離子交換樹(shù)脂變質(zhì)的原因

　　離子交換樹(shù)脂變質(zhì)的原因

　　【陽(yáng)樹(shù)脂】在應(yīng)用中變質(zhì)的主要原因是由于水中有氧化劑，如游離氯、硝酸根等。當(dāng)溫度時(shí)，樹(shù)脂受氧化劑的侵蝕更為嚴(yán)重，若水中有重金屬離子，因其能起催化作用，致使樹(shù)脂加速變質(zhì)。

　　陽(yáng)樹(shù)脂氧化后發(fā)生的現(xiàn)象為：顏色變淺，樹(shù)脂體積變大，因此易碎和體積交換容量降低，但質(zhì)量交換容量變化不大。由于設(shè)備中樹(shù)脂上下層與進(jìn)水接觸先后順序不同，受侵害的程度也不同，當(dāng)水下流時(shí)，上層樹(shù)脂首先與含氧化劑的水接觸，所以遭受侵害的程度大。

　　實(shí)踐證明，強(qiáng)酸性H型樹(shù)脂受侵害的程度為強(qiáng)烈，如當(dāng)進(jìn)水中含有0.5mg/L Cl2時(shí)，只要運(yùn)行4～6個(gè)月，樹(shù)脂就有顯著的變質(zhì)。而且由于樹(shù)脂顆粒變小，使水通過(guò)樹(shù)脂層的壓力損失明顯增大?；撬峄?yáng)樹(shù)脂的碳鏈氧化斷裂產(chǎn)物(有些是含磺酸基的苯乙烯聚合物)，由樹(shù)脂上脫落下來(lái)以后，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)這隨水流入陰離子交換器時(shí)，首先被陰樹(shù)脂吸著，吸著不完時(shí)，就留在陰離子交換器的出水中，使水質(zhì)降低。除去水中游離氯，常用兩種方法，一種是用活性炭過(guò)濾，另一種是投加亞硫酸鈉。

　　大孔強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，在抗氧化性和機(jī)械強(qiáng)度方面都比較好，而交換容量、再生效率、漏鈉量均與凝膠型樹(shù)脂相差不多。

　　【陰樹(shù)脂】的化學(xué)穩(wěn)定性比陽(yáng)樹(shù)脂要差，所以它對(duì)氧化劑和溫的抵抗力也較差，但陰離子交換器在除鹽系統(tǒng)中一般都是布置在陽(yáng)離子交換器之后，進(jìn)入除鹽裝置的水中的強(qiáng)氧化劑都消耗在氧化陽(yáng)樹(shù)脂上了，無(wú)形中對(duì)陰樹(shù)脂起了保護(hù)作用，一般只是溶于水中的氧對(duì)陰樹(shù)脂起破壞作用。

　　強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂在氧化變質(zhì)的過(guò)程中，表現(xiàn)出來(lái)的是交換基團(tuán)的總量和強(qiáng)堿性交換基團(tuán)的數(shù)量逐漸減少，且后者的速度大于前者。這是因?yàn)殛帢?shù)脂被氧化的初期，季銨基團(tuán)在大多數(shù)情況下變成能進(jìn)行陰離子交換的弱堿性基團(tuán)。氧化變質(zhì)的速度，開(kāi)始時(shí)大，隨后逐漸減低，約兩年后氧化速度幾乎為恒定。這是因?yàn)椋鞣N季銨基團(tuán)的穩(wěn)定性不同，在新樹(shù)脂中含有加快樹(shù)脂降解速度的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)在作用過(guò)程中漸漸被除掉。樹(shù)脂顆粒表面或接近表面處易受侵害。

　?、蛐蛷?qiáng)堿性陰樹(shù)脂比Ⅰ型易受氧化，運(yùn)行時(shí)提水溫會(huì)使樹(shù)脂的氧化速度加快。防止陰樹(shù)脂氧化可采用真空除氣，這對(duì)應(yīng)用Ⅱ型強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂時(shí)更有必要。

　　離子交換樹(shù)脂污染

　　一、現(xiàn)象

　　1、產(chǎn)水量降低

　　離子交換樹(shù)脂一旦受到污染，視其污染程度，與未受污染的樹(shù)脂比較，運(yùn)行周期縮短，產(chǎn)水量降低，嚴(yán)重者可降低其出力的50%以上。

　　2、出水質(zhì)量差

　　離子交換樹(shù)脂受到污染后，在產(chǎn)水量降低的同時(shí)，產(chǎn)水質(zhì)量變差，達(dá)不到質(zhì)量要求，嚴(yán)重時(shí)與進(jìn)水，沒(méi)有處理效果。

　　3、消耗增加

　　在離子交換樹(shù)脂受到污染后，由于運(yùn)行周期縮短，再生頻率增加，再生劑消耗增加，沖洗水用量增加，增加復(fù)蘇處理藥品用量，提了水處理成本。

　　4、 縮短使用壽命

　　離子交換樹(shù)脂受到污染后，需要進(jìn)行復(fù)蘇處理，復(fù)蘇處理使用的藥劑有一定的副作用，反復(fù)多次進(jìn)行復(fù)蘇，有可能破壞樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)，縮短樹(shù)脂的使用壽命。

　　二、原因

　　1、管理方面

　　樹(shù)脂存放時(shí)不在要求的條件下進(jìn)行存放，溫度過(guò)或過(guò)低，常常造成樹(shù)脂失水，沒(méi)有防止污染和防霉的措施，不同種類(lèi)樹(shù)脂混放; 對(duì)新樹(shù)脂驗(yàn)收過(guò)重于依懶經(jīng)驗(yàn)，忽視按樹(shù)脂的性能指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)收。對(duì)在用的離子交換樹(shù)脂當(dāng)設(shè)備停用后，不重視保養(yǎng)，如冬季防凍措施不到位，夏季無(wú)樹(shù)脂防霉措施。

　　2、 預(yù)處理不到位

　　離子交換樹(shù)脂在使用前，必須對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理。有的不進(jìn)行預(yù)處理，而有的處理方法不當(dāng)或處理程序不完善，達(dá)不到樹(shù)脂預(yù)處理的目的，大大降低了樹(shù)脂的使用壽命，嚴(yán)重的可造成樹(shù)脂結(jié)構(gòu)破壞而報(bào)廢。

　　3、無(wú)機(jī)物污染

　　主要指樹(shù)脂受到Fe、Al、Si、Ba 等無(wú)機(jī)物污染，其中尤以Fe 污染陰樹(shù)脂常見(jiàn)，主要由預(yù)處理效果不佳、進(jìn)水質(zhì)量控制不嚴(yán)、再生劑攜帶等造成的。

　　( 1) Fe 污染一是以膠態(tài)或懸浮化合物進(jìn)入交換器，因樹(shù)脂吸附作用在其表面形成一層鐵的覆蓋層，阻止了離子與樹(shù)脂的交換; 二是以Fe2+ 占據(jù)在交換位置，由于Fe2+ 易氧化為價(jià)化合物，沉積在樹(shù)脂內(nèi)部堵塞了交換孔道。一般情況下，強(qiáng)堿陰樹(shù)脂的鐵污染比陽(yáng)樹(shù)脂嚴(yán)重。

　　( 2) Al3+ 污染主要來(lái)預(yù)處理采用鋁鹽混凝處理時(shí)，因沉淀或過(guò)濾效果差而進(jìn)入交換器，鋁化物絮凝體易覆蓋樹(shù)脂表面，造成樹(shù)脂交換受阻，而當(dāng)以Al3+進(jìn)入交換器，因其與樹(shù)脂交換基團(tuán)有強(qiáng)的吸附力，不易被再生液洗脫而受到污染。

　　( 3) Si 污染多出現(xiàn)于陰樹(shù)脂，原因?yàn)殛庪x子交換器再生過(guò)程控制不好，使強(qiáng)堿陰樹(shù)脂吸著的可溶性硅化合物水解為硅酸并通過(guò)聚合成膠體的硅化物，堵塞樹(shù)脂交換孔道，造成硅污染，使用強(qiáng)堿陰樹(shù)脂再生廢液再生弱堿樹(shù)脂，也可使其遭到硅污染。

　　4、有機(jī)物污染

　　陰陽(yáng)樹(shù)脂均可受到有機(jī)物污染，只是種類(lèi)上有差別，前者為有機(jī)鐵、腐殖酸、微生物等，后者為有機(jī)胺、細(xì)菌、油質(zhì)及含氮化合物。原水預(yù)處理異常，再生劑攜帶、壓縮空氣攜帶等易造成樹(shù)脂的有機(jī)物污染。

　　(1) 有機(jī)混凝劑過(guò)量，如使用epi-DMA( 二甲胺- 環(huán)氧鹵丙烷) 、poly-DADMAC( 二丙烯基二甲胺氯的均聚物) 作為混凝劑時(shí)，出水含1mg /L 的混凝劑，導(dǎo)致陽(yáng)離子樹(shù)脂的嚴(yán)重污染，而且線性結(jié)構(gòu)的混凝劑因其能夠進(jìn)入樹(shù)脂內(nèi)部更容易污染樹(shù)脂。

　　(2) 油類(lèi)污染，主要由交換器進(jìn)水、頂壓壓縮空氣或泵的密封泄漏帶入。油類(lèi)在樹(shù)脂表面形成一層膜，嚴(yán)重阻礙樹(shù)脂的交換能力，樹(shù)脂變?yōu)樽厣珖?yán)重時(shí)可為黑色，造成樹(shù)脂抱團(tuán)，破壞正常水流狀況。受到油污染樹(shù)脂浮力增加，反洗時(shí)易造成樹(shù)脂流失。

　　(3) 由于水資源的緊缺，除一般使用地表水外，中水使用廣泛，使得陰樹(shù)脂的有機(jī)物污染更為嚴(yán)重。水中有機(jī)物多為生物腐敗產(chǎn)生的富里酸、腐殖酸和單寧酸等帶負(fù)電基團(tuán)的線性大分子，與陰樹(shù)脂帶正電的固定基團(tuán)產(chǎn)生異性相吸作用，加之這些線性有機(jī)物帶有多個(gè)基團(tuán)與樹(shù)脂多處交換位復(fù)合，致使它們卷曲在樹(shù)脂骨架內(nèi)，一般在再生時(shí)難以洗脫。強(qiáng)酸樹(shù)脂的降解產(chǎn)物二乙烯苯及其機(jī)械破碎膠狀物也可使陰樹(shù)脂受到污染。

　　另外，離子交換樹(shù)脂在停用時(shí)保養(yǎng)不到位，受到細(xì)菌污染，其表面有機(jī)層為憎水性，常規(guī)處理效果不佳。

　　離子交換樹(shù)脂復(fù)蘇處理

　　運(yùn)行中應(yīng)盡量采取措施防止上述物質(zhì)對(duì)陽(yáng)樹(shù)脂的污染。萬(wàn)一受到污染，可針對(duì)污染物種類(lèi)用下述方法處理樹(shù)脂。

　　【陽(yáng)樹(shù)脂】

　　1、空氣擦法

　　從顯微鏡下能看出樹(shù)脂表面有沉積物時(shí)，可采用空氣擦洗除去。由于交換器樹(shù)脂層底部通常都沒(méi)有設(shè)置壓縮空氣分配系統(tǒng)，壓縮空氣擦洗可用內(nèi)徑為20～45mm的塑料硬管做成空氣槍?zhuān)攒浌苓B接到壓縮空氣氣源上進(jìn)行。具體作法是：先將交換器的水位降到樹(shù)脂層降到樹(shù)脂層表面上300～400mm處，將空氣槍插到樹(shù)脂層底部，控制一定的空氣壓力和氣量，使樹(shù)脂強(qiáng)烈攪動(dòng);10～15min后停氣用水反洗，以除去擦下來(lái)的污染雜質(zhì)。這樣反復(fù)進(jìn)行擦洗和反洗，直到反洗排水清晰為止。

　　2、酸洗法

　　對(duì)那些不能用空氣擦洗法除去的物質(zhì)，如Fe3+、Al3+、CaCO3、Mg(OH)2 ，可用鹽酸進(jìn)行清洗。酸洗前應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，確定酸液濃度(常用2%、5%、10%、20%的濃度)和酸洗時(shí)間。對(duì)除鹽系統(tǒng)中所用的陽(yáng)樹(shù)脂，可用原有的再生系統(tǒng)，配制所需濃度的酸液進(jìn)行酸洗;對(duì)于軟化系統(tǒng)中所用的樹(shù)脂，必須將樹(shù)脂轉(zhuǎn)移到能耐鹽酸的設(shè)備中進(jìn)行酸洗。為防止酸液被稀釋影響酸洗效果，酸洗前應(yīng)先將交換器或設(shè)備中的水位降到樹(shù)脂層表面上200～300mm處，然后進(jìn)酸浸泡或低流速循環(huán)，也可以二者交替進(jìn)行。

　　采用酸液浸泡方式酸洗時(shí)，可以通過(guò)壓縮空氣攪拌。受硫酸鈣沉淀污染的陽(yáng)樹(shù)脂可用EDTA稀溶液清洗。

　　3、堿洗法

　　潤(rùn)滑油、脂類(lèi)及蛋白質(zhì)等有機(jī)質(zhì)，經(jīng)常存在于地面水中，當(dāng)進(jìn)入陽(yáng)離子交換樹(shù)脂層時(shí)，在樹(shù)脂表面形成一層油膜，嚴(yán)重影響樹(shù)脂的工藝性能，出現(xiàn)樹(shù)脂層結(jié)塊，樹(shù)脂密度減小等不正常現(xiàn)象。此類(lèi)受污染樹(shù)脂的特征主要是樹(shù)脂顏色變黑，易與陽(yáng)樹(shù)脂受鐵污染后變黑相混淆，可將少量受污染樹(shù)脂放入小試管中加入少量水搖動(dòng)，受此類(lèi)污染的樹(shù)脂會(huì)在水面看到“彩虹”現(xiàn)象。受此類(lèi)污染的陽(yáng)樹(shù)脂，可用加熱到50～60℃的5%的NaOH進(jìn)行堿洗。堿洗可分為3～4次進(jìn)行，每次持續(xù)時(shí)間為4～6h，中間用水沖洗。復(fù)蘇處理的終點(diǎn)可按排出廢堿液的化學(xué)氧量降至100～150 mgO2 /L控制。

　　【陰樹(shù)脂】

　　強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂在使用中，常常會(huì)受到有機(jī)物、膠體硅、鐵的化合物等雜質(zhì)的污染，使交換容量降低。

　　1、有機(jī)物污染

　　離子交換除鹽裝置中的強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂，污染來(lái)源可能性大的是原水中的有機(jī)物。有機(jī)物雖以植物和動(dòng)物腐爛后分解生成的腐殖酸和富維酸為主，但種類(lèi)多，至今已發(fā)現(xiàn)有六千多種。腐殖酸和富維酸都屬于分子聚羧酸，前者相對(duì)分子質(zhì)量大、含羧酸基團(tuán)較少，在酸中不溶解;后者則相反。相對(duì)分子質(zhì)量越大，越難解吸。

　　強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂被污染的特征是交換容量下降，再生后正洗所需時(shí)間延長(zhǎng)，樹(shù)脂顏色常變深，除鹽系統(tǒng)的出水水質(zhì)變壞，pH值降低。凝膠型強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂之所以易受腐殖酸或富維酸污染，是由于其分子骨架屬于苯乙烯系，是憎水性的，而腐殖酸或富維酸也是憎水性的，因此二者之間的分子吸引力強(qiáng)，難以在用強(qiáng)堿液再生時(shí)樹(shù)脂時(shí)解吸出來(lái)，而且腐殖酸或富維酸的分子大，移動(dòng)緩慢，一旦進(jìn)入樹(shù)脂中后，易被卡在里面。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，被卡在樹(shù)脂中的有機(jī)物越來(lái)越多，為預(yù)防強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂的有機(jī)物污染，應(yīng)合理地采用加氯、混凝、澄清、過(guò)濾、活性炭吸附等各種水處理方法，盡量降低強(qiáng)堿性O(shè)H型交換器入口水中有機(jī)物的含量。

　　陰樹(shù)脂被有機(jī)物污染程度，可用下述簡(jiǎn)易方法判斷：將50mL被污染的樹(shù)脂裝入錐形瓶中，用純水搖動(dòng)洗滌3～4次，以去除樹(shù)脂表面污物，然后加入10%食鹽水，劇烈搖動(dòng)5～10min后觀察食鹽水的顏色，按溶液色澤判別污染程度。

　　一般在樹(shù)脂受到中度污染時(shí)即需進(jìn)行復(fù)蘇處理，經(jīng)用多種鈉鹽和堿配成復(fù)蘇液對(duì)污染樹(shù)脂進(jìn)行的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，復(fù)蘇液使樹(shù)脂收縮程度大者復(fù)蘇效果好。對(duì)于不同水質(zhì)污染的陰樹(shù)脂，復(fù)蘇液的配比應(yīng)有所變化，需做具體的篩選試驗(yàn)。常用兩倍以上樹(shù)脂體積的含10% NaCl和1%NaOH溶液，浸泡16～48h復(fù)蘇污染樹(shù)脂。

　　將復(fù)蘇液加熱到40～50℃(Ⅱ型強(qiáng)堿性只能加熱到40℃)，采用動(dòng)態(tài)循環(huán)法復(fù)蘇效果更好。有人曾用含次氯酸鈉的氫氧化鈉溶液處理嚴(yán)重污染的樹(shù)脂，由于次氯酸鈉可以氧化腐殖酸的大分子，使這變成擴(kuò)散速度較快的小分子，所以處理效果好。但這種處理會(huì)加速樹(shù)脂的氧化，所以不宜經(jīng)常使用(次氯酸含量在0.5%以上時(shí)樹(shù)脂便受到侵害)。也有人用3%以下濃度的雙氧水復(fù)蘇受污染的陰樹(shù)脂，并取得好的效果，在室溫下未發(fā)現(xiàn)雙氧水對(duì)強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂有明顯損壞作用。

　　丙烯酸系強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂，其分子骨架親水性的，這樣是它和有機(jī)物之間的分子吸引力就比較弱，進(jìn)入樹(shù)脂中的有機(jī)物在用堿再生時(shí)，能較順利地被解吸出來(lái)。它能更有效地克服有機(jī)物被樹(shù)脂吸著的不可逆傾向，提了有機(jī)物在樹(shù)脂中的擴(kuò)散性，因此具有良好的抗有機(jī)物污染能力。

　　2、膠體硅污染

　　強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂一般不能交換天然水中的膠體硅酸，但當(dāng)天然水通過(guò)強(qiáng)堿性陰離子交換器后，膠體硅酸仍有數(shù)量地減少，估計(jì)這與樹(shù)脂的機(jī)械過(guò)濾及吸附作用有關(guān)。在正常情況下，膠體硅酸通常不會(huì)污染強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂，但當(dāng)再生條件不適當(dāng)時(shí)，如再生劑量少，再生液溫度及再生液流速過(guò)低時(shí)，就存在強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂被膠體硅酸污染的可能性。例如，某廠使用后的201×7陰樹(shù)脂中硅酸的含量達(dá)68mg/(g·干樹(shù)脂)，而新樹(shù)脂中硅酸根含量為0.304mg/(g·干樹(shù)脂)，這說(shuō)明使用后的樹(shù)脂已被膠體硅酸污染。

　　3、鐵污染

　　運(yùn)行中的樹(shù)脂也經(jīng)常被重金屬離子及其氧化物污染，其中常遇到的是鐵的化合物。陰樹(shù)脂被污染的可能性更大，這主要是因再生陰樹(shù)脂的堿不純，特別是由于液體堿中含有鐵的化合物比較多而引起的。鐵與大分子有機(jī)物生成絡(luò)合物進(jìn)入陰樹(shù)脂網(wǎng)絡(luò)，也會(huì)導(dǎo)致陰樹(shù)脂受到污染。

　　陰樹(shù)脂受鐵污染顏色變黑，性能變壞，再生效率降低，再生劑用量與清洗水耗增加。受鐵污染后的陰樹(shù)脂一般也采用與陽(yáng)樹(shù)脂相同的酸洗辦法進(jìn)行處理。

　　值得說(shuō)明的是，由于工業(yè)鹽酸含鐵量較(可能以FeCl4- 形態(tài)存在)，當(dāng)酸洗被鐵污染的陰樹(shù)脂時(shí)，不不能清洗出樹(shù)脂中的鐵，相反還會(huì)交換到該樹(shù)脂上去。因此，酸洗被鐵污染的陰樹(shù)脂宜用化學(xué)純的鹽酸。

　　如果陰樹(shù)脂既被有機(jī)物污染,又被鐵離子及其氧化物污染,則應(yīng)首先除去鐵離子及其氧化物,而后再除去有機(jī)物。利用超聲波清洗被污染的陰、陽(yáng)離子交換脂是近年來(lái)應(yīng)用的一項(xiàng)新技術(shù)。它是利用頻率的超聲振動(dòng)所起的空化作用，使樹(shù)脂的各種污染受到松動(dòng)、破壞，進(jìn)而轉(zhuǎn)入到水中被反洗水沖走。