离子交换树脂被污染的原因

离子交换树脂被污染的原因、预防措施及再生方法离子交换树脂具有化学稳定性好、机械强度高、交换能力大等优点，因而在锅炉用水处理及除盐水、纯净水的生产中得到了广泛的应用。但在使用过程中，常出现清洗水不断增加，出水水质差，周期性制水量不断下降，颜色变深，树脂交换容量不断下降等现象。根据以上现象，可认定为树脂受到污染。如果不及时采取合理措施使其再生，就会造成树脂失效，甚至报废，影响正常生产。笔者结合生产实践，谈谈造成树脂污染的原因、预防措施及处理方法。离子交换树脂表面被有机物等杂质覆盖或树脂内部的交换孔道被堵塞而使树脂的工作容量明显降低，但树脂结构无变化的现象叫树脂的污染［1］。1污染原因分析1.1有机物引起的污染有机物主要是存在天然水中的腐殖酸、相对分子量从500～5000的高分子化合物及多元有机羧酸等，这些物质在水中往往带有负电，成为阴离子交换树脂污染的主要物质。这类污染从COD的监测中可检出。1.2油脂引起的污染水中往往含有油类物质，形成膜状物，堵塞或包裹了树脂的微孔，阻碍微孔中的活性集团进行离子交换。1.3胶体物质引起的污染水中胶体颗粒常带负离子，使阴离子树脂受到污染。胶体物质中以胶体硅对树1脂的危害最大，它吸附并聚合在树脂的表面上阻止交换。1.4高价金属离子引起的污染原水中的高价金属离子（如混凝剂中高价金属离子的后移等），如Al+、Fe3+等扩散进入阳离子交换树脂的内部，由于这些高价金属离子的交换势能高，与树脂中的固定离子SO3-牢固结合形成Al（SO3）3、Fe（SO3）3等，从而使这些固定离子失去作用，丧失了离子交换能力。1.5再生剂不纯引起的污染再生剂往往混有很多杂质，如Fe3+、NaCI、Na2CO3等，对阴离子交换树脂的影响最为严重。2污染鉴别方法2.1查看树脂外观发生污染的树脂，从外观上看，颜色由透明的黄色（阳离子树脂）或乳白色（阴离子树脂）明显变深甚至成为黑色。2.2化验指标阴床出水电导率逐渐增加，pH值逐渐下降（可低至5.4-5.7）。因为再生时未除去的有机物，在恢复运行时会游离出来而进入水中。2.3分析树脂中的铁含量由于铁污染最为常见，可分析树脂中的铁含量，如果Fe＜0.01%,没有受到铁污染；如果Fe＞0.1%，表示受到严重污染。2.4浸泡检验用清水浸泡树脂，观察水面“颜色”，如果有“彩色”出现，明受到油类物质的污染。由于树脂受污染的因素不是单独存在的，往往是交叉互现，多种原因累积叠加，所以出现问题时，要进行全方位的检查鉴别，防止顾此失彼；同时，在采取再生措施时，也应考虑全面，认真检查各个环节，确保没有纰漏。3防止污染的措施要防止树脂遭受污染，必须控制好各项水处理工艺指标，层层把关，严格注意以下问题：3.1混凝剂的选择要搞好混凝澄清处理，必须正确选择混凝剂，并由实验确定药剂最佳投放量，防止铝盐、铁盐后移，严格控制砂滤器、活性炭过滤器出水中的浊度。Al3+、Fe3+要小于0.3mol/L；化学需氧量COD小于1mol/L。并通过活性炭过滤来吸附有机物质。3.2控制氯的含量搞好预处理的杀菌灭藻工作，控制好进入阳离子交换器前的余氯量。3.3防止再生剂被污染为了防止再生剂中的杂质对树脂引起污染，除了选用优质的再生剂外，对再生剂的运输和储存过程中的容器要采取防腐措施，防止铁锈、有机涂层脱落污染。3.4防止油污染对于可能接触树脂的压缩空气，要净化除油，防止带入油雾；对水源吸水口附近，防止油污染。3.5定期用压缩空气吹洗树脂，以除去悬浮物、有机物和铁等。4再生处理方法虽然可以采用各种措施来防止树脂受到污染，但经过一段时间运行后，树脂有时还会受到污染，这是除盐水处理中常见的，这时可采取以下方法对其进行再生［2,3］：4.1阴离子树脂的再生实际生产中，阴离子树脂最容易受污染，污染程度也最为严重。当阴离子树脂受污染时，可用碱性食盐水进行处理，其操作参数要求见表1。表1阴离子再生操作参数指标编号项目参数值1食盐水浓度10%2pH值103浸泡方式35-45；48h4循环流动方式流速2.6m/h;24h碱性食盐水法处理过程中加入烧碱可以增加腐殖酸之类物质的溶解度，并以NaCl与NaOH之比为5的配方来调节pH值为10，此法能除去95%以上的有机物质，如能适当加热，效果更好。当严重污染时，在碱性食盐水的溶液中加入适量的次氯酸钠（一般浓度小于0.5%），来氧化腐殖酸有机物，使其分解。4.2阳离子树脂的再生如是阳离子树脂受到污染，可用酸或食盐水除去污染物，其操作参数要求见表2：表2阳离子再生操作参数指标编号项目参数值再生液浓度10%HCI15%NaCI2浸泡方式8h32h3循环流动方式流速2m/h;4h流速2m/h;16h4.3受铁质污染的树脂再生当受到铁杂质污染时，可采用盐酸-食盐-亚硫酸钠再生法：将4%的盐酸、4%的食盐和0.08%的亚硫酸钠混合液加入铁中毒树脂中充分浸泡。盐酸与食盐的作用同上。Na2SO3中的SO32-把Fe3+还原成Fe2+，从而减少树脂对Fe3+的结合，且反应生成的H+又能促进Fe2O3·xH2O的溶解，反应式为：SO32-+2Fe3++H2O=SO42-+2Fe3++2H+最后再将氢钠混合型树脂转化成钠型树脂即可投入使用。需要注意的是，Na2SO3的浓度应由实验确定，一般其质量分数不应大于0.1%，因为Na2SO3浓度过高，易产生SO2气体，此外产生的SO42—浓度增大，会产生CaSO4沉淀。实践证明，这种方法再生剂耗量少，耗时短，且再生剂中盐酸浓度低，对交换器腐蚀性小，再生效果好，是一种较为理想的处理方法。阳树脂预处理步骤如下：首先使用饱和食盐水，取其量约等于被处理树脂体积的两倍，将树脂置于食盐溶液中浸泡18-20小时，然后放尽食盐水，用清水漂洗净，使排出水不带黄色;其次再用2%-4%NaOH溶液，其量与上相同，在其中浸泡2-4小时（或作小流量清洗），放尽碱液后，冲洗树脂直至排出水接近中性为止。最后用5%HCL溶液，其量亦与上述相同，浸泡4-8小时，放尽酸液，用清水漂流至中性待用。新树脂的处理一．漂洗和装柱：将新树脂置于盆中，用水反复漂洗，除去其中的色素，水溶性杂质，灰尘等，直至洗出液不混浊为止。二．逆洗和用醇浸泡三．酸碱反复处理1.阳树脂：加7％盐酸，通过滤器流入交换柱内，待水替换出后，放置2～3小时（这时的阳树脂为氢型），用水洗洗出液的PH为3～4为止。再用8％氢氧化钠同上法操作，最后洗出液的PH为9～10（这时阳树脂为钠型）。2.阴树脂：加8％氢氧化钠，操作方法同阳树脂，最后用通过氢性阳树脂的水，洗至洗出液PH为9～10止（这时的阴树脂为氢氧型），再用7％盐酸同上法操作，最后洗出液的PH为3～4（这时的阴树脂为氢型）。四．树脂的转型经过上述方法处理过的新树脂需用酸碱分别转为氢型和氢氧型才能使用。1.逆流：目的在于除去树脂层中悬浮杂质和气泡，并疏树脂层，使之重新排列。一般每柱的逆流约需几分钟。2.转型（再生）和淋洗阳树脂：使7％的盐酸通过滤器进入交换柱，待柱内水被替换出后，以每分钟一定流速进行动态再生，直到经检查流出液中酸的浓度与加进去的酸的浓度差不多时为止。阴树脂：使8％的氢氧化钠通过滤器进入交换柱，待柱内被替换出后，以每分钟一定流速进行动态再生，直到经检查，流出液中的碱的浓度和加进去碱的浓度差不多时为止。五．可能遇到的问题1.淋洗不够：通常用的广泛PH试纸，测试时误差较大。特别是受潮后更不准确，以致误为已淋洗到所要求的PH值。2.阴树脂受污染：可用7％盐酸浸泡阴树脂1～2次，每次2小时，并用去离子水或通过氢型阳树脂的水洗至无钙离子反应，再用8％氢氧化钠铵再生法重新再生。总之，阴树脂尽量不要与水质硬度较高的水直接接触，这是能避免许多麻烦的一条经验。产量没有达到应有的水平。其原因可能是：1树脂再生时酸碱液用量不够，一般要用树脂湿重时2～3倍体积的酸碱液。2.酸碱再生时流速太快，以致没有充分再生，酸碱就已流尽。一般情况下，酸碱液与树脂接触的时间不能小于1小时。3.树脂长期使用后，部分受到污染，这时可用20％氯化钠浸泡12小时。并按新树脂处理方法之3，用酸碱反复处理1～2次，即能提高其产量。六．水源的使用天然的水中含有各种杂质，一般说来，水中离子性杂质多少的程度是：盐碱地水→井水（或泉水）→自来水→河水→塘水→雨水有机质污染程度是：塘水→河水→井水→泉水→自来水不符合饮用水标准的水源应进行预处理，如果水源混浊，可加明矾沉降（1吨水加0.02公斤明矾）注：树脂的温度不要超过50℃离子交换树脂预处理方法本标准适用于强酸、弱酸、强碱、弱碱性的各种离子交换树脂，在各项性能检验之前进行的预处理。预处理是用水反洗除去树脂中的机械杂质，再经酸、碱处理除去可溶物，并用相应的试剂将树脂转为基准型。3操作步骤3.2反洗取50mL试样，置于交换柱中，用纯水或自来水进行反洗，试样展开率为50%～100%，直至试样中无可见机械杂质并出水澄清为止。在预处理装置(见图2)中进行，依次用50mL1N盐酸溶液、100mL纯水、50mL1N氢氧化钠溶液和100mL纯水，自上而下通过树脂层。试剂流量为1.8～2.0mL/min，纯水流量为10mL/min。在每次转换试剂时，使液面高出树脂层1cm，保证树脂层中无气泡。此操作进行2次。3.4各类树脂的基准型强酸性阳离子交换树脂的基准型：钠型；弱酸性阳离子交换树脂的基准型：氢型；强碱性阴离子交换树脂的基准型：氯型；弱碱性阴离子交换树脂的基准型：游离胺型。根据需要可将试样转为其他型。3.5基准型试样的制备(在预处理装置中进行)。3.5.1经3.3条处理的强酸性阳离子交换树脂用400mL1N氯化钠溶液通过树脂层，流量为13～14mL/min。然后用纯水洗涤，直至用硝酸银指示液检验流出液中无白色沉淀时停止洗涤。将柱中试样全部转入清洁的广口瓶里待用。3.5.2经3.3条处理的弱酸性阳离子交换树脂用400mL1N盐酸溶液通过树脂层，流量为6～7mL/min。然后用纯水洗涤，直至用甲基橙指示液检验流出液呈黄色时停止洗涤。将柱中试样全部转入清洁的广口瓶里待用。3.5.3经3.3条处理的强碱性阴离子交换树脂用400mL1N盐酸溶液通过树脂层，流量为13～14mL/min。然后用纯水洗涤，直至用甲基橙指示液检验流出液呈黄色时停止洗涤。将柱中试样全部转入清洁的广口瓶里待用。3.5.4经3.3条处理的弱碱性阴离子交换树脂用400mL1N氢氧化钠溶液通过树脂层，流量为6～7mL/min。然后用纯水洗涤，直至用酚酞指示液检验流出液为无色时停止洗涤。将柱中试样全部转入清洁的广口瓶里待用。注：欲将更多的试样转为基准型，所用试剂也相应地成比例增加即可。