離子交換樹(shù)脂污染的處理與預(yù)防

遲海杰

摘要：通過(guò)近幾年的樹(shù)脂試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)目前常見(jiàn)的樹(shù)脂變質(zhì)污染主要表現(xiàn)為強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂污染、強(qiáng)堿陰樹(shù)脂污染。本文針對(duì)這兩個(gè)方面的污染機(jī)理以及處理預(yù)防措施進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：離子交換樹(shù)脂污染；原因；處理與預(yù)防

引言

近年來(lái)，由于地表河流污染的加重，地表水中離子含量大幅增加，從而導(dǎo)致離子交換樹(shù)脂的污染時(shí)有發(fā)生。云南天安化工有限公司脫鹽水原水采用離子交換樹(shù)脂處理，冷凝液采用精密過(guò)濾加混床樹(shù)脂處理，但是隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，樹(shù)脂污染時(shí)有發(fā)生。

一、離子交換樹(shù)脂污染的原因

1、強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂

陽(yáng)樹(shù)脂一般會(huì)被原水中的懸浮物、油類及微量的有機(jī)物、重金屬污染。但從目前所做的大量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，陽(yáng)樹(shù)脂被氯氧化變質(zhì)的情況所占比例較大。氯是一種強(qiáng)氧化劑，對(duì)強(qiáng)酸樹(shù)脂有很大的破壞作用，會(huì)導(dǎo)致樹(shù)脂的強(qiáng)度降低，樹(shù)脂的工作交換容量降低，再生的酸耗明顯增大，再生用水量增加。陽(yáng)樹(shù)脂的碳鏈氧化斷裂產(chǎn)物由樹(shù)脂上脫落下來(lái)，變?yōu)榭扇苄晕镔|(zhì)。這些可溶性物質(zhì)中還會(huì)有弱酸基，因此當(dāng)它隨水流進(jìn)入陰離子交換器時(shí)，首先被陰樹(shù)脂吸著，吸著不完全時(shí)，就流進(jìn)陰離子交換器的出水中。有的甚至?xí)S補(bǔ)充水送到鍋爐，在鍋爐高溫、高壓下，樹(shù)脂分解成有機(jī)酸，在水冷壁管內(nèi)蒸發(fā)和濃縮，容易引起水冷壁管及汽輪機(jī)葉片的酸性腐蝕，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行。氧化劑來(lái)源如下：

（1）由于地下水的緊缺，有許多電廠的水源改為地表水，而地表水中微生物較多，為了防止細(xì)菌的生長(zhǎng)需要加入殺菌劑—氯來(lái)殺菌，過(guò)剩的余氯對(duì)樹(shù)脂就會(huì)造成危害。

（2）陽(yáng)樹(shù)脂失效后所用的再生劑為副產(chǎn)品酸，副產(chǎn)品酸中氯的含量超標(biāo)。如前述某熱電廠進(jìn)水一直用地下水，水質(zhì)變化在半年內(nèi)不大，來(lái)水管道或再生系統(tǒng)也未發(fā)生嚴(yán)重腐蝕，不會(huì)引起強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂的鐵污染。對(duì)陽(yáng)樹(shù)脂失效后所用的再生劑—鹽酸進(jìn)行送檢，發(fā)現(xiàn)其殘余氯的含量超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)值的20倍。

2、強(qiáng)堿陰樹(shù)脂

有機(jī)物、鐵、硅、微生物膠體或類膠體都會(huì)對(duì)陰離子交換樹(shù)脂產(chǎn)生污染，通常情況下有機(jī)物的污染起主導(dǎo)作用，而鐵、硅等其他雜質(zhì)對(duì)樹(shù)脂的污染是與有機(jī)物產(chǎn)生的污染同時(shí)進(jìn)行的，它們相互締合或呈共聚狀。在水體中腐殖酸是以復(fù)雜的芳香核為核心，通過(guò)化學(xué)或物理形式如共價(jià)健作用力、靜電作用力、范德華作用力、氫鍵等作用力連接著多糖、蛋白質(zhì)、簡(jiǎn)單酚、金屬。

可見(jiàn)有機(jī)物是產(chǎn)生陰離子交換樹(shù)脂污染的主要因素。天然水中存在的有機(jī)物主要是腐殖酸。腐殖酸是分子量很大的帶有多胺基和多梭基的酸類物質(zhì)，其成分極其復(fù)雜，并隨著環(huán)境條件的變化而變化。由于腐殖酸分子量大而親水性差，在與樹(shù)脂的接觸過(guò)程中，很容易被具有多孔性和疏水性的樹(shù)脂骨架吸附。這種吸附以范德華力為主，一旦腐殖酸吸附在陰離子交換樹(shù)脂上，它的易彎曲性以及樹(shù)脂的多孔瓶頸性，導(dǎo)致腐殖酸不易被洗脫，樹(shù)脂在運(yùn)行過(guò)程中有機(jī)物會(huì)越積越多，從而影響樹(shù)脂的正常離子交換過(guò)程，造成對(duì)陰離子交換樹(shù)脂的污染。

就水處理系統(tǒng)而言，陰離子交換樹(shù)脂受有機(jī)物、硅污染的可能性大，而受金屬污染的可能性小。因?yàn)殛幋苍陉?yáng)床之后，陰離子交換樹(shù)脂在運(yùn)行、再生過(guò)程中接觸的金屬離子量較小，所以一般情況下，陰離子交換樹(shù)脂受金屬污染的程度不嚴(yán)重。由于陽(yáng)床并不能有效地去除生水中的有機(jī)物和膠體硅等雜質(zhì)，當(dāng)陰離子交換樹(shù)脂再生不充分時(shí)，就可能引發(fā)硅污染問(wèn)題。

近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，陰離子交換樹(shù)脂在受有機(jī)物污染的同時(shí)，常常伴有膠體硅污染問(wèn)題。具體表現(xiàn)為樹(shù)脂在使用一定時(shí)間后，出現(xiàn)顏色變深、體積膨脹；設(shè)備周期制水量減少；正洗時(shí)間延長(zhǎng)、再生操作困難；出水漏硅量增大、電導(dǎo)率值上升等現(xiàn)象。

二、離子交換樹(shù)脂污染的處理與預(yù)防

1、陽(yáng)樹(shù)脂的處理方法

（1）壓縮空氣擦洗法

主要是除去樹(shù)脂表面的懸浮物，先將樹(shù)脂，小反洗再大反洗，待樹(shù)脂沉降之后樹(shù)脂表面留有300mm左右，用壓縮空氣從樹(shù)脂的最底部進(jìn)入，保持陽(yáng)床的頂部出排氣口壓力在0.2MPa左右10分左右，再反洗至水清，這樣如此循環(huán)幾次直到反洗出水澄清為止就會(huì)到目的。

（2）酸洗法

從樹(shù)脂污染的狀況來(lái)看，假若樹(shù)脂是被鐵離子、鋁離子等污染，用壓縮空氣擦洗是難以除去的，可以使用鹽酸處理?？梢允孪茸鰝€(gè)小型試驗(yàn)來(lái)確定樹(shù)脂污染的程度以便確定酸洗的濃度以及酸洗的時(shí)間，可以利用現(xiàn)場(chǎng)的再生系統(tǒng)，配置合適的鹽酸濃度進(jìn)行酸洗。酸洗之前樹(shù)脂最好使用壓縮空氣擦洗、反洗后再進(jìn)行酸洗或者酸的浸泡。

（3）堿洗法

如果來(lái)水之中含有微量的油脂以及有機(jī)化合物，此類物質(zhì)會(huì)在樹(shù)脂的表面形成一層油膜，從而導(dǎo)致樹(shù)脂變黑、阻止水中的離子與樹(shù)脂交換，與陽(yáng)樹(shù)脂受鐵污染后變黑相似的狀態(tài)不易辨別。可以通過(guò)小型試驗(yàn)來(lái)確定，取少量受污染的樹(shù)脂放入25ml的試管中，加少量的除鹽水劇烈的搖動(dòng)，偌水面出現(xiàn)“彩虹”現(xiàn)象，則說(shuō)明樹(shù)脂已被油脂有機(jī)化合物所污染。此污染物可以用5%的NaOH溶液并加熱到55±5℃進(jìn)行堿洗，每次清洗3～4小時(shí)，采用動(dòng)態(tài)與浸泡的方法都行，反復(fù)進(jìn)行以上操作最少3次以上即可。

可以通過(guò)再生系統(tǒng)，調(diào)整進(jìn)堿濃度在6～8%之間（有加熱裝置最好），待中排出水堿濃度在4%左右時(shí)停止進(jìn)減，開(kāi)始浸泡6～8小時(shí)。用除鹽水清洗至酚酞不變色為止；調(diào)整進(jìn)酸濃度在6～8%之間，待中排出水酸濃度在4%左右時(shí)停止進(jìn)算，開(kāi)始浸泡6～8小時(shí)。用除鹽水清洗至甲基橙不變色為止。

2、陰樹(shù)脂的處理方法

因?yàn)橛绊戨x子交換反應(yīng)的因素眾多，它既受原水中水質(zhì)、陰離子性質(zhì)及樹(shù)脂性能的影響，又受離子交換裝置、操作條件的影響。離子交換樹(shù)脂的懸浮物的污染在很大程度上取決于操作條件和使用環(huán)境。當(dāng)制備純水的離子交換系統(tǒng)長(zhǎng)期擱置不用，系統(tǒng)暴露于大氣之中，使系統(tǒng)中滋生細(xì)菌，甚至生成藍(lán)藻或者樹(shù)脂變色，這些都是離子交換樹(shù)脂懸浮物中毒的主要原因。有學(xué)者研究表明，水中的溶解性有機(jī)物主要是依靠范德華力吸附在離子交換樹(shù)脂的骨架上。由于陰離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)決定它極易受到污染，且污染后難以復(fù)蘇。因?yàn)殛庪x子交換樹(shù)脂耐受溫度范圍窄（0℃～48℃），當(dāng)混床出水電阻率變化曲線呈圖1形式時(shí)，我們即視該系統(tǒng)離子交換樹(shù)脂被污染。溫度過(guò)高容易造成樹(shù)脂分解；冬季溫度過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致樹(shù)脂破裂，因此處理受污染的樹(shù)脂時(shí)應(yīng)慎重。對(duì)于出水電導(dǎo)率為5μsΩ？cm，PH值為5.5以下的被污染制水系統(tǒng)，則可采取下列措施：

（1）先用大量的清水反復(fù)沖洗系統(tǒng)，使之趨于清澈透明，而后將樹(shù)脂置入容器中。

（2）用45℃左右的溫水浸泡3h，期間不斷添加熱水，保持溶液溫度不低于40℃，目的是讓樹(shù)脂月彭脹，然后用水洗凈樹(shù)脂內(nèi)吐出的污染物。

（3）配置堿性氯化鈉溶液，以氯化鈉與氫氧化鈉之比5：1，將溶液pH值調(diào)至10，并加熱到42℃左右。

（4）偽去除樹(shù)脂中的有機(jī)物，需添加部分氧化劑，如次氯酸鈉或者過(guò)氧化鈉，本文為0.4wt%的次氯酸鈉。

（5）中毒的樹(shù)脂置于上述溶液中浸泡12～14h，然后用軟化水或者去離子水清洗至中性。

（6）用3%～5%的鹽酸溶液浸泡2h，目的是除去原水中的金屬雜質(zhì)并使其反型為C1型。

（7）將處理后的陰離子交換樹(shù)脂置于交換柱內(nèi)，用3倍體積的7wt%的氫氧化鈉溶液浸泡5h，并用動(dòng)態(tài)再生法再生，其流速為6～8m/h，靜置12以上即可投入使用。

結(jié)語(yǔ)

在水處理除鹽系統(tǒng)運(yùn)行中，離子交換樹(shù)脂污染是經(jīng)常發(fā)生的，做為水處理工作者，要及時(shí)根據(jù)運(yùn)行狀況、設(shè)備系統(tǒng)、再生劑質(zhì)量、原水質(zhì)量的變化情況，采取逐一排除的方法，及時(shí)切斷污染源、制定措施，以最大的努力去防止樹(shù)脂被污染。

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