离子交换树脂的变质

离子交换树脂的变质、污染与复

一、离子交换树脂的变质

离子交换树脂在水处理系统运行的过程中，由于氧化或降解，树脂结构遭受破坏，这是一种不可逆的树脂的劣化，成为树脂的变质。

（一）阳离子交换树脂的氧化

1.阳树脂氧化的原因和现象

阳树脂氧化的主要原因是由于水中有氧化剂，如游离氯、硝酸根等，水中重金属离子能起催化作用，当温度高时，树脂受氧化剂浸蚀更为严重，其结果是使树脂交换基团降解和交换骨架断裂，树脂颜色变淡和其体积增大。

2.防止树脂被氧化的方法

（1）活性炭过滤用活性炭过滤水进行脱氧是防止树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进行下面的化学反应。其反应为：

C­­－+HOCl→CO－+HCl

活性炭脱氯是一种简单、经济、行之有效的方法，故得到普通应用。

（2）化学还原法化学还原法是在含有余氯的水中，投加一定量还原剂（如SO2或Na2SO3）进行脱氯。

（3）选用高交联度的大孔阳树脂。

（4）避免使用质量差的盐酸其中含有氧化剂对阳树脂造成危害。

（二）强碱性阴树脂的降解

在离子交换水处理系统中，强碱性阴树脂通常是置于阳树脂后使用，一般是遭受水中溶解氧的氧化，以及再生过程中碱中所含的氧化剂（如ClO3－和FeO42－）的氧化，其结果是强碱性季铵基团逐渐降解，但不会发生骨架的断链。在化学除盐工艺中，强碱性阴树脂的降解主要表现为对中性盐的分解容量，特别是对硅的交换容量下降。

季铵基团受氧化后，按叔、仲、伯胺顺序降解的过程如下：

CH3 CH3

R—N CH3 [O]R—N [O] R═N—CH3 [O]R≡N 非碱性物质

CH3

CH3

2.防止强碱性阴树脂降解的方法

(1) 真空除气法通过使用真空除气器，减少阴床进水中的氧含量。

(2)降低再生液中含铁量降低再生液中含铁良，必须认真做好碱液系统中的铁的腐蚀控制。

(3)选用隔膜法生产的烧碱，降低碱液中NaClO3的含量（可降至6～7㎎／L）。

二、离子交换树脂的污染与复

在离子交换处理系统中，由于水中杂质浸入，至使树脂性能下降，因尚未涉及树脂结构的破坏，故这种劣化现象称树脂的污染。树脂的污染是一个可逆的过程，也就是当树脂被污染后，通过适当的处理，可以恢复其交换性能，这种处理称为树脂的复。

（一）铁对树脂的污染

1.污染的现象

阳阴树脂都可能发生铁的污染，被铁污染的树脂的颜色明显变深，甚至呈黑色；铁污染

会使树脂床层的压降增加和可能导致偏流；严重降低交换容量和再生效率；会使树脂含水量增加；还会使阴树脂加速降解。

2.污染的原因

在阳树脂的使用中，原水带入的铁离子大部分以Fe2+存在，它们被树脂吸附后，部分被氧化为Fe3+，再生时这些铁离子不能完全被H+交换出来。这是由于形成的高价铁化合物，牢固地沉积在树脂部和表面，堵塞了树脂微孔，从而影响了孔道扩散，造成铁的污染。在水的预处理中，使用铁盐作混凝剂时，部分矾花被带入阳床，由于树脂层的过滤作用，矾花被积聚在树脂表面，再生时，酸液溶解了矾花，使之成为Fe3+也会形成铁污染。一般用于软化水处理的纳离子交换的阳树脂，更容易受到铁的污染。

铁对阴树脂污染的原因主要是再生用的烧碱溶液中含有Fe2O3和NaClO3，它们生成高铁酸盐（如FeO43+）。高铁酸盐随碱液进入阴床后，因pH值降低，发生分解反应：

2FeO42++10H+ 2Fe3++3/2O2+5H2O

Fe3+进一步形成Fe(OH)3。随着于阴树脂颗粒表面上，造成铁的污染。

3.鉴别的方法

取一定量被铁污染的树脂用清水洗净，并浸泡在食盐水溶液中再生半小时左右，倾去食

盐水溶液，再用蒸馏水洗剂2～3次，从中取出一部分树脂放入具塞试管中，加入两倍树脂体积的6 mol／L 盐酸溶液，盖严震荡15分钟后。取出一部分酸液至另一试管中，并滴入饱和亚铁氰化钾溶液，如果形成普鲁士蓝沉淀，即可判断出有铁污染。根据普鲁士蓝颜色的深浅，可判定其铁污染的程度，颜色越深，铁污染越严重。

4.树脂的复

一般情况，没100g树脂中含铁量超过150mg时，就要进行复。对于树脂表面的铁化

合物，可用4%连二亚硫酸钠Na2SO4溶液浸泡4～12h，也可配用EDTA、三乙酸铵和酒石酸等络合剂进行综合处理；对于树脂部积结的铁化合物，可用10%的HCl浸泡5～12h，或配用其他络合剂协同复处理。

强碱性阴树脂被铁污染后，在用酸复前，必须先转为Cl型树脂，以防用酸液复时，发生酸碱中和反应时放热而损坏树脂。弱碱性阴树脂则无此问题。

5.防止铁污染的方法

（1）减少阳床进水的含铁量，对含铁量高的地下水，应采用曝气处理和孟砂过滤除铁。对含铁量高的地表水或使用铁盐作为混凝剂时，应添加一定量的碱性物质，如Ca(OH)2或NaOH，提高水的pH值，从而提高混凝的效果，防止铁离子进入阳床。

（2）对输送高含盐量原水的管道及贮槽，应采取防腐措施，减少水中含铁量。

（3）阴床再生用烧碱的贮槽及输送管道，应采用衬胶进行防腐，以减少再生碱液中的铁含量。

（二）铝对树脂的污染

1.污染的现象

在交换器，有铝化合物的絮凝体覆盖在树脂表面上，致使树脂交换容量降低。

2.污染的原因

通常采用铝盐进行水的混凝处理时，因沉淀或过滤效果不好，而进入离子交换器所致。由于Al3+与树脂的交换基团有很强的吸附作用，故用食盐水溶液再生也难以除去。一般铝的污染在软化水处理系统中的阳树脂要比除盐水系统中的阳树脂严重。

3.树脂的复

通常用10%HCl溶液或配合适当的络合剂对被铝污染的树脂进行协同反洗，盐酸用量可按每升树脂加300克浓盐酸（浓度为33%计）。

4.防止铝污染的方法

因为天然水中铝的含量极微，所以，采用铝盐作为混凝剂进行水预处理时，必须提高沉淀和过滤的效率，这是防止铝污染树脂的关键。

（三）钙对树脂的污染

1.污染的现象

离子交换器流出水中发生Ca2+和SO42－的过早泄露。

2.污染的原因

阳离子交换树脂用硫酸水溶液再生时，由于水溶液中SO42－和Ca2+的浓度的乘积，超过

了硫酸钙的浓度积，析出的CaSO4沉淀覆盖的树脂表面上，而造成钙对阳树脂的污染。

3.树脂的复

与上述被铁、铝污染的树脂的复方法相同。

4.防止钙污染的方法

若用硫酸再生树脂时，可分两步或三步再生。开始先采用低浓度、高流速的硫酸溶液再生，一旦形成硫酸钙沉淀，析出的颗粒就会被溶液充走；而后采用高浓度、低流速的硫酸溶液再生，因此时树脂中的大部分Ca2+已被去除，所以，剩下少部分Ca2+不会形成CaSO4沉淀析出，而是随溶液被冲走。

（四）硅对树脂的污染

1.污染的现象及原因

树脂被硅污染后，其离子交换器出水中连续有二氧化硅泄露，使除硅效率降低。硅污染一般是由于再生时树脂中胶体硅污染物未被完全除去，致使强碱性阴树脂吸着的可溶性硅酸盐HSiO3－水解为硅酸，并在树脂逐渐聚合成胶体状态的多硅酸析出，被覆在树脂表面上，并堵塞孔道，使交换容量下降，出水中SiO2含量增加。

2.树脂的复

通常采用温度为40～50℃的4%～8%苛性钠溶液再生、清洗，可以使强碱性阴树脂的胶体硅污染降至最低。

3.防止硅污染的方法