離子交換器陽樹脂污染機理及復蘇應用研究

周付江

（大慶石化公司，黑龍江大慶 163000）

1 陽離子交換樹脂污染概述

在離子交換水處理系統中，由于水中雜質侵入，致使樹脂性能下降，但樹脂結構尚未破壞，通過一般的再生操作過程，污染物很難清除下來，這種現象稱為樹脂的污染。樹脂的污染是一個可逆的過程，也就是當樹脂被污染后，通過適當的處理，可以除去其中的污染物質，恢復其交換性能，這種處理稱為樹脂的復蘇。輕度污染使陽樹脂顏色變深，交換容量下降、離子穿漏提前，再生劑和正洗水的耗量增加，再生度降低，制水周期縮短，出水質量下降。污染嚴重時，會使樹脂變黑，甚至完全失去交換能力而報廢。

1）離子交換樹脂的污染源。離子交換樹脂污染物主要來自水源中的無機物和有機化合物，人工合成化合物的污染。離子交換樹脂的另一個污染源則是來自水處理設備、水處理藥劑和其本身排出物的污染。

2）陽離子交換樹脂常見的污染類型

鐵污染、鋁污染、鈣污染、油污染、微生物污染、有機物污染等。

2 陽樹脂復蘇的靜態試驗

通過實驗室靜態試驗方法，對某電廠被污染的陽樹脂篩選合適的復蘇藥劑及確定最佳的復蘇條件，得出了如下結論：

1）經鑒定樹脂的污染類型，得出陽樹脂受到油的污染及鐵的污染。

2）采用以非離子表面活性劑FL-9為主的復合除油劑進行清洗，取得了良好的除油效果，50℃時除油率達99.2%。

3）復蘇陽樹脂鐵污染的實驗表明，采用還原復蘇法的除鐵效果明顯優于傳統的高濃度鹽酸浸泡法，在復蘇液溫度為50℃、浸泡時間為9h、還原劑Na2SO3濃度達到0.6%時的復合藥劑能取得最佳除鐵效果。還進行了用NH2OH·HCl作還原劑的實驗，結果表明除鐵效果稍差于Na2SO3。

4）最后對絡合解吸法復蘇鐵污染樹脂進行系統研究，絡合劑確定采用EDTA，結果表明，使用EDTA絡合解吸鐵污染是十分有效的，并通過正交設計法確定了復蘇液的最佳濃度、體積比、pH和反應時間，為實際應用提供了參考依據，但由于目前EDTA的市場價格仍然較高，其應用的經濟性還有待研究。

3 陽樹脂復蘇的動態小試試驗

通過動態小試復蘇試驗（圖1），檢測用所篩選的復蘇藥劑復蘇后樹脂的各項理化性能指標，并與新樹脂及污染舊樹脂的理化性能指標進行對比，評價篩選復蘇藥劑的復蘇效果及在使用中的安全性。然后使用離子交換裝置進行樹脂動態試驗，最終通過動態運行情況來檢驗復蘇效果。通過試驗和分析得出如下結論：

1）動態復蘇后樹脂的全交換容量比復蘇前提高了24.5%，強酸基團量比復蘇前提高了34.9%，鐵的去除率達到了96.7%。

2）污染舊樹脂的周期制水量為26.3L，復蘇后的樹脂周期制水量為46L，制水量比復蘇前提高了75%，而接近于新樹脂的制水量48.2L。動態運行結果說明復蘇卓有成效。

圖1 陽樹脂復蘇的動態試驗裝置圖

4 陽樹脂復蘇技術的應用

某電廠除鹽水裝置，每小時需用脫鹽水150t，主要供給高壓蒸汽鍋爐生產蒸汽。現有三個系列的一級復床加混合床系統生產脫鹽水，正在運行的強酸性陽樹脂為41t，樹脂為001×7凝膠型聚苯乙烯強酸性陽樹脂。脫鹽水系統工藝流程見圖2。

圖2 一級復床加混合床系統

原水為地表水，含有一定量的工業污染物。原水在進入離子交換系統之前進行常規預處理，預處理工藝為：投加鐵鹽（FeSO4·7H2O）混凝劑混凝沉淀、石灰軟化、砂濾、活性炭吸附。陽床樹脂罐中的樹脂已經運行了兩年多，根據近期記錄，陽床運行周期明顯縮短，周期制水量明顯減少，酸耗增加，再生后正洗用水量明顯增加。從觀察孔中看到樹脂已由原來的淡黃色變為棕褐色。現場調查得知陽床樹脂受到了油的污染。另取出部分污染陽樹脂，測得鐵含量為3.6mg/g，即表明陽樹脂受到嚴重的鐵污染。污染陽樹脂的全交換容量為3.71mmol/g，強酸基團交換容量為3.24mmol/g，需要進行復蘇。于是應用實驗室的小試試驗成果對陽樹脂進行復蘇。

陽床為雙室浮動床，直徑為2.5m，高度為5.3m，下層是弱酸性大孔型陽樹脂，高度為0.25m，體積為1.25m3；上層是凝膠型聚苯乙烯強酸性陽樹脂，高度為2.8m，體積是13.7m3。本次復蘇主要針對強酸性陽樹脂，因為弱酸性陽樹脂為大孔樹脂，大孔樹脂的微孔比凝膠型樹脂既多又大，它微孔的孔徑比凝膠孔大得多，通常為10-9～10-5m，所以大孔樹脂耐污染、抗中毒。另一方面，由弱酸型陽樹脂的離子選擇性順序可知，氫離子的選擇性大于其他重金屬離子的選擇性，所以弱酸型陽樹脂容易再生，不易被重金屬離子污染。

1）方案設計。為進行復蘇訂作2m×2m×2m的頂部有蓋的不銹鋼槽，不銹鋼槽內壁設有蒸汽加熱管，中部裝有溫度表，用于調控復蘇液溫度。不銹鋼槽的體積是8m3，樹脂罐中除樹脂所占體積外的剩余體積大約為20m3，這樣整個循環系統中復蘇液的體積約為24m3。根據這個體積，按照要求的藥液濃度，在不銹鋼槽中配復蘇液，由泵將復蘇液從陽床頂部打入床體，然后復蘇液從罐底部回流至不銹鋼槽。現場復蘇裝置連接示意圖見3。

圖3 現場復蘇裝置示意圖

2）復蘇效果評價。在第四步除油結束時，檢測復蘇廢液的油含量為60mg/L，共計去除油約1.44kg。在第六步，檢測復蘇廢液的鐵含量為284.5mg/L。

復蘇后經檢測陽離子交換樹脂的全交換容量為4.54mmol/g，含水率為48.56%，磨后圓球率為85.39%。復蘇前后陽床運行指標的對比見表1。從表1可以看到，復蘇前陽床每個周期的平均制水量為16 210t，復蘇后每個周期的制水量為27 804t，制水批量提高了72%，再生酸耗降低了39%，混床出水電導率也有明顯下降。從以上的數據可以看出，陽床樹脂復蘇取得了良好的效果。

表1 復蘇前后樹脂運行指標對比

3）經濟性分析：復蘇后的舊樹脂各項運行指標比復蘇前有了很大提高，復蘇前陽床每個周期的平均制水量為16 210t，復蘇后每個周期的制水量為27 804t，制水批量提高了72%，再生酸耗降低了39%。復蘇舊樹脂的費用為550元/t，購買新樹脂費用為6 000元/t，此次復蘇41t陽樹脂為企業節省資金超過22萬元。