离子交换树脂污染的处理与预防

离子交换树脂污染的处理与预防

作者：迟海杰

来源：《科学与财富》2017年第27期

摘要：通过近几年的树脂试验，发现目前常见的树脂变质污染主要表现为强酸阳树脂污染、强碱阴树脂污染。本文针对这两个方面的污染机理以及处理预防措施进行探讨。

关键词：离子交换树脂污染；原因；处理与预防

引言

近年来，由于地表河流污染的加重，地表水中离子含量大幅增加，从而导致离子交换树脂的污染时有发生。云南天安化工有限公司脱盐水原水采用离子交换树脂处理，冷凝液采用精密过滤加混床树脂处理，但是随着运行时间的增加，树脂污染时有发生。

一、离子交换树脂污染的原因

1、强酸阳树脂

阳树脂一般会被原水中的悬浮物、油类及微量的有机物、重金属污染。但从目前所做的大量试验发现，阳树脂被氯氧化变质的情况所占比例较大。氯是一种强氧化剂，对强酸树脂有很大的破坏作用，会导致树脂的强度降低，树脂的工作交换容量降低，再生的酸耗明显增大，再生用水量增加。阳树脂的碳链氧化断裂产物由树脂上脱落下来，变为可溶性物质。这些可溶性物质中还会有弱酸基，因此当它随水流进入阴离子交换器时，首先被阴树脂吸着，吸着不完全时，就流进阴离子交换器的出水中。有的甚至会随补充水送到锅炉，在锅炉高温、高压下，树脂分解成有机酸，在水冷壁管内蒸发和浓缩，容易引起水冷壁管及汽轮机叶片的酸性腐蚀，严重影响机组的安全运行。氧化剂来源如下：

（1）由于地下水的紧缺，有许多电厂的水源改为地表水，而地表水中微生物较多，为了防止细菌的生长需要加入杀菌剂—氯来杀菌，过剩的余氯对树脂就会造成危害。

（2）阳树脂失效后所用的再生剂为副产品酸，副产品酸中氯的含量超标。如前述某热电厂进水一直用地下水，水质变化在半年内不大，来水管道或再生系统也未发生严重腐蚀，不会引起强酸阳树脂的铁污染。对阳树脂失效后所用的再生剂—盐酸进行送检，发现其残余氯的含量超过了标准值的20倍。

2、强碱阴树脂

有机物、铁、硅、微生物胶体或类胶体都会对阴离子交换树脂产生污染，通常情况下有机物的污染起主导作用，而铁、硅等其他杂质对树脂的污染是与有机物产生的污染同时进行的，它们相互缔合或呈共聚状。在水体中腐殖酸是以复杂的芳香核为核心，通过化学或物理形式如共价健作用力、静电作用力、范德华作用力、氢键等作用力连接着多糖、蛋白质、简单酚、金属。

可见有机物是产生阴离子交换树脂污染的主要因素。天然水中存在的有机物主要是腐殖酸。腐殖酸是分子量很大的带有多胺基和多梭基的酸类物质，其成分极其复杂，并随着环境条件的变化而变化。由于腐殖酸分子量大而亲水性差，在与树脂的接触过程中，很容易被具有多孔性和疏水性的树脂骨架吸附。这种吸附以范德华力为主，一旦腐殖酸吸附在阴离子交换树脂上，它的易弯曲性以及树脂的多孔瓶颈性，导致腐殖酸不易被洗脱，树脂在运行过程中有机物会越积越多，从而影响树脂的正常离子交换过程，造成对阴离子交换树脂的污染。

就水处理系统而言，阴离子交换树脂受有机物、硅污染的可能性大，而受金属污染的可能性小。因为阴床在阳床之后，阴离子交换树脂在运行、再生过程中接触的金属离子量较小，所以一般情况下，阴离子交换树脂受金属污染的程度不严重。由于阳床并不能有效地去除生水中的有机物和胶体硅等杂质，当阴离子交换树脂再生不充分时，就可能引发硅污染问题。

近年来研究发现，阴离子交换树脂在受有机物污染的同时，常常伴有胶体硅污染问题。具体表现为树脂在使用一定时间后，出现颜色变深、体积膨胀；设备周期制水量减少；正洗时间延长、再生操作困难；出水漏硅量增大、电导率值上升等现象。

二、离子交换树脂污染的处理与预防

1、阳树脂的处理方法

（1）压缩空气擦洗法

主要是除去树脂表面的悬浮物，先将树脂，小反洗再大反洗，待树脂沉降之后树脂表面留有300mm左右，用压缩空气从树脂的最底部进入，保持阳床的顶部出排气口压力在0.2MPa左右10分左右，再反洗至水清，这样如此循环几次直到反洗出水澄清为止就会到目的。

（2）酸洗法

从树脂污染的状况来看，假若树脂是被铁离子、铝离子等污染，用压缩空气擦洗是难以除去的，可以使用盐酸处理。可以事先做个小型试验来确定树脂污染的程度以便确定酸洗的浓度以及酸洗的时间，可以利用现场的再生系统，配置合适的盐酸浓度进行酸洗。酸洗之前树脂最好使用压缩空气擦洗、反洗后再进行酸洗或者酸的浸泡。

（3）碱洗法

如果来水之中含有微量的油脂以及有机化合物，此类物质会在树脂的表面形成一层油膜，从而导致树脂变黑、阻止水中的离子与树脂交换，与阳树脂受铁污染后变黑相似的状态不易辨别。可以通过小型试验来确定，取少量受污染的树脂放入25ml的试管中，加少量的除盐水剧烈的摇动，偌水面出现“彩虹”现象，则说明树脂已被油脂有机化合物所污染。此污染物可以用5%的NaOH溶液并加热到55±5℃进行碱洗，每次清洗3～4小时，采用动态与浸泡的方法都行，反复进行以上操作最少3次以上即可。

可以通过再生系统，调整进碱浓度在6～8%之间（有加热装置最好），待中排出水碱浓度在4%左右时停止进减，开始浸泡6～8小时。用除盐水清洗至酚酞不变色为止；调整进酸浓度在6～8%之间，待中排出水酸浓度在4%左右时停止进算，开始浸泡6～8小时。用除盐水清洗至甲基橙不变色为止。

2、阴树脂的处理方法

因为影响离子交换反应的因素众多，它既受原水中水质、阴离子性质及树脂性能的影响，又受离子交换装置、操作条件的影响。离子交换树脂的悬浮物的污染在很大程度上取决于操作条件和使用环境。当制备纯水的离子交换系统长期搁置不用，系统暴露于大气之中，使系统中滋生细菌，甚至生成蓝藻或者树脂变色，这些都是离子交换树脂悬浮物中毒的主要原因。有学者研究表明，水中的溶解性有机物主要是依靠范德华力吸附在离子交换树脂的骨架上。由于阴离子交换树脂的结构决定它极易受到污染，且污染后难以复苏。因为阴离子交换树脂耐受温度范围窄（0℃～48℃），当混床出水电阻率变化曲线呈图1形式时，我们即视该系统离子交换树脂被污染。温度过高容易造成树脂分解；冬季温度过低，会导致树脂破裂，因此处理受污染的树脂时应慎重。对于出水电导率为5μsΩ？cm，PH值为5.5以下的被污染制水系统，则可采取下列措施：

（1）先用大量的清水反复冲洗系统，使之趋于清澈透明，而后将树脂置入容器中。

（2）用45℃左右的温水浸泡3h，期间不断添加热水，保持溶液温度不低于40℃，目的是让树脂月彭胀，然后用水洗净树脂内吐出的污染物。

（3）配置碱性氯化钠溶液，以氯化钠与氢氧化钠之比5：1，将溶液pH值调至10，并加热到42℃左右。

（4）伪去除树脂中的有机物，需添加部分氧化剂，如次氯酸钠或者过氧化钠，本文为0.4wt%的次氯酸钠。