陶氏離子交換樹(shù)脂

 

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

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

作為離子交換樹(shù)脂，就其操作或者使用而言，首先遇到的就是樹(shù)脂本身的強(qiáng)度問(wèn)題。例如在單床中運(yùn)行的樹(shù)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(shù)脂，還會(huì)遇到樹(shù)脂體外分離所產(chǎn)生的機(jī)械力；而凝結(jié)水運(yùn)行的樹(shù)脂，更要經(jīng)受高流速、高水溫及樹(shù)脂輸送和轉(zhuǎn)型時(shí)的磨損。因此選用樹(shù)脂時(shí)的首要問(wèn)題是考慮樹(shù)脂本身的強(qiáng)度問(wèn)題。

不論水處理系統(tǒng)還是其它任何系統(tǒng)，樹(shù)脂的性能評(píng)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(shù)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(shù)脂具有優(yōu)異的耐滲透壓沖擊性，因而大孔樹(shù)脂具有較凝膠樹(shù)脂更長(zhǎng)的壽命，這就抵消了樹(shù)脂本身的成本。兩種觀點(diǎn)的爭(zhēng)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(shù)脂將使上述爭(zhēng)論歸于統(tǒng)一，這種陶氏系列樹(shù)脂將改變?nèi)藗儗?duì)離子交換樹(shù)脂的傳統(tǒng)觀點(diǎn)。

一種改進(jìn)型凝膠樹(shù)脂

為了獲得大孔樹(shù)脂的理想高強(qiáng)度性能，必須大幅度提高大孔樹(shù)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(duì)凝膠樹(shù)脂則相反，只有一個(gè)不足，這就是在極端工況下，樹(shù)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(yáng)樹(shù)脂，使凝膠樹(shù)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(shù)脂物理強(qiáng)度很高

樹(shù)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(shù)脂顆粒膨脹與收縮。如果樹(shù)脂本身沒(méi)有足夠的物理強(qiáng)度，膨脹和收縮的結(jié)果將導(dǎo)致樹(shù)脂的強(qiáng)度下降，隨著再生次數(shù)的增加，性能較差的樹(shù)脂先出現(xiàn)裂紋，然后破碎。大孔樹(shù)脂的耐滲透壓沖擊性要比凝膠樹(shù)脂優(yōu)異得多，這是由于大孔樹(shù)脂本身存在大孔，從而增加了樹(shù)脂的初始面積，使整個(gè)顆粒膨脹率更為均勻，因此，大孔樹(shù)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(shù)脂顯示出和大孔樹(shù)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(shù)脂：陶氏MONOSPHERE高強(qiáng)度均粒樹(shù)脂、大孔樹(shù)脂和傳統(tǒng)凝膠樹(shù)脂。如用CHATILLON法和JABSCO法兩種方法測(cè)定它們的強(qiáng)度，則陶氏MONOSPHERE高強(qiáng)度樹(shù)脂的強(qiáng)度明顯地超過(guò)了大孔樹(shù)脂。

一種方法就是測(cè)定樹(shù)脂的壓碎強(qiáng)度，這是一種測(cè)定樹(shù)脂壓碎時(shí)所承受的平均力。陶氏MONOSPHERE高強(qiáng)度均粒樹(shù)脂具有比大孔樹(shù)脂高得多的均勻壓碎強(qiáng)度值。另一種方法就是測(cè)定樹(shù)脂的磨損后的圓球百分率，這種測(cè)量方法就是將新樹(shù)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(cè)出陶氏MONOSPHERE高強(qiáng)度均粒凝膠樹(shù)脂的圓球百分率也明顯地超過(guò)了大孔樹(shù)脂。

比大孔樹(shù)脂的交換容量高出10~20%。

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

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

2.如果現(xiàn)在使用的就是凝膠樹(shù)脂，那么更換成陶氏MONOSPHERE高強(qiáng)度凝膠樹(shù)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(shù)脂具有另一種特征，即樹(shù)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(shù)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(shù)脂的特性及運(yùn)行特點(diǎn)。

陶氏MONOSPHERE高強(qiáng)度均粒樹(shù)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(shù)脂具有非常均勻的粒度，比傳統(tǒng)粒徑分布的樹(shù)脂，具有利用率高的特點(diǎn)。傳統(tǒng)樹(shù)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(shù)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(yáng)樹(shù)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(shù)脂反洗后的最后位置主要是依賴于樹(shù)脂的沉降速度。這種沉降速度既與樹(shù)脂的密度有關(guān)又與樹(shù)脂的粒度有關(guān)。換句話說(shuō)，反洗作用的結(jié)果使小密度的陰樹(shù)脂沉降在大密度的陽(yáng)樹(shù)脂上，小顆粒樹(shù)脂沉降在大顆粒樹(shù)脂之上。一般說(shuō)來(lái)，陽(yáng)、陰樹(shù)脂之間的密度差為20%，隨著樹(shù)脂顆粒粒度的變化，很容易理解粒度最小的陽(yáng)樹(shù)脂之所以與粒度最大的陰樹(shù)脂的沉降速度交織在一起。因?yàn)閭鹘y(tǒng)樹(shù)脂在反洗后粒度小的陽(yáng)樹(shù)脂和粒度大的陰樹(shù)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(yáng)樹(shù)脂和陰樹(shù)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(shù)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(yáng)樹(shù)脂和粒度最大的陰樹(shù)脂的沉降速度有較大的差別。高強(qiáng)度陽(yáng)樹(shù)脂的粒度一般為650mm，陰樹(shù)脂一般為550mm。由于陰樹(shù)脂的粒度比陽(yáng)樹(shù)脂小，所以陶氏MONOSPHERE高強(qiáng)度凝膠陽(yáng)樹(shù)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(shù)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(shù)脂的分離效果是不容易的，通過(guò)設(shè)備上的視鏡看到的是一層兩種樹(shù)脂間的不明顯的色帶。而對(duì)于陶氏MONOSPHERE樹(shù)脂，視鏡中可清楚地看到在深色高強(qiáng)度陰樹(shù)脂之上有一條明顯的色差帶，色差本身就表明樹(shù)脂顆粒粒度的均勻性，并由此可以預(yù)見(jiàn)其分離效果良好。

l 再生

再生徹底，泄漏少。由于提高了樹(shù)脂顆粒的均勻性，因此樹(shù)脂的再生效率也相應(yīng)地提高了。樹(shù)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(shù)脂內(nèi)部存在一個(gè)遷移擴(kuò)散過(guò)程，在同樣的條件下，離子在大顆粒樹(shù)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(zhǎng)。也就是說(shuō)，在給定的再生劑量和接觸時(shí)間里，顆粒大的樹(shù)脂，其再生效率低。相反，樹(shù)脂顆粒均勻性越大，在相同的條件下，每粒樹(shù)脂中的大部分將被再生，即樹(shù)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(shù)脂的再生效率越高。而樹(shù)脂的再生效率越高，運(yùn)行中離子泄漏機(jī)會(huì)也就越小。

針對(duì)陶氏MONOSPHERE高強(qiáng)度凝膠陽(yáng)樹(shù)脂和平均粒徑相同的傳統(tǒng)陽(yáng)樹(shù)脂進(jìn)行泄漏對(duì)比試驗(yàn)，分別測(cè)定出它們的泄漏情況，以兩種樹(shù)脂的漏鈉作評(píng)價(jià)，在運(yùn)行的全過(guò)程中，陶氏MONOSPHERE高強(qiáng)度凝膠樹(shù)脂之所以制備出高質(zhì)量的水，不能不歸結(jié)于這種樹(shù)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(shù)脂比傳統(tǒng)樹(shù)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(shù)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(shù)脂比傳統(tǒng)樹(shù)脂更快地達(dá)到出水標(biāo)準(zhǔn)。陶氏MONOSPHERE高強(qiáng)度凝膠樹(shù)脂清洗后較容易達(dá)到清洗終點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)值。如果陽(yáng)、陰樹(shù)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(shù)脂予淋洗的時(shí)間可減少到原來(lái)所需時(shí)間的三分之一。

l 運(yùn)行

1.      動(dòng)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(shù)脂顆粒均勻，所以它們的交換動(dòng)力學(xué)性能比傳統(tǒng)樹(shù)脂要快得多。這就意味著在高流速運(yùn)行方面，這種樹(shù)脂對(duì)運(yùn)行系統(tǒng)將產(chǎn)生很好的效果。動(dòng)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(shù)脂顆粒的粒度。由于粒度小的樹(shù)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(dòng)力學(xué)性能越顯重要，交換速度高的樹(shù)脂可以充分發(fā)揮本身的交換容量。而大顆粒樹(shù)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(shù)脂的交換容量總是較低，而粒度范圍很寬的樹(shù)脂裝入交換器后，很大一部分交換容量無(wú)法利用。

比較三種樹(shù)脂在不同流速下的運(yùn)行容量，這些樹(shù)脂都具有相同的物理化學(xué)性能。盡管傳統(tǒng)樹(shù)脂的平均粒徑相似于陶氏MONOSPHERE樹(shù)脂粒徑，但由于樹(shù)脂的動(dòng)力學(xué)性能不同，所以對(duì)樹(shù)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(shù)脂運(yùn)行容量最高，反映出較快的動(dòng)力學(xué)性能，而平均粒徑較大的樹(shù)脂運(yùn)行容量次之，粒度范圍寬的傳統(tǒng)樹(shù)脂運(yùn)行容量最低。

2.      從流體力學(xué)的角度考慮，樹(shù)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(shù)脂就可立見(jiàn)成效，無(wú)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(shù)脂損耗；

u使用該樹(shù)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(yáng)樹(shù)脂(MONOSPHERE 650C)和陰樹(shù)脂(MONOSPHERE 550A)的性能與傳統(tǒng) 樹(shù)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(shù)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(shù)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(wú)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(shù)脂粒度均勻，樹(shù)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(guò)陶氏MONOSPHERE樹(shù)脂的床層橫截面空隙率較大。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)比較，傳統(tǒng)樹(shù)脂含有很多的小顆粒樹(shù)脂，這些樹(shù)脂都充斥于大顆粒樹(shù)脂之間的間隙中，水流通路被這些小顆粒樹(shù)脂堵死。陶氏MONOSPHERE樹(shù)脂間的間隙較大，也較均勻，所以通過(guò)樹(shù)脂床的運(yùn)行壓差較小，而傳統(tǒng)樹(shù)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(shù)脂床的良好過(guò)濾作用，壓差降低的大小是樹(shù)脂間隙體積的函數(shù)。在給定的樹(shù)脂體積內(nèi)，過(guò)濾的能力與樹(shù)脂間的接觸點(diǎn)或者說(shuō)與樹(shù)脂間的間隙體積有緊密的關(guān)系。隨著樹(shù)脂間的間隙空間增加，陶氏MONOSPHERE樹(shù)脂床存在一個(gè)比較大的總空隙體積，如果樹(shù)脂間的間隙是一樣的，則兩種樹(shù)脂的過(guò)濾能力相同。

樹(shù)脂損耗降低

由于傳統(tǒng)樹(shù)脂的粒度分布較寬，在反洗時(shí)，有些樹(shù)脂容易損失，粒度小的陰樹(shù)脂反洗時(shí)首先跑掉，它們往往通過(guò)交換器頂部的反洗口流失。陰樹(shù)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(shù)脂往往承擔(dān)了樹(shù)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(yáng)、陰樹(shù)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(shù)脂降低了陰樹(shù)脂損失的兩種可能：

其一，陶氏MONOSPHERE樹(shù)脂從一開(kāi)始就不含有比較小、比較容易損失的陰樹(shù)脂；

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

5.      反洗膨脹特性與傳統(tǒng)樹(shù)脂相似

由于樹(shù)脂顆粒粒度的均勻性與傳統(tǒng)樹(shù)脂有明顯的提高，因此很可能認(rèn)推論使用陶氏MONOSPHERE樹(shù)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(lái)的變化。陶氏MONOSPHERE樹(shù)脂的反洗膨脹特性與傳統(tǒng)樹(shù)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(shù)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(shù)脂用于水處理的其他方面，只要這些方面對(duì)樹(shù)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(shù)脂。