離子交換器陽(yáng)樹脂污染機(jī)理及復(fù)蘇應(yīng)用研究

周付江

（大慶石化公司，黑龍江大慶 163000）

1 陽(yáng)離子交換樹脂污染概述

在離子交換水處理系統(tǒng)中，由于水中雜質(zhì)侵入，致使樹脂性能下降，但樹脂結(jié)構(gòu)尚未破壞，通過(guò)一般的再生操作過(guò)程，污染物很難清除下來(lái)，這種現(xiàn)象稱為樹脂的污染。樹脂的污染是一個(gè)可逆的過(guò)程，也就是當(dāng)樹脂被污染后，通過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚?，可以除去其中的污染物質(zhì)，恢復(fù)其交換性能，這種處理稱為樹脂的復(fù)蘇。輕度污染使陽(yáng)樹脂顏色變深，交換容量下降、離子穿漏提前，再生劑和正洗水的耗量增加，再生度降低，制水周期縮短，出水質(zhì)量下降。污染嚴(yán)重時(shí)，會(huì)使樹脂變黑，甚至完全失去交換能力而報(bào)廢。

1）離子交換樹脂的污染源。離子交換樹脂污染物主要來(lái)自水源中的無(wú)機(jī)物和有機(jī)化合物，人工合成化合物的污染。離子交換樹脂的另一個(gè)污染源則是來(lái)自水處理設(shè)備、水處理藥劑和其本身排出物的污染。

2）陽(yáng)離子交換樹脂常見(jiàn)的污染類型

鐵污染、鋁污染、鈣污染、油污染、微生物污染、有機(jī)物污染等。

2 陽(yáng)樹脂復(fù)蘇的靜態(tài)試驗(yàn)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)試驗(yàn)方法，對(duì)某電廠被污染的陽(yáng)樹脂篩選合適的復(fù)蘇藥劑及確定最佳的復(fù)蘇條件，得出了如下結(jié)論：

1）經(jīng)鑒定樹脂的污染類型，得出陽(yáng)樹脂受到油的污染及鐵的污染。

2）采用以非離子表面活性劑FL-9為主的復(fù)合除油劑進(jìn)行清洗，取得了良好的除油效果，50℃時(shí)除油率達(dá)99.2%。

3）復(fù)蘇陽(yáng)樹脂鐵污染的實(shí)驗(yàn)表明，采用還原復(fù)蘇法的除鐵效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的高濃度鹽酸浸泡法，在復(fù)蘇液溫度為50℃、浸泡時(shí)間為9h、還原劑Na2SO3濃度達(dá)到0.6%時(shí)的復(fù)合藥劑能取得最佳除鐵效果。還進(jìn)行了用NH2OH·HCl作還原劑的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明除鐵效果稍差于Na2SO3。

4）最后對(duì)絡(luò)合解吸法復(fù)蘇鐵污染樹脂進(jìn)行系統(tǒng)研究，絡(luò)合劑確定采用EDTA，結(jié)果表明，使用EDTA絡(luò)合解吸鐵污染是十分有效的，并通過(guò)正交設(shè)計(jì)法確定了復(fù)蘇液的最佳濃度、體積比、pH和反應(yīng)時(shí)間，為實(shí)際應(yīng)用提供了參考依據(jù)，但由于目前EDTA的市場(chǎng)價(jià)格仍然較高，其應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性還有待研究。

3 陽(yáng)樹脂復(fù)蘇的動(dòng)態(tài)小試試驗(yàn)

通過(guò)動(dòng)態(tài)小試復(fù)蘇試驗(yàn)（圖1），檢測(cè)用所篩選的復(fù)蘇藥劑復(fù)蘇后樹脂的各項(xiàng)理化性能指標(biāo)，并與新樹脂及污染舊樹脂的理化性能指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，評(píng)價(jià)篩選復(fù)蘇藥劑的復(fù)蘇效果及在使用中的安全性。然后使用離子交換裝置進(jìn)行樹脂動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，最終通過(guò)動(dòng)態(tài)運(yùn)行情況來(lái)檢驗(yàn)復(fù)蘇效果。通過(guò)試驗(yàn)和分析得出如下結(jié)論：

1）動(dòng)態(tài)復(fù)蘇后樹脂的全交換容量比復(fù)蘇前提高了24.5%，強(qiáng)酸基團(tuán)量比復(fù)蘇前提高了34.9%，鐵的去除率達(dá)到了96.7%。

2）污染舊樹脂的周期制水量為26.3L，復(fù)蘇后的樹脂周期制水量為46L，制水量比復(fù)蘇前提高了75%，而接近于新樹脂的制水量48.2L。動(dòng)態(tài)運(yùn)行結(jié)果說(shuō)明復(fù)蘇卓有成效。

圖1 陽(yáng)樹脂復(fù)蘇的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)裝置圖

4 陽(yáng)樹脂復(fù)蘇技術(shù)的應(yīng)用

某電廠除鹽水裝置，每小時(shí)需用脫鹽水150t，主要供給高壓蒸汽鍋爐生產(chǎn)蒸汽?，F(xiàn)有三個(gè)系列的一級(jí)復(fù)床加混合床系統(tǒng)生產(chǎn)脫鹽水，正在運(yùn)行的強(qiáng)酸性陽(yáng)樹脂為41t，樹脂為001×7凝膠型聚苯乙烯強(qiáng)酸性陽(yáng)樹脂。脫鹽水系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 一級(jí)復(fù)床加混合床系統(tǒng)

原水為地表水，含有一定量的工業(yè)污染物。原水在進(jìn)入離子交換系統(tǒng)之前進(jìn)行常規(guī)預(yù)處理，預(yù)處理工藝為：投加鐵鹽（FeSO4·7H2O）混凝劑混凝沉淀、石灰軟化、砂濾、活性炭吸附。陽(yáng)床樹脂罐中的樹脂已經(jīng)運(yùn)行了兩年多，根據(jù)近期記錄，陽(yáng)床運(yùn)行周期明顯縮短，周期制水量明顯減少，酸耗增加，再生后正洗用水量明顯增加。從觀察孔中看到樹脂已由原來(lái)的淡黃色變?yōu)樽睾稚，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查得知陽(yáng)床樹脂受到了油的污染。另取出部分污染陽(yáng)樹脂，測(cè)得鐵含量為3.6mg/g，即表明陽(yáng)樹脂受到嚴(yán)重的鐵污染。污染陽(yáng)樹脂的全交換容量為3.71mmol/g，強(qiáng)酸基團(tuán)交換容量為3.24mmol/g，需要進(jìn)行復(fù)蘇。于是應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室的小試試驗(yàn)成果對(duì)陽(yáng)樹脂進(jìn)行復(fù)蘇。

陽(yáng)床為雙室浮動(dòng)床，直徑為2.5m，高度為5.3m，下層是弱酸性大孔型陽(yáng)樹脂，高度為0.25m，體積為1.25m3；上層是凝膠型聚苯乙烯強(qiáng)酸性陽(yáng)樹脂，高度為2.8m，體積是13.7m3。本次復(fù)蘇主要針對(duì)強(qiáng)酸性陽(yáng)樹脂，因?yàn)槿跛嵝躁?yáng)樹脂為大孔樹脂，大孔樹脂的微孔比凝膠型樹脂既多又大，它微孔的孔徑比凝膠孔大得多，通常為10-9～10-5m，所以大孔樹脂耐污染、抗中毒。另一方面，由弱酸型陽(yáng)樹脂的離子選擇性順序可知，氫離子的選擇性大于其他重金屬離子的選擇性，所以弱酸型陽(yáng)樹脂容易再生，不易被重金屬離子污染。

1）方案設(shè)計(jì)。為進(jìn)行復(fù)蘇訂作2m×2m×2m的頂部有蓋的不銹鋼槽，不銹鋼槽內(nèi)壁設(shè)有蒸汽加熱管，中部裝有溫度表，用于調(diào)控復(fù)蘇液溫度。不銹鋼槽的體積是8m3，樹脂罐中除樹脂所占體積外的剩余體積大約為20m3，這樣整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)中復(fù)蘇液的體積約為24m3。根據(jù)這個(gè)體積，按照要求的藥液濃度，在不銹鋼槽中配復(fù)蘇液，由泵將復(fù)蘇液從陽(yáng)床頂部打入床體，然后復(fù)蘇液從罐底部回流至不銹鋼槽。現(xiàn)場(chǎng)復(fù)蘇裝置連接示意圖見(jiàn)3。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)復(fù)蘇裝置示意圖

2）復(fù)蘇效果評(píng)價(jià)。在第四步除油結(jié)束時(shí)，檢測(cè)復(fù)蘇廢液的油含量為60mg/L，共計(jì)去除油約1.44kg。在第六步，檢測(cè)復(fù)蘇廢液的鐵含量為284.5mg/L。

復(fù)蘇后經(jīng)檢測(cè)陽(yáng)離子交換樹脂的全交換容量為4.54mmol/g，含水率為48.56%，磨后圓球率為85.39%。復(fù)蘇前后陽(yáng)床運(yùn)行指標(biāo)的對(duì)比見(jiàn)表1。從表1可以看到，復(fù)蘇前陽(yáng)床每個(gè)周期的平均制水量為16 210t，復(fù)蘇后每個(gè)周期的制水量為27 804t，制水批量提高了72%，再生酸耗降低了39%，混床出水電導(dǎo)率也有明顯下降。從以上的數(shù)據(jù)可以看出，陽(yáng)床樹脂復(fù)蘇取得了良好的效果。

表1 復(fù)蘇前后樹脂運(yùn)行指標(biāo)對(duì)比

3）經(jīng)濟(jì)性分析：復(fù)蘇后的舊樹脂各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)比復(fù)蘇前有了很大提高，復(fù)蘇前陽(yáng)床每個(gè)周期的平均制水量為16 210t，復(fù)蘇后每個(gè)周期的制水量為27 804t，制水批量提高了72%，再生酸耗降低了39%。復(fù)蘇舊樹脂的費(fèi)用為550元/t，購(gòu)買新樹脂費(fèi)用為6 000元/t，此次復(fù)蘇41t陽(yáng)樹脂為企業(yè)節(jié)省資金超過(guò)22萬(wàn)元。