离子交换设备的故障及处理方法

离子交换树脂性能劣化
1. 树脂颗粒的破碎
目前化学除盐使用的离子交换树脂,其颗粒都是完整的球体。在使用过程中,少量的树脂因磨损、涨缩等原因发生破碎现象是正常的。这些破碎的树脂积在 树脂层中会造成水流阻力的增大,影响设备的正常运行。为此,应在离子交换器的反洗过程中将它们除去。在正常情况下,树脂的年损耗率,当树脂颗 粒的破碎率和损耗率明显超过正常值时,可认为该树脂发生了破损问题。
在树脂的贮存、运输和使用过程中,都可能造成树脂颗粒的破碎。
常见的原因有:
(1)制造质量差
树脂在制造过程中,由于工艺参数维持不当,会造成部分或大量树脂颗粒发生裂球或破碎现象,表现为树脂颗粒的压碎强度低和磨后圆球率低。
(2)冰冻
树脂颗粒内部含有大量的水分,在零度以下温度贮存或运输时,这些水分会结冰,体积膨胀,造成树脂颗粒的崩裂。冻过的树脂在显微镜下可见大量裂缝,使用后短期内就会出现严重的破碎现象。为了防止树脂受冻,应将树脂保存在5~40℃下,避开在冰冻期运输。
(3)干燥
树脂颗粒暴露在空气中,会逐渐失去其内部水分,树脂颗粒收缩变小。干树脂浸在水中时,它会迅速吸收水分,粒径胀大,从而造成树脂的裂球和破碎。为此,在树脂的贮存和运输过程中要保持密封,防止干燥。对已经风干的树脂,应先将它浸入饱和食盐水中,利用溶液中高浓度的离子,抑制树脂颗粒的膨胀,再逐渐用水稀 释,以减少树脂的裂球和破碎。
(4)渗透压的影响
正常运行状态下的树脂,在失效过程中,树脂颗粒会产生膨胀或收缩的内应力。树脂在长期的使用中,多次反复膨胀和收缩,是造成树脂颗粒发生裂纹或破碎的主要原因。树脂膨胀与收缩的速度取决于树脂转型的速度,而转型的速度又取决于进水的盐类浓度和流速。凝胶型树脂用作天然水化学除盐时,最高流速一般不超过 40m/h,用作凝结水除盐时,最高流速一般不超过60 m/h。大孔型树脂因骨架结构牢固,孔隙率较大,能承受较大的转型速度,凝结水的流速可高达 100 m/h。
表56是树脂渗透压实验的结果,由此可以看出树脂反复用酸、碱转型,强化了渗透压变化对树脂裂球的影响,同时,也可看出反复转型是树脂破碎的主要原因。树脂在再生过程中,因溶液浓度较高,离子的压力使树脂颗粒的体积变化减少,渗透压的影响降低,因此一般不会造成树脂颗粒的破碎。

2. 树脂的氧化和降解
树脂的化学稳定性可以用其耐受氧化剂作用的能力表示。阳树脂被氧化后主要发生骨架的断链,而阴树脂则主要表现为季胺基团的降解。
2.1 阳树脂的氧化
阳树脂被氧化后主要表现为骨架断链,生成低分子的磺酸化合物以及羧酸基团。
阳树脂遇到的氧化剂主要是游离氯与水反应生成的氧,其反应如下:
Cl2 + H2O ——- HOCl + HCl
HOCl ——— HCl + (O)
过去原水中的游离氯主要来自生活用水的消毒。近年来,由于天然水中有机物含量和细菌的增多,在混凝、澄清之前也需加氯,以达到灭菌和降低COD的作用,因 此,必须注意游离氯对阳树脂的损害。再生过程中,如果使用质量差的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。一般要求进入化学除盐设备的原水中,游离氯的含量应小于0.1mg/L。
2.2 防止阳树脂被氧化的方法
(1)活性炭过滤
防止阳树脂被氧化的常用方法是通过活性炭过滤。活性炭脱除游离氯的原理,不单纯是吸附作用,而是一种表面上的化学反应。当活性炭表面吸附的氯达到一定浓度时,就会发生下列反应:
Cl2 + H2O ——- HOCl +HCl
C※ + HOCl ——– CO※ + HCl
式中:C※——活性炭;
CO※——活性炭表面上生成的氧化物。
如果有充分的氯参加反应,CO※可以变为CO或CO2逸出,留下的活性炭可以继续吸附游离氯。为此,为了脱除游离氯,可以使用较高的过滤流速(约50m/h)。同时,活性炭吸着游离氯时具有很高的吸着容量(每克活性炭约可吸着6.5mg以上的Cl2)。