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软水机滤材软化树脂功能与原理

时间:2015-06-16 16:13 点击:

软化树脂是软水机的重要滤材。软化树脂又称软水树脂,是专用于软化硬水的一种专用树脂,通过离子交换技术,使水的硬度小于50 mg/L(CaCO3)。离子交换是一种特殊的动态吸附过程,一般是由不溶于水的离子交换剂在电解质溶液中进行,这种离子交换剂即为离子交换树脂。离子交换装置有一半以上用于水处理脱盐,而水处理脱盐的主要是强酸性氢型阳离子交换树脂和强碱性氢氧型阴离子交换树脂。当氢型阳离子交换树脂与水接触,发生离子交换反应,水中各种阳离子被吸附在树脂上,而阳树脂上结合的氢离子则被交换下来,此时水中只含有氢离子一种阳离子。当氢氧型阴树脂与水接触发生离子交换反应后,水中各种阴离子被吸附,则水中只含有一种氢氧根离子。当经过这种氢氧型阳树脂的水再经过氢氧型阴树脂后,则水中仅含有两种阴阳离子(氢离子和氢氧根离子)就会结合成为水,也就完成了水的脱盐处理过程。
软化树脂的副作用
因为软化树脂采用的是钠(Na)型离子交换法,所以制出的水中多少会含有Na离子,对人体饮用有一定的副作用。不过,在比较精确的情况下是可以使用的。
软水树脂的分类
加聚物树脂
乙烯基树脂,如聚苯乙烯、聚四氟乙烯等
缩聚物树脂
酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂等。
常用的家用软水机使用的是乙烯基树脂和间苯型树脂,而德国enmet公司在NS系列软水机中所采用的是食品级树脂(food grade resin)。
软化树脂
置换原理
1、树脂软化水原理
软水树脂由软水机的内置树脂罐,在水通过时将水中的硬度离子进行置换。就是通常所说的“离子交换软化法”其原理如下:离子交换水处理是指采用离子交换剂,使交换剂中和水溶液中可交换离子产生符合等物质的量规则的可逆性交换,导致水质改善而交换剂的结构并不发生实质性(化学的)变化的水处理方式。在这种水处理方式中,只有阳离子参与交换反应的,称阳离子交换水处理;只有阴离子参与交换反应的,称阴离子交换水处理;既有阳离子又有阴离子参与交换反应的,称阳、阴离子交换水处理。由于原水的水质千差万别,而对出水水质的要求又多种多样,所以有许多种类型的离子交换及某组合的水处理方法,采用这些水处理方法而使原水软化、除碱和除盐。离子交换剂中参与交换反应的离子是钠离子Na+时,此方法称为钠(Na)型离子交换法,此交换剂称为钠(Na)型阳离子交换剂,相类似的,有氢(H)型离子交换法及氢(H)型阳离子交换剂等。
2、树脂再生原理
当软水树脂置换了水中一定量的钙镁等的硬度离子后,将无法再软化水,此时就需要软水机进行树脂再生,也就是树脂钙污染后的还原再生法。
(1) 用Na溶液再生强阳离子交换树脂时,宜采取分步再生法。开始以低浓度Na溶液再生,因为此时从树脂上解吸下来的Ca2+浓度高,但Na浓度较低,即使形成少量Ca2+Na沉淀也会被溶液冲走。然后逐步提高Na浓度,此时从树脂上解吸下来的Ca2+浓度低,不会形成Na沉淀。
(2) 由于弱阳离子交换树脂是用强阳离子交换树脂的再生废液进行再生的。因此,在进酸的同时,弱阳离子交换器必须进稀释水(JF9201滤后水),进水量以液位不超过交换器进酸口为宜。另外注意观察弱阳离子交换器排出的再生废液颜色,如呈白色浑浊物,即使调节进酸浓度。
(3) 进酸完后,弱阳离子交换器必须立即进JF9201滤后水置换清洗,强阳离子交换器必须立即进精制水置换清洗。
(4) 冬季由于再生液温度低,更易出现钙污染。因此在再生前,弱阳离子交换器必须擦洗反洗,弱阳离子交换器必须与强阳离子交换器之间再生废液的管道必须反冲,做到防患于未然。
此过程在家用软水机内需要2-3个小时,通常称为软水机反冲洗再生。会根据软水机型号不同而需要一定量的树脂再生剂(Na)或工业盐。
再生方式
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
软化树脂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(树脂)。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。
软化树脂从理论上讲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。
软化树脂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。
软化树脂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、软化树脂再生液的浓度
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、软化树脂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Ⅰ型阴树脂的再生液温度为35~50℃。强碱性Ⅱ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4~8m/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。
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