Transcript 세니마자료

ION EXCHANGE RESIN
로익스
ROIX Technical Service
TEL) 032-589-3141 FAX) 032-589-3144
Ion Exchange Resin Seminar
목차
1. 이온교환 수지의 구조 및 성질
2. 이온교환 수지의 종류 및 특성
3. 이온교환 수지의 수명
4. 수처리 설비의 운전법 및 종류
5. 이온교환수지를 이용한 수처리설비의 종류
6. Water Chemistry
7. 부록
1-1.이온교환 수지의 정의
3차원 구조의 모체(Matrix)에 이온교환반응기(Functional Group)를
결합시켜 극성 및 비극성 용액중의 이온물질을 가역적으로 교환
할 수 있는 불용성 합성수지
+-
+-
+
Fixed negatively charged
exchange site; i.e., SO3-
Mobile positively charged
exchangeable cation; i.e., Na+
Polystyrene chain
Divinylbenzene
cross-link
Water of hydration
+-
++++-
+-
+-
+-
+
+-
+-
+
+
+
+
+
-+
-+
+- +-
-
-+
-+
-+
- +
+
-+
+
1-2.이온교환 수지의 제조원리
CH
CH2
CH
CH2
CH
CH2
STM(Styrene Monomer)
＋
DVB(Divinyl Benzene)
현
탁
중
합
중합폴리머 형성
CH
CH2
CH
CH2
CH
CH2
CH
CH
교
환
기
도
입
이온교환수지
1-3.가교도(DVB%)와 이온교환수지의 성질
가교도(DVB%)=
*가교도(W / W % DVB)가 증가하면
1.수지가 단단해지며 탄력성이 줄어든다
2.산화반응(Oxidation)에 저항력이 높아진다.
3.가교도가 12% 이상 되면
3-1) 구조가 너무 조밀해져 이온교환수지
제조가 어려워 진다.
3-2) 삼투압 충격을 흡수할 탄력성이 없어
부서지기가 쉽다.
3-3) 이온교환속도가 늦어져 운전교환
용량이 감소한다.
DVB사용량
x 100
STM사용량＋DVB사용량
구분
저가교도
고가교도
수분%
大
小
교환용량
小
大
팽윤성
大
小
반응속도
빠름
늦음
재생효율
高
低
탈이온時Leak
小
大
내산화성
--
양호함
양호함
--
내 유기오염성
1-4.마크로포러스 수지
1.모체(Matrix) 중합반응시 용제를 첨가하여 인위적으로 다공성을 증가시킨 수지
2.이러한 인위적 다공성 수지를 마크로포러스 (Macroporous,Macroreticular)수지라
하며 반면에 일반적 수지를 겔(Gel)수지라 한다.
3.마크로포러스 수지의 Pore내경 : 약 100 nm
겔 수지의 Pore 내경
: 약 1 nm
►마크로 포러스 수지의 장점
1.물리화학적 안정성이 높다.
>물리적 충격에 강하다
>삼투압 충격에 강하다
>산화 반응에 강하다
2.유기물 오염에 대한 저항력이 높다
3.이온교환 반응 속도가 빠르다
1-5.교환용량
1.총 교환용량 ( TOTAL EXCHANGE CAPACITY )
> 수지의 이론적 교환용량으로 100% 재생시의 교환용량을 의미한다.
> 단위 : * equivalents / liter (eq/l)
 수지 리터당 이온교환이 가능한 당량
* grams as CaCO3 / liter
2.운전 교환용량 ( WORKING EXCHANGE CAPACITY )
> 그림에서 보듯이 이온교환 상층부(a)는 이미 이온 교환반응이 완료된
수지이며 중간부(b)는 현재 이온교환반응이 이루어 지고 있는 부분이다
Na
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Na
Ca
Ca
Ca
Na
Na
(a)
누
출
농
도
관류교환용량
처리량
Na
Na
Na＋Ca
Ca
(b)
관류점
이 중간 부 (b)의 가장 아래부분이
이온 교환탑 바닥에 도달하는 시점
(Break through point)에서 이용된
이온교환수지의 교환용량을 운전
교환용량이라 한다..
1-6.재생 LEVEL 이란 ?
1. 수지의 단위 용적당 사용한 재생제의 량
▶수지의 1L 당 사용한 재생제의 량 (100%로 환산)
2. (예)수지량 5,000리터에 35% HCl 1,430 Kg을 사용하여 재생했을 경우 재생 LEVEL은 ?
1,430 kg X 0.35 X 1,000(k/kg)
5,000L-Resin
1.2
=
100g HCl / L-Resin
이론치
1.0
교환용량
(meq/ℓ- R)
0.8
0.6
0.4
0.2
25
50
75
100
재생LEVEL
(g-HCl/ℓ- Resin)
- 이온교환수지의 재생효율은 재생제를 투입하였을 때 교환용량이 회복되는 척도
가교도가 낮을수록 재생효율이 높다, 재생효율이 높은 수지를 사용하면 운전 Cost가 낮아 경제적임
1-7.기타 물리화학적 성질
1. 진비중
▶표준가교도 수지의 일반적 진비중
> 강산성 양이온 교환수지
:
1.18 ~ 1.38
> 약산성 양이온 교환수지
:
1.13 ~ 1.20
> 강염기성 음이온 교환수지
:
1.07 ~ 1.12
> 약염기성 음이온 교환수지
:
1.02 ~ 1.10
2. 입 도
> 표준입도범위 : 0.3 ~1.2 mm (균일계 양이온 0.65mm,음이온 0.55mm)
> 유효경 (Effective Size : ES)
> 균일계수 (Uniform Coefficient : UC)
> 평균 입도경 (Mean Diameter : MD)
3. 수분 함수율
이온교환수지는 물을 흡수하여 팽윤한다. 이는 수화
(Hydration)에 의한 것이며 함수율을 측정하면 가교도의
고저를 알 수 있다.
> 수지가 산화반응으로 인하여 가교도가 낮아지면 함수율이 증가한다.
4.교환속도(Exchange Rate)
- 교환속도는 일반적으로 가교도가
낮을수록, 수지입자가 작을수록 ,
용액의 온도가 높을수록 빠른 경향이 있다
5.겉보기 밀도(Shipping Weight)
- 이온교환수지는 수지탑에 채워서 사용하기 때문에 액상이 아님에도 체적을 가진 것으로
취급 즉, 부피 단위로 계량함, 가교도가 높을수록 겉보기 밀도는 증가하며 비정상적인
겉보기 밀도의 감소는 수지의 산화의 척도
6.체적변화(팽윤, Swelling)
- 水中 이온교환수지는 이온형의 변화에 따라 체적의 변화가 일어난다
H형
Na형
Ca형
Ba형
1-8.Products 1- IER
• Resin Materials
– Ion Exchange Resins
• Dowex(R) Gaussian Resins
(HCR-S, SAR, SBR-P)
• Dowex(R) UPS (Uniform) Resins
– Marathon(R) Monospere(R)
– Adsorbent Resins
• Dowex(R) Optipore(R) Resins
• Technology License
– UPCORE(R) Counter Current
UPCORE Overview
UPflow COunter-current REgeneration
2.이온교환 수지의 종류 및 특성
1.
2.
3.
4.
5.
6.
강산성 양이온교환수지 ( SAC ; Strongly Acidic Cation)
약산성 양이온교환수지 ( WAC ; Weakly Acidic Cation)
강염기성 음이온교환수지 ( SBA ; Strongly Basic Anion)
a) 1형 ( Type I )
b) 2형 ( Type II )
약염기성 음이온교환수지 ( WBA ; Weakly Basic Anion)
반도체용 수지
기타 특수 수지(Chelate Resin, Absorbent)등
2-1강산성 양이온 교환수지(SAC)
1.
2.
•
•
•
•
•
•
•
이온교환 반응기 :
설폰산 (Sulfonic Acid )
경수연화 ( SOFTENING )
> Na+ 형태로 원수중의 경도성분 (Hardness-Ca++ , Mg++)을 제거한다.
> Resin-SO3- · Na+ + Ca++ , Mg++ ↔ Resin-SO3- ·Ca++ , Mg++ + Na+
3.순수 ( DEMINERALIZATION )
> H+ 형태로 원수중의 모든 양이온 (Ca++ , Mg++ , Na+)을
제거한다.
> Resin-SO3- · H+ + Ca++ , Mg++ , Na+ ↔ Resin-SO3·Ca++ , Mg++ + Na+ + H+
>처리수 중에는 FMA(Free Mineral acidity : SO42-,Cl- 등)와
CO2가 존재한다.
2-1강산성 양이온 교환수지(SAC)
1.이온교환 반응기
:
설폰산 (Sulfonic Acid )
2.경수연화 ( SOFTENING )
> Na+ 형태로 원수중의 경도성분 (Hardness-Ca++ , Mg++)을 제거한다.
> Resin-SO3- · Na+ + Ca++ , Mg++ ↔ Resin-SO3- ·Ca++ , Mg++ + Na+
3.순수 ( DEMINERALIZATION )
> H+ 형태로 원수중의 모든 양이온 (Ca++ , Mg++ , Na+)을 제거한다.
> Resin-SO3- · H+ + Ca++ , Mg++ , Na+ ↔ Resin-SO3- ·Ca++ , Mg++ + Na+ + H+
>처리수 중에는 FMA(Free Mineral acidity : SO42-,Cl- 등)와 CO2가 존재한다.
☞ 모든 pH에서 이온교환이 이루어 진다
2-2약산성 양이온 교환수지(WAC)
1.이온교환 반응기
:
카르복실산 (Carboxylic Acid )
+
> H 형태에서 바이카보네이트 알카리니티(HCO3 Alkalinity)와 결합
되어있는 양이온만 제거한다.
> Resin-COO- · H+ + Ca++ , Mg++ ,Na + ↔ Resin-COO- ·Ca++ , Mg++ , Na++ H +
2.1가 양이온 (Monovalent)보다 2가 양이온 (Divalent)이 더 잘 제거된다.
3.처리수중에는 중성염(Neutral Salt)과 CO2가 존재한다.
4. pH가 7이상 일때에는 이온교환이 잘 이루어 진다.
5.강산성 양이온 교환수지에 비하여 재생제가 훨씬 적게 소모된다
(화학량론으로 105%~120%)
2-3 강염기성 음이온교환수지 (SBA)
1.모든 음이온 (SO42-,Cl-,HCO3-)등을 제거한다.
2.모든 pH범위에서 이온교환이 이루어진다.
3.투입수에는 경도성분 (Ca 2+,Mg 2+ )이 없어야 한다.
4.Resin-NR3· OH + SO42-,Cl- ↔ Resin-NR3 · S042-,Cl- + OH-
2-4 강염기성 음이온교환수지 ( I 형,II 형 수지비교)
구분
구조형
I형
CH3
CH3
II형
R
R
CH2
CH2
N+ OH-
CH3
CH3
CH3
N+ OH-
C2H4OH
트리메텔-암모늄
(4급 아민)
Marathon A
Marathon MSA 등
디메틸에타놀-암모니움
(3급아민)
산화 안정성
높다
I 형보다 낮다
관류교환용량
낮다
높다
재생 효율
낮다(200~300%)
높다(175~250%)
실리카 누출
적다
많다
염기도(鹽基度)
강하다
약하다
내열성
OH Type 60℃이하
Cl Type 80℃이하
OH Type 40℃이하
Cl Type 60℃이하
이온교환 반응기
모델명
Marathon A2 등
2-5 약염기성 음이온교환수지 (WBA)
1.Free Mineral Acidity(FMA)만 제거한다.
2.Resin-NR2· HCl
→
Resin-NR2 · HCl-
3.처리수중에는 중성염 (Neutral Salt)과 약산 (Weak Acid)이 존재한다.
4.pH7이하 일때에 이온교환이 이루어진다.
5.유기물오염에 대한 저항성이 높다
6.강염기성 음이온 교환수지에 비하여 재생제가 훨씬 적게든다.
(화학량론으로 105~120%)
NaOH의 경우
40g/원자가 = 40g(1당량) X 105~120% = 42g ~48g / L-Resin
2.이온교환 수지의 종류 및 특성
1.
2.
3.
4.
5.
6.
강산성 양이온교환수지 ( SAC ; Strongly Acidic Cation)
약산성 양이온교환수지 ( WAC ; Weakly Acidic Cation)
강염기성 음이온교환수지 ( SBA ; Strongly Basic Anion)
a) 1형 ( Type I )
b) 2형 ( Type II )
약염기성 음이온교환수지 ( WBA ; Weakly Basic Anion)
반도체용 수지
기타 특수 수지(Chelate Resin, Absorbent)등
3.이온 교환 수지의 수명
1.기계적 충격(Mechanical Stress)
A. 설비의 종류
a> 병류식 ( Co-flow )
b> 향류식 ( Reverse-flow )
c> 연속식 ( Continuous )
d> 유동식 ( Fluidized )
e> Resin Transfer
B. 부유물질 ( Suspended Solids)
C. 통수속도 ( Specific Flow Rate)
2.삼투압 충격 ( Osmotic Stress )
3.화학적 충격 ( Chemical Stress)
A. 산화 반응 ( Oxidation )
B. 화학적 오염 ( Fouling )
4. 열화 (Temperature Stress)
물리적 안정성(
기계적 / 삼투압)
3-1.기계적 충격( Mechanical Stress ) = 외부 압력
3-2.삼투압 충격 ( Osmotic Stress ) = 내부 압력
a> 이온의 농도 / 이온의 량 / 이온의 형태에 영향을 받음
◈삼투압 충격 >>>>기계적 충격 (10~100 배)
Operating Conditions
Circulation Flow Rate
Circulation Time
Resin Slurry
Resin Volume
DI Water
: 2,000 ml/min
: 9 min
: 500 ml
: 500 ml
Circulating Pump
삼투압 충격 조사방법
DI water
2N NaOH
2N HCl
Operating Conditions
SV
Column
Cycle
2N NaOH
(f10 x H100)
DI Water
2N HCl
DI Water
Number of cycle
Resin Volume
UPS Gel Cation Resin
Gaussian Gel Cation Resin
UPS Gel Anion Resin
Gaussian Gel Anion Resin
: 60 BV/hour
: 10 BV
: 10 BV
: 10 BV
: 10 BV
: 50
: 3 ml
3-3 화학적 충격 (Oxidation)
A) 산화 진행
I) Cl2 , O2 + 중금속 + 온도상승
 가교도가 끊어짐 ( Decrosslinking )
 불가역 팽윤 ( Irreversible swelling )
수지가 연질화 됨.
II) Cl2 + H2O -> HCl + HClO
HClO
-> HCl + [O]
NaOCl
-> NaCl + [O]
III) 산화초기 : 재생효율이 좋아지고 처리량이 증가할 수 있음.
IV) 산화가 계속 진행되면 PSA가 용출 (양이온 교환수지 강도 약화)
-> 음이온 교환수지 유기오염 -> 수질악화 및 채수량감소.
≫ 대책
I) 환원제 사용 (Na2 SO3) , A/C Filter 사용
II) 고가교도 수지가 저항성이 높다 , 마크로포러스 수지가 저항성이 높다.
유리염소 최대 허용량 (Maximum acceptible chlorine)
예) :
HCR-S, MC
:
0.3 ppm
SBR-P
:
0.1 ppm
WBA
:
0.05 ppm
B) 화학적 오염
B-I) 유기물 오염
 자연적으로 존재하는 유기산은 음이온교환 수지를 오염시킨다.
 유기물 오염에 대한 저항성
ⓐ 1형 수지 – 불량
* 유기물에 대한 친화도가 높다.
* 재생이 어렵다.
* 유기물 오염이 잘된다.
ⓑ 2형 수지 – 양호
* 1형 수지보다 재생이 쉽다.
* 1형 수지에 비하여 오염이 덜 된다.
ⓒ 아크릴계 수지 – 우수
* Aliphatic 구조
* 유기물 오염이 잘 안된다.
* 반데르발스 (Van der Waals)결합이 없다
≫ 대책
I) 10% NaCl + 2% NaOH
II) 10% Hot HCl
☞ 유기물 오염 : 수지로부터 유기물이 100%제거되지 않는 경우
유기물제거(Removal)와 용리(Elution)
⊙원수로 부터 유기물 제거 ( REMOVAL )
약염기성 음이온 교환수지
강염기성 음이온 교환수지
스틸렌계 겔수지
스틸렌계 MP수지
아크릴계 걸수지
아크릴계 MP수지
: 40 ~ 70 %
:
:
:
:
20 ~ 60 %
50 ~ 100 %
70 ~ 90 %
20 ~ 60 %
⊙수지로 부터 유기물 제거 ( ELUTION )
약염기성 음이온 교환수지
강염기성 음이온 교환수지
1형 수지
2형 수지
아크릴계 수지
: 90 ~ 100%
: 30 ~ 70 %
: 60 ~ 95 %
: 90 ~100 %
유기오염의 지표(Fouling Index)
1.N = OM( 유기물 , ppm as KMNO4) / TEA(Total Anion , meq/L)
> Example 1 : 탈탄산후, 6 meq/L,12ppm KMnO4
♣ N = 12/6 = 2
( Moderate )
> Example 2 : 미탈탄산후, 1.5 meq/L, 12mg/L KMnO4
♣ N = 12/1.5 = 8 ( Highly fouling )
수지
최대허용N값
MA
2
MSA
4
MA2
6
MSA2
8
WBA
12
그외 화학적 오염
B-2)철분오염
♣ 경수연화시 : Fe(OH)3
> 처리방법 : HCl Na2S2O3
B-3)칼슘설페이트 오염
♣ 순수제조시 : CaSO4
> 처리방법 : (NH4)2SO4
B-4)기타
♣ 기름성분 및 탄화수소 오염
> 처리방법 : 비이온성 계면활성제
♣ 미생물 오염
> 처리방법 : 소금물 , Peracetic Acid.
3-4 열화
1.동결
:
영향이 거의 없음( No mesurable effect )
> 12~25 ℃ 상태에서 서서히 녹음
2.고온
:
양이온 교환수지는 100℃ 이상에서도 영향 없음.
음이온 교환수지는 고온에 영향을 받음.
HOFFMAN’S DEGRATION REACTION
CH3
CH3
가열
+
RZ-CH3 – N - CH3· OH
> >>>
RZ-CH2 – N + CH3· OH (약염기성 음이온 교환수지)
CH3
CH3
RZ-CH2 + N ( CH3)3
(교환능력을 상실)
최대 허용온도
o
1. 약산성
양이온 교환수지
:
120 C
2. 강산성
양이온 교환수지
:
120 C
3. 약염기성 음이온 교환수지
> 스틸렌계
> 아크릴계
:
:
100 C
35 ~ 60 C
4.강염기성 음이온 교환수지
:
(단위 : C)
o
o
o
Cl Form
OH Form
1형
75
60
2형
75
35
아크릴계
75
35
C.DEALKALIZATION & SOFTENING WITH SODIUM CYCLE NEUTRALIZATION
원수(Influent)
SAC
SAC or WAC
Na+
H+
Deaerator
처리수(Effluent)
적용>>
⊙ High Hardness,Sulfate,Chloride의 원수.
⊙ “Zero”수준의 경도 / 대부분의 알카리도를 제거하려 할 때
D.DEALKALIZATION & SOFTENING WITH INFLUENT NEUTRALIZATION
원수(Influent)
SAC or WAC
H+
Deaerator
처리수(Effluent)
적용>>
⊙ For High Alkalinity,Low Hardness
⊙ Alkalinity는 거의 제거해야되지만 경도는 일부 제거할때.
E.DEALKALIZATION & SOFTENING WITH STRATIFIED CATION RESIN
원수(Influent)
WAC(H+)
SAC(Na+)
Deaerator
적용>>
⊙ For High Hardness , Alkalinity
⊙ “Zero”수준의 Hardness,Alkalinity를 제거하려 할 때
처리수(Effluent)
F.DEALKALIZATION WITH COMPLETE SOFTENING
원수(Influent)
SAC
SBA
Na+
Cl-
처리수(Effluent)
적용>>
⊙ For High Hardness , Low Bicarbonate Alkalinity
⊙ “Zero”수준의 Hardness,”Almost Zero” Alkalinity를 제거하려 할때
G.2B2T or 2B3T DI SYSTEM
원수(Influent)
SAC
H+
SBA
Deaerator
OH-
처리수(Effluent)
적용>>
⊙ 일반적 D.I 시스템
H.3B3T or 3B4T DI SYSTEM
원수(Influent)
적용>>
⊙ 高 Alkalinity
WAC
+
H
SAC
+
H
SBA
Deaeator
-
OH
처리수(Effluent)
원수(Influent)
적용>>
⊙ 원수중 高 유기물
과 高 FMA
SAC
+
H
Deaeator
WBA
SBA
Free Base
OH
-
I.4B or 4B5T DI SYSTEM
원수(Influent)
WAC
+
H
SAC
H
+
Deaeator
WBA
SBA
Free Base
OH
-
처리수(Effluent)
원수(Influent)
적용>>
⊙ 원수중 高 TDS, 高 Alkalinity,
高 Organic Matter를 처리하려 할때
SAC
+
H
WBA
Deaeator
Free Base
처리수(Effluent)
이온교환수지의 종류
(Summary of the kinds of ion exchange resins)
이온교환수지를 이용한 수처리설비의 종류
(Combination of ion exchange systems for water treatment)
6.Raw Water Analysis
Ca2+
:
40 ppm as CaCO3
Mg2+
:
20 ppm as CaCO3
Na+
:
X ppm as CaCO3
HCO3-
:
30 ppm as CaCO3
Cl -
:
40 ppm as CaCO3
SO42-
:
30 ppm as CaCO3
SiO2
:
15 ppm as SiO2
Conductivity : 200 us/cm
•
T.C. =T.A.= Conductivity x (0.45 - 0.55)
수질 확인 방법
• 2B3T(2床3塔)
• 2B2T(2床2塔)
M-Alkali도 + 용존 CO2 = 20ppm as CaCO3 이하
CO2
2+
Ca
2+
T.C. Mg
+
Na
HCO3SO42-
Cl -
HCO3-
2+
Ca
Mg2+
T.A.
T.E.A.
SiO2
T.C. = T.A. = T.D.S.
Na
SO42-
+
Cl -
SiO2
T.E.A.
수질 확인 방법 (Example)
♣ T.C = T.A (HCO3-+Cl-+SO42-)
= (30+40+30) ppm as CaCO3 = 100 ppm as CaCO3
T.C = Conductivity X ( 0.4 ~ 0.6 )
= 200 X 0.5
=100 ppm as CaCO3
+
Na : 40 ppm as CaCO3 로 추정
♣ CO2 : (ppm as CaCO3)는 ?
HCO3-(ppm ac CaCO3-)
pH 7 = 6.31 + log
CO2 ( ppm as CO2)
CO2 (ppm as CO2 )
= 6 ppm as CO2
CO2 (ppm as CaCO3) = 6 X 50/44 = 6.8 ppm as CaCO3
♣ T.E.A. =( CO2 + HCO3- + Cl-+ SO42-+SiO2) =
(6.8+30+40+30+15X0.84) = 119.4 ppm as CaCO3
as CaCO3 단위
분자량
당량
환산식
CaCO3당량 환산계수
Na+
23
23
50/23
2.17
Ca2+
40
20
50/20
2.5
Mg2+
24.3
12.1
50/12.1
4.13
Al3+
27
9
50/9
5.55
Cl-
35.5
35.5
50/35.5
1.40
HCO3-
61
61
50/60
0.83
SO4-
96
48
50/48
1.04
SiO2
60
30
50/30
1.66
단위 환산법
ppm
당량
ppm CaCO3
∑ ions
Na+
757
2.17
1,642
Ca2+
250
2.5
625
Mg2+
122
4.13
503.86
Cl-
930
1.40
1,302
HCO3-
915
0.83
759.5
SO4-
682
1.04
709.28
2,770
SiO2
25
1.66
50/30
41.5
2,770
1,129 / 2,527
More Information
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A.균일계 수지의 생산성 메커니즘
좁은간격의
입도분포
균
일
계
이
온
교
환
수
지
입도가 큰
수지가 없음
비중분리의 극대화
역재생이
방지됨
반응성의 극대화
평균경을 작게
함으로써
입자간의
공간확보
수질향상
빠른 수세 효과
재생효율의 극대화
차압발생이 적다
생산성증대
입도가 작은
수지가 없음
수지의 Loss율이 없다
B.균일계 수지의 장점
HIGHER OPERATION CAPACITY
MORE THROUGHPUT
BETTER REGENERANT
UTILIZATION
FASTER RINSE
LESS WASTE WATER
HIGHER BACKWASH EXPANSION
LESS WATER USAGE
C.Definition of Uniformity Coefficient
Volume (%)
비균일계
:
1.6
균일계
:
1.1
C
0
A
40%
50%
B
90%
Diameter
(mm)
A = Effective Size
B = Volume Median Diameter
C/A = Uniformity Coefficient
D.Chemical Stability
Resistance against Oxidation Cl2- NaOCl AGING
WATER RETENTION CAPACITY (%)
57
54
Conventional Resin
8% XL
51
48
45
UPS 350 µm
10% XL
42
DYNAMIC TEST 140°F
39
0
100
200
300
400
AMOUNT OF free Cl2 g / liter Resin exposure
500
E.Typical Performance of
Demineralizer Systems
Two-Bed
Co- Curr.
Two-Bed
Counter-
TDS, ppm
2.0 - 3.0
Silica (as SiO2), ppm
Conductivity,
micromhos
Specific Resistance
Mixed Bed
Two-Bed Plus
Mixed Bed
0.2 - 1.0
0.2 - 0.5
.04 - 0.10
.01 - 1.0
.01 - .05
.01 - .05
.01 - .05
4
1
.25 - 1.0
.07 - .25
250,000
1,000,000
1,000,000 4,000,000
4,000,000 15,000,000
F.Selectivity ( Cation)
Selectivity Coefficients of Various Cation
(Compared with the Hydrogen Ion) on Sulfonated Polystyrene
Cation-Exchange Resins of Different Crosslinkage
Counter
Ion
H+
Na+
NH4+
K+
Mg2+
Ca2+
Ba2+
4%DVB
1.00
1.20
1.44
1.72
2.23
3.14
5.66
Degree of Cross-linking
8%DVB
10%DVB
1.00
1.56
2.01
2.28
2.59
4.06
9.06
1.00
1.61
2.15
2.54
2.62
4.42
9.42
16%DVB
1.00
1.62
2.27
3.06
2.39
4.95
14.20
F.Selectivity ( Anion)
Selectivity Coefficients of Various Anions
(Compared with the Hydroxyl Ion) on Functionalized Styrene
DVB Anion-Exchange Resins of Different Base Strength
Ion
Type 1
OHBenzene Sulfonate
Phenate
HSO4NO3ClHCO3HSiO3-
1
500
110
85
65
22
6
<1
Type 2
1
75
27
15
8
2.3
1.2
<1
G. Diffusion Kinetics of Ion Exchange
Effect of bead radius (r)
A+
Film diffusion (1/r)
Important in service
r
Boundary film
Resin Bead
Intraparticle diffusion (1/r2)
Important in regeneration
H+
Bulk diffusion
H. Effect of Regenerant Temperature on Elution of Silica
from DOWEX SBR-P
10
9
120°F
Relative Elution
8
75°F
7
6
5
4
Regenerant Conditions:
3
Flow Rate: 1/4 gpm/ft3
Concentration: 4% NaOH
2
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Regenerant Level, lb NaOH/ft3
9
10
IX Troubleshooting
Factors
Effects
Loss of
Temperature
Oxidation
Fouling
Physical Degradation
Resin Capacity
Physical Integrity
Density
Reaction Kinetics
I. RESIN ANALYSIS
INTERPRETATION OF RESULTS: SAC
TVC
DWC
WRC
CAUSE
ACTIONS/COMMENTS
SAC



Oxidation
Irreversible. Resins will weaken
mechanically. Control P.
Replace at about 60% WRC .
SAC


 or 
a) fouling
Clean. If it does not recover:
irreversible.
Replace at 30% TVC loss
SAC



b) loss of active
groups
(rare)
Irreversible.
Replace at 30% TVC loss.
SAC



Fouling
plus
oxidation
Clean. If it does not recover:
irreversible.
Resin will weaken mechanically.
Replace at 30% TVC loss, and /or at
about 60% WRC .
INTERPRETATION OF RESULTS: WBA
TVC
DWC
WRC
CAUSE
WBA


 or 
a)
WBA


???
b) loss of active
groups
(normal aging)
fouling
organics
ACTIONS/COMMENTS
by
Clean. If it does not recover: irreversible.
Replace at 0.8 eq/l TVC .
Irreversible.
Replace at 0.8 eq/l TVC .