离子交换树脂的变质和污染

　　在离子交换水处理系统的运行过程中，各种离子交换树脂常常会渐渐改变其性能。原因有二：一是树脂的本质改变了，即其化学结构受到破坏;二是外来杂质的污染。由前一种情况造成的树脂性能的改变，是无法恢复的;由后一种情况所造成的树脂性能的改变，则可以采取适当的措施消除这些污物，从而使树脂性能复原或改进。

　　1.变质

　　(1)阳树脂

　　阳树脂在应用中变质的主要原因是由于水中的氧化剂，如游离氯、硝酸根等;当温度高时，树脂受氧化剂的侵蚀更为严重，若水中有重金属离子，则能起催化作用。

　　关于阳树脂氧化过程，现尚不完全清楚。一般认为树脂氧化结果，使苯环间碳链断开，并形成羧酸和酮。

　　阳树脂氧化后发生的现象为：颜色变浅，树脂体积变大，因此易碎和体积交换容量降低，但质量交换容量变化不大。

　　实践证明：强酸H树脂受侵害程度最为强烈，如当进水中含有0.5mg/LCl2时，只要运行4—6个月，树脂就有显著变化。

　　磺酸基阳树脂的碳链氧化产物，由树脂上脱落下来变为可溶性物质，还含有弱酸基。当它进入阴离子交换器，会首先被阴树脂吸附，使水质降低。

　　除去水中游离氯常用两种方法：一是用活性碳过滤器，另一种是加亚硫酸钠。

　　(2)阴树脂

　　总的来说，阴树脂的化学稳定性比阳树脂差，所以它对氧化剂和高温的抵抗力也较差。但由于在除盐系统中，阴离子设在阳离子交换器之后，故受害较轻;一般只是溶于水中的氧对阴树脂起破坏作用。

　　阴树脂最易遭受侵害的部位是其分子中的的氮。如强碱性阴树脂受侵害时，季氮逐渐变为叔、仲、伯氮，使碱性减弱，最后降为非碱性物质。所以，强碱阴树脂在氧化变质过程中，表现出来的是交换基团的总量和强碱性交换基团的数量逐渐减少，且后者大于前者。这是因为阴树脂被氧化初期，季胺基团在大多数情况下，变成能进行阴离子交换的弱碱性基团。

　　II型强碱性树脂比I型易受氧化。

　　运行时提高水温会使树脂氧化速度加快。

　　2.污染原因及处理方法

　　(1)阳树脂

　　阳树脂会受到进水中的悬浮物、铁、铝、油脂类CaSO4等物质污染。在除盐系统中用的阳树脂受铁、铝污染的可能性很小，因为以酸作再生剂能很好地溶解和清除铁、铝的沉积物。采用硫酸作再生剂时，可能会有硫酸钙沉积在树脂表面。

　　若阳树脂受污染，可用下述方法处理。

　　1)空气擦洗。从显微镜下能看出树脂表面有沉积物时，可采用空气擦洗法除去。所用压缩空气应净化。

　　2)酸洗法。对那些不能用擦洗法除去的物质，如铁、铝、钙和镁的盐类，可用盐酸进行酸洗。

　　首先进行实验室试验以确定处理树脂所需酸浓度、酸量和时间。

　　工业设备进行酸洗。在除盐系统中可利用原有的再生系统，配制成所需浓度酸液。对树脂进行酸浸泡或低流速循环，或浸泡和循环交替进行。

　　阳树脂酸洗处理可以辅以压缩空气擦洗。受CaSO4沉淀污染的阳树脂可用EDTA的稀溶液清洗。

　　3)非离子表面活性剂清洗法。对由于水中有润滑油、脂类及蛋白质等有机物质，严重影响树脂的工艺特性，出现树脂结块，树脂密度减小的不正常现象。其受污染树脂特征主要是树脂颜色变黑，极象是受Fe污染。但若将少量放入水中摇动，有“彩虹”现象。受此类污染，可先将树脂转为钠型，然后将非离了表面活性剂加入反洗水中，通入交换器进行反洗即可除去。

　　(2)阴树脂

　　强碱性阴树脂在使用中，常易受到有机物、胶体硅、铁的化合物等杂质的污染，使交换容量降低。

　　1)有机物污染

　　对强碱性阴树脂，最大的污染源为有机物，有机物以植物和动物分解生成的腐植酸和富维酸为主，但种类很多。

　　受有机物污染的特征是交换容量下降，再生后正洗所需时间较长，树脂颜色常变深，除盐系统出质量变坏pH降低。

　　凝胶型强碱性阴树脂之所以易受腐植酸或富维酸污染，是由于其高分子骨架属于苯乙烯系，是憎水性的，而腐植酸和富维酸也是憎水性的，二者难以解吸。此外，有机物分子上的弱酸基团——COOH又起阳离子交换树脂的作用。

　　R¢COOH + NaOH ® R¢COONa +H2O (再生时)

　　R¢COONa + H2O ® R¢COOH +NaOH (制水时)

　　为预防强碱性树脂受有机物污染，应合理采用过滤，活性碳吸附处理。

　　阴树脂受有机物污染程度，可用下述简易方法判断。将50mm树脂装入锥形瓶中，用纯水摇动洗涤3—4次，以除去表面污染，然后加入10%食盐水，剧烈摇动5～10min后观察盐水的颜色，按溶液色泽判断污染程度。

　　树脂污染程度判断

　　色 泽污 染 程 度色 泽污染程度

　　清 亮

　　淡草黄色

　　琥 珀 色不 污 染

　　轻度污染

　　中度污染棕 色

　　深棕或黑色重度污染

　　严重污染

　　一般在树脂受到中度污染时即进行复苏处理。

　　复苏方法很多，最常用的是碱性食盐水处理法，具体方法：用两倍以上树脂体积的含10%NaCl和1%NaOH混合液浸泡16～18小时，然后用水冲洗至pH为7～8。如将处理液加热至40～50℃，效果会提高，但II型树脂只能用40℃。

　　工业用NaCl和NaOH混合后，会产生沉淀，最好将沉淀物除去。

　　有的用含次氯酸钠的氢氧化钠溶液处理严重污染的树脂，效果更好，但这种方法对树脂有氧化作用，不易常用。

　　2)胶体硅污染

　　胶体通常不会污染强碱性阴树脂，但当再生条件不当，如再生剂用量少，再生液温度及再生流速过低时，就存在强碱性阴树脂被胶体硅酸污染的可能性。现在对于胶体硅酸污染的过程尚无统一看法。当碱性阴树脂处于失效状态，长期停用后，再生时需用多量的碱，就是为除去胶体硅酸。

　　3)铁污染

　　运行中的树脂也经常被重金属离子及其氧化物污染，其中最常遇到的是铁的化合物。阴树脂再生时碱液中含有铁的化合物较多而引起。铁与大分子有机物生成络合物进入树脂网络，也会导致阴树脂受到污染。

　　阴树脂受铁污染后颜色变黑，性能降低，再生效率降低，再生剂用量与清洗水耗增加，受铁污染后的阴树脂一般也采用与阳树脂相同的酸洗法进行处理。

　　如果阴树脂既被有机物污染，又被铁离子及其氧化物污染，则应先除去铁离子及其氧化物，而后除有机物。

　　利用超声波清洗受污染的阴、阳离子交换树脂是近年来应用的一项新技术。