被有机物污染树脂复苏方法探究

刘明光

【摘 要】在热力发电厂锅炉化学补给水处理系统中，离子交换树脂除了吸附交换水中相应离子外，还吸附了水中存在的各种有机物、铁和胶体等物质。如果这些物质在树脂再生时不能完全解析出来，积累在树脂体内，就会形成不可逆吸附。影响离子交换过程的正常进行，造成树脂颜色变深，工作交换容量下降，制水周期缩短，正洗水量增大，制水批量减少，出水品质降低等后果。

【关键词】热力发电厂;有机物污染;离子交换树;复苏

0 前言

树脂为多孔网状立体结构，多孔网眼系离子在树脂内部扩散进出的通道，通道内壁具有众多功能基团，是离子交换反应的活性点。一旦此活性点被覆盖，离子交换过程就無法进行。在离子交换过程中，交换势能较高、附着力强的离子或大分子之类的物质，吸附或被交换到树脂上，而在再生时却难以洗脱下来，从而阻止了离子交换;或是在离子交换反应过程中生成难溶的沉积物，并沉积在树脂内部，阻塞了离子交换的通道。

1 树脂的有机物污染

树脂的有机物污染是常见的污染，一般认为，有机物是靠离子交换和范德华力的吸附、交换吸附到离子交换树脂上去的。对于阴树脂，范德华力是有机物与树脂之间的主要吸引力，而离子交换是次要的，这一点在理论上和实验上都有所证明。理论上，离子交换树脂有疏水、多孔、静电吸引、收缩膨胀等特性，这些特性决定了范德华力的大小。在吸附等温线上，吸附热特性也得到了证实。实验测定结果表明：

（1）在有机物清除曲线上，有机物去除率保持不变，而如果污染是离子交换作用引起的，则会明显影响去除率;

（2）酸碱不能复苏污染了的离子交换树脂，若为离子交换作用，则能很好地复苏污染了的树脂;

（3）被污染了的阴离子交换树脂复苏后交换容量基本不变;

（4）大孔和凝胶型强碱阴离子交换树脂的有机物去除率和洗脱率不同，表明物理作用为主，即以范德华力为主;

（5）不同状态阴离子交换树脂泄漏曲线表明泄漏的突跃点与离子交换没有多大关系;

（6）OH型强碱阴离子交换树脂能数年保持去除有机物的能力;

（7）强碱阴离子交换树脂乱层不影响有机物的去除率。

2 阳树脂污染原因及污染后特征

原水过滤残存的絮凝物、悬浮体、泥沙及微量有机物都会污染阳树脂。阳树脂容易被铜等金属离子氧化，也容易被断链后的有机物污染。另外，用硫酸再生时树脂层中易生成硫酸钙沉淀，堵塞孔道。采用石灰预处理，残留的碳酸钙、氢氧化镁、氢氧化铁等不溶物、微溶物及部分胶体进入阳床，污染阳树脂。

此外，阳树脂往往会发生油污染，油的来源途径主要有：生水带油和顶压空气带油。这种污染的表观特征主要是树脂成黑色，存在树脂抱团的情况，并因此影响树脂层的水流均匀性。污染物附着于树脂上，可能增加树脂颗粒的浮力，反洗时树脂的损失增大，树脂工作交换容量下降，制水周期缩短。

3 阴树脂污染原因及污染后特征

进水中的各种大分子有机物是阴树脂污染的主要来源，因为阴树脂的结构和性能使其对大分子有机物存在不可逆反应。低分子量有机物被树脂吸附后，在再生时可以置换出来，因而不易污染树脂。此外，来自阳树脂的降解产物也会使阴树脂受到有机物污染。国外经验认为，氢型阳树脂含水量大于60%时，就会有相当数量的有机物释放到水中，污染阴离子。

被污染的强碱阴树脂可出现以下特征：

（1）外观颜色由开始的浅黄色，逐渐污染为淡棕色、深棕色、棕褐色、黑褐色，且树脂破碎严重。

（2）再生后的强碱阴树脂，其冲洗水量会明显增大。这是由于阴树脂吸附的有机物多带酸性，再生后成为钠型。反应如下：

RCOOH+NaOH=RCOONa+H2O

在正洗过程中缓慢进行如下的水解过程：

RCOONa+H2O=RCOOH+NaOH

由于上述反应释放出的氢氧化钠为强电解质，故正洗排水电导率较高，欲使电导率降低至5μS/cm的规定值，正洗时间必须延长，所以，清洗水量增加。由于正洗含较多的离子，故正洗水量增多意味着树脂交换容量的白白消耗，因而周期制水量减少。

（3）阳床出水电导率逐渐增加，PH逐渐下降。由于再生时未除去的有机物，在恢复运行后会游离出来而进入水中，使出水电导增大。

（4）有机物存在于树脂床的强碱交换部位，使阴树脂的除硅容量下降，以至二氧化硅过早泄漏。

（5）工作交换容量下降。树脂含水量下降，树脂上的交换基团发生变化，其中强碱基团减少，弱碱基团增多。

（6）树脂颗粒表面的有机物再加上细菌排泄物，会形成一层憎水性的膜，使树脂活性基团与外界隔离，造成交换困难。

4 树脂复苏的机理与方法

4.1 复苏机理

由于树脂孔隙是不均匀的，体积庞大的有机物阴离子在通过树脂孔隙到达颗粒内部发生交换前，必须经过交联紧密和交联松驰的两个部分，交联紧密的地方积聚了大量的有机物阴离子，他们互相紧密缠结，阻塞了离子交换的通道，并且在再生过程中很难被氢氧根取代，最终致使工作交换容量下降。而树脂的复苏就是要除去这些积聚在树脂表面和内部的有机物阴离子。

有机物的去除情况与树脂体积的变化有关。一般而言，树脂体积收缩越多，洗脱有机物的效果就越好。而树脂体积变化是由于树脂交换基团结合的反粒子对树脂膨胀度的影响引起的，同时与复苏液的组成密切相关。由于有机物主要是以范德华力吸附到阴离子树脂上去的，各种类型复苏液以破坏范德华力为目的，达到复苏效果的，或通过解离污染物的结构，来挤压、剥离有机物;或通过增大有机物溶解度和迁出动力，使有机物解离;或通过改善树脂亲水性来解离有机物;或通过氧化、沉淀吸附有机物，使树脂复苏。在复苏过程中，污染物结构中的各单元的解离程度、污染物与树脂作用力减弱程度、解离产物从树脂孔道及时迁出程度，这几个方面都决定了复苏效果。

在树脂和有机物之间的各种作用力中，除了机械性的交织作用和一些物理作用力（如静电作用）外，还有各种化学作用力（如共价键、氢键）。几乎所有这些作用力都随着环境的改变而改变，例如：（1）PH增加，静电作用力减弱，酸类物质极性增强，易于从非极性树脂骨架上解脱;（2）当离子强度增大时，也会减弱静电作用，利于有机物解析;（3）表面活性剂除了减弱静电作用外，还可削弱污染物与树脂骨架间的作用力，使之更易于脱落;（4）共存离子通过改变树脂形态，改变其溶胀度，凭借其内部收缩、扩张作用使有机物解析出来;（5）助剂的加入使有机物更易于解析和迁移;（6）超声波振动-空气擦洗等外力作用也都有助于有机物的解析和迁移。

4.2 常用的化学复苏法

4.2.1 碱性氯化钠复苏法

碱性氯化钠复苏法即4%氢氧化钠+10%氯化钠混合液，加热复苏。在这种盐碱溶液中，树脂在盐和碱的交替作用下，树脂骨架上的有机物处于最佳的移动状态，不断地被洗脱下来。一般而言，盐碱法的持续时间较短。

4.2.2 有机溶剂复苏法

有机溶剂复苏法的理论依据是溶解的相似定理，即利用有机物易溶于有机溶剂的原理，用有机溶剂解析、萃取树脂上吸着的有机物。常用的溶劑有：丙酮、甲醇、乙醇、异丙醇、环氧乙烷、二甲基甲酰胺。为提高解吸效果，可配合酸碱等其他解析剂使用。

4.2.3 表面活性剂复苏法

常用的表面活性剂有：磺酸、苯磺酸、羧丙基磺酸等等。

4.2.4 氧化剂复苏法

氧化剂复苏法是利用有机物的可氧化性来除去树脂中的有机物的，即用氧化剂破坏有机物的结构，使其变成小分子，从而从树脂骨架上脱落下来。

4.2.5 EDTA复苏法

对于被有机物污染后的阳树脂，前苏联曾用EDTA与碱的混合溶液洗涤阳离子交换树脂，即用EDTA洗脱H型阳离子交换树脂吸附的油类物质。经试验确定的最合适的洗脱液组成：5%氢氧化钠、10%一水合氨、0.15%氢氧化钙、0.1%EDTA、5%磷酸三钠实验结果还表明，提高温度可增加有机物的洗脱率，当温度升至50至60摄氏度时，有机物洗脱率接近100%。

【参考文献】

[1]中国电力企业联合标准化部.电厂化学[M].中国电力出版社，2004.

[2]徐光宝.有机物污染强阴树脂复苏试验分析及处理[J].河南电力，2005.

[3]崔焕芳，王广珠，彭章华，等.降低新树脂低分子有机物方法的研究[J].热力发电，2005.

[责任编辑：杨玉洁]