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一、強堿陰樹脂遭受有機物污染的特征:

1. 樹脂被污染后,顏色變深,從淡黃色變?yōu)樯钭厣敝梁谏?/p>

2. 樹脂的工作交換容量降低,陰床的周期制水量明顯下降。

3. 有機酸漏入出水中,使出水的電導(dǎo)率增大。

4. 出水的pH值降低。正常運行情況下,陰床出水的pH值一般在7~8范圍內(nèi)(因有NaOH漏過),樹脂遭受污染后,因有機酸的漏過,可使出水的pH值降至5.4~5.7。

5. SiO2含量增大。水中所含有機酸(富維酸和腐殖酸)的解離常數(shù)大于H2SiO3,因此,附著在樹脂上的有機物可以抑制樹脂對H2SiO3的交換或排代出已吸著的H2SiO3,造成陰床SiO2過早漏過。

6. 清洗水用量增加。因為吸著在樹脂上的有機物含有大量的—COOH基團,樹脂再生時變?yōu)椤狢OONa,在清洗過程中,這些Na+不斷被陰床進水中的礦物酸排代出來,增加了清洗陰床的時間和用水量。

二、有機物污染對強堿陰樹脂的影響

1. 強堿陰樹脂對有機物的吸著力。天然水中的有機物(以富維酸和腐殖酸為代表)經(jīng)過H+交換及除碳后,因pH值的降低,有機物幾乎全部以分子狀態(tài)存在于陰床進水中。因為腐殖酸分子量大,疏水性強,與強堿陰樹脂的苯乙烯—二乙烯苯聚合的骨架具有較強的吸附能力—范德華力,同時,這些大分子的有機酸都含有多個羧酸基團,與OH型強堿陰樹脂的季胺基官能團也具有較強的化學(xué)親和力,因此使有機酸被強堿樹脂牢固地吸著于顆粒表面。

強堿陰樹脂的骨架改為親水性的丙烯酸與二乙烯苯的聚合物,減少了骨架對有機酸吸附的范德華力,會使有機酸的吸著率略有降低。
如將OH型強堿陰樹脂改為Cl型,則因改變了有機酸與強堿陰樹脂的OH之間的酸堿中和反應(yīng),使化學(xué)親和力下降,樹脂對有機物的吸著率也會降低。這種基團型態(tài)對有機物吸著的影響大于骨架材質(zhì)的影響。

2. 有機物的再生洗脫。新的凝膠型強堿陰樹脂的對有機物的吸著率很高(95%),洗脫率卻很低(15%)。隨著運行周期的增加,吸著率基本不變,洗脫率雖從15 %上升到60 %以上。但是,到樹脂工作交換容量開始降低時,洗脫率也只有60 %,這說明有機物仍不斷地在樹脂上積聚,它會進一步降低樹脂的工作交換容量,并使出水質(zhì)量惡化。

3. 有機物特性的影響。分子量比較大的腐殖酸,一方面由于分子量大,親水性較差,另一方面因為所含的—COOH較少,所以它們主要是以范德華力吸附于樹脂的骨架上,難于洗脫。富維酸則因分子量小,含有的—COOH多,所以多以化學(xué)親和力與樹脂的多個交換基團相結(jié)合,再生過程中較容易被洗脫。

對天然水中的有機物根據(jù)其在水中的溶解度,可以分為懸浮的、膠體的和溶解的三種。對于以物理吸附作用附著于樹脂表面的懸浮有機物,可以使用加強過濾或?qū)ξ廴镜臉渲M行空氣擦洗、超聲波清洗等方法去除。膠體的有機物一般是帶有負(fù)電荷的,它們的粒徑在0.2~1.0nm之間,對樹脂的污染既是物理性的,又是化學(xué)性的,可通過混凝澄清或超過濾的方法去除。溶解性的有機物是污染強堿陰樹脂的主要成分,它們以范德華力和化學(xué)親和力吸著于強堿陰樹脂,洗脫率低,最終影響樹脂的工作交換容量和出水質(zhì)量。

4. 對樹脂工作交換容量的影響。由于強堿陰樹脂上有機物的不斷積聚,一方面部分交換基團被占據(jù),再生時不能洗脫,減少了樹脂的交換容量;另一方面這些有機物會在運行中不斷溶解,并因有機酸的酸性比H2SiO3強,而抵制強堿陰樹脂對H2SiO3的吸收,造成H2SiO3過早地在出水中漏過。因為陰床的失效終點是用SiO2的漏過量確定的,所以H2SiO3過早的漏過必然會使樹脂的工作交換容量降低。后者只降低樹脂的工作交換容量,而全交換容量不變。

5. 對出水質(zhì)量的影響。被有機物污染的強堿陰樹脂,因為附著有許多大分子的有機酸,它們所含的部分被水中的礦質(zhì)酸所排代,這就造成出水電導(dǎo)率的升高。這一作用,一方面增加了清洗水的用量和清洗時間,另一方面有機酸溶入出水中也會造成出水質(zhì)量的降低。
樹脂上附著的有機酸,也會逐漸溶于出水中,使出水的pH值降低,SiO2含量增大。

三、防止強堿樹脂遭受有機物污染的方法

1. 添加氧化劑。添加氧化劑是除去天然水中有機物的常用方法,它能起到較好的殺菌和滅藻的作用。常用的氧化劑有氯氣和臭氧。游離氯在水中分解為次氯酸,能降低天然水中80%左右的COD,但是過量的氧化劑會對凝膠型苯乙烯系強堿樹脂造成損害。在采用添加氧化劑方法去除COD時,必須去除殘余的氧化劑,常用的方法為活性炭過濾。

2. 混凝—澄清過濾。當(dāng)天然水中有懸浮的和膠體的有機物時,使用混凝澄清和過濾的方法去除是很有效的。使用混凝澄清的方法還可去除粒徑在2~10mm的雜質(zhì),對粒徑為0.2~1mm的腐殖物,大約可以去除60~80%。

3. 活性炭過濾。活性炭可以用于吸附多種物質(zhì),包括無機、有機的膠體和溶解的高分子有機物等,同時,還可以除去水中的游離氯和氯胺等。

4. 有機物清除器。包括Cl型有機物清除器和OH型有機物清除器。

5. 選擇抗污染的樹脂。包括選用大孔型樹脂、均孔樹脂、大孔型弱堿陰樹脂以及丙烯酸系強堿樹脂。

6. 丙烯酸系強堿樹脂的特點有:

(1) 交換容量高,交換速度快;

(2)物理穩(wěn)定性好,使用壽命長;

(3)能有效地去除天然水中的有機物,并在再生過程中能很好地洗脫。

丙烯酸系強堿樹脂除了含有強堿基團外,尚含有一定量的弱堿叔胺基團,所以具有較高的交換容量,一般可達800~1100mol/m3R。當(dāng)進水中弱酸陰離子/總陰離子的比值大于20%時,其工作交換容量有一定的下降,這是由于該樹脂含有一定的弱堿基團的結(jié)果。當(dāng)水中的游離礦質(zhì)酸(簡稱FMA)含量超過90%時,使用丙烯酸系強堿樹脂可以相當(dāng)于弱、強型樹脂聯(lián)合應(yīng)用工藝的串聯(lián)系統(tǒng)或雙室浮床的效果;FMA含量為80~90%時,可相當(dāng)于雙層床的效果;FMA含量在67~80%以下時,可降低再生劑用量,以保持經(jīng)濟的比耗。

丙烯酸系強堿樹脂具有彈性和多孔結(jié)構(gòu),從Cl型變?yōu)镺H型時,其體積膨脹率只在7%左右,明顯地小于苯乙烯系同等交聯(lián)度的強堿樹脂和弱堿樹脂。在工業(yè)設(shè)備中運行兩年(共580個周期),沒有發(fā)現(xiàn)樹脂顆粒的破碎現(xiàn)象。

由于丙烯酸系強堿樹脂的骨架與官能團是由酰胺鍵連接的,因此降低了這種的樹脂的熱穩(wěn)定性,其使用溫度為30℃,最高不超過35℃。

丙烯酸系強堿樹脂對有機物具有良好的吸附和解析能力,不易被有機物所污染。

四、強堿陰樹脂的復(fù)蘇

1. 復(fù)蘇液的選擇。對強堿樹脂吸著的,不能用正常再生方法交換出來的雜質(zhì),定期地進行一些有針對性的處理,以提高樹脂交換性能的方法,稱為樹脂的復(fù)蘇。復(fù)蘇的方法要根據(jù)污染樹脂的雜質(zhì)性質(zhì)進行選擇,如鐵的污染可用HCl清洗,吸著的有機物可用堿性氯化鈉溶液洗去等。

不同成分的復(fù)蘇液,消除強堿樹脂上的有機物的效果有所不同,NaNO3、NaCl和Na2SO4的堿性混合液都有良好的洗脫效果,尤以NaNO3的堿性混合液最佳。

經(jīng)對堿性氯化鈉溶液的濃度進行選擇性試驗,結(jié)果表明以10%NaCl +2~5%NaOH混合液的效果較佳。

2. 常用的清洗方法。

(1)堿性氯化鈉混合液清洗:氯化鈉濃度為10%,氫氧化鈉濃度為2~5%,每升樹脂用量為160克NaCl及32克NaOH。陰床清洗需3個樹脂床體積,如為混床清洗,應(yīng)為陽、陰樹脂總量的3倍體積,溶液應(yīng)先預(yù)熱至35℃。

將交換床上部人孔打開,疏水至水位在樹脂表面5~10cm處,如為陰床單床,第一個床體積的堿性氯化鈉溶液流經(jīng)樹脂床的流速不超過2個床體積/小時,疏水速率使液位維持在樹脂表面上5~10cm處。第2床體積溶液的進入速率與前同,并保持在樹脂床內(nèi)約8小時或放置過夜,通過空氣排管在整個期間不時攪拌。

浸泡完畢后,進入第3床體積堿性氯化鈉溶液,流速如前。裝回人孔,以陽床出水或生水沖洗。

如為混床系統(tǒng),堿性氯化鈉溶液則進入陽、陰樹脂層,疏水如前述,然后進入第一床體積的堿性氯化鈉溶液,淋洗過程也與陰床單床相同。

在淋洗前,人孔須裝回,使用床內(nèi)正常布水系統(tǒng)進行淋洗。

清洗后,陰床單床系統(tǒng)的再生,至少須用96克NaOH/升樹脂的再生水平,再生后進行淋洗,并再次再生和淋洗,共再生兩次。

混床系統(tǒng)則應(yīng)先反洗將陽、陰樹脂分層,將陽樹脂及陰樹脂都分別再生兩次。陰樹脂的再生水平如前,而陽樹脂則至少用100克HCl/升樹脂的再生水平。

這里必須再次強調(diào),樹脂要再生兩次,且兩次再生間要淋洗。

(1)次氯酸鈉清洗:這是在樹脂受到嚴(yán)重污染,用堿性氯化鈉溶液無法復(fù)蘇時使用。這方法雖然不常使用,但是絕對安全的。

在陰床單床或混床系統(tǒng),樹脂須先用至少一個床體積的10%鹽水,使樹脂徹底失效,混床中的陽樹脂必須全部轉(zhuǎn)為鈉型。

準(zhǔn)備3個床體積的次氯酸鈉溶液,溶液中有效氯的含量為1%。

次氯酸鈉清洗與堿性氯化鈉清洗步驟相似,除了第二床體積的浸泡貯留時間為4小時,且溶液不加熱。在混床清洗時,在用酸再生陽樹脂前,最后的痕量的次氯酸鈉必須淋洗干凈。

注意:次氯酸鈉是強烈的漂白劑,有關(guān)注意事項,操作人員必須知曉和遵守,使用次氯酸鈉清洗后,疏出的廢液必須沖洗干凈,否則當(dāng)廢酸液進入時將在下水道內(nèi)產(chǎn)生氯氣。

下一個: 6、出水質(zhì)量惡化 上一個: 4、樹脂的污染及處理

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