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離子交換樹脂的變質(zhì)和污染

在離子交換水處理系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，各種離子交換樹脂常常會(huì)漸漸改變其性能。原因有二：一是樹脂的本質(zhì)改變了，即其化學(xué)結(jié)構(gòu)受到破壞；二是外來雜質(zhì)的污染。由前一種情況造成的樹脂性能的改變，是無法恢復(fù)的；由后一種情況所造成的樹脂性能的改變，則可以采取適當(dāng)?shù)拇胧┫@些污物，從而使樹脂性能復(fù)原或改進(jìn)。

1.變質(zhì)

(1)陽樹脂

陽樹脂在應(yīng)用中變質(zhì)的主要原因是由于水中的氧化劑，如游離氯、硝酸根等；當(dāng)溫度高時(shí)，樹脂受氧化劑的侵蝕更為嚴(yán)重，若水中有重金屬離子，則能起催化作用。

關(guān)于陽樹脂氧化過程，現(xiàn)尚不完全清楚。一般認(rèn)為樹脂氧化結(jié)果，使苯環(huán)間碳鏈斷開，并形成羧酸和酮。

陽樹脂氧化后發(fā)生的現(xiàn)象為：顏色變淺，樹脂體積變大，因此易碎和體積交換容量降低，但質(zhì)量交換容量變化不大。

實(shí)踐證明：強(qiáng)酸H樹脂受侵害程度更為強(qiáng)烈，如當(dāng)進(jìn)水中含有0.5mg/LCl2時(shí)，只要運(yùn)行4—6個(gè)月，樹脂就有顯著變化。

磺酸基陽樹脂的碳鏈氧化產(chǎn)物，由樹脂上脫落下來變?yōu)榭扇苄晕镔|(zhì)，還含有弱酸基。當(dāng)它進(jìn)入陰離子交換器，會(huì)首先被陰樹脂吸附，使水質(zhì)降低。

除去水中游離氯常用兩種方法：一是用活性碳過濾器，另一種是加亞硫酸鈉。

(2)陰樹脂

總的來說，陰樹脂的化學(xué)穩(wěn)定性比陽樹脂差，所以它對氧化劑和高溫的抵抗力也較差。但由于在除鹽系統(tǒng)中，陰離子設(shè)在陽離子交換器之后，故受害較輕；一般只是溶于水中的氧對陰樹脂起破壞作用。

陰樹脂更易遭受侵害的部位是其分子中的的氮。如強(qiáng)堿性陰樹脂受侵害時(shí)，季氮逐漸變?yōu)槭?、仲、伯氮，使堿性減弱，最后降為非堿性物質(zhì)。所以，強(qiáng)堿陰樹脂在氧化變質(zhì)過程中，表現(xiàn)出來的是交換基團(tuán)的總量和強(qiáng)堿性交換基團(tuán)的數(shù)量逐漸減少，且后者大于前者。這是因?yàn)殛帢渲谎趸跗?，季胺基團(tuán)在大多數(shù)情況下，變成能進(jìn)行陰離子交換的弱堿性基團(tuán)。

II型強(qiáng)堿性樹脂比I型易受氧化。

運(yùn)行時(shí)提高水溫會(huì)使樹脂氧化速度加快。

2.污染原因及處理方法

(1)陽樹脂

陽樹脂會(huì)受到進(jìn)水中的懸浮物、鐵、鋁、油脂類CaSO4等物質(zhì)污染。在除鹽系統(tǒng)中用的陽樹脂受鐵、鋁污染的可能性很小，因?yàn)橐运嶙髟偕鷦┠芎芎玫厝芙夂颓宄F、鋁的沉積物。采用硫酸作再生劑時(shí)，可能會(huì)有硫酸鈣沉積在樹脂表面。

若陽樹脂受污染，可用下述方法處理。

1)空氣擦洗。從顯微鏡下能看出樹脂表面有沉積物時(shí)，可采用空氣擦洗法除去。所用壓縮空氣應(yīng)凈化。

2)酸洗法。對那些不能用擦洗法除去的物質(zhì)，如鐵、鋁、鈣和鎂的鹽類，可用鹽酸進(jìn)行酸洗。

首先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)以確定處理樹脂所需酸濃度、酸量和時(shí)間。

工業(yè)設(shè)備進(jìn)行酸洗。在除鹽系統(tǒng)中可利用原有的再生系統(tǒng)，配制成所需濃度酸液。對樹脂進(jìn)行酸浸泡或低流速循環(huán)，或浸泡和循環(huán)交替進(jìn)行。

陽樹脂酸洗處理可以輔以壓縮空氣擦洗。受CaSO4沉淀污染的陽樹脂可用EDTA的稀溶液清洗。

3)非離子表面活性劑清洗法。對由于水中有潤滑油、脂類及蛋白質(zhì)等有機(jī)物質(zhì)，嚴(yán)重影響樹脂的工藝特性，出現(xiàn)樹脂結(jié)塊，樹脂密度減小的不正常現(xiàn)象。其受污染樹脂特征主要是樹脂顏色變黑，極象是受Fe污染。但若將少量放入水中搖動(dòng)，有“彩虹”現(xiàn)象。受此類污染，可先將樹脂轉(zhuǎn)為鈉型，然后將非離了表面活性劑加入反洗水中，通入交換器進(jìn)行反洗即可除去。

(2)陰樹脂

強(qiáng)堿性陰樹脂在使用中，常易受到有機(jī)物、膠體硅、鐵的化合物等雜質(zhì)的污染，使交換容量降低。

1)有機(jī)物污染

對強(qiáng)堿性陰樹脂，較普遍的污染源為有機(jī)物，有機(jī)物以植物和動(dòng)物分解生成的腐植酸和富維酸為主，但種類很多。

受有機(jī)物污染的特征是交換容量下降，再生后正洗所需時(shí)間較長，樹脂顏色常變深，除鹽系統(tǒng)出質(zhì)量變壞pH降低。

凝膠型強(qiáng)堿性陰樹脂之所以易受腐植酸或富維酸污染，是由于其高分子骨架屬于苯乙烯系，是憎水性的，而腐植酸和富維酸也是憎水性的，二者難以解吸。此外，有機(jī)物分子上的弱酸基團(tuán)——COOH又起陽離子交換樹脂的作用。

R￠COOH + NaOH ? R￠COONa +H2O(再生時(shí))

R￠COONa + H2O ? R￠COOH +NaOH (制水時(shí))

為預(yù)防強(qiáng)堿性樹脂受有機(jī)物污染，應(yīng)合理采用過濾，活性碳吸附處理。

陰樹脂受有機(jī)物污染程度，可用下述簡易方法判斷。將50mm樹脂裝入錐形瓶中，用純水搖動(dòng)洗滌3—4次，以除去表面污染，然后加入10%食鹽水，劇烈搖動(dòng)5～10min后觀察鹽水的顏色，按溶液色澤判斷污染程度。

樹脂污染程度判斷

一般在樹脂受到中度污染時(shí)即進(jìn)行復(fù)蘇處理。

復(fù)蘇方法很多，較常用的是堿性食鹽水處理法，具體方法：用兩倍以上樹脂體積的含10%NaCl和1%NaOH混合液浸泡16～18小時(shí)，然后用水沖洗至pH為7～8。如將處理液加熱至40～50℃，效果會(huì)提高，但I(xiàn)I型樹脂只能用40℃。

工業(yè)用NaCl和NaOH混合后，會(huì)產(chǎn)生沉淀，最好將沉淀物除去。

有的用含次氯酸鈉的氫氧化鈉溶液處理嚴(yán)重污染的樹脂，效果更好，但這種方法對樹脂有氧化作用，不易常用。

2)膠體硅污染

膠體通常不會(huì)污染強(qiáng)堿性陰樹脂，但當(dāng)再生條件不當(dāng)，如再生劑用量少，再生液溫度及再生流速過低時(shí)，就存在強(qiáng)堿性陰樹脂被膠體硅酸污染的可能性?，F(xiàn)在對于膠體硅酸污染的過程尚無統(tǒng)一看法。當(dāng)堿性陰樹脂處于失效狀態(tài)，長期停用后，再生時(shí)需用多量的堿，就是為除去膠體硅酸。

3)鐵污染

運(yùn)行中的樹脂也經(jīng)常被重金屬離子及其氧化物污染，其中較常遇到的是鐵的化合物。陰樹脂再生時(shí)堿液中含有鐵的化合物較多而引起。鐵與大分子有機(jī)物生成絡(luò)合物進(jìn)入樹脂網(wǎng)絡(luò)，也會(huì)導(dǎo)致陰樹脂受到污染。

陰樹脂受鐵污染后顏色變黑，性能降低，再生效率降低，再生劑用量與清洗水耗增加，受鐵污染后的陰樹脂一般也采用與陽樹脂相同的酸洗法進(jìn)行處理。

如果陰樹脂既被有機(jī)物污染，又被鐵離子及其氧化物污染，則應(yīng)先除去鐵離子及其氧化物，而后除有機(jī)物。

利用超聲波清洗受污染的陰、陽離子交換樹脂是近年來應(yīng)用的一項(xiàng)新技術(shù)。