)程。
j、交換容量
交換容量是表示離子交換劑能夠交換多少離子量的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)子交換劑zui重要的性能指標(biāo)。實(shí)際應(yīng)用中,一般有以下兩種交換容量:
全交換容量:表示一定量的離子交換劑中活性基團(tuán)的總量,它反應(yīng)出交換劑中所有交換基團(tuán)全部發(fā)生交換反應(yīng)時(shí)的交換容量,單位為mmol(一價(jià)基本單元物質(zhì))/g(干樹脂)或mmol/mL(一價(jià)基本單元物質(zhì))(濕樹脂)兩種。對(duì)同一種樹脂來(lái)說(shuō),當(dāng)?shù)慕宦?lián)度一定時(shí),全交換容量基本上是一個(gè)常數(shù),001×7陽(yáng)離子交換樹脂的全交換換容量規(guī)定≥4.2mmol/g。
工作交換容量:工作交換容量是指交換劑在工作狀態(tài)下所能交換離子的量,一般用體積單位來(lái)表示,單位為mmol/mL(一價(jià)基本單元物質(zhì))(濕樹脂)或mol/L(濕樹脂)兩種。
工作交換容量受工作條件影響很大,如原水的成分、雜質(zhì)濃度、溫度、流速、出水水質(zhì)要求、樹脂層高度、運(yùn)行方式和設(shè)備結(jié)構(gòu)的合理性等,所以數(shù)值不可能是一個(gè)常數(shù),它的變化幅度很大。工作交換容量與全交換容量的關(guān)系不大,但與再生條件有直接關(guān)系。也就是說(shuō),樹脂再生的好壞直接影響其工作交換容量的大小。
k、離子交換的選擇性
離子交換樹脂對(duì)溶液中各種離子的交換能力并不相同,有些離子容易與樹脂發(fā)生交換反應(yīng),但交換后要將它們?cè)偕聛?lái)就比較困難(如Fe3+);而另一些離子較難與樹脂發(fā)生交換反應(yīng),但很容易從樹脂中再生下來(lái)(如Na+),離子交換樹脂對(duì)不同離子的交換反應(yīng)難易程度不同的這種性質(zhì),稱為離子交換的選擇性。
離子交換的選擇性與離子所帶電荷及水合離子半徑等有關(guān),
(1)強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂的選擇性順序?yàn)椋篎e3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>H+。從上面的選擇性順序可以看出鈉型離了交換樹脂(NaR)與水中的Ca2+、Mg2+很容易發(fā)生交換反應(yīng),生成R2Ca和R2Mg,但要將它們?cè)偕聛?lái)就比較困難;
(2)弱酸性陽(yáng)離子交換樹脂對(duì)常見(jiàn)陽(yáng)離子的選擇性順序?yàn)椋篐+>Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+;
(3)強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂對(duì)常見(jiàn)陰離子的選擇性順序?yàn)椋篠O42->NO3->Cl->OH->HCO3->HSiO3-;
(4)弱堿性陰離子交換樹脂對(duì)常見(jiàn)陰離子的選擇性順序?yàn)椋篛H->SO42->NO3->Cl->HCO3-;
從上面的規(guī)律可以得出,設(shè)置弱型交換劑可降低再生劑的耗量,但如果要求除去水中的Na+ 和HSiO3-時(shí),則必須設(shè)置強(qiáng)型交換劑。另外還可以看出,Na+ 和HSiO3-總是zui后被交換,因此對(duì)于H型離子交換劑,通常將出水漏Na+作為交換器運(yùn)行控制終點(diǎn),對(duì)于OH型離子交換劑,則將出水漏HSiO3-作為交換器運(yùn)行控制終點(diǎn)。
上述選擇性順序只適用于低含鹽量的水,在高含鹽量的情況下,選擇順序就有些不同,如鈉離子交換器再生時(shí),在一定濃度的鹽液中樹脂對(duì)Na+的吸收會(huì)優(yōu)先于Ca2+ 、Mg2+。
C、 離子交換樹脂的使用
離子交換樹脂雖然有很高的穩(wěn)定性,但是如果使用或貯存不當(dāng),也易受到污染或破損,從而導(dǎo)致其交換容量下降甚至喪失。
a、樹脂使用前處理
新樹脂在使用之前,應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理,其目的是:洗去樹脂表面的可溶性雜質(zhì)及樹脂在制造過(guò)程中所夾雜的金屬離子,并使樹脂轉(zhuǎn)型成所需的形式。樹脂經(jīng)適當(dāng)?shù)念A(yù)處理不僅可提高其穩(wěn)定性,而且還可以起到活化樹脂、提高工作交換容量和出水質(zhì)量的作用。
新樹脂在預(yù)處理前,應(yīng)先用水使樹脂充分膨脹,但如果樹脂在運(yùn)輸或貯存過(guò)程中脫了水,則不可將干樹脂直接浸入水中,以防樹脂因急劇膨脹而破裂。對(duì)于已脫水的樹脂,須先放在20-25%的食鹽水中浸泡一定時(shí)間,然后逐漸用水稀釋,使樹脂緩慢地膨脹到zui大體積。
鈉離子交換樹脂通常都以Na型出廠,所以在使用前用10-15%的食鹽水浸泡18-20小時(shí),然后用水清洗至出水合格,便可投入運(yùn)行。
b、樹脂使用中應(yīng)注意的問(wèn)題
保持樹脂的強(qiáng)度:要盡量避免或減少樹脂的磨損,并防止樹脂交替地風(fēng)干和濕潤(rùn)、冷凍和過(guò)熱等。
保持樹脂的穩(wěn)定性:要盡量避免或減少對(duì)樹脂的污染,如懸浮物、有機(jī)物、鐵離子、游離氯等雜質(zhì)的污染。
D、 離子交換樹脂的貯存
樹脂的貯存,主要注意以下幾點(diǎn):
a、濕法貯存
樹脂如失水風(fēng)干會(huì)大大影響其強(qiáng)度和使用壽命,因此必須注意保持樹脂的水分。貯存時(shí),可將樹脂浸泡在清水中或食鹽水中。如果是包裝未拆封的新樹脂,應(yīng)注意包裝的密封和完整,防止因包裝破損而使樹脂失水。
b、鹽型存放
軟水器如停用時(shí)間較長(zhǎng),應(yīng)將已使用過(guò)的鈉離子交換樹脂用10%的NaCl溶液轉(zhuǎn)成Na型。
c、防凍防熱
樹脂在貯存和運(yùn)輸過(guò)程中,溫度不宜過(guò)高或過(guò)低,一般zui高不超過(guò)40℃,zui低不得在0℃以下。所以樹脂不宜放在高溫設(shè)備附近,夏季不要放在陽(yáng)光直接照射的地方;冬季應(yīng)注意保溫,如無(wú)保溫條件,可將樹脂貯存在相應(yīng)濃度的食鹽水中,以免凍裂。NaCl溶液的冰點(diǎn)如下表。
NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%) | 5 | 10 | 15 | 20 | 23.5 |
冰點(diǎn)(℃) | -3.0 | -7.0 | -10.8 | -16.3 | -21.2 |
d、防止污染和發(fā)霉
新樹脂貯存時(shí),應(yīng)避免和鐵容器、氧化劑、油類及有機(jī)溶劑等接觸,以防樹脂污染。軟水器如長(zhǎng)期停用時(shí),為防止交換器內(nèi)壁及樹脂表面因微生物繁殖而長(zhǎng)青苔等藻類或發(fā)霉,應(yīng)定期更換交換器內(nèi)的清水,尤其是在溫度較高的條件下,更應(yīng)注意。必要時(shí)可用滅菌處理:可用1-2%的過(guò)乙酸或0.5-1%甲醛滅菌溶液浸泡數(shù)小時(shí),然后用水沖洗至不含滅菌劑為止。
此外,樹脂在貯存時(shí)還應(yīng)防止重物的擠壓,以免破碎。
E、 樹脂污染及污染后的處理
a、樹脂變質(zhì)
樹脂變質(zhì)的主要原因是由于水含有氧化劑,尤其是自來(lái)水中殘留的游離余氯含量過(guò)高(≥0.5mg/L)時(shí),就會(huì)使樹脂結(jié)構(gòu)遭到破壞,當(dāng)溫度較高或水中有重金屬離子存在時(shí),更易加速樹脂變質(zhì)。
樹脂變質(zhì)的現(xiàn)象為:顏色變淺,透明度增加,體積增大,此后樹脂的強(qiáng)度急劇下降,導(dǎo)致樹脂大量破碎,交換容量降低。樹脂的變質(zhì)是無(wú)法逆轉(zhuǎn)的,被余氯污染嚴(yán)重的樹脂將會(huì)全部報(bào)廢。
除去水中游離余氯一般是在軟水器前設(shè)置活性碳過(guò)濾器,或者是往自來(lái)水中投加亞硫酸鈉。
b、鐵污染
樹脂被鐵污染的原因,主要是水源水或再生劑中含鐵量過(guò)高(≥0.3mg/L)。
樹脂被鐵污染的現(xiàn)象為:顏色明顯變深、變暗,嚴(yán)重時(shí)變成暗褐色或黑色,再生困難,交換容量大大降低,產(chǎn)水量明顯減少且出水水質(zhì)變差。
被鐵污染后的樹脂可用鹽酸處理進(jìn)行復(fù)蘇。先取少量樹脂通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定zui適宜的酸液濃度和酸洗時(shí)間。然后將樹脂移到耐酸的容器中,采用8-12%HCl將樹脂浸泡或低流速循環(huán),二者交替進(jìn)行,時(shí)間約為10-20小時(shí)。在酸洗期間,應(yīng)定期測(cè)定清洗液的酸度,如鐵污染較嚴(yán)重,酸度下降較快,宜在中途更換部分酸液,以使復(fù)蘇*。
鈉離子交換樹脂酸洗后,先用清水清洗至排水接近中性,然后用1-2%NaOH浸泡或低流速循環(huán)2-4小時(shí),再用10%食鹽水浸泡15-20小時(shí),zui后再用清水清洗至出水氯離子含量接近進(jìn)水含量。
為防止鐵污染,一是應(yīng)采用非金屬管道設(shè)備或者進(jìn)行管道防腐,二是對(duì)含鐵量高的源水,*行除鐵預(yù)處理。
c、有機(jī)物污染
當(dāng)水中有油脂類、腐植酸及其它有機(jī)物時(shí),極易在樹脂表面形成一層油膜,堵塞樹脂的微孔,對(duì)交換基團(tuán)起封閉作用,從而嚴(yán)重影響樹脂的性能。
樹脂被有機(jī)物污染的現(xiàn)象為:樹脂層易結(jié)塊,樹脂密度減小,顏色變深發(fā)黑,交換容量明顯下降,再生困難,出水水質(zhì)變差。這些現(xiàn)象極易與樹脂被鐵污染的現(xiàn)象混淆,區(qū)別辦法是:取少量被污染的樹脂放入小試管中,加入少量水后搖動(dòng)2-5min,然后仔細(xì)觀察,如是有機(jī)物污染,會(huì)看到有彩虹現(xiàn)象。也可將少量樹脂浸泡在5-10%HCl中,經(jīng)2-4小時(shí)后,若溶液顏色變成黃綠色,樹脂顏色變淺,為鐵污染。
樹脂被有機(jī)物污染的復(fù)蘇方法:一般可用2-4% NaOH和8-10% NaCl混合溶液,加熱至40-50℃后,對(duì)樹脂進(jìn)行堿洗。堿洗可分2-4次進(jìn)行,每次持續(xù)6-8小時(shí),中間用水沖洗。
防止有機(jī)物污染,關(guān)鍵是對(duì)含有有機(jī)物的原水采取混凝、過(guò)濾或活性碳過(guò)濾等預(yù)處理。
3、 離子交換器的工作過(guò)程
以下主要介紹鈉離子交換軟化處理:
鈉離子交換的目的就是除去水中的Ca2+、Mg2+,使硬水變成軟水,以防止鍋爐結(jié)垢。當(dāng)水源水的堿度較低時(shí),低壓鍋爐的給水都可以采用鈉離子交換處理。軟水器一般由運(yùn)行、反洗、吸鹽、鹽箱補(bǔ)水、正行等五個(gè)工位組成。
A、 運(yùn)行
水通過(guò)交換器中的離子交換樹脂層,除去水中大部分或全部鈣、鎂離子的過(guò)程。其離子交換的反應(yīng)過(guò)程如下:
2RNa + Ca2+(Mg2+) R2Ca(R2Mg) + 2Na+
有效樹脂 硬水 失效樹脂 軟水
當(dāng)水流首先接觸的上層交換劑失效后,繼續(xù)進(jìn)入的原水就與下一層交換劑進(jìn)行離子交換,從而使工作層不斷下移。整個(gè)交換劑層便分為三個(gè)區(qū)域,如圖3-1所示:
圖3-1 離子交換工作情況 |
上部是失效的樹脂層,在這一層中由于前期的運(yùn)行,交換劑都已呈Ca2+、Mg2+型,失去了繼續(xù)軟化的能力,硬水通過(guò)這層時(shí)不再發(fā)生變化,故這一層稱為失效層(也叫飽和層);
中間一層為交換層,也叫工作層,水通過(guò)這一層時(shí),水中的Ca2+、Mg2+與交換劑中的Na+進(jìn)行交換反應(yīng),因此在這層交換劑中既有Na型的,也有Ca、Mg型的;
zui下部的交換劑是尚未參加交換反應(yīng)的,基本都是Na型。隨著交換劑的運(yùn)行,失效層的區(qū)域不斷增大,工作層不斷下移,未交換區(qū)域隨之減少。
當(dāng)工作層下移至接近交換劑層底部時(shí),出水中將會(huì)因Ca2+、Mg2+穿透而出現(xiàn)硬度,因此為保證出水合格,應(yīng)在底部保留一定的Na型未交換劑層,即當(dāng)工作層到達(dá)交換劑層底部之前,就應(yīng)再生交換劑,故zui底層的未交換劑層被稱為保護(hù)層。
影響工作層厚度的因素:
①、運(yùn)行流速,水通過(guò)交換劑層的流速越快,工作層應(yīng)越厚。
②、原水水質(zhì),出水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)一定時(shí),原水中要除去離子濃度越大,工作層應(yīng)越厚。
③、離子交換劑的顆粒越大,水流溫度越低,交換反應(yīng)的速度慢,工作層就應(yīng)越厚。
B、 再生過(guò)程
使失效離子交換樹脂恢復(fù)交換能力的過(guò)程,包括但不限于反洗、再生、置換、正洗等步驟。
C、 反洗
離子交換樹脂失效后,用水由下向上清洗離子交換樹脂層,使其膨脹而松動(dòng),同時(shí)清除樹脂層上部的懸浮物和破碎樹脂等雜質(zhì)的步驟。
反洗的目的:
一是通過(guò)反洗,使運(yùn)行中壓緊的樹脂層松動(dòng),有利于樹脂顆粒與再生液充分接觸;
二是清除運(yùn)行時(shí)在樹脂表層積累的懸浮物及破碎的樹脂,使交換器的水流阻力不會(huì)越來(lái)越大。
同時(shí)為保證反洗時(shí)完整的樹脂不被沖走,需要在罐體頂部設(shè)置一定的反洗空間,反洗強(qiáng)度越大要求的反洗空間越大。設(shè)計(jì)時(shí),順流再生與逆流再生固定床離子交換器應(yīng)有樹脂高度的40%~50%的反洗膨脹高度。
D、 再生
將一定濃度的再生液以一定的流速流過(guò)失效的離子交換樹脂層,使離子交換樹脂恢復(fù)其交換能力的步驟。根據(jù)再生液的流向不同,再生又分為順流再生(再生液的方向與運(yùn)行時(shí)的方向相同)和逆流再生(再生液的方向與運(yùn)行時(shí)的方向相反)兩種。本技術(shù)手冊(cè)將再生稱為吸鹽。
再生劑的耗量:使交換劑恢復(fù)1mol的交換能力,所消耗再生劑的量(g),稱為再生劑的耗量,用NaCl再生時(shí),也稱為鹽耗。
E、 置換
置換是再生的延續(xù)步驟。交換器停止進(jìn)鹽后,繼續(xù)以再生時(shí)的液流流向和相近的流速注入水,使交換器內(nèi)的再生液在進(jìn)一步再生樹脂的同時(shí)被排代出來(lái)。
再生液進(jìn)完后,罐體上部及樹脂內(nèi)還有未參與再生的鹽液,為充分利用這部分鹽液,繼續(xù)從噴射器進(jìn)水進(jìn)行清洗。一般清洗水量為0.5~1倍樹脂體積。置換時(shí),鹽箱內(nèi)的空氣止回閥關(guān)閉,空氣不得進(jìn)入罐體。
F、 鹽箱補(bǔ)水
鹽水吸完后,向鹽箱中補(bǔ)充再生所需鹽耗量的水。
25℃下,1L水可溶解360g鹽達(dá)到飽和(濃度為26.4%)。
為使鹽箱中的鹽液達(dá)到飽和,應(yīng)確保溶解時(shí)間大于6小時(shí),且鹽箱中有足夠的固體鹽。
G、 正洗
置換過(guò)程結(jié)束后或者停備用交換器開始投運(yùn)前,進(jìn)水按運(yùn)行時(shí)的流向清洗離子交換樹脂層,洗去再生廢液和需除去的離子,直至出水合格為止的步驟。一般正洗水量為3~6~倍樹脂體積。
4、影響再生效果的因素
A、 再生方式
一般逆流再生的效果比順流再生好。
順流再生時(shí),由于再生液首先接觸的是交換器上部已*失效的交換劑,當(dāng)再生液從上至下流至交換劑底部保護(hù)層時(shí),再生液中不但Na+含量已很低,而且還含有大量已被交換下來(lái)的Ca2+、Mg2+,而離子交換是可逆的。因此,順流再生時(shí)交換器底部的交換劑一般不能獲得很好的再生,有時(shí)底部的保護(hù)層樹脂甚至?xí)辉偕聛?lái)的Ca2+、Mg2+污染,影響出水質(zhì)量。為了提高交換劑的再生度,就需要增加再生劑的用量。
逆流再生時(shí),再生液首先接觸的是失效程度較低的保護(hù)層,當(dāng)流至失效程度zui高的交換劑層時(shí),雖然交換下來(lái)的Ca2+、Mg2+濃度較高,但由于隨即被排出,故有利于平衡向再生方向移動(dòng)。由于逆流再生可使交換劑保護(hù)層再生十分*,所以即使交換劑表層的再生度差些,也不會(huì)影響出水質(zhì)量。
逆流再生比順流再生具有出水質(zhì)量好,鹽耗低,工作交換容量大等優(yōu)點(diǎn)。
B、 再生劑用量
再生劑用量不足時(shí),交換劑的再生度低,工作交換容量受影響,制水周期縮短,交換器自耗水量增大,有時(shí)會(huì)影響出水質(zhì)量。適當(dāng)增加再生劑的比耗,可提高交換劑的再生程度。一般固定床離子交換器再生一次所需的再生劑用量(mz)可按下式計(jì)算:
mz=VR·E·k·M/(ε×1000)
式中: mz--再生一次所需再生劑用量,kg;
VR--樹脂的填裝量,m3;
E--交換劑的工作交換容量,一般強(qiáng)酸性陽(yáng)樹脂為800~1500mol/m3;
k--再生劑比耗,對(duì)強(qiáng)型離子交換樹脂一般逆流再生取1.2~1.8;順流再生時(shí) 取2~3.5;對(duì)于弱型離子交換樹脂一般只需取1.1~1.5即可;磺化煤取3~4.5;
M--再生劑的摩爾質(zhì)量,g/mol;NaCl為58.5 g/mol;
ε--再生劑的純度,一般食鹽中NaCl含量為95%~98%。
C、 再生液濃度
當(dāng)再生劑用量一定時(shí),在一定范圍內(nèi),其濃度越大,再生程度越高。如再生液濃度太低,則再生不*,且再生所需的時(shí)間長(zhǎng),設(shè)備自耗水量大。但再生液濃度也不能過(guò)高,因?yàn)樵偕鷦┯昧恳欢〞r(shí),濃度越高,再生液體積越小,與交換劑的反應(yīng)就不易均勻地進(jìn)行,而過(guò)高的濃度還會(huì)使交換基團(tuán)受到壓縮,從而使再生效果反而下降。
一般情況下,再生液的濃度應(yīng)控制在5%~8%。而飽和鹽水在常溫下的濃度為26%,故對(duì)采用射流器進(jìn)鹽的閥門要求射流器的吸射比在20%~32%之間。潤(rùn)新閥的各型號(hào)射流器都滿足這一要求。
D、 再生液流速
再生液流速是指再生液通過(guò)交換劑層時(shí)的速度。再生液流速如過(guò)快,再生液與交換劑接觸時(shí)間過(guò)短,交換反應(yīng)尚未充分進(jìn)行,再生液就已被排出交換器。順流再生再生液的流速一般控制在4~8m/h,對(duì)于無(wú)頂壓逆流再生交換器,為防止再生時(shí)亂層,再生液的流速宜控制得更低,一般為2~4m/h。
為使再生時(shí)交換反應(yīng)充分進(jìn)行,一般認(rèn)為再生液與交換樹脂的接觸時(shí)間應(yīng)不少于30分鐘。當(dāng)再生劑用量和再生液流速確定后,進(jìn)再生液的時(shí)間可按下式計(jì)算:
t=60Vz/(Sυ)
其中,Vz=mCZ/(Cρ×103)
式中:t--進(jìn)再生液的時(shí)間,min;
Vz--進(jìn)再生液的體積,m3;
S--交換劑層(交換器)的截面積,m2;
υ--再生液流速,m/h;
mCZ--純度為100%的一次再生劑用量,Kg;
C--再生液濃度,%;
ρ--再生液密度,kg/L或t/m3。
E、 再生液溫度
再生液溫度對(duì)再生效果的影響也很大,適當(dāng)提高再生液溫度,可加快離子的擴(kuò)散速度,提高再生效果。離子交換劑再生時(shí),將再生液溫度提高到50℃時(shí),可大大提高再生程度。但受離子交換劑的熱穩(wěn)定性限制,再生液的溫度也不可過(guò)高,否則易使交換劑的交換基團(tuán)分解,使交換劑變質(zhì)并影響其交換容量。
F、 再生劑純度
再生劑的純度對(duì)交換劑的再生程度和出水水質(zhì)影響較大,如再生劑含有大量雜質(zhì)離子,尤其是含有要交換的“反離子”,就會(huì)降低再生程度。如食用的含碘鹽中NaCl含量低,不宜用作再生劑。
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