劉明光

【摘 要】在熱力發(fā)電廠鍋爐化學(xué)補(bǔ)給水處理系統(tǒng)中，離子交換樹脂除了吸附交換水中相應(yīng)離子外，還吸附了水中存在的各種有機(jī)物、鐵和膠體等物質(zhì)。如果這些物質(zhì)在樹脂再生時不能完全解析出來，積累在樹脂體內(nèi)，就會形成不可逆吸附。影響離子交換過程的正常進(jìn)行，造成樹脂顏色變深，工作交換容量下降，制水周期縮短，正洗水量增大，制水批量減少，出水品質(zhì)降低等后果。

【關(guān)鍵詞】熱力發(fā)電廠;有機(jī)物污染;離子交換樹;復(fù)蘇

0 前言

樹脂為多孔網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)，多孔網(wǎng)眼系離子在樹脂內(nèi)部擴(kuò)散進(jìn)出的通道，通道內(nèi)壁具有眾多功能基團(tuán)，是離子交換反應(yīng)的活性點(diǎn)。一旦此活性點(diǎn)被覆蓋，離子交換過程就無法進(jìn)行。在離子交換過程中，交換勢能較高、附著力強(qiáng)的離子或大分子之類的物質(zhì)，吸附或被交換到樹脂上，而在再生時卻難以洗脫下來，從而阻止了離子交換;或是在離子交換反應(yīng)過程中生成難溶的沉積物，并沉積在樹脂內(nèi)部，阻塞了離子交換的通道。

1 樹脂的有機(jī)物污染

樹脂的有機(jī)物污染是常見的污染，一般認(rèn)為，有機(jī)物是靠離子交換和范德華力的吸附、交換吸附到離子交換樹脂上去的。對于陰樹脂，范德華力是有機(jī)物與樹脂之間的主要吸引力，而離子交換是次要的，這一點(diǎn)在理論上和實驗上都有所證明。理論上，離子交換樹脂有疏水、多孔、靜電吸引、收縮膨脹等特性，這些特性決定了范德華力的大小。在吸附等溫線上，吸附熱特性也得到了證實。實驗測定結(jié)果表明：

（1）在有機(jī)物清除曲線上，有機(jī)物去除率保持不變，而如果污染是離子交換作用引起的，則會明顯影響去除率;

（2）酸堿不能復(fù)蘇污染了的離子交換樹脂，若為離子交換作用，則能很好地復(fù)蘇污染了的樹脂;

（3）被污染了的陰離子交換樹脂復(fù)蘇后交換容量基本不變;

（4）大孔和凝膠型強(qiáng)堿陰離子交換樹脂的有機(jī)物去除率和洗脫率不同，表明物理作用為主，即以范德華力為主;

（5）不同狀態(tài)陰離子交換樹脂泄漏曲線表明泄漏的突躍點(diǎn)與離子交換沒有多大關(guān)系;

（6）OH型強(qiáng)堿陰離子交換樹脂能數(shù)年保持去除有機(jī)物的能力;

（7）強(qiáng)堿陰離子交換樹脂亂層不影響有機(jī)物的去除率。

2 陽樹脂污染原因及污染后特征

原水過濾殘存的絮凝物、懸浮體、泥沙及微量有機(jī)物都會污染陽樹脂。陽樹脂容易被銅等金屬離子氧化，也容易被斷鏈后的有機(jī)物污染。另外，用硫酸再生時樹脂層中易生成硫酸鈣沉淀，堵塞孔道。采用石灰預(yù)處理，殘留的碳酸鈣、氫氧化鎂、氫氧化鐵等不溶物、微溶物及部分膠體進(jìn)入陽床，污染陽樹脂。

此外，陽樹脂往往會發(fā)生油污染，油的來源途徑主要有：生水帶油和頂壓空氣帶油。這種污染的表觀特征主要是樹脂成黑色，存在樹脂抱團(tuán)的情況，并因此影響樹脂層的水流均勻性。污染物附著于樹脂上，可能增加樹脂顆粒的浮力，反洗時樹脂的損失增大，樹脂工作交換容量下降，制水周期縮短。

3 陰樹脂污染原因及污染后特征

進(jìn)水中的各種大分子有機(jī)物是陰樹脂污染的主要來源，因為陰樹脂的結(jié)構(gòu)和性能使其對大分子有機(jī)物存在不可逆反應(yīng)。低分子量有機(jī)物被樹脂吸附后，在再生時可以置換出來，因而不易污染樹脂。此外，來自陽樹脂的降解產(chǎn)物也會使陰樹脂受到有機(jī)物污染。國外經(jīng)驗認(rèn)為，氫型陽樹脂含水量大于60%時，就會有相當(dāng)數(shù)量的有機(jī)物釋放到水中，污染陰離子。

被污染的強(qiáng)堿陰樹脂可出現(xiàn)以下特征：

（1）外觀顏色由開始的淺黃色，逐漸污染為淡棕色、深棕色、棕褐色、黑褐色，且樹脂破碎嚴(yán)重。

（2）再生后的強(qiáng)堿陰樹脂，其沖洗水量會明顯增大。這是由于陰樹脂吸附的有機(jī)物多帶酸性，再生后成為鈉型。反應(yīng)如下：

RCOOH+NaOH=RCOONa+H2O

在正洗過程中緩慢進(jìn)行如下的水解過程：

RCOONa+H2O=RCOOH+NaOH

由于上述反應(yīng)釋放出的氫氧化鈉為強(qiáng)電解質(zhì)，故正洗排水電導(dǎo)率較高，欲使電導(dǎo)率降低至5μS/cm的規(guī)定值，正洗時間必須延長，所以，清洗水量增加。由于正洗含較多的離子，故正洗水量增多意味著樹脂交換容量的白白消耗，因而周期制水量減少。

（3）陽床出水電導(dǎo)率逐漸增加，PH逐漸下降。由于再生時未除去的有機(jī)物，在恢復(fù)運(yùn)行后會游離出來而進(jìn)入水中，使出水電導(dǎo)增大。

（4）有機(jī)物存在于樹脂床的強(qiáng)堿交換部位，使陰樹脂的除硅容量下降，以至二氧化硅過早泄漏。

（5）工作交換容量下降。樹脂含水量下降，樹脂上的交換基團(tuán)發(fā)生變化，其中強(qiáng)堿基團(tuán)減少，弱堿基團(tuán)增多。

（6）樹脂顆粒表面的有機(jī)物再加上細(xì)菌排泄物，會形成一層憎水性的膜，使樹脂活性基團(tuán)與外界隔離，造成交換困難。

4 樹脂復(fù)蘇的機(jī)理與方法

4.1 復(fù)蘇機(jī)理

由于樹脂孔隙是不均勻的，體積龐大的有機(jī)物陰離子在通過樹脂孔隙到達(dá)顆粒內(nèi)部發(fā)生交換前，必須經(jīng)過交聯(lián)緊密和交聯(lián)松馳的兩個部分，交聯(lián)緊密的地方積聚了大量的有機(jī)物陰離子，他們互相緊密纏結(jié)，阻塞了離子交換的通道，并且在再生過程中很難被氫氧根取代，最終致使工作交換容量下降。而樹脂的復(fù)蘇就是要除去這些積聚在樹脂表面和內(nèi)部的有機(jī)物陰離子。

有機(jī)物的去除情況與樹脂體積的變化有關(guān)。一般而言，樹脂體積收縮越多，洗脫有機(jī)物的效果就越好。而樹脂體積變化是由于樹脂交換基團(tuán)結(jié)合的反粒子對樹脂膨脹度的影響引起的，同時與復(fù)蘇液的組成密切相關(guān)。由于有機(jī)物主要是以范德華力吸附到陰離子樹脂上去的，各種類型復(fù)蘇液以破壞范德華力為目的，達(dá)到復(fù)蘇效果的，或通過解離污染物的結(jié)構(gòu)，來擠壓、剝離有機(jī)物;或通過增大有機(jī)物溶解度和遷出動力，使有機(jī)物解離;或通過改善樹脂親水性來解離有機(jī)物;或通過氧化、沉淀吸附有機(jī)物，使樹脂復(fù)蘇。在復(fù)蘇過程中，污染物結(jié)構(gòu)中的各單元的解離程度、污染物與樹脂作用力減弱程度、解離產(chǎn)物從樹脂孔道及時遷出程度，這幾個方面都決定了復(fù)蘇效果。

在樹脂和有機(jī)物之間的各種作用力中，除了機(jī)械性的交織作用和一些物理作用力（如靜電作用）外，還有各種化學(xué)作用力（如共價鍵、氫鍵）。幾乎所有這些作用力都隨著環(huán)境的改變而改變，例如：（1）PH增加，靜電作用力減弱，酸類物質(zhì)極性增強(qiáng)，易于從非極性樹脂骨架上解脫;（2）當(dāng)離子強(qiáng)度增大時，也會減弱靜電作用，利于有機(jī)物解析;（3）表面活性劑除了減弱靜電作用外，還可削弱污染物與樹脂骨架間的作用力，使之更易于脫落;（4）共存離子通過改變樹脂形態(tài)，改變其溶脹度，憑借其內(nèi)部收縮、擴(kuò)張作用使有機(jī)物解析出來;（5）助劑的加入使有機(jī)物更易于解析和遷移;（6）超聲波振動-空氣擦洗等外力作用也都有助于有機(jī)物的解析和遷移。

4.2 常用的化學(xué)復(fù)蘇法

4.2.1 堿性氯化鈉復(fù)蘇法

堿性氯化鈉復(fù)蘇法即4%氫氧化鈉+10%氯化鈉混合液，加熱復(fù)蘇。在這種鹽堿溶液中，樹脂在鹽和堿的交替作用下，樹脂骨架上的有機(jī)物處于最佳的移動狀態(tài)，不斷地被洗脫下來。一般而言，鹽堿法的持續(xù)時間較短。

4.2.2 有機(jī)溶劑復(fù)蘇法

有機(jī)溶劑復(fù)蘇法的理論依據(jù)是溶解的相似定理，即利用有機(jī)物易溶于有機(jī)溶劑的原理，用有機(jī)溶劑解析、萃取樹脂上吸著的有機(jī)物。常用的溶劑有：丙酮、甲醇、乙醇、異丙醇、環(huán)氧乙烷、二甲基甲酰胺。為提高解吸效果，可配合酸堿等其他解析劑使用。

4.2.3 表面活性劑復(fù)蘇法

常用的表面活性劑有：磺酸、苯磺酸、羧丙基磺酸等等。

4.2.4 氧化劑復(fù)蘇法

氧化劑復(fù)蘇法是利用有機(jī)物的可氧化性來除去樹脂中的有機(jī)物的，即用氧化劑破壞有機(jī)物的結(jié)構(gòu)，使其變成小分子，從而從樹脂骨架上脫落下來。

4.2.5 EDTA復(fù)蘇法

對于被有機(jī)物污染后的陽樹脂，前蘇聯(lián)曾用EDTA與堿的混合溶液洗滌陽離子交換樹脂，即用EDTA洗脫H型陽離子交換樹脂吸附的油類物質(zhì)。經(jīng)試驗確定的最合適的洗脫液組成：5%氫氧化鈉、10%一水合氨、0.15%氫氧化鈣、0.1%EDTA、5%磷酸三鈉實驗結(jié)果還表明，提高溫度可增加有機(jī)物的洗脫率，當(dāng)溫度升至50至60攝氏度時，有機(jī)物洗脫率接近100%。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]