離子交換樹脂變質(zhì)的原因

　　離子交換樹脂變質(zhì)的原因

　　【陽(yáng)樹脂】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，致使樹脂加速變質(zhì)。

　　陽(yáng)樹脂氧化后發(fā)生的現(xiàn)象為：顏色變淺，樹脂體積變大，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，樹脂就有顯著的變質(zhì)。而且由于樹脂顆粒變小，使水通過樹脂層的壓力損失明顯增大。磺酸基陽(yáng)樹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)，由樹脂上脫落下來以后，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，一種是用活性炭過濾，另一種是投加亞硫酸鈉。

　　大孔強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂，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脂相差不多。

　　【陰樹脂】的化學(xué)穩(wěn)定性比陽(yáng)樹脂要差，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)樹脂上了，無(wú)形中對(duì)陰樹脂起了保護(hù)作用，一般只是溶于水中的氧對(duì)陰樹脂起破壞作用。

　　強(qiáng)堿性陰樹脂在氧化變質(zhì)的過程中，表現(xiàn)出來的是交換基團(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)殛帢渲谎趸某跗?，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，在新樹脂中含有加快樹脂降解速度的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)在作用過程中漸漸被除掉。樹脂顆粒表面或接近表面處易受侵害。

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

　　離子交換樹脂污染

　　一、現(xiàn)象

　　1、產(chǎn)水量降低

　　離子交換樹脂一旦受到污染，視其污染程度，與未受污染的樹脂比較，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，沒有處理效果。

　　3、消耗增加

　　在離子交換樹脂受到污染后，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，有可能破壞樹脂的結(jié)構(gòu)，縮短樹脂的使用壽命。

　　二、原因

　　1、管理方面

　　樹脂存放時(shí)不在要求的條件下進(jìn)行存放，溫度過或過低，常常造成樹脂失水，沒有防止污染和防霉的措施，不同種類樹脂混放; 對(duì)新樹脂驗(yàn)收過重于依懶經(jīng)驗(yàn)，忽視按樹脂的性能指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)收。對(duì)在用的離子交換樹脂當(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)樹脂防霉措施。

　　2、 預(yù)處理不到位

　　離子交換樹脂在使用前，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)不到樹脂預(yù)處理的目的，大大降低了樹脂的使用壽命，嚴(yán)重的可造成樹脂結(jié)構(gòu)破壞而報(bào)廢。

　　3、無(wú)機(jī)物污染

　　主要指樹脂受到Fe、Al、Si、Ba 等無(wú)機(jī)物污染，其中尤以Fe 污染陰樹脂常見，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，沉積在樹脂內(nèi)部堵塞了交換孔道。一般情況下，強(qiáng)堿陰樹脂的鐵污染比陽(yáng)樹脂嚴(yán)重。

　　( 2) Al3+ 污染主要來預(yù)處理采用鋁鹽混凝處理時(shí)，因沉淀或過濾效果差而進(jìn)入交換器，鋁化物絮凝體易覆蓋樹脂表面，造成樹脂交換受阻，而當(dāng)以Al3+進(jìn)入交換器，因其與樹脂交換基團(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)于陰樹脂，原因?yàn)殛庪x子交換器再生過程控制不好，使強(qiáng)堿陰樹脂吸著的可溶性硅化合物水解為硅酸并通過聚合成膠體的硅化物，堵塞樹脂交換孔道，造成硅污染，使用強(qiáng)堿陰樹脂再生廢液再生弱堿樹脂，也可使其遭到硅污染。

　　4、有機(jī)物污染

　　陰陽(yáng)樹脂均可受到有機(jī)物污染，只是種類上有差別，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脂的有機(jī)物污染。

　　(1) 有機(jī)混凝劑過量，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)入樹脂內(nèi)部更容易污染樹脂。

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

　　(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)與樹脂多處交換位復(fù)合，致使它們卷曲在樹脂骨架內(nèi)，一般在再生時(shí)難以洗脫。強(qiáng)酸樹脂的降解產(chǎn)物二乙烯苯及其機(jī)械破碎膠狀物也可使陰樹脂受到污染。

　　另外，離子交換樹脂在停用時(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)樹脂的污染。萬(wàn)一受到污染，可針對(duì)污染物種類用下述方法處理樹脂。

　　【陽(yáng)樹脂】

　　1、空氣擦法

　　從顯微鏡下能看出樹脂表面有沉積物時(shí)，可采用空氣擦洗除去。由于交換器樹脂層底部通常都沒有設(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，以軟管連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脂層降到樹脂層表面上300～400mm處，將空氣槍插到樹脂層底部，控制一定的空氣壓力和氣量，使樹脂強(qiáng)烈攪動(dòng);10～15min后停氣用水反洗，以除去擦下來的污染雜質(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)中所用的樹脂，必須將樹脂轉(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)，可以通過壓縮空氣攪拌。受硫酸鈣沉淀污染的陽(yáng)樹脂可用EDTA稀溶液清洗。

　　3、堿洗法

　　潤(rùn)滑油、脂類及蛋白質(zhì)等有機(jī)質(zhì)，經(jīng)常存在于地面水中，當(dāng)進(jìn)入陽(yáng)離子交換樹脂層時(shí)，在樹脂表面形成一層油膜，嚴(yán)重影響樹脂的工藝性能，出現(xiàn)樹脂層結(jié)塊，樹脂密度減小等不正?，F(xiàn)象。此類受污染樹脂的特征主要是樹脂顏色變黑，易與陽(yáng)樹脂受鐵污染后變黑相混淆，可將少量受污染樹脂放入小試管中加入少量水搖動(dòng)，受此類污染的樹脂會(huì)在水面看到“彩虹”現(xiàn)象。受此類污染的陽(yáng)樹脂，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。

　　【陰樹脂】

　　強(qiáng)堿性陰樹脂在使用中，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)堿性陰樹脂，污染來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)樹脂時(shí)解吸出來，而且腐殖酸或富維酸的分子大，移動(dòng)緩慢，一旦進(jìn)入樹脂中后，易被卡在里面。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，被卡在樹脂中的有機(jī)物越來越多，為預(yù)防強(qiáng)堿性陰樹脂的有機(jī)物污染，應(yīng)合理地采用加氯、混凝、澄清、過濾、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被污染的樹脂裝入錐形瓶中，用純水搖動(dòng)洗滌3～4次，以去除樹脂表面污物，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)污染樹脂進(jìn)行的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，復(fù)蘇液使樹脂收縮程度大者復(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)。常用兩倍以上樹脂體積的含10% NaCl和1%NaOH溶液，浸泡16～48h復(fù)蘇污染樹脂。

　　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)堿性陰樹脂有明顯損壞作用。

　　丙烯酸系強(qiáng)堿性陰樹脂，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)入樹脂中的有機(jī)物在用堿再生時(shí)，能較順利地被解吸出來。它能更有效地克服有機(jī)物被樹脂吸著的不可逆傾向，提了有機(jī)物在樹脂中的擴(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)堿性陰樹脂一般不能交換天然水中的膠體硅酸，但當(dāng)天然水通過強(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)這與樹脂的機(jī)械過濾及吸附作用有關(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低時(shí)，就存在強(qiáng)堿性陰樹脂被膠體硅酸污染的可能性。例如，某廠使用后的201×7陰樹脂中硅酸的含量達(dá)68mg/(g·干樹脂)，而新樹脂中硅酸根含量為0.304mg/(g·干樹脂)，這說明使用后的樹脂已被膠體硅酸污染。

　　3、鐵污染

　　運(yùn)行中的樹脂也經(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。陰樹脂被污染的可能性更大，這主要是因再生陰樹脂的堿不純，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)入陰樹脂網(wǎng)絡(luò)，也會(huì)導(dǎo)致陰樹脂受到污染。

　　陰樹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。受鐵污染后的陰樹脂一般也采用與陽(yáng)樹脂相同的酸洗辦法進(jìn)行處理。

　　值得說明的是，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脂時(shí)，不不能清洗出樹脂中的鐵，相反還會(huì)交換到該樹脂上去。因此，酸洗被鐵污染的陰樹脂宜用化學(xué)純的鹽酸。

　　如果陰樹脂既被有機(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。