離子交換樹脂污染的處理與預防

遲海杰

摘要：通過近幾年的樹脂試驗，發現目前常見的樹脂變質污染主要表現為強酸陽樹脂污染、強堿陰樹脂污染。本文針對這兩個方面的污染機理以及處理預防措施進行探討。

關鍵詞：離子交換樹脂污染；原因；處理與預防

引言

近年來，由于地表河流污染的加重，地表水中離子含量大幅增加，從而導致離子交換樹脂的污染時有發生。云南天安化工有限公司脫鹽水原水采用離子交換樹脂處理，冷凝液采用精密過濾加混床樹脂處理，但是隨著運行時間的增加，樹脂污染時有發生。

一、離子交換樹脂污染的原因

1、強酸陽樹脂

陽樹脂一般會被原水中的懸浮物、油類及微量的有機物、重金屬污染。但從目前所做的大量試驗發現，陽樹脂被氯氧化變質的情況所占比例較大。氯是一種強氧化劑，對強酸樹脂有很大的破壞作用，會導致樹脂的強度降低，樹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。陽樹脂的碳鏈氧化斷裂產物由樹脂上脫落下來，變為可溶性物質。這些可溶性物質中還會有弱酸基，因此當它隨水流進入陰離子交換器時，首先被陰樹脂吸著，吸著不完全時，就流進陰離子交換器的出水中。有的甚至會隨補充水送到鍋爐，在鍋爐高溫、高壓下，樹脂分解成有機酸，在水冷壁管內蒸發和濃縮，容易引起水冷壁管及汽輪機葉片的酸性腐蝕，嚴重影響機組的安全運行。氧化劑來源如下：

（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，為了防止細菌的生長需要加入殺菌劑—氯來殺菌，過剩的余氯對樹脂就會造成危害。

（2）陽樹脂失效后所用的再生劑為副產品酸，副產品酸中氯的含量超標。如前述某熱電廠進水一直用地下水，水質變化在半年內不大，來水管道或再生系統也未發生嚴重腐蝕，不會引起強酸陽樹脂的鐵污染。對陽樹脂失效后所用的再生劑—鹽酸進行送檢，發現其殘余氯的含量超過了標準值的20倍。

2、強堿陰樹脂

有機物、鐵、硅、微生物膠體或類膠體都會對陰離子交換樹脂產生污染，通常情況下有機物的污染起主導作用，而鐵、硅等其他雜質對樹脂的污染是與有機物產生的污染同時進行的，它們相互締合或呈共聚狀。在水體中腐殖酸是以復雜的芳香核為核心，通過化學或物理形式如共價健作用力、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、簡單酚、金屬。

可見有機物是產生陰離子交換樹脂污染的主要因素。天然水中存在的有機物主要是腐殖酸。腐殖酸是分子量很大的帶有多胺基和多梭基的酸類物質，其成分極其復雜，并隨著環境條件的變化而變化。由于腐殖酸分子量大而親水性差，在與樹脂的接觸過程中，很容易被具有多孔性和疏水性的樹脂骨架吸附。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脂上，它的易彎曲性以及樹脂的多孔瓶頸性，導致腐殖酸不易被洗脫，樹脂在運行過程中有機物會越積越多，從而影響樹脂的正常離子交換過程，造成對陰離子交換樹脂的污染。

就水處理系統而言，陰離子交換樹脂受有機物、硅污染的可能性大，而受金屬污染的可能性小。因為陰床在陽床之后，陰離子交換樹脂在運行、再生過程中接觸的金屬離子量較小，所以一般情況下，陰離子交換樹脂受金屬污染的程度不嚴重。由于陽床并不能有效地去除生水中的有機物和膠體硅等雜質，當陰離子交換樹脂再生不充分時，就可能引發硅污染問題。

近年來研究發現，陰離子交換樹脂在受有機物污染的同時，常常伴有膠體硅污染問題。具體表現為樹脂在使用一定時間后，出現顏色變深、體積膨脹；設備周期制水量減少；正洗時間延長、再生操作困難；出水漏硅量增大、電導率值上升等現象。

二、離子交換樹脂污染的處理與預防

1、陽樹脂的處理方法

（1）壓縮空氣擦洗法

主要是除去樹脂表面的懸浮物，先將樹脂，小反洗再大反洗，待樹脂沉降之后樹脂表面留有300mm左右，用壓縮空氣從樹脂的最底部進入，保持陽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，這樣如此循環幾次直到反洗出水澄清為止就會到目的。

（2）酸洗法

從樹脂污染的狀況來看，假若樹脂是被鐵離子、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。可以事先做個小型試驗來確定樹脂污染的程度以便確定酸洗的濃度以及酸洗的時間，可以利用現場的再生系統，配置合適的鹽酸濃度進行酸洗。酸洗之前樹脂最好使用壓縮空氣擦洗、反洗后再進行酸洗或者酸的浸泡。

（3）堿洗法

如果來水之中含有微量的油脂以及有機化合物，此類物質會在樹脂的表面形成一層油膜，從而導致樹脂變黑、阻止水中的離子與樹脂交換，與陽樹脂受鐵污染后變黑相似的狀態不易辨別。可以通過小型試驗來確定，取少量受污染的樹脂放入25ml的試管中，加少量的除鹽水劇烈的搖動，偌水面出現“彩虹”現象，則說明樹脂已被油脂有機化合物所污染。此污染物可以用5%的NaOH溶液并加熱到55±5℃進行堿洗，每次清洗3～4小時，采用動態與浸泡的方法都行，反復進行以上操作最少3次以上即可。

可以通過再生系統，調整進堿濃度在6～8%之間（有加熱裝置最好），待中排出水堿濃度在4%左右時停止進減，開始浸泡6～8小時。用除鹽水清洗至酚酞不變色為止；調整進酸濃度在6～8%之間，待中排出水酸濃度在4%左右時停止進算，開始浸泡6～8小時。用除鹽水清洗至甲基橙不變色為止。

2、陰樹脂的處理方法

因為影響離子交換反應的因素眾多，它既受原水中水質、陰離子性質及樹脂性能的影響，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境。當制備純水的離子交換系統長期擱置不用，系統暴露于大氣之中，使系統中滋生細菌，甚至生成藍藻或者樹脂變色，這些都是離子交換樹脂懸浮物中毒的主要原因。有學者研究表明，水中的溶解性有機物主要是依靠范德華力吸附在離子交換樹脂的骨架上。由于陰離子交換樹脂的結構決定它極易受到污染，且污染后難以復蘇。因為陰離子交換樹脂耐受溫度范圍窄（0℃～48℃），當混床出水電阻率變化曲線呈圖1形式時，我們即視該系統離子交換樹脂被污染。溫度過高容易造成樹脂分解；冬季溫度過低，會導致樹脂破裂，因此處理受污染的樹脂時應慎重。對于出水電導率為5μsΩ？cm，PH值為5.5以下的被污染制水系統，則可采取下列措施：

（1）先用大量的清水反復沖洗系統，使之趨于清澈透明，而后將樹脂置入容器中。

（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℃，目的是讓樹脂月彭脹，然后用水洗凈樹脂內吐出的污染物。

（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值調至10，并加熱到42℃左右。

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

（5）中毒的樹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并使其反型為C1型。

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

結語

在水處理除鹽系統運行中，離子交換樹脂污染是經常發生的，做為水處理工作者，要及時根據運行狀況、設備系統、再生劑質量、原水質量的變化情況，采取逐一排除的方法，及時切斷污染源、制定措施，以最大的努力去防止樹脂被污染。

參考文獻

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