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技術Q&A

濾料-樹脂

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如何選擇軟化再生用鹽?

建議軟化系統使用之再生鹽,應具有以下特性:

1.雜質含量少於1% ,方不至於汙染樹脂而阻塞自動控制閥門。

2.粒徑大小適當,至少3mm以上,方不至於沉澱於槽底而形成鹽橋。

3.氯化鈉含量97%以上,可使總用鹽量減少節省費用。

為什麼樹脂再生要用到鹽?

水質軟化法中之離子交換法乃是樹脂利用活性較高之離子交換水中鈣,鎂等重金屬離子,當其吸附飽滿時,鈉離子已被置換殆盡,故需要利用鈉再生,而鹽是含鈉量最高且最便宜容易取得之物,故樹脂再生多用鹽

軟水器設備中的鹽桶有何作用?

如前所述,水質軟化法中之離子交換法乃是樹脂利用其離子交換原理,用以去除水中鈣,鎂等重金屬離子,使水質硬度降低。

一般使用之陽離子多數是鈉離子,欲進行鈉離子交換法,必須使鹽溶解於水中,鹽水的配製必須在鹽槽貯鹽區內進行,因此,軟水器設備中的鹽桶即是為放置再生用鹽之必要設備。

 

 

軟水器計算準則

(一 )對照表

鈣鎂
CaCl
(PPM)

噸/日

6 12 24 36 48 60 72 84 96 120 144 168 192 216

DI(L)

50 6 12 24 36 45 60 72 84 96 120 144 168 192 216
100 12 24 48 72 96 120 144 138 192 240 288 336 384 432
150 18 36 72 108 144 180 216 252 288 360 432 504 576 648
200 24 48 96 144 192 240 288 336 384 480 576 672 768 864
250 30 60 120 180 240 300 360 420 480 600 720 840 960 1080
300 36 72 144 216 288 360 432 504 576 720 864 1008 1152 1296
350 42 84 168 252 336 420 504 588 672 840 1008 1176 1344 1512
400 48 96 192 288 384 480 576 672 768 960 1152 1334 1536 1728

(二)使用範例

原水CaCl-350ppm,800GPD純水機一日作一次再生/二日作一次再生,需使用多少樹脂量?
 計算方法:
1.800GPD純/廢水比例為1:3,共需用水量3200GPD約等於12,800LPD等於12.8噸
2.12.8噸--以12噸來查表,在CaCl(ppm)=350下得每日再生所需樹脂量為84(L)
3.若設定為二日再生一次,則樹脂用量必需設定在84(L)x2=168(L)

 

如何計算軟化器之樹脂量?

´40300再生鹽量(Nacl)(KG)=樹脂量(L)x0.1

再生鹽水量(L)=再生鹽量(KG)x10

離子交換樹脂有那些型式?

(一)依材料區分:
(1)天然沸石(Zeolites):屬早期離子交換材料,為鋁鹽和矽酸鹽混合的礦物質。此材料以食鹽水將其轉化成鈉型,即能有效地應用於水質軟化。但交換量低,且礦物質會溶出,使處理水中的矽含量增加。  
(2)人工合成樹脂:人工合成離子交換樹脂是由一聚合矩體(polymer matrix),通常為聚苯乙烯鏈(polysty rene chains)藉二乙烯苯連結(divinylbenzene crosslinks)而成,在聚合體鏈上附著溶解性離子作用基。在樹脂上作用基的總數和型式決定樹脂的交換容量和離子選擇性,而聚合矩體則提供為樹脂的不溶解性韌度(toughness)。

(二)依離子電荷與酸鹼性區分:
(1) 陽離子交換樹脂 :(a)強酸性交換樹脂。
(2) 弱酸性交換樹脂 :(a)強鹼性交換樹脂(b)弱鹼性交換樹脂。

    一般強酸和強鹼性樹脂可在所有PH值範圍內操作,但其交換容量較小,而必須經常再生,此外又因再生效率較差,所需化學藥劑費較高。弱酸和弱鹼性樹脂具有較高的交換容量,再生效率不高,所需化學藥劑較少,但僅能在有限的PH值範圍內操作。

(三)依結構和孔隙區分:
(1) 膠化體樹脂(Gel resins): 孔隙小於40A,適用於無機離子之交換。
(2) 巨大孔隙樹脂(Macroporous resins):孔隙較大,其粒子內部含有廣大的表面積,故可適用於較大有機離子之交換,但其再生效率不高為其缺點。 
(3) 鉗合樹脂(Chelate resins):鉗合樹脂對某些毒性的重金屬具有高選擇性,例如Dowex A-1鉗合樹脂,含有亞胺二乙酸基(iminosiacetic groips)附著於其聚合体上,而使得此樹脂對重金屬具有鉗合作用。此科對重金屬具有高親和力的特性,使得鉗合樹脂可從含高濃展背景的離子水中直接將毒性的重金屬去除。

離子交換操作步驟為何?

一般固定柱床之操作循環包括四個主要步驟:交換(service),反洗(backwash),再生(regeneration),洗滌(rinse)。
(一)交換(service):當原水通過柱床時交換反應首先發生於柱床上部,所欲去除的特定離子與新鮮樹脂中的反離子產生交換反應。當柱床上逍的樹脂與流入原水中的離子濃度達到平衡時,柱床上部的樹脂成飽合狀態,此時交換區向柱床下部逐漸前進,直至交換區貫穿柱床或處理水中離子濃度超過水質標淮值時,則停止操作。
(二)反洗(backwash):當離子交換處理水已逵到操作容量後,則以部份處理水反沖洗樹脂柱床,以備樹脂再生,目的有:
 1.打散成團的樹脂。
 2.去除樹脂柱床內因過濾作用而陷入的微細懸浮物質。
 3.消除空氣孔穴。
 4.再重組樹脂柱床,使成均勻分佈,以避免操作時水流的槽化現象。
(三)再生(regeneration):再生是將在交換階段樹脂所交換來的離子以再生劑洗出,使樹脂回復到原有的交換容量或所期望的容量程度,及原有的離子型態,通常酸被用來再生陽離子樹脂,鹼被用來再生陰離子樹脂。
(四)洗滌(rinse):再生之後樹脂柱床回到交換階段之前必須洗滌,使得柱床內過剩的再生劑排除。洗滌通常使用處理水,包括兩個步驟,首先是慢洗,其流速較慢,係將再生廢劑洗出排放,接著用快洗將過剩的離子洗出。

軟水器的基本工作原理?

軟水器的基本工作原理主要是利用陽離子中的鈉來交換出水中的鈣離子,因為鈉離子不會結合形成
結垢,當交換到達飽和時在離子中已沒有多餘的鈉可供交換,此時必須進行再生。
再生時最常用的就是氯化納(鹽),利用氯化鈉中的鈉來將鈣離子還原出來並排放掉。此時,容器
內的陰離子即已被還原由原來之狀態。
其軟化、再生方程式如下:
軟化 2R-Na+十Ca+2→R-2Ca+2十2Na+
再生 R2-Ca+2十2NaCl→2R-Na+十CaCl2
【上述僅為鈉型樹脂與鈣作用的方程式,不同樹脂在軟化、去離子作用與
再生的方程式各不相同,必須參考樹脂供應商提供的資訊。】
 

水中陽離子、 陰離子對水質有什麼影響?

    水中主要的陽離子有鈣、鉀、鈉、鎂和鐵、錳等,其中鈉是水中最為常見的陽離子,鈉、鉀的存在使水的電導率上昇,增加了水的不穩定傾向。
  另外鈣、鎂是造成水中梗度的主要離子,在一定的條件下,常使受熱設備表面結垢,影響熱的傳導。鐵和錳容易生成三價鐵或氫氧化錳等沉澱物,形成水垢,進而產生水垢下部腐蝕物,成為細菌的溫床。
  水中主要的陰離子有CL、SO、HCO、CO、OH等,其中HCO、CO、OH在水中常和陽離子鉀、鈉、鎂、鈣等組成鹼度,它們之間的量的變化會影響水的pH值變化,從這變化可以知道水的屬性是腐蝕型的或是結垢型的。
  因此,它們是影響水的性質和應用的主要離子。氯是水中最為常見的陰離子,是引起水質腐蝕性的催化劑,能強烈的推動和促進金屬表面電子的交換反應,特別是對水系統的不鎊鋼材料,應力集中處,會引起氯的累積,加速電化學腐蝕過程。
  由於氯與強鹼陰離子樹脂的親合力比氫氧根大15~20倍,因此,可用陰離子去除。SO也是水中較為普遍存在的陰離子,與陽離子鈣等生成CaSO沈澱而結垢,也是水中硫酸鹽還原菌的營養源。

硬度的單位是如何表示的?

硬度常用的單位是mmol/L或mg/L。由於硬度並非由單一的金屬離子或鹽類形成,因此,為了有一個統一的比較標準,有必要換算為一種鹽類。通常用CaO或者是CaCO3的質量濃度來表示。當硬度為0.5mmol/L時,等於28mg/L的CaO或等於50mg/L的CaCO3。

什麼是水的硬度?

水中有些金屬陽離子,同一陽離子結合在一起,被水加熱的過程中,由於蒸發濃縮,在表層形成水垢而影響熱傳導,我們把水中這些金屬陽離子的總濃度稱為水的硬度。

樹脂軟化的原理為何?

樹脂利用其離子交換原理,用以去除水中鈣,鎂等重金屬離子,使水質硬度降低。

請教有關於軟水器的操作流程?

正常設定的軟水器有以下五段行程:

(a)逆洗 → (b)吸鹽 → (c)二段逆洗 → (d)正洗 → (e)補水

各行程作動目的如下:

(a)逆洗:概略清洗FRP桶內雜質。

(b)吸鹽再生:從鹽桶吸鹽至FRP桶內進行再生。

(c)二段逆洗:概略清洗FRP桶內雜質及排放鹽水。

(d)正洗:排放FRP桶內鹽水並將樹脂壓緊。

(e)補水:控制頭動作補水至鹽桶。

操作添加軟化鹽應注意哪些事項?

1.將軟化再生鹽倒至鹽板上,鹽將自然溶解並沉積至鹽板下,再由鹽閥作吸鹽動作。

2.鹽桶內儲水水平面需高於軟化鹽。

3.每次添加量最大值不可高於建議量的3倍,避免溶解濃度過高。

4.軟化鹽添加時機,目測鹽板上的再生鹽溶解完畢,再添加即可。

5.軟化鹽添加頻率視實際使用狀況或條件(如水質、處理量)而有所不同。

軟化用的再生鹽添加量如何計算?

要計算軟化用的再生鹽添加量必須視FRP桶內放的軟化樹脂量的多寡而定,在正常情形下的公式是:

樹脂量 x 0.14 = 每次加鹽量

以上僅供參考

什麼是離子交換樹脂?作用為何?

      以離子交換樹脂淨水,來除去水中礦物質及污染的原理,已常被廣泛運用,其中以鈉型離子交換樹脂較常見。由於樹脂或離子含有永遠不溶的陽離子,可以取代鈉離子來保持電中性。當水流過交換床時,樹脂內的物質和水中的礦物質會產生數十億次的交換,鈣、鎂、鋁等金屬陽離子會被吸附在樹脂上而釋出鈉離子。經過濾後水中鈣鎂等物質含量會變少,而成為軟水,口感較好。不過值得特別一提的是,如果交換樹脂自行以鹽巴再生還原沒有清洗乾淨的話,會釋出鈉,因此水中鈉含量會提高,因此使用此類交換法時,應審慎評估後再使用。最好以符合食品級標準之產品為宜。

有哪些因素會影響離子樹脂交換反應?

      離子交換反應主要發生在樹脂內部。在離子交換反應前﹐溶液裡的反應物必須能擴散進樹脂內部。擴散速率與樹脂體上毛細孔大小有關﹐而毛細孔的大小﹐與合成時加入的交聯劑的量有關。交聯劑用量少的﹐樹脂的交聯度小﹐毛細孔孔徑就大﹐反應物就容易擴散進去﹔交聯劑用量多的﹐樹脂的交聯度大﹐毛細孔孔徑就小﹐反應物就不容易進去。因此﹐往往利用交聯度不同的樹脂﹐將分子量不同的化合物分開。
      另外﹐溶液裡的離子濃度與樹脂的交換量也是影響反應物擴散進樹脂內部的因素之一。若溶液裡的離子濃度比較高﹐而樹脂的交換量又比較小時﹐則離子很易擴散進樹脂內部進行交換﹔反之﹐若溶液裡的離子濃度較小﹐樹脂的交換量又高﹐溶液裡的離子不易擴散進去﹐故交換反應不能進行﹐因而去除溶液裡少量離子是困難的。

弱鹼性樹脂的特性為何?

弱鹼性樹脂的化學性質與銨相似﹐呈弱鹼性﹐能吸著水溶液裡的酸而形成鹽﹐其鹽型在水溶液中發生水解。樹脂與強酸和高價酸結合力強﹐對氧和熱的穩定性差。

強鹼性樹脂特性為何?

強鹼性樹脂(含季銨鹼基) 的鹼性相當於苛性鹼﹐能除去水溶液裡很弱的酸如硼酸﹑硅酸﹑碳酸﹑低分子量的有機酸等。這類樹脂的羥基與氮原子結合能力很弱﹐故易與金屬鹽起複分解作用﹐形成鹼性很強的溶液。羥型樹脂對熱不穩定﹐若為強鹼Ⅰ型樹脂(見結構式a)﹐使用溫度不能超過60℃﹔若為Ⅱ型樹脂(b)﹐不能超過40℃。因此﹐這類樹脂不使用時﹐一般以氯型保存﹐不能以羥型保存。強鹼性樹脂可以在任何pH溶液裡進行交換。

弱酸性樹脂的特性為何?

弱酸性樹脂的化學性質與乙酸相似﹐酸性比較弱﹐不易與鹽類起交換作用﹔但在鹼性溶液裡﹐能與多價金屬離子發生複分解作用﹐對二價金屬離子如銅﹑鈷﹑鎳﹑鋅﹑汞等有較高的結合力。在使用時﹐要考慮它的鹽型能起水解作用。最高使用溫度在 120℃左右﹐容易為強酸再生。

中等酸性樹脂的特性為何?

中等酸性樹脂的酸性接近磷酸﹐能與高價金屬鹽發生不同程度的交換作用。

強酸性樹脂的特性為何?

強酸性樹脂的酸性接近硫酸﹐能與鹽發生復分解作用﹐在任何pH的溶液裡都能使用。

離子交換樹脂有哪些種類?

      離子交換樹脂根據外觀形狀及物理性質(孔度﹑孔度分布﹑比表面﹑孔徑等)分為凝膠﹑大孔和離子交換膜等。

      根據用途有選擇交換用﹑脫色用﹑吸著用﹑電子交換(氧化還原)用等。

      根據母體的化學結構可分為苯乙烯系列﹑丙烯酸系列﹑酚醛類系列等。

      根據離子交換樹脂中活性基團的性質可分為﹕強酸性的﹑中等酸性的﹑弱酸性的﹔強鹼性的﹑中等鹼性的﹑弱鹼性的﹔氧化還原性的。

      含有酸性基團的離子交換樹脂﹐能同溶液裡的陽離子起交換反應﹐稱為陽離子交換樹脂﹔含有鹼性基團的離子交換樹脂﹐能交換溶液裡的陰離子﹐稱為陰離子交換樹脂﹔含氧化還原基團的離子交換樹脂﹐能與溶液裡的還原劑或氧化劑起反應﹐稱為電子交換樹脂﹔同時含酸性和鹼性基團的稱為兩性樹脂﹐因為它在溶液裡能與鹼或酸作用。若樹脂與溶液裡的高價陽離子作用後﹐能形成鉗環形的絡合物﹐則稱為螯合樹脂。

設計軟化槽的目的為何?

軟化槽是利用陽離子交換樹脂將原水中的的鈣鎂離子吸附與置換,將水中的硬度去除,為普遍使用於工業與商業應用之方式。當陽離子交換樹脂吸附到一定程度後,需用再生藥劑(鹽水或鹽酸)進行再生程序,如此可回復樹脂吸附容量,以利重覆循環使用,以免水中鈣鎂硬度造成下游的 RO 系統發生結垢情形,將使 RO 造水效能降低。設計容量則是依原水中的硬度而定,一般設計再生週期為每天一次 ( 約 22 小時連續採水後再生 ) 。

何謂水處理軟化法

軟化法是指將水中硬度(主要指水中鈣、鎂離子)去除或降低一定程度的水。水在軟化過程中,只是軟化水質,而不能改善水質。

硬水要如何軟化?

硬水經過處理後可以轉化為軟水。下面介紹硬水軟化的三種主要方法:

1. 煮沸法(只適用於暫時硬水)

煮沸暫時硬水時的反應:

Ca(HCO3)2 =CaCO3 ↓+H2O+CO2↑

Mg(HCO3)2 =MgCO3↓ +H2O+CO2↑

由於CaCO3不溶,MgCO3 微溶,所以碳酸鎂在進一步加熱的條件下還可以與水反應生成更難溶的氫氧化鎂:

MgCO3 +H2O = Mg(OH)2 ↓+CO2↑

由此可見水垢的主要成分為CaCO3和Mg(OH)2

2. 石灰—純鹼法 (工業用)

      在這種方法中,暫時硬度加入石灰就可以完全消除,HCO3-都被轉化成CO32-。而鎂的永久硬度在石灰的作用下會轉化為等物質的量的鈣的硬度,最後被去除。反應過程中,鎂都是以氫氧化鎂的形式沉澱,而鈣都是以碳酸鈣的形式沉澱。

Ca2+(aq) --石灰-蘇打法--> CaCO3(s)

Mg2+(aq)--石灰-蘇打法--> Mg(OH)2(s)

3. 離子交換法

      這種方法中用到的離子交換劑,有無機和有機兩種。無機離子交換劑,如沸石等;有機離子交換劑包括:碳質離子交換劑——磺化酶,陰陽離子交換樹脂等,而且一般的離子交換劑在失效後還可以再生。

      採用特定的陽離子交換樹脂,以鈉離子將水中的鈣鎂離子置換出來,由於鈉鹽的溶解度很高,所以就避免了隨溫度的升高而造成水垢生成的情況。這種方法是目前最常用的標準方式。主要優點是:效果穩定準確,工藝成熟。可以將硬度降至0。採用這種方式的軟化水設備一般也叫做“離子交換器”(由於採用的多為鈉離子交換樹脂,所以也多稱為“鈉離子交換器”),即軟水器原理。

水的硬度怎麼界訂?何謂暫時硬度?永久硬度?

      水的硬度(也叫礦化度)是指溶解在水中的鈣鹽與鎂鹽含量的多少。含量多的硬度大,反之則小。1升水中含有10mmgCaO(或者相當於10mmgCaO)稱為1度。軟水就是硬度小於8的水,如雨水,雪水,純淨水等;硬度大於8的水為硬水,如礦泉水,自來水,以及自然界中的地表水和地下水等。

      硬水又分為暫時硬水和永久硬水。暫時硬水的硬度是由碳酸氫鈣與碳酸氫鎂引起的,經煮沸後可被去掉,這種硬度又叫碳酸鹽硬度。永久硬水的硬度是由硫酸鈣和硫酸鎂等鹽類物質引起的,經煮沸後不能去除。以上兩種硬度合稱為總硬度。

      當水滴在大氣中凝聚時,會溶解空氣中的二氧化碳形成碳酸。碳酸最終隨雨水落到地面上,然後滲過土壤到達岩石層,溶解石灰(碳酸鈣和碳酸鎂)產生暫時硬水。一些地區的溶洞和溶洞附近的硬水就是這樣形成的。

水垢?硬度?到底是什麼?

飲水中只要有硬度存在,經煮沸加溫後都會產生白色的結垢即是水垢,硬度(水垢)主要是鈣鹽和鎂鹽結合而成,水中多少有硬度的存在,北部水質硬度約有50PPM左右,中南部則為200~300PPM,在中南部硬度較高,結垢的情形也較嚴重,但硬度並不會影響人體健康。若是感官上不舒服或不希望常常清除水垢,可加裝軟水器軟化水質。

為什麼水煮沸會產生白色沉澱物?

這種情況一般只會發生在水中鈣、鎂離子含量較高的地區。就一般而言,水煮沸後,硬水中的化合物隨著溫度的升高,溶解度在下降,導致煮沸後水中的礦物質凝結沉澱或懸浮于水中。對於天然水中存在的礦物質,由於水溫升高所形成的白色沉澱物,其實並不影響飲水的衛生與品質,如果擔心的話,可以加裝軟水器處理。