離子交換樹脂的變質和污染

在離子交換水處理系統(tǒng)的運行過程中，各種離子交換樹脂常常會漸漸改變其性能。原因有二：一是樹脂的本質改變了，即其化學結構受到破壞；二是外來雜質的污染。由前一種情況造成的樹脂性能的改變，是無法恢復的；由后一種情況所造成的樹脂性能的改變，則可以采取適當的措施消除這些污物，從而使樹脂性能復原或改進。

1.變質

(1)陽樹脂

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

關于陽樹脂氧化過程，現尚不完全清楚。一般認為樹脂氧化結果，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，但質量交換容量變化不大。

實踐證明：強酸H樹脂受侵害程度更為強烈，如當進水中含有0.5mg/LCl2時，只要運行4—6個月，樹脂就有顯著變化。

磺酸基陽樹脂的碳鏈氧化產物，由樹脂上脫落下來變?yōu)榭扇苄晕镔|，還含有弱酸基。當它進入陰離子交換器，會首先被陰樹脂吸附，使水質降低。

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。如強堿性陰樹脂受侵害時，季氮逐漸變?yōu)槭濉⒅?、伯氮，使堿性減弱，最后降為非堿性物質。所以，強堿陰樹脂在氧化變質過程中，表現出來的是交換基團的總量和強堿性交換基團的數量逐漸減少，且后者大于前者。這是因為陰樹脂被氧化初期，季胺基團在大多數情況下，變成能進行陰離子交換的弱堿性基團。

II型強堿性樹脂比I型易受氧化。

運行時提高水溫會使樹脂氧化速度加快。

2.污染原因及處理方法

(1)陽樹脂

陽樹脂會受到進水中的懸浮物、鐵、鋁、油脂類CaSO4等物質污染。在除鹽系統(tǒng)中用的陽樹脂受鐵、鋁污染的可能性很小，因為以酸作再生劑能很好地溶解和清除鐵、鋁的沉積物。采用硫酸作再生劑時，可能會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，可采用空氣擦洗法除去。所用壓縮空氣應凈化。

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

首先進行實驗室試驗以確定處理樹脂所需酸濃度、酸量和時間。

工業(yè)設備進行酸洗。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。對樹脂進行酸浸泡或低流速循環(huán)，或浸泡和循環(huán)交替進行。

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、脂類及蛋白質等有機物質，嚴重影響樹脂的工藝特性，出現樹脂結塊，樹脂密度減小的不正?，F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，有“彩虹”現象。受此類污染，可先將樹脂轉為鈉型，然后將非離了表面活性劑加入反洗水中，通入交換器進行反洗即可除去。

(2)陰樹脂

強堿性陰樹脂在使用中，常易受到有機物、膠體硅、鐵的化合物等雜質的污染，使交換容量降低。

1)有機物污染

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

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

凝膠型強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，有機物分子上的弱酸基團——COOH又起陽離子交換樹脂的作用。

R￠COOH + NaOH ? R￠COONa +H2O(再生時)

R￠COONa + H2O ? R￠COOH +NaOH (制水時)

為預防強堿性樹脂受有機物污染，應合理采用過濾，活性碳吸附處理。

陰樹脂受有機物污染程度，可用下述簡易方法判斷。將50mm樹脂裝入錐形瓶中，用純水搖動洗滌3—4次，以除去表面污染，然后加入10%食鹽水，劇烈搖動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即進行復蘇處理。

復蘇方法很多，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，然后用水沖洗至pH為7～8。如將處理液加熱至40～50℃，效果會提高，但II型樹脂只能用40℃。

工業(yè)用NaCl和NaOH混合后，會產生沉淀，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

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

3)鐵污染

運行中的樹脂也經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。陰樹脂再生時堿液中含有鐵的化合物較多而引起。鐵與大分子有機物生成絡合物進入樹脂網絡，也會導致陰樹脂受到污染。

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行處理。

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

利用超聲波清洗受污染的陰、陽離子交換樹脂是近年來應用的一項新技術。