水处理设备耗材

陶氏离子交换树脂

 

陶氏DOWEX TMMONOSPHERETM高强度均粒离子交换树脂特点

既有凝胶树脂优异化学特性又有大孔树脂耐渗透压冲击的陶氏DOWEXTMMONOSPHERETM高强度均粒离子交换树脂。

作为离子交换树脂，就其操作或者使用而言，首先遇到的就是树脂本身的强度问题。例如在单床中运行的树脂，必须经得起经常性的反复再生和失效；混床系统树脂，还会遇到树脂体外分离所产生的机械力；而凝结水运行的树脂，更要经受高流速、高水温及树脂输送和转型时的磨损。因此选用树脂时的首要问题是考虑树脂本身的强度问题。

不论水处理系统还是其它任何系统，树脂的性能评价均以连续地出水量大、水质高为目标。大致有两种观点：一种认为，凝胶树脂具有明显的初始成本较低、较好的化学性能及较低的运行费用；另一种认为，大孔树脂具有优异的耐渗透压冲击性，因而大孔树脂具有较凝胶树脂更长的寿命，这就抵消了树脂本身的成本。两种观点的争论尽管有着各自的理由和依据，但他们都忽略了选择合适的陶氏MONOSPHERE高强度均粒凝胶型离子交换树脂将使上述争论归于统一，这种陶氏系列树脂将改变人们对离子交换树脂的传统观点。

一种改进型凝胶树脂

为了获得大孔树脂的理想高强度性能，必须大幅度提高大孔树脂的运行交换容量、再生效率、交换速度，降低制造成本。而对凝胶树脂则相反，只有一个不足，这就是在极端工况下，树脂的耐渗透压冲击性有待提高。而陶氏高强度均粒MONOSPHERE阴阳树脂，使凝胶树脂获得很大的强度性能的提高，获得了凝结水精处理运行工况下所需的强度和稳定性。

树脂物理强度很高

树脂再生时，首先遇到的就是由于离子浓度的迅速变化而使树脂颗粒膨胀与收缩。如果树脂本身没有足够的物理强度，膨胀和收缩的结果将导致树脂的强度下降，随着再生次数的增加，性能较差的树脂先出现裂纹，然后破碎。大孔树脂的耐渗透压冲击性要比凝胶树脂优异得多，这是由于大孔树脂本身存在大孔，从而增加了树脂的初始面积，使整个颗粒膨胀率更为均匀，因此，大孔树脂就能“顶住”由于膨胀与收缩所产生的应力。高强度均球树脂显示出和大孔树脂同样的优异耐渗透压冲击性。

试验时使用了三种树脂：陶氏MONOSPHERE高强度均粒树脂、大孔树脂和传统凝胶树脂。如用CHATILLON法和JABSCO法两种方法测定它们的强度，则陶氏MONOSPHERE高强度树脂的强度明显地超过了大孔树脂。

一种方法就是测定树脂的压碎强度，这是一种测定树脂压碎时所承受的平均力。陶氏MONOSPHERE高强度均粒树脂具有比大孔树脂高得多的均匀压碎强度值。另一种方法就是测定树脂的磨损后的圆球百分率，这种测量方法就是将新树脂压入一种仪器内，仪器产生一种与凝结水精处理运行中一样的摩擦力。试验后，圆球的百分数被认为是磨损后圆球百分率，用这种方法测出陶氏MONOSPHERE高强度均粒凝胶树脂的圆球百分率也明显地超过了大孔树脂。

比大孔树脂的交换容量高出10~20%。

陶氏MONOSPHERE高强度均粒凝胶阳树脂和阴树脂比相应的大孔树脂，其交换容量提高了10～20%，陶氏MONOSPHERE高强度凝胶树脂和传统的凝胶树脂的运行交换容量相比没有什么差别，这样，我们得出两个结论：

1.如果将大孔树脂换成陶氏MONOSPHERE高强度凝胶树脂，那么就可以得到与凝胶树脂一样的使用性能和使用成本以及大孔树脂一样的耐渗透冲击性；

2.如果现在使用的就是凝胶树脂，那么更换成陶氏MONOSPHERE高强度凝胶树脂后，除了提供类似的化学性能外，还提供了较好的耐渗透压冲击性。

特别的粒度均匀性

陶氏DOWEX MONOSPHERE高强度均粒凝胶树脂具有另一种特征，即树脂颗粒粒度特别均匀。在下面的章节里介绍水处理系统由于采用这种树脂，使系统性能大大的改进，因此也将进一步发现这种树脂的特性及运行特点。

陶氏MONOSPHERE高强度均粒树脂显著地提高系统运行中四个步骤的特性由于陶氏公司的高强度均粒凝胶树脂具有非常均匀的粒度，比传统粒径分布的树脂，具有利用率高的特点。传统树脂的粒度范围较宽，最大粒径与最小粒径之比为3:1，而陶氏MONOSPHERE高强度均粒树脂中的最大粒径与最小粒径之比只有1.35:1。

l 反洗

分层彻底。阴阳树脂的反洗分离程度主要是依赖于其密度差和粒径大小。实际上，在交换柱中，每种树脂反洗后的最后位置主要是依赖于树脂的沉降速度。这种沉降速度既与树脂的密度有关又与树脂的粒度有关。换句话说，反洗作用的结果使小密度的阴树脂沉降在大密度的阳树脂上，小颗粒树脂沉降在大颗粒树脂之上。一般说来，阳、阴树脂之间的密度差为20%，随着树脂颗粒粒度的变化，很容易理解粒度最小的阳树脂之所以与粒度最大的阴树脂的沉降速度交织在一起。因为传统树脂在反洗后粒度小的阳树脂和粒度大的阴树脂的交界面附近出现混层，其结果是沉降速率相同的阳树脂和阴树脂将要出现交叉再生，即所谓的交叉污染，降低了水处理系统的运行交换容量，交叉污染也将引起下一周期的硫酸根或钠离子的泄露。

由于陶氏MONOSPHERE高强度均粒凝胶树脂的平均粒度正负相差100微米(mm)的要占95%以上，所以在反洗时能完全分离。粒度最小的阳树脂和粒度最大的阴树脂的沉降速度有较大的差别。高强度阳树脂的粒度一般为650mm，阴树脂一般为550mm。由于阴树脂的粒度比阳树脂小，所以陶氏MONOSPHERE高强度凝胶阳树脂同时具有颗粒粒度差和密度差，从而保证得到完全彻底的分层效果。

树脂颗粒的颜色之差也十分明显，可完全看清分离效果。很显然，检查传统树脂的分离效果是不容易的，通过设备上的视镜看到的是一层两种树脂间的不明显的色带。而对于陶氏MONOSPHERE树脂，视镜中可清楚地看到在深色高强度阴树脂之上有一条明显的色差带，色差本身就表明树脂颗粒粒度的均匀性，并由此可以预见其分离效果良好。

l 再生

再生彻底，泄漏少。由于提高了树脂颗粒的均匀性，因此树脂的再生效率也相应地提高了。树脂再生时，颗粒大的要比颗粒小的慢得多，由于溶液中的离子在树脂内部存在一个迁移扩散过程，在同样的条件下，离子在大颗粒树脂内迁移扩散达到再生层所需要的时间相应要长。也就是说，在给定的再生剂量和接触时间里，颗粒大的树脂，其再生效率低。相反，树脂颗粒均匀性越大，在相同的条件下，每粒树脂中的大部分将被再生，即树脂颗粒粒度的均匀性越高，在固定再生剂用量和接触时间内，树脂的再生效率越高。而树脂的再生效率越高，运行中离子泄漏机会也就越小。

针对陶氏MONOSPHERE高强度凝胶阳树脂和平均粒径相同的传统阳树脂进行泄漏对比试验，分别测定出它们的泄漏情况，以两种树脂的漏钠作评价，在运行的全过程中，陶氏MONOSPHERE高强度凝胶树脂之所以制备出高质量的水，不能不归结于这种树脂具有很均匀的粒度。

l 清洗

自耗水少和节约再生时间。陶氏MONOSPHERE高强度均粒凝胶树脂比传统树脂容易清洗，具有清洗水量小，清洗时间短，再生效率高等特点。由于这种树脂粒度均匀，所以有着较小且均匀的扩散距离。在相同的再生和清洗情况下，这种树脂比传统树脂更快地达到出水标准。陶氏MONOSPHERE高强度凝胶树脂清洗后较容易达到清洗终点标准值。如果阳、阴树脂各自再生、清洗，节约用水将更为明显。在混床系统中，使用粒度均匀的树脂予淋洗的时间可减少到原来所需时间的三分之一。

l 运行

1.      动力学速度较快，交换容量的利用大。

因为陶氏MONOSPHERE高强度凝胶树脂颗粒均匀，所以它们的交换动力学性能比传统树脂要快得多。这就意味着在高流速运行方面，这种树脂对运行系统将产生很好的效果。动力学性能表示离子之间的交换速度，其很大程度上取决于树脂颗粒的粒度。由于粒度小的树脂具有较短的扩散路径和较大的表面积，所以工作交换容量(也称运行容量)高，交换速度快。随着运行流速的增加，动力学性能越显重要，交换速度高的树脂可以充分发挥本身的交换容量。而大颗粒树脂，由于扩散受到影响，运行容量也就肯定受到影响。事实上，大颗粒树脂的交换容量总是较低，而粒度范围很宽的树脂装入交换器后，很大一部分交换容量无法利用。

比较三种树脂在不同流速下的运行容量，这些树脂都具有相同的物理化学性能。尽管传统树脂的平均粒径相似于陶氏MONOSPHERE树脂粒径，但由于树脂的动力学性能不同，所以对树脂的交换容量有显著的影响。平均粒径最小的陶氏MONOSPHERE高强度凝胶树脂运行容量最高，反映出较快的动力学性能，而平均粒径较大的树脂运行容量次之，粒度范围宽的传统树脂运行容量最低。

2.      从流体力学的角度考虑，树脂粒度的均匀性还具有两大运行优点：

u在现有设备和工艺不改变的情况下，采用这种树脂就可立见成效，无需改变当前运行系统，就可以降低运行成本，减少树脂损耗；

u使用该树脂时并不需要昂贵的设备，也不需新的工艺流程。

陶氏MONOSPHERE高强度凝胶阳树脂(MONOSPHERE 650C)和阴树脂(MONOSPHERE 550A)的性能与传统 树脂是完全不同的。但是必须考虑的一点是，这些差别都是该树脂性能本身所具有的，而不是采取了不同的运行方式。最后从陶氏MONOSPHERE树脂的性能上，还可以发现更多的由于粒度均匀而产生的其它的运行特点。在现有的系统设计上马上就可以使用，无需改变任何设备和修改现有的工艺。

3.      很低的运行压差

因为陶氏MONOSPHERE高强度凝胶树脂粒度均匀，树脂即使很紧密的堆积在一起，仍然有很大的空隙体积。这就意味着通过陶氏MONOSPHERE树脂的床层横截面空隙率较大。经过试验比较，传统树脂含有很多的小颗粒树脂，这些树脂都充斥于大颗粒树脂之间的间隙中，水流通路被这些小颗粒树脂堵死。陶氏MONOSPHERE树脂间的间隙较大，也较均匀，所以通过树脂床的运行压差较小，而传统树脂即使具有相同的平均粒径，压差仍然很大。有趣的是，这种压差小的作用并不防碍陶氏MONOSPHERE树脂床的良好过滤作用，压差降低的大小是树脂间隙体积的函数。在给定的树脂体积内，过滤的能力与树脂间的接触点或者说与树脂间的间隙体积有紧密的关系。随着树脂间的间隙空间增加，陶氏MONOSPHERE树脂床存在一个比较大的总空隙体积，如果树脂间的间隙是一样的，则两种树脂的过滤能力相同。

树脂损耗降低

由于传统树脂的粒度分布较宽，在反洗时，有些树脂容易损失，粒度小的阴树脂反洗时首先跑掉，它们往往通过交换器顶部的反洗口流失。阴树脂的损失意味着阴离子交换能力的损失，也意味着阴离子交换性能的损失，因为比较小的、比较容易损失的阴离子交换树脂往往承担了树脂床中大部分的交换能力。此外，要想制备质量相当高的水，混床中的阳、阴树脂的比例必须保持一定。所以阴离子的损失实际上使系统中的交换能力失去了平衡。

4.      使用陶氏MONOSPHERE树脂降低了阴树脂损失的两种可能：

其一，陶氏MONOSPHERE树脂从一开始就不含有比较小、比较容易损失的阴树脂；

其二，陶氏MONOSPHERE树脂优异的物理强度使其在运行过程中不易破碎，只要在系统中装入这些树脂，就能达到预期的效果。

5.      反洗膨胀特性与传统树脂相似

由于树脂颗粒粒度的均匀性与传统树脂有明显的提高，因此很可能认推论使用陶氏MONOSPHERE树脂就需要改变离子交换器的高度以适应反洗膨胀时所可能带来的变化。陶氏MONOSPHERE树脂的反洗膨胀特性与传统树脂很相似，仅需要协调反洗速度即可。所以，使用陶氏MONOSPHERE树脂既不要修改现有的系统，也不需要改变现有的操作工艺条件。

其他方面的优越性能

也可将陶氏MONOSPHERE高性能树脂用于水处理的其他方面，只要这些方面对树脂的交换容量要求高，交换速度要求快，还要有优异的物理稳定性等，就可以选用陶氏MONOSPHERE树脂。