陶氏離子交換樹脂

 

陶氏DOWEX TMMONOSPHERETM高強(qiáng)度均粒離子交換樹脂特點(diǎn)

既有凝膠樹脂優(yōu)異化學(xué)特性又有大孔樹脂耐滲透壓沖擊的陶氏DOWEXTMMONOSPHERETM高強(qiáng)度均粒離子交換樹脂。

作為離子交換樹脂，就其操作或者使用而言，首先遇到的就是樹脂本身的強(qiáng)度問題。例如在單床中運(yùn)行的樹脂，必須經(jīng)得起經(jīng)常性的反復(fù)再生和失效；混床系統(tǒng)樹脂，還會遇到樹脂體外分離所產(chǎn)生的機(jī)械力；而凝結(jié)水運(yùn)行的樹脂，更要經(jīng)受高流速、高水溫及樹脂輸送和轉(zhuǎn)型時(shí)的磨損。因此選用樹脂時(shí)的首要問題是考慮樹脂本身的強(qiáng)度問題。

不論水處理系統(tǒng)還是其它任何系統(tǒng)，樹脂的性能評價(jià)均以連續(xù)地出水量大、水質(zhì)高為目標(biāo)。大致有兩種觀點(diǎn)：一種認(rèn)為，凝膠樹脂具有明顯的初始成本較低、較好的化學(xué)性能及較低的運(yùn)行費(fèi)用；另一種認(rèn)為，大孔樹脂具有優(yōu)異的耐滲透壓沖擊性，因而大孔樹脂具有較凝膠樹脂更長的壽命，這就抵消了樹脂本身的成本。兩種觀點(diǎn)的爭論盡管有著各自的理由和依據(jù)，但他們都忽略了選擇合適的陶氏MONOSPHERE高強(qiáng)度均粒凝膠型離子交換樹脂將使上述爭論歸于統(tǒng)一，這種陶氏系列樹脂將改變?nèi)藗儗﹄x子交換樹脂的傳統(tǒng)觀點(diǎn)。

一種改進(jìn)型凝膠樹脂

為了獲得大孔樹脂的理想高強(qiáng)度性能，必須大幅度提高大孔樹脂的運(yùn)行交換容量、再生效率、交換速度，降低制造成本。而對凝膠樹脂則相反，只有一個(gè)不足，這就是在極端工況下，樹脂的耐滲透壓沖擊性有待提高。而陶氏高強(qiáng)度均粒MONOSPHERE陰陽樹脂，使凝膠樹脂獲得很大的強(qiáng)度性能的提高，獲得了凝結(jié)水精處理運(yùn)行工況下所需的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

樹脂物理強(qiáng)度很高

樹脂再生時(shí)，首先遇到的就是由于離子濃度的迅速變化而使樹脂顆粒膨脹與收縮。如果樹脂本身沒有足夠的物理強(qiáng)度，膨脹和收縮的結(jié)果將導(dǎo)致樹脂的強(qiáng)度下降，隨著再生次數(shù)的增加，性能較差的樹脂先出現(xiàn)裂紋，然后破碎。大孔樹脂的耐滲透壓沖擊性要比凝膠樹脂優(yōu)異得多，這是由于大孔樹脂本身存在大孔，從而增加了樹脂的初始面積，使整個(gè)顆粒膨脹率更為均勻，因此，大孔樹脂就能“頂住”由于膨脹與收縮所產(chǎn)生的應(yīng)力。高強(qiáng)度均球樹脂顯示出和大孔樹脂同樣的優(yōu)異耐滲透壓沖擊性。

試驗(yàn)時(shí)使用了三種樹脂：陶氏MONOSPHERE高強(qiáng)度均粒樹脂、大孔樹脂和傳統(tǒng)凝膠樹脂。如用CHATILLON法和JABSCO法兩種方法測定它們的強(qiáng)度，則陶氏MONOSPHERE高強(qiáng)度樹脂的強(qiáng)度明顯地超過了大孔樹脂。

一種方法就是測定樹脂的壓碎強(qiáng)度，這是一種測定樹脂壓碎時(shí)所承受的平均力。陶氏MONOSPHERE高強(qiáng)度均粒樹脂具有比大孔樹脂高得多的均勻壓碎強(qiáng)度值。另一種方法就是測定樹脂的磨損后的圓球百分率，這種測量方法就是將新樹脂壓入一種儀器內(nèi)，儀器產(chǎn)生一種與凝結(jié)水精處理運(yùn)行中一樣的摩擦力。試驗(yàn)后，圓球的百分?jǐn)?shù)被認(rèn)為是磨損后圓球百分率，用這種方法測出陶氏MONOSPHERE高強(qiáng)度均粒凝膠樹脂的圓球百分率也明顯地超過了大孔樹脂。

比大孔樹脂的交換容量高出10~20%。

陶氏MONOSPHERE高強(qiáng)度均粒凝膠陽樹脂和陰樹脂比相應(yīng)的大孔樹脂，其交換容量提高了10～20%，陶氏MONOSPHERE高強(qiáng)度凝膠樹脂和傳統(tǒng)的凝膠樹脂的運(yùn)行交換容量相比沒有什么差別，這樣，我們得出兩個(gè)結(jié)論：

1.如果將大孔樹脂換成陶氏MONOSPHERE高強(qiáng)度凝膠樹脂，那么就可以得到與凝膠樹脂一樣的使用性能和使用成本以及大孔樹脂一樣的耐滲透沖擊性；

2.如果現(xiàn)在使用的就是凝膠樹脂，那么更換成陶氏MONOSPHERE高強(qiáng)度凝膠樹脂后，除了提供類似的化學(xué)性能外，還提供了較好的耐滲透壓沖擊性。

特別的粒度均勻性

陶氏DOWEX MONOSPHERE高強(qiáng)度均粒凝膠樹脂具有另一種特征，即樹脂顆粒粒度特別均勻。在下面的章節(jié)里介紹水處理系統(tǒng)由于采用這種樹脂，使系統(tǒng)性能大大的改進(jìn)，因此也將進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)這種樹脂的特性及運(yùn)行特點(diǎn)。

陶氏MONOSPHERE高強(qiáng)度均粒樹脂顯著地提高系統(tǒng)運(yùn)行中四個(gè)步驟的特性由于陶氏公司的高強(qiáng)度均粒凝膠樹脂具有非常均勻的粒度，比傳統(tǒng)粒徑分布的樹脂，具有利用率高的特點(diǎn)。傳統(tǒng)樹脂的粒度范圍較寬，最大粒徑與最小粒徑之比為3:1，而陶氏MONOSPHERE高強(qiáng)度均粒樹脂中的最大粒徑與最小粒徑之比只有1.35:1。

l 反洗

分層徹底。陰陽樹脂的反洗分離程度主要是依賴于其密度差和粒徑大小。實(shí)際上，在交換柱中，每種樹脂反洗后的最后位置主要是依賴于樹脂的沉降速度。這種沉降速度既與樹脂的密度有關(guān)又與樹脂的粒度有關(guān)。換句話說，反洗作用的結(jié)果使小密度的陰樹脂沉降在大密度的陽樹脂上，小顆粒樹脂沉降在大顆粒樹脂之上。一般說來，陽、陰樹脂之間的密度差為20%，隨著樹脂顆粒粒度的變化，很容易理解粒度最小的陽樹脂之所以與粒度最大的陰樹脂的沉降速度交織在一起。因?yàn)閭鹘y(tǒng)樹脂在反洗后粒度小的陽樹脂和粒度大的陰樹脂的交界面附近出現(xiàn)混層，其結(jié)果是沉降速率相同的陽樹脂和陰樹脂將要出現(xiàn)交叉再生，即所謂的交叉污染，降低了水處理系統(tǒng)的運(yùn)行交換容量，交叉污染也將引起下一周期的硫酸根或鈉離子的泄露。

由于陶氏MONOSPHERE高強(qiáng)度均粒凝膠樹脂的平均粒度正負(fù)相差100微米(mm)的要占95%以上，所以在反洗時(shí)能完全分離。粒度最小的陽樹脂和粒度最大的陰樹脂的沉降速度有較大的差別。高強(qiáng)度陽樹脂的粒度一般為650mm，陰樹脂一般為550mm。由于陰樹脂的粒度比陽樹脂小，所以陶氏MONOSPHERE高強(qiáng)度凝膠陽樹脂同時(shí)具有顆粒粒度差和密度差，從而保證得到完全徹底的分層效果。

樹脂顆粒的顏色之差也十分明顯，可完全看清分離效果。很顯然，檢查傳統(tǒng)樹脂的分離效果是不容易的，通過設(shè)備上的視鏡看到的是一層兩種樹脂間的不明顯的色帶。而對于陶氏MONOSPHERE樹脂，視鏡中可清楚地看到在深色高強(qiáng)度陰樹脂之上有一條明顯的色差帶，色差本身就表明樹脂顆粒粒度的均勻性，并由此可以預(yù)見其分離效果良好。

l 再生

再生徹底，泄漏少。由于提高了樹脂顆粒的均勻性，因此樹脂的再生效率也相應(yīng)地提高了。樹脂再生時(shí)，顆粒大的要比顆粒小的慢得多，由于溶液中的離子在樹脂內(nèi)部存在一個(gè)遷移擴(kuò)散過程，在同樣的條件下，離子在大顆粒樹脂內(nèi)遷移擴(kuò)散達(dá)到再生層所需要的時(shí)間相應(yīng)要長。也就是說，在給定的再生劑量和接觸時(shí)間里，顆粒大的樹脂，其再生效率低。相反，樹脂顆粒均勻性越大，在相同的條件下，每粒樹脂中的大部分將被再生，即樹脂顆粒粒度的均勻性越高，在固定再生劑用量和接觸時(shí)間內(nèi)，樹脂的再生效率越高。而樹脂的再生效率越高，運(yùn)行中離子泄漏機(jī)會也就越小。

針對陶氏MONOSPHERE高強(qiáng)度凝膠陽樹脂和平均粒徑相同的傳統(tǒng)陽樹脂進(jìn)行泄漏對比試驗(yàn)，分別測定出它們的泄漏情況，以兩種樹脂的漏鈉作評價(jià)，在運(yùn)行的全過程中，陶氏MONOSPHERE高強(qiáng)度凝膠樹脂之所以制備出高質(zhì)量的水，不能不歸結(jié)于這種樹脂具有很均勻的粒度。

l 清洗

自耗水少和節(jié)約再生時(shí)間。陶氏MONOSPHERE高強(qiáng)度均粒凝膠樹脂比傳統(tǒng)樹脂容易清洗，具有清洗水量小，清洗時(shí)間短，再生效率高等特點(diǎn)。由于這種樹脂粒度均勻，所以有著較小且均勻的擴(kuò)散距離。在相同的再生和清洗情況下，這種樹脂比傳統(tǒng)樹脂更快地達(dá)到出水標(biāo)準(zhǔn)。陶氏MONOSPHERE高強(qiáng)度凝膠樹脂清洗后較容易達(dá)到清洗終點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)值。如果陽、陰樹脂各自再生、清洗，節(jié)約用水將更為明顯。在混床系統(tǒng)中，使用粒度均勻的樹脂予淋洗的時(shí)間可減少到原來所需時(shí)間的三分之一。

l 運(yùn)行

1.      動力學(xué)速度較快，交換容量的利用大。

因?yàn)樘帐螹ONOSPHERE高強(qiáng)度凝膠樹脂顆粒均勻，所以它們的交換動力學(xué)性能比傳統(tǒng)樹脂要快得多。這就意味著在高流速運(yùn)行方面，這種樹脂對運(yùn)行系統(tǒng)將產(chǎn)生很好的效果。動力學(xué)性能表示離子之間的交換速度，其很大程度上取決于樹脂顆粒的粒度。由于粒度小的樹脂具有較短的擴(kuò)散路徑和較大的表面積，所以工作交換容量(也稱運(yùn)行容量)高，交換速度快。隨著運(yùn)行流速的增加，動力學(xué)性能越顯重要，交換速度高的樹脂可以充分發(fā)揮本身的交換容量。而大顆粒樹脂，由于擴(kuò)散受到影響，運(yùn)行容量也就肯定受到影響。事實(shí)上，大顆粒樹脂的交換容量總是較低，而粒度范圍很寬的樹脂裝入交換器后，很大一部分交換容量無法利用。

比較三種樹脂在不同流速下的運(yùn)行容量，這些樹脂都具有相同的物理化學(xué)性能。盡管傳統(tǒng)樹脂的平均粒徑相似于陶氏MONOSPHERE樹脂粒徑，但由于樹脂的動力學(xué)性能不同，所以對樹脂的交換容量有顯著的影響。平均粒徑最小的陶氏MONOSPHERE高強(qiáng)度凝膠樹脂運(yùn)行容量最高，反映出較快的動力學(xué)性能，而平均粒徑較大的樹脂運(yùn)行容量次之，粒度范圍寬的傳統(tǒng)樹脂運(yùn)行容量最低。

2.      從流體力學(xué)的角度考慮，樹脂粒度的均勻性還具有兩大運(yùn)行優(yōu)點(diǎn)：

u在現(xiàn)有設(shè)備和工藝不改變的情況下，采用這種樹脂就可立見成效，無需改變當(dāng)前運(yùn)行系統(tǒng)，就可以降低運(yùn)行成本，減少樹脂損耗；

u使用該樹脂時(shí)并不需要昂貴的設(shè)備，也不需新的工藝流程。

陶氏MONOSPHERE高強(qiáng)度凝膠陽樹脂(MONOSPHERE 650C)和陰樹脂(MONOSPHERE 550A)的性能與傳統(tǒng) 樹脂是完全不同的。但是必須考慮的一點(diǎn)是，這些差別都是該樹脂性能本身所具有的，而不是采取了不同的運(yùn)行方式。最后從陶氏MONOSPHERE樹脂的性能上，還可以發(fā)現(xiàn)更多的由于粒度均勻而產(chǎn)生的其它的運(yùn)行特點(diǎn)。在現(xiàn)有的系統(tǒng)設(shè)計(jì)上馬上就可以使用，無需改變?nèi)魏卧O(shè)備和修改現(xiàn)有的工藝。

3.      很低的運(yùn)行壓差

因?yàn)樘帐螹ONOSPHERE高強(qiáng)度凝膠樹脂粒度均勻，樹脂即使很緊密的堆積在一起，仍然有很大的空隙體積。這就意味著通過陶氏MONOSPHERE樹脂的床層橫截面空隙率較大。經(jīng)過試驗(yàn)比較，傳統(tǒng)樹脂含有很多的小顆粒樹脂，這些樹脂都充斥于大顆粒樹脂之間的間隙中，水流通路被這些小顆粒樹脂堵死。陶氏MONOSPHERE樹脂間的間隙較大，也較均勻，所以通過樹脂床的運(yùn)行壓差較小，而傳統(tǒng)樹脂即使具有相同的平均粒徑，壓差仍然很大。有趣的是，這種壓差小的作用并不防礙陶氏MONOSPHERE樹脂床的良好過濾作用，壓差降低的大小是樹脂間隙體積的函數(shù)。在給定的樹脂體積內(nèi)，過濾的能力與樹脂間的接觸點(diǎn)或者說與樹脂間的間隙體積有緊密的關(guān)系。隨著樹脂間的間隙空間增加，陶氏MONOSPHERE樹脂床存在一個(gè)比較大的總空隙體積，如果樹脂間的間隙是一樣的，則兩種樹脂的過濾能力相同。

樹脂損耗降低

由于傳統(tǒng)樹脂的粒度分布較寬，在反洗時(shí)，有些樹脂容易損失，粒度小的陰樹脂反洗時(shí)首先跑掉，它們往往通過交換器頂部的反洗口流失。陰樹脂的損失意味著陰離子交換能力的損失，也意味著陰離子交換性能的損失，因?yàn)楸容^小的、比較容易損失的陰離子交換樹脂往往承擔(dān)了樹脂床中大部分的交換能力。此外，要想制備質(zhì)量相當(dāng)高的水，混床中的陽、陰樹脂的比例必須保持一定。所以陰離子的損失實(shí)際上使系統(tǒng)中的交換能力失去了平衡。

4.      使用陶氏MONOSPHERE樹脂降低了陰樹脂損失的兩種可能：

其一，陶氏MONOSPHERE樹脂從一開始就不含有比較小、比較容易損失的陰樹脂；

其二，陶氏MONOSPHERE樹脂優(yōu)異的物理強(qiáng)度使其在運(yùn)行過程中不易破碎，只要在系統(tǒng)中裝入這些樹脂，就能達(dá)到預(yù)期的效果。

5.      反洗膨脹特性與傳統(tǒng)樹脂相似

由于樹脂顆粒粒度的均勻性與傳統(tǒng)樹脂有明顯的提高，因此很可能認(rèn)推論使用陶氏MONOSPHERE樹脂就需要改變離子交換器的高度以適應(yīng)反洗膨脹時(shí)所可能帶來的變化。陶氏MONOSPHERE樹脂的反洗膨脹特性與傳統(tǒng)樹脂很相似，僅需要協(xié)調(diào)反洗速度即可。所以，使用陶氏MONOSPHERE樹脂既不要修改現(xiàn)有的系統(tǒng)，也不需要改變現(xiàn)有的操作工藝條件。

其他方面的優(yōu)越性能

也可將陶氏MONOSPHERE高性能樹脂用于水處理的其他方面，只要這些方面對樹脂的交換容量要求高，交換速度要求快，還要有優(yōu)異的物理穩(wěn)定性等，就可以選用陶氏MONOSPHERE樹脂。