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樹脂一般會受到哪些因素而導(dǎo)致變質(zhì)和被污染
2014-06-30 15:49:57 來源：四川潔明之晨環(huán)保設(shè)備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(zhì)改變了，即其化學結(jié)構(gòu)受到破壞；二是受到外來雜質(zhì)的污染。由前一種情況所造成樹脂性能的改變，是無法恢復(fù)的；由后一種情況所造成樹脂性能的改變，則可以采取適當?shù)拇胧�，清除這些污物，從而使樹脂性能復(fù)原或有所改進。
一、變質(zhì)1、陽樹脂在應(yīng)用中變質(zhì)的主要原因是由于水中有氧化劑，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，因其能起催化作用，致使樹脂加速變質(zhì)。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。由于設(shè)備中樹脂上下層與進水接觸先后順序不同，受侵害的程度也不同，當水下流時，上層樹脂首先與含氧化劑的水接觸，所以遭受侵害的程度*大。實踐證明，強酸性H型樹脂受侵害的程度*為強烈，如當進水中含有0.5mg/L Cl2時，只要運行4～6個月，樹脂就有顯著的變質(zhì)。而且由于樹脂顆粒變小，使水通過樹脂層的壓力損失明顯增大�；撬峄枠渲奶兼溠趸瘮嗔旬a(chǎn)物（有些是含磺酸基的苯乙烯聚合物），由樹脂上脫落下來以后，變?yōu)榭扇苄晕镔|(zhì)。這些可溶性物質(zhì)中還會有弱酸基，因此當這隨水流入陰離子交換器時，首先被陰樹脂吸著，吸著不完全時，就留在陰離子交換器的出水中，使水質(zhì)降低。除去水中游離氯，常用兩種方法，一種是用活性炭過濾，另一種是投加亞硫酸鈉。大孔強酸性陽離子交換樹脂，在抗氧化性和機械強度方面都比較好，而交換容量、再生效率、漏鈉量均與凝膠型樹脂相差不多。2、總的來說，陰樹脂的化學穩(wěn)定性比陽樹脂要差，所以它對氧化劑和高溫的抵抗力也較差，但陰離子交換器在除鹽系統(tǒng)中一般都是布置在陽離子交換器之后，進入除鹽裝置的水中的強氧化劑都消耗在氧化陽樹脂上了，無形中對陰樹脂起了保護作用，一般只是溶于水中的氧對陰樹脂起破壞作用。強堿性陰樹脂在氧化變質(zhì)的過程中，表現(xiàn)出來的是交換基團的總量和強堿性交換基團的數(shù)量逐漸減少，且后者的速度大于前者。這是因為陰樹脂被氧化的初期，季銨基團在大多數(shù)情況下變成能進行陰離子交換的弱堿性基團。氧化變質(zhì)的速度，開始時*大，隨后逐漸減低，約兩年后氧化速度幾乎為恒定。這是因為，各種季銨基團的穩(wěn)定性不同，在新樹脂中含有加快樹脂降解速度的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)在作用過程中漸漸被除掉。樹脂顆粒表面或接近表面處*易受侵害。Ⅱ型強堿性陰樹脂比Ⅰ型易受氧化，運行時提高水溫會使樹脂的氧化速度加快。防止陰樹脂氧化可采用真空除氣，這對應(yīng)用Ⅱ型強堿性陰樹脂時更有必要。二、污染1、陽樹脂會受到進水中的懸浮物、鐵、鋁、硫酸鈣、油脂類等物質(zhì)的污染。在除鹽系統(tǒng)中用的陽樹脂受鐵、鋁污染的可能性很少，因為以酸作再生劑能很好地溶解和清除掉鐵、鋁的沉積物。但在軟化水系統(tǒng)中的陽樹脂，會在相當時間內(nèi)被這類物質(zhì)所污染，因為用食鹽作再生劑有能從樹脂表面有效地清除鐵、鋁沉積物，而只能除掉小部分已經(jīng)交換到陽樹脂上的鐵和鋁離子。采用硫酸作再生劑時，可能會有硫酸鈣沉積在樹脂表面。運行中應(yīng)盡量采取措施防止上述物質(zhì)對陽樹脂的污染。萬一受到污染，可針對污染物種類用下述方法處理樹脂。（1）空氣擦洗法。從顯微鏡下能看出樹脂表面有沉積物時，可采用空氣擦洗除去。由于交換器樹脂層底部通常都沒有設(shè)置壓縮空氣分配系統(tǒng)，壓縮空氣擦洗可用內(nèi)徑為20～45mm的塑料硬管做成空氣槍，以軟管連接到壓縮空氣氣源上進行。具體作法是：先將交換器的水位降到樹脂層降到樹脂層表面上300～400mm處，將空氣槍插到樹脂層底部，控制一定的空氣壓力和氣量，使樹脂強烈攪動；10～15min后停氣用水反洗，以除去擦下來的污染雜質(zhì)。這樣反復(fù)進行擦洗和反洗，直到反洗排水清晰為止。（2）酸洗法。對那些不能用空氣擦洗法除去的物質(zhì)，如Fe3+、Al3+、CaCO3、Mg(OH)2，可用鹽酸進行清洗。酸洗前應(yīng)通過實驗室試驗，確定酸液濃度（常用2%、5%、10%、20%的濃度）和酸洗時間。對除鹽系統(tǒng)中所用的陽樹脂，可用原有的再生系統(tǒng)，配制所需濃度的酸液進行酸洗；對于軟化系統(tǒng)中所用的樹脂，必須將樹脂轉(zhuǎn)移到能耐鹽酸的設(shè)備中進行酸洗。為防止酸液被稀釋影響酸洗效果，酸洗前應(yīng)先將交換器或設(shè)備中的水位降到樹脂層表面上200～300mm處，然后進酸浸泡或低流速循環(huán)，也可以二者交替進行。采用酸液浸泡方式酸洗時，可以通過壓縮空氣攪拌。受硫酸鈣沉淀污染的陽樹脂可用EDTA稀溶液清洗。（3）堿洗法。潤滑油、脂類及蛋白質(zhì)等有機質(zhì)，經(jīng)常存在于地面水中，當進入陽離子交換樹脂層時，在樹脂表面形成一層油膜，嚴重影響樹脂的工藝性能，出現(xiàn)樹脂層結(jié)塊，樹脂密度減小等不正�，F(xiàn)象。此類受污染樹脂的特征主要是樹脂顏色變黑，極易與陽樹脂受鐵污染后變黑相混淆，可將少量受污染樹脂放入小試管中加入少量水搖動，受此類污染的樹脂會在水面看到“彩虹”現(xiàn)象。受此類污染的陽樹脂，可用加熱到50～60℃的5%的NaOH進行堿洗。堿洗可分為3～4次進行，每次持續(xù)時間為4～6h，中間用水沖洗。復(fù)蘇處理的終點可按排出廢堿液的化學氧量降至100～150 mgO2/L控制。2、強堿性陰樹脂在使用中，常常會受到有機物、膠體硅、鐵的化合物等雜質(zhì)的污染，使交換容量降低。（2）鐵污染。運行中的樹脂也經(jīng)常被重金屬離子及其氧化物污染，其中*常遇到的是鐵的化合物。陰樹脂被污染的可能性更大，這主要是因再生陰樹脂的堿不純，特別是由于液體堿中含有鐵的化合物比較多而引起的。鐵與大分子有機物生成絡(luò)合物進入陰樹脂網(wǎng)絡(luò)，也會導(dǎo)致陰樹脂受到污染。陰樹脂受鐵污染顏色變黑，性能變壞，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辦法進行處理。值得說明的是，由于工業(yè)鹽酸含鐵量較高（可能以FeCl4-形態(tài)存在），當酸洗被鐵污染的陰樹脂時，不僅不能清洗出樹脂中的鐵，相反還會交換到該樹脂上去。因此，酸洗被鐵污染的陰樹脂宜用化學純的鹽酸。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(yīng)首先除去鐵離子及其氧化物,而后再除去有機物。利用超聲波清洗被污染的陰、陽離子交換脂是近年來應(yīng)用的一項新技術(shù)。它是利用高頻率的超聲振動所起的空化作用，使樹脂的各種污染受到松動、破壞，進而轉(zhuǎn)入到水中被反洗水沖走。（3）膠體硅污染。強堿性陰樹脂一般不能交換天然水中的膠體硅酸，但當天然水通過強堿性陰離子交換器后，膠體硅酸仍有相當數(shù)量地減少，估計這與樹脂的機械過濾及吸附作用有關(guān)。在正常情況下，膠體硅酸通常不會污染強堿性陰樹脂，但當再生條件不適當時，如再生劑量少，再生液溫度及再生液流速過低時，就存在強堿性陰樹脂被膠體硅酸污染的可能性。例如，某廠使用后的201×7陰樹脂中硅酸的含量達68mg/(g·干樹脂)，而新樹脂中硅酸根含量僅為0.304mg/(g·干樹脂)，這說明使用后的樹脂已被膠體硅酸污染。
（3）有機物污染。離子交換除鹽裝置中的強堿性陰樹脂，污染來源可能性*大的是原水中的有機物。有機物雖以植物和動物腐爛后分解生成的腐殖酸和富維酸為主，但種類很多，至今已發(fā)現(xiàn)有六千多種。腐殖酸和富維酸都屬于高分子聚羧酸，前者相對分子質(zhì)量大、含羧酸基團較少，在酸中不溶解；后者則相反。相對分子質(zhì)量越大，越難解吸。強堿性陰樹脂被污染的特征是交換容量下降，再生后正洗所需時間延長，樹脂顏色常變深，除鹽系統(tǒng)的出水水質(zhì)變壞，pH值降低。凝膠型強堿性陰樹脂之所以易受腐殖酸或富維酸污染，是由于其高分子骨架屬于苯乙烯系，是憎水性的，而腐殖酸或富維酸也是憎水性的，因此二者之間的分子吸引力很強，難以在用強堿液再生時樹脂時解吸出來，而且腐殖酸或富維酸的分子很大，移動緩慢，一旦進入樹脂中后，易被卡在里面。隨著時間的延長，被卡在樹脂中的有機物越來越多，為預(yù)防強堿性陰樹脂的有機物污染,應(yīng)合理地采用加氯、混凝、澄清、過濾、活性炭吸附等各種水處理方法，盡量降低強堿性O(shè)H型交換器入口水中有機物的含量。陰樹脂被有機物污染程度，可用下述簡易方法判斷：將50mL被污染的樹脂裝入錐形瓶中，用純水搖動洗滌3～4次，以去除樹脂表面污物，然后加入10%食鹽水，劇烈搖動5～10min后觀察食鹽水的顏色，按溶液色澤判別污染程度。一般在樹脂受到中度污染時即需進行復(fù)蘇處理，經(jīng)用多種鈉鹽和堿配成復(fù)蘇液對污染樹脂進行的試驗發(fā)現(xiàn)，復(fù)蘇液使樹脂收縮程度大者復(fù)蘇效果好。對于不同水質(zhì)污染的陰樹脂，復(fù)蘇液的配比應(yīng)有所變化，需做具體的篩選試驗。常用兩倍以上樹脂體積的含10% NaCl和1%NaOH溶液，浸泡16～48h復(fù)蘇污染樹脂。將復(fù)蘇液加熱到40～50℃（Ⅱ型強堿性只能加熱到40℃），采用動態(tài)循環(huán)法復(fù)蘇效果更好。有人曾用含次氯酸鈉的氫氧化鈉溶液處理嚴重污染的樹脂，由于次氯酸鈉可以氧化腐殖酸的大分子，使這變成擴散速度較快的小分子，所以處理效果很好。但這種處理會加速樹脂的氧化，所以不宜經(jīng)常使用（次氯酸含量在0.5%以上時樹脂便受到侵害）。也有人用3%以下濃度的雙氧水復(fù)蘇受污染的陰樹脂，并取得很好的效果，在室溫下未發(fā)現(xiàn)雙氧水對強堿性物質(zhì)有明顯損壞作用。丙烯酸系強堿性陰樹脂，其高分子骨架親水性的，這樣是它和有機物之間的分子吸引力就比較弱，進入樹脂中的有機物在用堿再生時，能較順利地被解吸出來。它能更有效地克服有機物被樹脂吸著的不可逆傾向，提高了有機物在樹脂中的擴散性，因此具有良好的抗有機物污染能力。
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