陰離子交換樹脂復蘇工藝的改進

更新時間：2009-12-21 14:33 來源：作者: 張國輝馬圭閱讀：1614

摘要：陰樹脂污染與水中含有大量有機物有關。本文以實踐為基礎，根據陰樹脂污染與復蘇的機理，在傳統陰樹脂復蘇的基礎上，添加某些絡合劑、沉淀劑、增溶劑、氧化劑、表面活性劑等，對陰樹脂復蘇工藝進行改進，使樹脂復蘇的效果得到顯著提高。

關鍵詞：陰樹脂　　復蘇　　污染

1　前言

離子交換樹脂在電力、化工、冶金等行業的水處理生產中已得到廣泛應用。隨著樹脂使用時間的增加，陰樹脂會出現諸如工作交換容量下降、出水品質劣化以及堿耗增加等問題。每當黃梅季節雨水增多，原水中有機物膠體含量上升，而預處理設備運行又不正常時，陰樹脂易受污染而中毒。為了消除或減輕這種現象，我們用堿性食鹽水進行樹脂復蘇。傳統的陰樹脂復蘇工藝對提高樹脂的工交，降低制水消耗以及提高出水品質有一定的作用，但由于其效果有限，舊樹脂的性能很難得到大幅度的提高和改善。近些年來，我廠針對這一問題進行了探索和研究，在原復蘇工藝的基礎上進行了一些試驗和改進，使陰樹脂的復蘇效果得到進一步提高。

2　陰樹脂污染機理

離子交換樹脂通常用于去除水中的無機鹽類，由于原水中含有的有機和膠狀物質在預處理混凝、過濾過程中不能完全除去，這些物質在離子交換過程中會吸留在陰樹脂的骨架上而影響樹脂的正常交換性能，這一過程稱之為樹脂污染。

有機物、鐵、硅、微生物膠體或類膠體都會對陰樹脂產生污染，通常情況下有機物的污染起主導作用，而鐵、硅等其它雜質對陰樹脂的污染是與有機物產生的污染同時進行的，它們相互締合或呈共聚狀。下圖1為水體中存在的腐殖酸結構示意圖，在水體中腐殖酸是以復雜的芳香核為核心，通過化學或物理形式如：共價健作用力、靜電作用力、范德華作用力、氫鍵等作用力連接著多糖、蛋白質、簡單酚、金屬。

可見有機物是產生陰樹脂污染的主要因素。天然水中存在的有機物主要是腐殖酸。腐殖酸是由分子量很大的帶有多胺基和多羧基的酸類物質，其成份極其復雜，并隨著環境條件的變化而變化。由于腐殖酸分子量大而親水性差，在與樹脂的接觸過程中，很容易被具有多孔性和疏水性的樹脂骨架吸附。這種吸附以范德華力為主，一旦腐殖酸吸附在陰樹脂上，它的易彎曲性以及樹脂的多孔瓶頸性，導致腐殖酸不易被洗脫，樹脂在運行過程中有機物會越積越多，從而影響了樹脂的正常離子交換過程，造成了對陰樹脂的污染。

就水處理系統而言，陰樹脂受有機物、硅污染的可能性大，而受金屬污染的可能性小。因為陰床在陽床之后，陰樹脂在運行、再生過程中接觸的金屬離子量較小，所以一般情況下，陰樹脂受金屬污染的程度不嚴重。由于陽床并不能有效地去除生水中的有機物和膠體硅等雜質，當陰樹脂再生不充分時，就可能引發硅污染問題。近年來研究發現：我廠陰樹脂在受有機物污染的同時，常常伴有膠體硅污染問題。具體表現為：陰樹脂在使用一定時間后，出現顏色變深、體積膨脹；設備周期制水量減少；正洗時間延長、再生操作困難；出水漏硅量增大、電導率值上升等現象。分析結果表明，我廠6臺陰床陰樹脂硅含量達48－60mg/g.干樹脂不等。出現這一問題的原因可能與陰樹脂在再生過程中再生液濃度偏低、流速偏小、溫度偏低等因素有關。

3　陰樹脂復蘇機理

在陰樹脂污染物結構中，由于共價鍵、氫鍵、靜電力等作用力隨化學物理環境的變化而變化，因而我們可以通過改變化學物理環境的辦法，改變樹脂污染物與樹脂的結合力，使之在一定的條件下，從樹脂骨架上脫落下來，這一過程稱之為樹脂的復蘇。

溶液的pH值；離子強度；某些絡合劑、沉淀劑、增溶劑、氧化劑以及外力等能夠改變樹脂污染物的化學物理環境。傳統的陰樹脂復蘇工藝正是采用提高溶液的pH值和離子強度并通過超聲波、空氣擦洗等方法，使樹脂污染物與陰樹脂骨架的結合力松弛脫落下來。近來的諸多文獻報道：在鹽堿復蘇液的基礎上，加入一定濃度的腐殖酸絡合劑、腐殖酸增溶劑、有機物的抗氧化劑及抗靜電作用屏蔽劑等，陰樹脂復蘇效果有所提高。

4　小型試驗

我廠在陰樹脂復蘇工藝改進前進行了一系列的現場模擬試驗，所用樹脂均取自我廠受污染程度較為嚴重的3、4＃陰離子交換器，這些樹脂的性能狀況如表1所示：

據樹脂污染和復蘇的機理，我廠在傳統復蘇液配方的基礎上，添加了不同作用的藥劑，以改善樹脂復蘇液的化學及物理環境，使樹脂污染物更易從樹脂骨架上脫落。具體試驗配方如下表2：

在小型試驗中，我廠以有機玻璃交換柱模擬現場設備，進行樹脂的復蘇，復蘇液溫度為常溫，復蘇的主要過程為：

⑴、用除鹽水對離子交換柱進行徹底反洗，彭脹樹脂層，待復蘇樹脂出水無明顯渾濁物后放水濾干。

⑵、用3%至4%的鹽酸溶液浸泡4小時。

⑶、將水瀝干后，用大量清水洗滌樹脂，至出水pH值4.0以上。

⑷、放干交換器內清水，在交換柱內注入2倍于樹脂體積的復蘇液，然后用壓縮空氣連續攪拌。

⑸、每隔二小時測定一次復蘇液COD值，待其升幅明顯趨緩后，排盡復蘇液，否則重新注入復蘇液再浸泡一次。

⑹、樹脂瀝干后，用大量的清水進行沖洗，如復蘇液中加有表面活性劑，則反復正反洗至出水無大量泡沫。

⑺、按正常的樹脂再生步驟，進行陰樹脂的再生。

⑻、再生結束后按GB7560-86試驗方法測定其全交換容量。

小型試驗結果如表3所示，結果表明：所有配方對陰樹脂物理性能影響不大，但就樹脂全交換容量值、浸液COD值以及Csio2值而言，配方E、F、G效果不錯。其中配方G比傳統復蘇液配方A分別提高0.31mmol/g和0.37mmol/g樹脂全交換容量，故在現場設備復蘇試驗中我們首選配方G工藝。

5　現場工藝試驗

根據小型試驗所選陰樹脂復蘇工藝和配方，我們對3＃陰離子交換器內部襯膠層進行電火花檢測后，進行了樹脂復蘇。從復蘇過程及效果看，主要存在著以下幾個方面的問題：

⑴、添加表面活性劑TX－10后，陰樹脂在壓縮空氣攪拌過程中易隨泡沫帶出。

⑵、由于表面活性劑TX－10容易產生大量泡沫，樹脂經復蘇液浸泡后，很難用清水洗凈。在現場操作中，我廠曾耗費16個小時，才使陰床正排出水泡沫大量減少。

⑶、樹脂復蘇后，前幾個周期的設備周期制水量并沒有得到有效提高，相反，設備在運行過程中出現了出水二氧化硅、電導率及鈉離子值上升，設備制水量減少等現象。

⑷、樹脂復蘇后，設備在二個運行周期內出水仍有泡沫存在，所幸鍋爐爐水的pH值未下降，鍋爐的各項化學監控指標也未出現不良后果。

⑸、樹脂復蘇后的外觀顏色變化不大。

經過分析，我們認為造成3＃陰離子交換器樹脂復蘇效果不理想的主要原因是：樹脂在復蘇過程中的二氧化硅洗脫率不高；陰樹脂在復蘇液中浸泡后，表面活性劑未清洗充分等原因造成樹脂在再生過程中雜質離子不易洗脫。相關資料介紹：在實際應用中，當陰樹脂復蘇液中氫氧化鈉含量增加時，硅的去除率會明顯上升，如氫氧化鈉濃度由2%上升至4%，二氧化硅洗脫率將超過90%。至于表面活性劑TX－10泡沫不易清洗干凈、樹脂外觀顏色變化不大等問題，我們考慮分別用添加消泡劑和提高鹽酸浸泡液濃度、時間這二種辦法解決。根據上述想法，我廠改變陰樹脂復蘇工藝和配方如下：

⑴、在配方G的基礎上，添加異丙醇作為消泡劑，濃度控制在0.5%－1%之間。

⑵、提高復蘇液中氫氧化鈉的濃度，由原來的2%上升至4%。

⑶、增加陰樹脂的鹽酸浸泡時間，由原來的4個小時增加至10個小時。

⑷、樹脂經復蘇液浸泡后，先進行半個小時的淋洗，待大量復蘇液帶出設備后再進行正反洗操作。

通過復蘇方案的調整，我廠按計劃又對其它陰離子交換器進行了樹脂復蘇，結果表明：曾在3＃陰離子交換器復蘇中出現的問題得到了徹底解決。樹脂在復蘇后的第一制水周期，陰離子交換器出水的二氧化硅含量和電導率比復蘇前明顯下降。

6　效果檢查

實踐復蘇結果表明：其余5臺陰樹脂的樹脂外觀顏色不同程度有所變淺，所有設備使用一年后，樹脂補加率變化不大，樹脂全交換容量和設備制水量變化情況請見下表4。由此可見復蘇方案改進后的陰樹脂復蘇效果較為理想。通過近3個月的運行報表統計表明，現6臺陰離子交換器設備平均周期制水量平均比復蘇前提高了21.5%。同樣報表記錄顯示，二年前陰離子交換器因采用傳統陰樹脂復蘇工藝，其設備平均周期制水量只提高了17.1%。