被有機物污染樹脂復蘇方法探究

劉明光

【摘 要】在熱力發電廠鍋爐化學補給水處理系統中，離子交換樹脂除了吸附交換水中相應離子外，還吸附了水中存在的各種有機物、鐵和膠體等物質。如果這些物質在樹脂再生時不能完全解析出來，積累在樹脂體內，就會形成不可逆吸附。影響離子交換過程的正常進行，造成樹脂顏色變深，工作交換容量下降，制水周期縮短，正洗水量增大，制水批量減少，出水品質降低等后果。

【關鍵詞】熱力發電廠;有機物污染;離子交換樹;復蘇

0 前言

樹脂為多孔網狀立體結構，多孔網眼系離子在樹脂內部擴散進出的通道，通道內壁具有眾多功能基團，是離子交換反應的活性點。一旦此活性點被覆蓋，離子交換過程就無法進行。在離子交換過程中，交換勢能較高、附著力強的離子或大分子之類的物質，吸附或被交換到樹脂上，而在再生時卻難以洗脫下來，從而阻止了離子交換;或是在離子交換反應過程中生成難溶的沉積物，并沉積在樹脂內部，阻塞了離子交換的通道。

1 樹脂的有機物污染

樹脂的有機物污染是常見的污染，一般認為，有機物是靠離子交換和范德華力的吸附、交換吸附到離子交換樹脂上去的。對于陰樹脂，范德華力是有機物與樹脂之間的主要吸引力，而離子交換是次要的，這一點在理論上和實驗上都有所證明。理論上，離子交換樹脂有疏水、多孔、靜電吸引、收縮膨脹等特性，這些特性決定了范德華力的大小。在吸附等溫線上，吸附熱特性也得到了證實。實驗測定結果表明：

（1）在有機物清除曲線上，有機物去除率保持不變，而如果污染是離子交換作用引起的，則會明顯影響去除率;

（2）酸堿不能復蘇污染了的離子交換樹脂，若為離子交換作用，則能很好地復蘇污染了的樹脂;

（3）被污染了的陰離子交換樹脂復蘇后交換容量基本不變;

（4）大孔和凝膠型強堿陰離子交換樹脂的有機物去除率和洗脫率不同，表明物理作用為主，即以范德華力為主;

（5）不同狀態陰離子交換樹脂泄漏曲線表明泄漏的突躍點與離子交換沒有多大關系;

（6）OH型強堿陰離子交換樹脂能數年保持去除有機物的能力;

（7）強堿陰離子交換樹脂亂層不影響有機物的去除率。

2 陽樹脂污染原因及污染后特征

原水過濾殘存的絮凝物、懸浮體、泥沙及微量有機物都會污染陽樹脂。陽樹脂容易被銅等金屬離子氧化，也容易被斷鏈后的有機物污染。另外，用硫酸再生時樹脂層中易生成硫酸鈣沉淀，堵塞孔道。采用石灰預處理，殘留的碳酸鈣、氫氧化鎂、氫氧化鐵等不溶物、微溶物及部分膠體進入陽床，污染陽樹脂。

此外，陽樹脂往往會發生油污染，油的來源途徑主要有：生水帶油和頂壓空氣帶油。這種污染的表觀特征主要是樹脂成黑色，存在樹脂抱團的情況，并因此影響樹脂層的水流均勻性。污染物附著于樹脂上，可能增加樹脂顆粒的浮力，反洗時樹脂的損失增大，樹脂工作交換容量下降，制水周期縮短。

3 陰樹脂污染原因及污染后特征

進水中的各種大分子有機物是陰樹脂污染的主要來源，因為陰樹脂的結構和性能使其對大分子有機物存在不可逆反應。低分子量有機物被樹脂吸附后，在再生時可以置換出來，因而不易污染樹脂。此外，來自陽樹脂的降解產物也會使陰樹脂受到有機物污染。國外經驗認為，氫型陽樹脂含水量大于60%時，就會有相當數量的有機物釋放到水中，污染陰離子。

被污染的強堿陰樹脂可出現以下特征：

（1）外觀顏色由開始的淺黃色，逐漸污染為淡棕色、深棕色、棕褐色、黑褐色，且樹脂破碎嚴重。

（2）再生后的強堿陰樹脂，其沖洗水量會明顯增大。這是由于陰樹脂吸附的有機物多帶酸性，再生后成為鈉型。反應如下：

RCOOH+NaOH=RCOONa+H2O

在正洗過程中緩慢進行如下的水解過程：

RCOONa+H2O=RCOOH+NaOH

由于上述反應釋放出的氫氧化鈉為強電解質，故正洗排水電導率較高，欲使電導率降低至5μS/cm的規定值，正洗時間必須延長，所以，清洗水量增加。由于正洗含較多的離子，故正洗水量增多意味著樹脂交換容量的白白消耗，因而周期制水量減少。

（3）陽床出水電導率逐漸增加，PH逐漸下降。由于再生時未除去的有機物，在恢復運行后會游離出來而進入水中，使出水電導增大。

（4）有機物存在于樹脂床的強堿交換部位，使陰樹脂的除硅容量下降，以至二氧化硅過早泄漏。

（5）工作交換容量下降。樹脂含水量下降，樹脂上的交換基團發生變化，其中強堿基團減少，弱堿基團增多。

（6）樹脂顆粒表面的有機物再加上細菌排泄物，會形成一層憎水性的膜，使樹脂活性基團與外界隔離，造成交換困難。

4 樹脂復蘇的機理與方法

4.1 復蘇機理

由于樹脂孔隙是不均勻的，體積龐大的有機物陰離子在通過樹脂孔隙到達顆粒內部發生交換前，必須經過交聯緊密和交聯松馳的兩個部分，交聯緊密的地方積聚了大量的有機物陰離子，他們互相緊密纏結，阻塞了離子交換的通道，并且在再生過程中很難被氫氧根取代，最終致使工作交換容量下降。而樹脂的復蘇就是要除去這些積聚在樹脂表面和內部的有機物陰離子。

有機物的去除情況與樹脂體積的變化有關。一般而言，樹脂體積收縮越多，洗脫有機物的效果就越好。而樹脂體積變化是由于樹脂交換基團結合的反粒子對樹脂膨脹度的影響引起的，同時與復蘇液的組成密切相關。由于有機物主要是以范德華力吸附到陰離子樹脂上去的，各種類型復蘇液以破壞范德華力為目的，達到復蘇效果的，或通過解離污染物的結構，來擠壓、剝離有機物;或通過增大有機物溶解度和遷出動力，使有機物解離;或通過改善樹脂親水性來解離有機物;或通過氧化、沉淀吸附有機物，使樹脂復蘇。在復蘇過程中，污染物結構中的各單元的解離程度、污染物與樹脂作用力減弱程度、解離產物從樹脂孔道及時遷出程度，這幾個方面都決定了復蘇效果。

在樹脂和有機物之間的各種作用力中，除了機械性的交織作用和一些物理作用力（如靜電作用）外，還有各種化學作用力（如共價鍵、氫鍵）。幾乎所有這些作用力都隨著環境的改變而改變，例如：（1）PH增加，靜電作用力減弱，酸類物質極性增強，易于從非極性樹脂骨架上解脫;（2）當離子強度增大時，也會減弱靜電作用，利于有機物解析;（3）表面活性劑除了減弱靜電作用外，還可削弱污染物與樹脂骨架間的作用力，使之更易于脫落;（4）共存離子通過改變樹脂形態，改變其溶脹度，憑借其內部收縮、擴張作用使有機物解析出來;（5）助劑的加入使有機物更易于解析和遷移;（6）超聲波振動-空氣擦洗等外力作用也都有助于有機物的解析和遷移。

4.2 常用的化學復蘇法

4.2.1 堿性氯化鈉復蘇法

堿性氯化鈉復蘇法即4%氫氧化鈉+10%氯化鈉混合液，加熱復蘇。在這種鹽堿溶液中，樹脂在鹽和堿的交替作用下，樹脂骨架上的有機物處于最佳的移動狀態，不斷地被洗脫下來。一般而言，鹽堿法的持續時間較短。

4.2.2 有機溶劑復蘇法

有機溶劑復蘇法的理論依據是溶解的相似定理，即利用有機物易溶于有機溶劑的原理，用有機溶劑解析、萃取樹脂上吸著的有機物。常用的溶劑有：丙酮、甲醇、乙醇、異丙醇、環氧乙烷、二甲基甲酰胺。為提高解吸效果，可配合酸堿等其他解析劑使用。

4.2.3 表面活性劑復蘇法

常用的表面活性劑有：磺酸、苯磺酸、羧丙基磺酸等等。

4.2.4 氧化劑復蘇法

氧化劑復蘇法是利用有機物的可氧化性來除去樹脂中的有機物的，即用氧化劑破壞有機物的結構，使其變成小分子，從而從樹脂骨架上脫落下來。

4.2.5 EDTA復蘇法

對于被有機物污染后的陽樹脂，前蘇聯曾用EDTA與堿的混合溶液洗滌陽離子交換樹脂，即用EDTA洗脫H型陽離子交換樹脂吸附的油類物質。經試驗確定的最合適的洗脫液組成：5%氫氧化鈉、10%一水合氨、0.15%氫氧化鈣、0.1%EDTA、5%磷酸三鈉實驗結果還表明，提高溫度可增加有機物的洗脫率，當溫度升至50至60攝氏度時，有機物洗脫率接近100%。

【參考文獻】

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[責任編輯：楊玉潔]