淺談離子交換樹脂污染與復(fù)蘇百度文庫

1、淺談離子交換樹脂污染與復(fù)蘇孫梓航（武漢石化熱電車間）摘要：本文總結(jié)了離子的交換對樹脂在產(chǎn)生中遇到的各種污染情況，分析了引起樹脂污染的各種原因，介紹了判斷各種污染的方法，在此基礎(chǔ)上總結(jié)了國內(nèi)外有關(guān)的復(fù)蘇樹脂的各種方法，為水處理中樹脂的復(fù)蘇提供了借鑒。 關(guān)鍵詞：離子交換 樹脂污染 樹脂復(fù)蘇 前言目前，使用離子交換法是大多數(shù)電廠制取除鹽水的主要方法，但隨著離子交換樹脂投運(yùn)時(shí)間的增長，離子交換樹脂的物理及化學(xué)性能均會(huì)出現(xiàn)各種程度的下降，即出現(xiàn)所謂的”中毒”現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為樹脂顏色變化、交換容量下降、機(jī)械強(qiáng)度下降、流體阻力增大等，這些都會(huì)影響除鹽水的水質(zhì)及成本。因此，準(zhǔn)確判斷離子交換樹脂污染的原因并采取

2、相應(yīng)的方法進(jìn)行處理就顯得相當(dāng)必要。一.樹脂的污染1.污染機(jī)理簡介從樹脂的結(jié)構(gòu)和工作過程看，可以發(fā)現(xiàn)容易導(dǎo)致樹脂污染的主要因素有四個(gè)方面田：某種物質(zhì)包裹了樹脂的表面，導(dǎo)致水中離子通過樹脂表面的水合膜后，無法從交換通道進(jìn)入樹脂中，某種物質(zhì)部分或完全堵塞了交換孔道，導(dǎo)致水中離子在交換孔道中無法移動(dòng)，某種物質(zhì)和交換基團(tuán)上的可移動(dòng)離子發(fā)生了交換，導(dǎo)致水中離子無法再與之發(fā)生交換，某種物質(zhì)使樹脂的骨架發(fā)生了變化，顆粒變話得更小，導(dǎo)致流體阻力增大2.離子交換樹脂的不同污染形式及解決方法2.1 混凝劑過量引起的污染為了解決水中懸浮物的問題，預(yù)處理中通常要投加混凝劑，一旦混凝劑投加的量不合適就會(huì)對后面的陽離子交換

3、樹脂產(chǎn)生污染。在使用二甲胺環(huán)氧鹵丙烷和二烯丙基二甲胺氯的均聚物作為混凝劑時(shí)，若出水中含有1 mgL的上述混凝劑時(shí)就會(huì)導(dǎo)致陽離子交換樹脂的嚴(yán)重污染，而且發(fā)現(xiàn)具有線性結(jié)構(gòu)的混凝劑更容易污染樹脂，并能夠進(jìn)入樹脂顆粒內(nèi)部。當(dāng)樹脂發(fā)生上述污染時(shí)，如果污染程度不是很嚴(yán)重可以采用如加大反洗流速、延長反洗時(shí)間或通人壓縮空氣等手段予以復(fù)蘇。如果污染程度較嚴(yán)重時(shí)，可以采用加入表面活性劑和分散劑的方法。其中表面活性劑可以增加樹脂表面的親水蛀；而分散劑則可以保證從樹脂上脫離下來的顆?？梢员环稚⒌剿芤褐腥?。若陽離子型聚電解質(zhì)污染了陽離子交換樹脂也可以采用4%的氫氧化鈉溶液處理以溶解聚電解質(zhì)達(dá)到復(fù)蘇樹脂的目的。2.2

4、鐵離子的污染陽離子交換樹脂易受到鐵離子的污染，尤其是在以井水作為水源的水處理系統(tǒng)中更為嚴(yán)重。鐵離子對樹脂的污染有三種不同的情況。如果鐵離子以膠態(tài)懸浮體出現(xiàn)的話，它會(huì)從過濾器中漏過而污染陽離子交換樹脂。鐵以二價(jià)鐵離子的形式交換到樹脂上，隨后拿被氧化成三價(jià)鐵離子，從而在樹脂顆粒上形成凝膠狀的不溶于水的鐵的氫氧化物?？赡芙粨Q到樹脂上的二價(jià)鐵離子在樹脂的交換基團(tuán)上直接轉(zhuǎn)化為三價(jià)鐵離子，但在再生過程中不能被完全除去而殘留在樹脂中。如果發(fā)生了第一種情況，可以采用反洗的方法將樹脂層中累積的膠態(tài)懸浮體除去。如果在整個(gè)樹脂層中發(fā)生了鐵離子的累積，那么可以采用亞硫酸鈉或亞硫酸氫鈉處理樹脂，這樣就可以將三價(jià)鐵離子還

5、原成更易溶解的二價(jià)鐵離子，而后者對樹脂的親合力要小于前者。鐵對陰離子交換樹脂也同樣會(huì)產(chǎn)生污染。這是因?yàn)樗泻写蠓肿佑袡C(jī)物時(shí)，容易與鐵形成螯合物，即所謂有機(jī)鐵。有機(jī)鐵可以與陰離子交換樹脂發(fā)生反應(yīng)，集結(jié)在交換基團(tuán)的位置上，堵塞了交換通道，使交換容量下降，并增加樹脂破損的可能性。一般來講由于陽離子樹脂用酸再生這相當(dāng)于起到了復(fù)蘇作用，而陰離子交換樹脂由于沒有這個(gè)條件，所以越來越嚴(yán)重。樹脂復(fù)蘇從理論上講，應(yīng)盡可能地使再生劑中的可交換的離子與樹脂交換基團(tuán)中的被置換的離子，在選擇結(jié)合順序上靠近，使之置換較易進(jìn)行，從而減少再生劑用量，降低再生液濃度，縮短再生時(shí)間。因此，可從以下兩個(gè)方面著手，一是增強(qiáng)再生劑的

6、置換能力，如選用選擇順序靠前的高價(jià)離子再生劑，或增加再生劑用量，增大再生劑濃度。另一種是設(shè)法降低樹脂上被置換離子與樹脂的結(jié)合能力，使選擇結(jié)合順序向后移動(dòng)。第一條途徑往往會(huì)導(dǎo)致復(fù)蘇費(fèi)用過高，且效果并不理想，常規(guī)的復(fù)蘇方法即是采用這一途徑。而新研究的還原復(fù)蘇法則是通過第二條途徑完成。對三價(jià)鐵離子而言，最理想的方法是將三價(jià)鐵離子還原為二價(jià)，使其與樹脂的結(jié)合力大幅度下降，鈉離子或氫離子便會(huì)較容易地將其置換下來，這樣鐵中毒樹脂就會(huì)獲得良好的復(fù)蘇。而且復(fù)蘇過程中不會(huì)產(chǎn)生氫氧化鐵沉淀。其經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也較前兩種方法有明顯的改善。最理想的還原劑為亞硫酸鈉，它與三價(jià)鐵的氧化還原反應(yīng)：2Fe3Na2SO3H2O2Fe2

7、Na2SO42H，此還原過程可以進(jìn)行的較為徹底，部分二價(jià)鐵離子還會(huì)進(jìn)一步被還原劑Na2SO3中的鈉離子置換。此時(shí)只需用NaCl溶液進(jìn)行常規(guī)的再生，即可使鐵中毒樹脂得到復(fù)蘇，經(jīng)軟化水清洗后，轉(zhuǎn)入正常的軟化交換過程。復(fù)蘇方法如下：將受到污染的樹脂用除鹽水清洗干凈，在10%的食鹽溶液中浸泡30min，倒去鹽水，再用除鹽水清洗干凈，從中取出約十分之一的樹脂樣品防入試管中，隨后加入2倍樹脂體積的6molL的鹽酸溶液，密閉振蕩15min后，取出酸液注入另一支洗凈的試管中，加入一滴飽和的硫氰化胺，從生成的普魯士藍(lán)顏色深淺(由淺藍(lán)色至不透明的棕黑色，可以判斷樹脂受到鐵污染的嚴(yán)重程度。有一點(diǎn)值得注意的是水中的鐵

8、離子會(huì)和有機(jī)物或硅形成復(fù)雜的絡(luò)合物，而且這種絡(luò)合物是帶負(fù)電荷的，它可以通過陽離子交換樹脂而污染后面的陰樹脂。鐵離子的污染的預(yù)防方法首先，做好原水預(yù)處理工作。在保證澄清池出水水質(zhì)的情況下，盡可能降低FeCl3混凝劑的用量，防止鐵鹽后移，嚴(yán)格控制無煙煤石英砂過濾器的出水濁度。同時(shí)要嚴(yán)格控制再生劑燒堿溶液中NaClO3和Fe2O3的含量。還要所有回收的冷凝液必須經(jīng)過氰綸棉除鐵過濾器后，再進(jìn)入樹脂床層進(jìn)行處理。在資金允許的情況下，可以考慮將氰綸棉除鐵過濾器改乘磁力除鐵過濾器，提高除鐵效率。強(qiáng)陽離子交換器、陰雙層床每隔一定的周期，對床層進(jìn)行大反洗，流速以樹脂不從反洗水出口跑出為宜。2.3 有機(jī)物污染機(jī)理

9、:有機(jī)物主要是存在于天然水中的腐植酸、膠團(tuán)性的有機(jī)雜質(zhì)、相對分子量5005 000的高分子化合物以及多元有機(jī)羧酸等。有機(jī)物在水中往往帶負(fù)電，成為陰離子交換樹脂污染的主要產(chǎn)物。這些物質(zhì)吸附在樹脂上，有的占據(jù)或者結(jié)合了樹脂上的活性基團(tuán)，有的使樹脂的強(qiáng)堿活性基團(tuán)堿性降低而降解，降低了樹脂的離子交換能力。從COD的監(jiān)測中可以檢出。有機(jī)物污染的鑒別有機(jī)物污染的主要現(xiàn)象是陰離子交換樹脂顏色變深，正洗水量逐漸增大，運(yùn)行時(shí)電導(dǎo)率增大，pH值降低。這是因?yàn)橛袡C(jī)物大多數(shù)帶有弱羧酸基團(tuán)一COOH陰離子交換樹脂在再生時(shí)，生成鈉鹽RCOOH+NaOH=RCOONa+H20在正洗和運(yùn)行時(shí)又發(fā)生了水解，釋放出鈉離子。RCO

10、ONa+H2O=RCOOH+NaOH有機(jī)物污染的鑒別方法是先將陰樹脂裝入帶塞且留有空氣孔的小玻璃中，加入蒸餾水進(jìn)行震蕩，連續(xù)洗滌34次除去表面的附著物，最后倒盡洗滌水，然后換裝10除鹽水，震蕩510 rain后，觀察除鹽水的顏色，按色澤判斷污染程度，見表1表1 有機(jī)物污染程度判斷表不污染清澈透明輕度污染淡草黃色中度污染琥珀色重度污染棕色嚴(yán)重污染深棕或黑色在試管中加人受到污染的樹脂，樹脂的體積約為試管體積的三分之一，然后在試管中加入約五分之四試管體積的10%的食鹽水，振蕩試管5min，將鹽水傾去，重復(fù)這一過程3至4次，在將最后一次的鹽水傾去后，再加入約五分之四試管體積的10的食鹽水，保持樹脂和此

11、食鹽水接觸5-10min，期間要不斷地振蕩試管。通過觀察食鹽水顏色的深淺來判斷樹脂受到有機(jī)物污染的程度.2.4 油脂類物質(zhì)的污染由于陽離子交換樹脂在水處理系統(tǒng)的位置而使其容易受到油類的污染。油類可由離子交換器的進(jìn)水帶人也可由頂壓空氣或泵的密封泄漏處帶人。油類在樹脂表面會(huì)形成一層膜，嚴(yán)重阻礙樹脂的交換能力。受到油類物質(zhì)污染的樹脂顏色變?yōu)樽厣瑖?yán)重時(shí)會(huì)變成黑色，而且這些污染物會(huì)造成樹脂抱團(tuán)的現(xiàn)象，破壞正常的水流情況，造成“溝流”現(xiàn)象，使樹脂提前失效。油污染物附著到樹脂上會(huì)增加樹脂的浮力，在反洗時(shí)容易造成樹脂的流失。采用基于非離子表面潛性的堿性清洗劑是解決這一問題的有效手段。陽離手交換樹脂可以采用將

12、陽床從系統(tǒng)中解列后再進(jìn)行復(fù)蘇的辦法，也可以采用在反洗水中加入清洗劑的方法復(fù)蘇。需要注意的是如果陽離子交換樹脂是以氫型運(yùn)行時(shí)，復(fù)蘇前必須要通過氯化鈉溶液使之失效，這樣可以避免在復(fù)蘇過程中從氫型樹脂中交換下來的酸溶液對堿性清洗劑的副作用。判斷陽樹脂受到油類污染的方法是：將少量樹脂放人試管內(nèi)，加入除鹽水，振蕩1 min，如果在水面上出現(xiàn)了類似“彩虹”顏色的油膜就可以判斷樹脂受到了油類物質(zhì)的污染。2.5 懸浮物污染懸浮物污染的主要原因是原水中含有大量懸浮物直接進(jìn)入離子交換器時(shí)，導(dǎo)致離子交換樹脂發(fā)生污染。但當(dāng)中間水箱露天布置在道路兩邊時(shí)，由于脫碳塔吸人未凈化的空氣導(dǎo)致大量灰塵進(jìn)入中間水箱后也會(huì)導(dǎo)致陰離子

13、樹脂發(fā)生污染。懸浮物污染的危害是它們緊裹著樹脂表面的液膜層堵塞交換孔道的入口，導(dǎo)致交換容量下降。懸浮物污染的鑒別辦法是從顯微鏡下觀看，可以發(fā)現(xiàn)樹脂表面有大量存積物。對樹脂進(jìn)行大反洗時(shí)。出水渾濁，長時(shí)間反洗也不清晰。懸浮物污染的復(fù)蘇辦法是利用空氣進(jìn)行擦洗。由于離子交換器底部沒有壓縮空氣管，所以一般用塑料管將壓縮空氣引至樹脂底部，攪動(dòng)樹脂進(jìn)行擦洗。2.6微生物污染微生物污染的原因是因?yàn)殡x子交換樹脂有助長微生物的作用，所以樹脂長時(shí)間停用時(shí)，微生物就能大量繁殖。另外，當(dāng)樹脂在使用過程中截面濃縮了某些微生物、氨和硝酸鹽等 為微生物連續(xù)活動(dòng)提供了營養(yǎng)。這些污染會(huì)使樹脂層空隙變小，水流阻力增大，甚至堵塞排水

14、管道，使出水受到嚴(yán)重污染。樹脂微生物污染的鑒別方法是樹脂的流動(dòng)性變差，表面有發(fā)霉現(xiàn)象，用手觸摸時(shí)有發(fā)粘的感覺。復(fù)蘇辦法是先用數(shù)倍于樹脂體積的1甲醛以慢流速通過，然后用一倍體積的1甲醛浸泡48 h然后按正常操作沖洗，但有時(shí)不易沖洗干凈。浸泡結(jié)束后，用氨水中和后再進(jìn)行沖洗可以徹底沖洗干凈。2.7 硅污染硅污染主要存在于陰離子交換樹脂。硅污染的原因有兩個(gè)方面水中的膠體硅進(jìn)人離子交換樹脂的交換通道后，以范德華力吸附于樹脂基體上，堵塞了交換通道。溶解的硅酸根離子由于再生液濃度不足、流量過小以及再生溫度底而殘留在交換器 部樹脂中。這是因?yàn)樵谠偕^程中，首先硅被吸附下來，如下式所示：RHSiO3+Na0H=

15、R0H+NaHSi03隨著再生液濃度的下降，溶液pH值下降，再生下來的硅化合物會(huì)因水解而轉(zhuǎn)化為硅酸，如果硅酸濃度較大就會(huì)形成引起污染的膠態(tài)硅酸。NazSiO3+2H2O=H2SiO3+2NaOH硅污染的消除方法主要是再生時(shí)必須用強(qiáng)堿進(jìn)行同時(shí)再生劑要充足，使強(qiáng)堿性陰樹脂得到較完全的再生。另外，應(yīng)保證陽床的出水品質(zhì)，因?yàn)殛柎策\(yùn)行正常才能保證陽床出水陽離子中只有H ，即陰床進(jìn)水只有H 因?yàn)樵谒嵝詶l件下，離子交換發(fā)生中和反應(yīng)生成電離度很小的水，除硅較完全。2.8 活性余氯污染活性余氯污染的主要原因是自來水中殘留的余氯氧化了離子交換樹脂，使樹脂結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，顆粒變得更小。污染現(xiàn)象是樹脂外觀顏色變淺，透明

16、度增加，體積增大，強(qiáng)度降低等，但是交換容量并無多大變化。對于活性余氯污染后的樹脂目前還沒有好的處理方法，只能提前進(jìn)行預(yù)防。一般是在交換器之前設(shè)置活性炭過濾器或向水中添加亞硫酸鈉。2.9 鋁、鈣污染鋁污染的主要原因是原水進(jìn)入離子交換器之前進(jìn)行混凝沉淀處理時(shí)，由于沉淀或過濾效果不好。導(dǎo)致大量鋁離子進(jìn)入離子交換器由于與樹脂的交換基團(tuán)有很強(qiáng)的吸附。而被緊緊地固定在交換位置上，堵塞了交換孔道，再生時(shí)很難被除去，導(dǎo)致交換容量大幅降低。鈣污染的主要原因是用硫酸再生陽離子交換樹脂時(shí)。有可能產(chǎn)生硫酸鈣污染。因?yàn)橛昧蛩嵩偕鷷r(shí)，水中硫酸根離子和鈣離子離子積幾乎超過硫酸鈣的溶度積，當(dāng)再生液流速、溫度和濃度發(fā)生變化時(shí)，就有可能產(chǎn)生硫酸鈣沉淀再生完畢以后，投入運(yùn)行時(shí)，這些沉淀物會(huì)不斷地溶解，產(chǎn)生鈣和硫酸根的過早泄漏。此外，有石灰軟化處理的系統(tǒng)，樹脂還會(huì)發(fā)生碳酸鈣的污染。鋁、鈣污染的復(fù)蘇辦法通常用10