離子交換樹脂的變質、污染與復蘇

1、離子交換樹脂的變質、污染與復一、離子交換樹脂的變質離子交換樹脂在水處理系統(tǒng)運行的過程中，由于氧化或降解，樹脂結構遭受破壞，這是一種不可逆的樹脂的劣化，成為樹脂的變質。（一）陽離子交換樹脂的氧化1.陽樹脂氧化的原因和現象陽樹脂氧化的主要原因是由于水中有氧化劑，如游離氯、 硝酸根等， 水中重金屬離子能起催化作用， 當溫度高時， 樹脂受氧化劑浸蝕更為嚴重，其結果是使樹脂交換基團降解和交換骨架斷裂，樹脂顏色變淡和其體積增大。2.防止樹脂被氧化的方法（ 1 ）活性炭過濾用活性炭過濾水進行脫氧是防止樹脂被氧化的常用方法，其原理是基于吸附作用，并在被吸附的活性炭表面上進行下面的化學反應。其反應為：C +HO

2、Cl CO +HCl活性炭脫氯是一種簡單、經濟、行之有效的方法，故得到普通應用。（2 ）化學還原法化學還原法是在含有余氯的水中，投加一定量還原劑 （如 SO 2 或 Na 2SO 3 ）進行脫氯。（ 3 ）選用高交聯度的大孔陽樹脂。（ 4 ）避免使用質量差的鹽酸其中含有氧化劑對陽樹脂造成危害。（二）強堿性陰樹脂的降解在離子交換水處理系統(tǒng)中，強堿性陰樹脂通常是置于陽樹脂后使用，一般是遭受水中溶解氧的氧化，以及再生過程中堿中所含的氧化劑（如32）的氧化，其結果是ClO和 FeO 4強堿性季銨基團逐漸降解， 但不會發(fā)生骨架的斷鏈。在化學除鹽工藝中，強堿性陰樹脂的降解主要表現為對中性鹽的分解容量，特別

3、是對硅的交換容量下降。季銨基團受氧化后，按叔、仲、伯胺順序降解的過程如下：CH3CH3R NCH 3OR NOR NCH3OR N非堿性物質CH 3CH 32.防止強堿性陰樹脂降解的方法(1) 真空除氣法 通過使用真空除氣器，減少陰床進水中的氧含量。(2) 降低再生液中含鐵量降低再生液中含鐵良， 必須認真做好堿液系統(tǒng)中的鐵的腐蝕控制。(3) 選用隔膜法生產的燒堿，降低堿液中NaClO 3 的含量（可降至6 7 L）。二、離子交換樹脂的污染與復在離子交換處理系統(tǒng)中，由于水中雜質浸入，至使樹脂性能下降，因尚未涉及樹脂結構的破壞， 故這種劣化現象稱樹脂的污染。樹脂的污染是一個可逆的過程，也就是當樹脂

4、被污染后，通過適當的處理，可以恢復其交換性能，這種處理稱為樹脂的復。（一）鐵對樹脂的污染1.污染的現象陽陰樹脂都可能發(fā)生鐵的污染，被鐵污染的樹脂的顏色明顯變深，甚至呈黑色； 鐵污染會使樹脂床層的壓降增加和可能導致偏流；嚴重降低交換容量和再生效率；會使樹脂含水量增加；還會使陰樹脂加速降解。2. 污染的原因在陽樹脂的使用中，原水帶入的鐵離子大部分以Fe2+ 存在，它們被樹脂吸附后，部分被氧化為 Fe3+ ，再生時這些鐵離子不能完全被H + 交換出來。這是由于形成的高價鐵化合物，牢固地沉積在樹脂部和表面，堵塞了樹脂微孔，從而影響了孔道擴散，造成鐵的污染。 在水的預處理中，使用鐵鹽作混凝劑時，部分礬花

5、被帶入陽床，由于樹脂層的過濾作用，礬花被積聚在樹脂表面，再生時，酸液溶解了礬花，使之成為Fe3+ 也會形成鐵污染。一般用于軟化水處理的納離子交換的陽樹脂，更容易受到鐵的污染。鐵對陰樹脂污染的原因主要是再生用的燒堿溶液中含有Fe 2O 3 和 NaClO 3，它們生成高鐵酸鹽（如FeO 43+ ）。高鐵酸鹽隨堿液進入陰床后，因pH 值降低，發(fā)生分解反應：2FeO 4 2+ +10H +2Fe 3+ +3/2O2 +5H 2 OFe3+ 進一步形成Fe(OH) 3 。隨著于陰樹脂顆粒表面上，造成鐵的污染。3.鑒別的方法取一定量被鐵污染的樹脂用清水洗凈， 并浸泡在食鹽水溶液中再生半小時左右， 傾去食

6、鹽水溶液，再用蒸餾水洗劑 2 3 次，從中取出一部分樹脂放入具塞試管中，加入兩倍樹脂體積的 6 mol L 鹽酸溶液，蓋嚴震蕩15 分鐘后。取出一部分酸液至另一試管中，并滴入飽和亞鐵氰化鉀溶液， 如果形成普魯士藍沉淀， 即可判斷出有鐵污染。 根據普魯士藍顏色的深淺，可判定其鐵污染的程度，顏色越深，鐵污染越嚴重。4. 樹脂的復一般情況，沒100g樹脂中含鐵量超過150mg時，就要進行復。對于樹脂表面的鐵化合物，可用4% 連二亞硫酸鈉Na 2SO 4 溶液浸泡4 12h ，也可配用EDTA 、三乙酸銨和酒石酸等絡合劑進行綜合處理；對于樹脂部積結的鐵化合物，可用10% 的HCl浸泡5 12h ，或配

7、用其他絡合劑協(xié)同復處理。強堿性陰樹脂被鐵污染后，在用酸復前，必須先轉為Cl型樹脂，以防用酸液復時，發(fā)生酸堿中和反應時放熱而損壞樹脂。弱堿性陰樹脂則無此問題。5. 防止鐵污染的方法（ 1 ）減少陽床進水的含鐵量，對含鐵量高的地下水，應采用曝氣處理和孟砂過濾除鐵。對含鐵量高的地表水或使用鐵鹽作為混凝劑時，應添加一定量的堿性物質，如Ca(OH) 2 或NaOH ，提高水的pH 值，從而提高混凝的效果，防止鐵離子進入陽床。（ 2 ）對輸送高含鹽量原水的管道及貯槽，應采取防腐措施，減少水中含鐵量。（ 3 ）陰床再生用燒堿的貯槽及輸送管道，應采用襯膠進行防腐，以減少再生堿液中的鐵含量。（二）鋁對樹脂的污染

8、1.污染的現象在交換器，有鋁化合物的絮凝體覆蓋在樹脂表面上，致使樹脂交換容量降低。2.污染的原因通常采用鋁鹽進行水的混凝處理時，因沉淀或過濾效果不好，而進入離子交換器所致。由于 Al 3+ 與樹脂的交換基團有很強的吸附作用，故用食鹽水溶液再生也難以除去。一般鋁的污染在軟化水處理系統(tǒng)中的陽樹脂要比除鹽水系統(tǒng)中的陽樹脂嚴重。3.樹脂的復通常用 10%HCl溶液或配合適當的絡合劑對被鋁污染的樹脂進行協(xié)同反洗，鹽酸用量可按每升樹脂加300 克濃鹽酸（濃度為33% 計）。4.防止鋁污染的方法因為天然水中鋁的含量極微，所以， 采用鋁鹽作為混凝劑進行水預處理時，必須提高沉淀和過濾的效率，這是防止鋁污染樹脂的

9、關鍵。（三）鈣對樹脂的污染1. 污染的現象離子交換器流出水中發(fā)生Ca2+ 和 SO 4 2的過早泄露。2. 污染的原因陽離子交換樹脂用硫酸水溶液再生時，由于水溶液中SO 42和Ca2+ 的濃度的乘積，超過了硫酸鈣的濃度積，析出的CaSO 4 沉淀覆蓋的樹脂表面上，而造成鈣對陽樹脂的污染。3. 樹脂的復與上述被鐵、鋁污染的樹脂的復方法相同。4. 防止鈣污染的方法若用硫酸再生樹脂時，可分兩步或三步再生。開始先采用低濃度、高流速的硫酸溶液再生，一旦形成硫酸鈣沉淀，析出的顆粒就會被溶液充走；而后采用高濃度、低流速的硫酸溶液再生，因此時樹脂中的大部分Ca2+ 已被去除，所以，剩下少部分Ca 2+ 不會形

10、成CaSO 4沉淀析出，而是隨溶液被沖走。（四）硅對樹脂的污染1.污染的現象及原因樹脂被硅污染后，其離子交換器出水中連續(xù)有二氧化硅泄露，使除硅效率降低。硅污染一般是由于再生時樹脂中膠體硅污染物未被完全除去，致使強堿性陰樹脂吸著的可溶性硅水解為硅酸， 并在樹脂逐漸聚合成膠體狀態(tài)的多硅酸析出，被覆在樹脂表面上，酸鹽 HSiO 3并堵塞孔道，使交換容量下降，出水中SiO2 含量增加。2. 樹脂的復通常采用溫度為40 50的 4% 8%苛性鈉溶液再生、清洗，可以使強堿性陰樹脂的膠體硅污染降至最低。3. 防止硅污染的方法(1) 陰床失效后應及時再生，而不在失效態(tài)備用。再生時堿液應加熱（型樹脂不高于 40

11、，型樹脂不超過 35），堿液濃度可降低至 2%，再生液的流速應不小于 5m/h，但應保持進再生液的時間不少于30min。（ 2）在弱型樹脂一強型樹脂聯合應用的系統(tǒng)中，要從設計上保證弱型樹脂先失效。（五）油對樹脂的污染1. 污染的現象被油污染的樹脂其外觀顏色由棕變黑，在樹脂表面形成一層油膜，使樹脂粘在一起，導致交換容量下降、 樹脂層水流不均勻，周期制水量明顯減少。另外，由于樹脂表面油膜存在，使樹脂在水中的浮力增大，造成樹脂反洗時流失。由于鐵污染后其樹脂顏色與有污染類同，簡易的鑒別方法是將樹脂放入試管中，再向試管中注入兩倍于樹脂體積的水，經激烈震蕩后，若水面出現“彩虹”即為油污染；否則是鐵污染。2

12、. 污染的原因油對樹脂的污染主要是由于油被吸附于骨架上或被覆蓋于樹脂顆粒的表面，而造成樹脂微孔的污染。 這些油的來源是地表水中存在的以及水處理系統(tǒng)中或生產工藝流程中溶入或蒸汽系統(tǒng)漏人原水中的礦物油等。3. 樹脂的復(1)NaOH 溶液循環(huán)清洗本法基于 NaOH溶液對礦物油的乳化作用，清除樹脂中的油污。一般使用溫度為38 40的 8% 9%NaOH溶液，自堿液箱（約310m）流經陰床、陽床后，再返回到堿液箱進行循環(huán)清洗。清洗過程中，補充NaOH以保持循環(huán)液中NaOH的濃度。（ 2）溶劑清洗使用石油醚或200 號溶劑汽油對樹脂進行清洗。清洗過程中要注意防火安全。(3) 溶劑與表面活性劑聯合清洗使用

13、樹脂體積20%的 200 號溶劑汽油和一定量的非離子型表面活性劑TX 10（聚氯乙烯辛烷基苯酚），加入交換器后，保持溫度45 50，用無油壓縮空氣攪拌并擦洗，30 分鐘后再加一定量TX 10 表面活性劑，使油乳化。最后，從交換器頂部進水，將乳化液從底部排出，至沖洗干凈為止。（六）有機物對樹脂的污染有機物對強酸性陽樹脂的污染很少發(fā)生，只可能發(fā)現陽樹脂顆粒便面有沉積物，這些沉積物通過空氣擦洗和用水進行反洗就可以將其去除。但有機物對陰樹脂極易造成污染。如在除鹽水處理系統(tǒng)中，強堿性陰樹脂易被有機物污染。1. 有機物污染的特征（ 1）強堿性陰樹脂被污染后，顏色變深，從淡黃色變?yōu)樯钭厣敝梁谏?。?2）

14、樹脂工作交換容量降低，陰床的周期制水量明顯下降。（ 3）出水的 PH值降低和電導率增大，這是由于樹脂遭有機物污染后，有機酸漏人出水中所致，這時可使出水的PH值降至 5.4 5.7 。（ 4）出水中的 SiO2 含量增大。這是由于水中所含有機酸（富維酸和腐植酸）的離解常數大于 H2SiO3，因此，附著在樹脂上的有機物可抑制樹脂對 H2SiO3 的交換或排代出已吸著的 H2SiO3，造成陰床 SiO2 過早地漏過。（ 5）陰床清洗時間增加，清洗用水量亦增加。因吸著在樹脂上的有機物含有大量的COOH基團，樹脂再生時變?yōu)?COONa，在清洗過程中， COONa中 Na+不斷被陰床進水中的礦質酸排代出來

15、，增加了清洗時間和清洗用水量。2. 有機物污染的原因由于水中的有機物是由動植物腐爛后分解生成的腐植酸、富維酸和丹寧酸等帶負電基團的線型大分子， 它們能與強堿性陰樹脂發(fā)生交換反應。但這些線型的大分子一旦進入樹脂部，其帶負電的基團與陰樹脂帶正電的固定基團發(fā)生電性復合作用，緊緊地吸附在交換位置上。另外這些線型大分子上通常帶有多個基團，能與樹脂的多處交換位置復合，致使它們卷曲在樹脂骨架的空間， 故采用一般的再生方法難于將它們從樹脂的孔道中退出來，這種想象稱為“瓶頸效應”。強酸性陽樹脂被氧化而降解的產物二乙烯苯以及陽樹脂機械破碎而形成帶負電基團的膠狀物，也可以使陰樹脂受到污染。3. 污染的鑒別將陰樹脂裝

16、入具塞而有氣孔的小玻璃瓶中，加入蒸餾水震蕩，連續(xù)洗劑34 次，以去除表面的附著物，最后倒盡洗劑水。換裝 10%食鹽水， 震蕩 5 10 分鐘后， 觀察鹽水的顏色，按色澤判別污染的程度，見表11 12。表 11 12陰樹脂被有機物污染程度的判別色澤污染程度清澈透明不污染淡草黃色輕度污染琥鉑色中度污染棕色重度污染深棕色或黑色嚴重污染4. 樹脂的復除去樹脂中有機物污染的有效復方法， 是用堿性食鹽水溶液 (10%的 NaCl 溶液中加 2%的NaOH)處理，如果將溶液加熱到 40 50，效果更好。堿性食鹽水溶液的用量為 1 3 倍樹脂體積， 處理流速為3 6m/h 。處理時， 開始排出的處理液呈深褐色

17、。當排出液呈淡黃色時，就可以認為凈化處理已結束。然后對樹脂進行沖洗（用2 倍樹脂床體積的沖洗水沖洗20 分鐘），接著用兩倍的再生藥劑量對樹脂進行再生。有時會出現某些有機物很難從陰樹脂中除去的情況。此時，建議用專門的化學藥劑進行處理。為了了解處理效果，應預先進行試驗。一般情況下，強堿性陰樹脂每6 12 個月復一次。5. 防止有機物對強堿性陰樹脂污染的方法（ 1）采用氯或臭氧氧化這是除去天然水中有機物的常用方法。（ 2）采用混凝 - 澄清過濾當水中有懸浮的和膠體的有機物時，此法是很有效的。（ 3）采用活性炭過濾可用于吸附，從而除去水中多種物質，其中包括無機、有機的膠體和溶解的高分子有機化合物等。（ 4）采用有機物清除器通常有 Cl 型有機物清除器和OH型有機物清除器。前