离子交换器阳树脂污染机理及复苏应用研究

周付江

（大庆石化公司，黑龙江大庆 163000）

1 阳离子交换树脂污染概述

在离子交换水处理系统中，由于水中杂质侵入，致使树脂性能下降，但树脂结构尚未破坏，通过一般的再生操作过程，污染物很难清除下来，这种现象称为树脂的污染。树脂的污染是一个可逆的过程，也就是当树脂被污染后，通过适当的处理，可以除去其中的污染物质，恢复其交换性能，这种处理称为树脂的复苏。轻度污染使阳树脂颜色变深，交换容量下降、离子穿漏提前，再生剂和正洗水的耗量增加，再生度降低，制水周期缩短，出水质量下降。污染严重时，会使树脂变黑，甚至完全失去交换能力而报废。

1）离子交换树脂的污染源。离子交换树脂污染物主要来自水源中的无机物和有机化合物，人工合成化合物的污染。离子交换树脂的另一个污染源则是来自水处理设备、水处理药剂和其本身排出物的污染。

2）阳离子交换树脂常见的污染类型

铁污染、铝污染、钙污染、油污染、微生物污染、有机物污染等。

2 阳树脂复苏的静态试验

通过实验室静态试验方法，对某电厂被污染的阳树脂筛选合适的复苏药剂及确定最佳的复苏条件，得出了如下结论：

1）经鉴定树脂的污染类型，得出阳树脂受到油的污染及铁的污染。

2）采用以非离子表面活性剂FL-9为主的复合除油剂进行清洗，取得了良好的除油效果，50℃时除油率达99.2%。

3）复苏阳树脂铁污染的实验表明，采用还原复苏法的除铁效果明显优于传统的高浓度盐酸浸泡法，在复苏液温度为50℃、浸泡时间为9h、还原剂Na2SO3浓度达到0.6%时的复合药剂能取得最佳除铁效果。还进行了用NH2OH·HCl作还原剂的实验，结果表明除铁效果稍差于Na2SO3。

4）最后对络合解吸法复苏铁污染树脂进行系统研究，络合剂确定采用EDTA，结果表明，使用EDTA络合解吸铁污染是十分有效的，并通过正交设计法确定了复苏液的最佳浓度、体积比、pH和反应时间，为实际应用提供了参考依据，但由于目前EDTA的市场价格仍然较高，其应用的经济性还有待研究。

3 阳树脂复苏的动态小试试验

通过动态小试复苏试验（图1），检测用所筛选的复苏药剂复苏后树脂的各项理化性能指标，并与新树脂及污染旧树脂的理化性能指标进行对比，评价筛选复苏药剂的复苏效果及在使用中的安全性。然后使用离子交换装置进行树脂动态试验，最终通过动态运行情况来检验复苏效果。通过试验和分析得出如下结论：

1）动态复苏后树脂的全交换容量比复苏前提高了24.5%，强酸基团量比复苏前提高了34.9%，铁的去除率达到了96.7%。

2）污染旧树脂的周期制水量为26.3L，复苏后的树脂周期制水量为46L，制水量比复苏前提高了75%，而接近于新树脂的制水量48.2L。动态运行结果说明复苏卓有成效。

图1 阳树脂复苏的动态试验装置图

4 阳树脂复苏技术的应用

某电厂除盐水装置，每小时需用脱盐水150t，主要供给高压蒸汽锅炉生产蒸汽。现有三个系列的一级复床加混合床系统生产脱盐水，正在运行的强酸性阳树脂为41t，树脂为001×7凝胶型聚苯乙烯强酸性阳树脂。脱盐水系统工艺流程见图2。

图2 一级复床加混合床系统

原水为地表水，含有一定量的工业污染物。原水在进入离子交换系统之前进行常规预处理，预处理工艺为：投加铁盐（FeSO4·7H2O）混凝剂混凝沉淀、石灰软化、砂滤、活性炭吸附。阳床树脂罐中的树脂已经运行了两年多，根据近期记录，阳床运行周期明显缩短，周期制水量明显减少，酸耗增加，再生后正洗用水量明显增加。从观察孔中看到树脂已由原来的淡黄色变为棕褐色。现场调查得知阳床树脂受到了油的污染。另取出部分污染阳树脂，测得铁含量为3.6mg/g，即表明阳树脂受到严重的铁污染。污染阳树脂的全交换容量为3.71mmol/g，强酸基团交换容量为3.24mmol/g，需要进行复苏。于是应用实验室的小试试验成果对阳树脂进行复苏。

阳床为双室浮动床，直径为2.5m，高度为5.3m，下层是弱酸性大孔型阳树脂，高度为0.25m，体积为1.25m3；上层是凝胶型聚苯乙烯强酸性阳树脂，高度为2.8m，体积是13.7m3。本次复苏主要针对强酸性阳树脂，因为弱酸性阳树脂为大孔树脂，大孔树脂的微孔比凝胶型树脂既多又大，它微孔的孔径比凝胶孔大得多，通常为10-9～10-5m，所以大孔树脂耐污染、抗中毒。另一方面，由弱酸型阳树脂的离子选择性顺序可知，氢离子的选择性大于其他重金属离子的选择性，所以弱酸型阳树脂容易再生，不易被重金属离子污染。

1）方案设计。为进行复苏订作2m×2m×2m的顶部有盖的不锈钢槽，不锈钢槽内壁设有蒸汽加热管，中部装有温度表，用于调控复苏液温度。不锈钢槽的体积是8m3，树脂罐中除树脂所占体积外的剩余体积大约为20m3，这样整个循环系统中复苏液的体积约为24m3。根据这个体积，按照要求的药液浓度，在不锈钢槽中配复苏液，由泵将复苏液从阳床顶部打入床体，然后复苏液从罐底部回流至不锈钢槽。现场复苏装置连接示意图见3。

图3 现场复苏装置示意图

2）复苏效果评价。在第四步除油结束时，检测复苏废液的油含量为60mg/L，共计去除油约1.44kg。在第六步，检测复苏废液的铁含量为284.5mg/L。

复苏后经检测阳离子交换树脂的全交换容量为4.54mmol/g，含水率为48.56%，磨后圆球率为85.39%。复苏前后阳床运行指标的对比见表1。从表1可以看到，复苏前阳床每个周期的平均制水量为16 210t，复苏后每个周期的制水量为27 804t，制水批量提高了72%，再生酸耗降低了39%，混床出水电导率也有明显下降。从以上的数据可以看出，阳床树脂复苏取得了良好的效果。

表1 复苏前后树脂运行指标对比

3）经济性分析：复苏后的旧树脂各项运行指标比复苏前有了很大提高，复苏前阳床每个周期的平均制水量为16 210t，复苏后每个周期的制水量为27 804t，制水批量提高了72%，再生酸耗降低了39%。复苏旧树脂的费用为550元/t，购买新树脂费用为6 000元/t，此次复苏41t阳树脂为企业节省资金超过22万元。