一、離子交換樹(shù)脂的變質(zhì)

　　離子交換樹(shù)脂在水處理系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，由于氧化或降解，樹(shù)脂結(jié)構(gòu)遭受破壞，這是一種不可逆的樹(shù)脂的劣化，成為樹(shù)脂的變質(zhì)。

　?。ㄒ唬╆?yáng)離子交換樹(shù)脂的氧化

　　1.陽(yáng)樹(shù)脂氧化的原因和現(xiàn)象

　　陽(yáng)樹(shù)脂氧化的主要原因是由于水中有氧化劑，如游離氯、硝酸根等，水中重金屬離子能起催化作用，當(dāng)溫度高時(shí)，樹(shù)脂受氧化劑浸蝕更為嚴(yán)重，其結(jié)果是使樹(shù)脂交換基團(tuán)降解和交換骨架斷裂，樹(shù)脂顏色變淡和其體積增大。

　　2.防止樹(shù)脂被氧化的方法

　?。?）活性炭過(guò)濾    用活性炭過(guò)濾水進(jìn)行脫氧是防止樹(shù)脂被氧化的常用方法，其原理是基于吸附作用，并在被吸附的活性炭表面上進(jìn)行下面的化學(xué)反應(yīng)。其反應(yīng)為：

　　C­­－+HOCl→CO－+HCl

　　活性炭脫氯是一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、行之有效的方法，故得到普通應(yīng)用。

　?。?）化學(xué)還原法  化學(xué)還原法是在含有余氯的水中，投加一定量還原劑（如SO2或Na2SO3）進(jìn)行脫氯。
　　
　?。?）選用高交聯(lián)度的大孔陽(yáng)樹(shù)脂。

　?。?）避免使用質(zhì)量差的鹽酸  其中含有氧化劑對(duì)陽(yáng)樹(shù)脂造成危害。

　?。ǘ?qiáng)堿性陰樹(shù)脂的降解

　　在離子交換水處理系統(tǒng)中，強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂通常是置于陽(yáng)樹(shù)脂后使用，一般是遭受水中溶解氧的氧化，以及再生過(guò)程中堿中所含的氧化劑（如ClO3－和FeO42－）的氧化，其結(jié)果是強(qiáng)堿性季銨基團(tuán)逐漸降解，但不會(huì)發(fā)生骨架的斷鏈。在化學(xué)除鹽工藝中，強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂的降解主要表現(xiàn)為對(duì)中性鹽的分解容量，特別是對(duì)硅的交換容量下降。

　　季銨基團(tuán)受氧化后，按叔、仲、伯胺順序降解的過(guò)程如下：

　　        CH3         CH3

　　R—N  CH3   [O]    R—N               [O] R═N—CH3  [O]   R≡N    非堿性物質(zhì)

　　        CH3

　　                            CH3

　　2.防止強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂降解的方法

　　(1) 真空除氣法  通過(guò)使用真空除氣器，減少陰床進(jìn)水中的氧含量。

　　(2)降低再生液中含鐵量  降低再生液中含鐵良，必須認(rèn)真做好堿液系統(tǒng)中的鐵的腐蝕控制。

　　(3)選用隔膜法生產(chǎn)的燒堿，降低堿液中NaClO3的含量（可降至6～7㎎／L）。

　　二、離子交換樹(shù)脂的污染與復(fù)蘇

　　在離子交換處理系統(tǒng)中，由于水中雜質(zhì)浸入，至使樹(shù)脂性能下降，因尚未涉及樹(shù)脂結(jié)構(gòu)的破壞，故這種劣化現(xiàn)象稱樹(shù)脂的污染。樹(shù)脂的污染是一個(gè)可逆的過(guò)程，也就是當(dāng)樹(shù)脂被污染后，通過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚?，可以恢?fù)其交換性能，這種處理稱為樹(shù)脂的復(fù)蘇。

　?。ㄒ唬?nbsp;  鐵對(duì)樹(shù)脂的污染

　　1.污染的現(xiàn)象

　　陽(yáng)陰樹(shù)脂都可能發(fā)生鐵的污染，被鐵污染的樹(shù)脂的顏色明顯變深，甚至呈黑色；鐵污染

　　會(huì)使樹(shù)脂床層的壓降增加和可能導(dǎo)致偏流；嚴(yán)重降低交換容量和再生效率；會(huì)使樹(shù)脂含水量增加；還會(huì)使陰樹(shù)脂加速降解。

　　2.污染的原因

　　 在陽(yáng)樹(shù)脂的使用中，原水帶入的鐵離子大部分以Fe2+存在，它們被樹(shù)脂吸附后，部分被氧化為Fe3+，再生時(shí)這些鐵離子不能完全被H+交換出來(lái)。這是由于形成的高價(jià)鐵化合物，牢固地沉積在樹(shù)脂內(nèi)部和表面，堵塞了樹(shù)脂微孔，從而影響了孔道擴(kuò)散，造成鐵的污染。在水的預(yù)處理中，使用鐵鹽作混凝劑時(shí)，部分礬花被帶入陽(yáng)床，由于樹(shù)脂層的過(guò)濾作用，礬花被積聚在樹(shù)脂表面，再生時(shí)，酸液溶解了礬花，使之成為Fe3+也會(huì)形成鐵污染。一般用于軟化水處理的納離子交換的陽(yáng)樹(shù)脂，更容易受到鐵的污染。

　　鐵對(duì)陰樹(shù)脂污染的原因主要是再生用的燒堿溶液中含有Fe2O3和NaClO3，它們生成高鐵酸鹽（如FeO43+）。高鐵酸鹽隨堿液進(jìn)入陰床后，因pH值降低，發(fā)生分解反應(yīng)：

　　2FeO42++10H+                     2Fe3++3/2O2+5H2O

　　Fe3+進(jìn)一步形成Fe(OH)3。隨著于陰樹(shù)脂顆粒表面上，造成鐵的污染。

　　3.鑒別的方法

　　取一定量被鐵污染的樹(shù)脂用清水洗凈，并浸泡在食鹽水溶液中再生半小時(shí)左右，傾去食

　　鹽水溶液，再用蒸餾水洗劑2～3次，從中取出一部分樹(shù)脂放入具塞試管中，加入兩倍樹(shù)脂體積的6 mol／L鹽酸溶液，蓋嚴(yán)震蕩15分鐘后。取出一部分酸液至另一試管中，并滴入飽和亞鐵氰化鉀溶液，如果形成普魯士藍(lán)沉淀，即可判斷出有鐵污染。根據(jù)普魯士藍(lán)顏色的深淺，可判定其鐵污染的程度，顏色越深，鐵污染越嚴(yán)重。

　　4.樹(shù)脂的復(fù)蘇

　　一般情況，沒(méi)100g樹(shù)脂中含鐵量超過(guò)150mg時(shí)，就要進(jìn)行復(fù)蘇。對(duì)于樹(shù)脂表面的鐵化

　　合物，可用4%連二亞硫酸鈉Na2SO4溶液浸泡4～12h，也可配用EDTA、三乙酸銨和酒石酸等絡(luò)合劑進(jìn)行綜合處理；對(duì)于樹(shù)脂內(nèi)部積結(jié)的鐵化合物，可用10%的HCl浸泡5～12h，或配用其他絡(luò)合劑協(xié)同復(fù)蘇處理。

　　強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂被鐵污染后，在用酸復(fù)蘇前，必須先轉(zhuǎn)為Cl型樹(shù)脂，以防用酸液復(fù)蘇時(shí)，發(fā)生酸堿中和反應(yīng)時(shí)放熱而損壞樹(shù)脂。弱堿性陰樹(shù)脂則無(wú)此問(wèn)題。

　　5.防止鐵污染的方法

　?。?）減少陽(yáng)床進(jìn)水的含鐵量，對(duì)含鐵量高的地下水，應(yīng)采用曝氣處理和孟砂過(guò)濾除鐵。對(duì)含鐵量高的地表水或使用鐵鹽作為混凝劑時(shí)，應(yīng)添加一定量的堿性物質(zhì)，如Ca(OH)2或NaOH，提高水的pH值，從而提高混凝的效果，防止鐵離子進(jìn)入陽(yáng)床。

　?。?）對(duì)輸送高含鹽量原水的管道及貯槽，應(yīng)采取防腐措施，減少水中含鐵量。

　?。?）陰床再生用燒堿的貯槽及輸送管道，應(yīng)采用襯膠進(jìn)行防腐，以減少再生堿液中的鐵含量。

　?。ǘ╀X對(duì)樹(shù)脂的污染

　　1.污染的現(xiàn)象

　　在交換器內(nèi)，有鋁化合物的絮凝體覆蓋在樹(shù)脂表面上，致使樹(shù)脂交換容量降低。

　　2.污染的原因

　　通常采用鋁鹽進(jìn)行水的混凝處理時(shí)，因沉淀或過(guò)濾效果不好，而進(jìn)入離子交換器內(nèi)所致。由于Al3+與樹(shù)脂的交換基團(tuán)有很強(qiáng)的吸附作用，故用食鹽水溶液再生也難以除去。一般鋁的污染在軟化水處理系統(tǒng)中的陽(yáng)樹(shù)脂要比除鹽水系統(tǒng)中的陽(yáng)樹(shù)脂嚴(yán)重。

　　3.樹(shù)脂的復(fù)蘇

　　通常用10%HCl溶液或配合適當(dāng)?shù)慕j(luò)合劑對(duì)被鋁污染的樹(shù)脂進(jìn)行協(xié)同反洗，鹽酸用量可按每升樹(shù)脂加300克濃鹽酸（濃度為33%計(jì)）。

　　4.防止鋁污染的方法

　　因?yàn)樘烊凰袖X的含量極微，所以，采用鋁鹽作為混凝劑進(jìn)行水預(yù)處理時(shí)，必須提高沉淀和過(guò)濾的效率，這是防止鋁污染樹(shù)脂的關(guān)鍵。

　　（三）鈣對(duì)樹(shù)脂的污染

　　1.污染的現(xiàn)象

　　離子交換器流出水中發(fā)生Ca2+和SO42－的過(guò)早泄露。

　　2.污染的原因

　　陽(yáng)離子交換樹(shù)脂用硫酸水溶液再生時(shí)，由于水溶液中SO42－和Ca2+的濃度的乘積，超過(guò)

　　了硫酸鈣的濃度積，析出的CaSO4沉淀覆蓋的樹(shù)脂表面上，而造成鈣對(duì)陽(yáng)樹(shù)脂的污染。

　　3.樹(shù)脂的復(fù)蘇

　　與上述被鐵、鋁污染的樹(shù)脂的復(fù)蘇方法相同。

　　4.防止鈣污染的方法

　　若用硫酸再生樹(shù)脂時(shí)，可分兩步或三步再生。開(kāi)始先采用低濃度、高流速的硫酸溶液再生，一旦形成硫酸鈣沉淀，析出的顆粒就會(huì)被溶液充走；而后采用高濃度、低流速的硫酸溶液再生，因此時(shí)樹(shù)脂中的大部分Ca2+已被去除，所以，剩下少部分Ca2+不會(huì)形成CaSO4沉淀析出，而是隨溶液被沖走。

　?。ㄋ模┕鑼?duì)樹(shù)脂的污染

　　1.污染的現(xiàn)象及原因

　　樹(shù)脂被硅污染后，其離子交換器出水中連續(xù)有二氧化硅泄露，使除硅效率降低。硅污染一般是由于再生時(shí)樹(shù)脂中膠體硅污染物未被完全除去，致使強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂吸著的可溶性硅酸鹽HSiO3－水解為硅酸，并在樹(shù)脂內(nèi)逐漸聚合成膠體狀態(tài)的多硅酸析出，被覆在樹(shù)脂表面上，并堵塞孔道，使交換容量下降，出水中SiO2含量增加。

　　2.樹(shù)脂的復(fù)蘇

　　通常采用溫度為40～50℃的4%～8%苛性鈉溶液再生、清洗，可以使強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂的膠體硅污染降至最低。

　　3.防止硅污染的方法

　　(1) 陰床失效后應(yīng)及時(shí)再生，而不在失效態(tài)備用。再生時(shí)堿液應(yīng)加熱（Ⅰ型樹(shù)脂不高于40℃，Ⅱ型樹(shù)脂不超過(guò)35℃），堿液濃度可降低至2%，再生液的流速應(yīng)不小于5m/h，但應(yīng)保持進(jìn)再生液的時(shí)間不少于30min。

　?。?）在弱型樹(shù)脂一強(qiáng)型樹(shù)脂聯(lián)合應(yīng)用的系統(tǒng)中，要從設(shè)計(jì)上保證弱型樹(shù)脂先失效。

　?。ㄎ澹┯蛯?duì)樹(shù)脂的污染

　　1.污染的現(xiàn)象

　　被油污染的樹(shù)脂其外觀顏色由棕變黑，在樹(shù)脂表面形成一層油膜，使樹(shù)脂粘在一起，導(dǎo)致交換容量下降、樹(shù)脂層水流不均勻，周期制水量明顯減少。另外，由于樹(shù)脂表面油膜存在，使樹(shù)脂在水中的浮力增大，造成樹(shù)脂反洗時(shí)流失。

　　由于鐵污染后其樹(shù)脂顏色與有污染類同，簡(jiǎn)易的鑒別方法是將樹(shù)脂放入試管中，再向試管中注入兩倍于樹(shù)脂體積的水，經(jīng)激烈震蕩后，若水面出現(xiàn)“彩虹”即為油污染；否則是鐵污染。

　　2.污染的原因

　　油對(duì)樹(shù)脂的污染主要是由于油被吸附于骨架上或被覆蓋于樹(shù)脂顆粒的表面，而造成樹(shù)脂微孔的污染。這些油的來(lái)源是地表水中存在的以及水處理系統(tǒng)中或生產(chǎn)工藝流程中溶入或蒸汽系統(tǒng)漏人原水中的礦物油等。

　　3.樹(shù)脂的復(fù)蘇

　　(1)NaOH溶液循環(huán)清洗   本法基于NaOH溶液對(duì)礦物油的乳化作用，清除樹(shù)脂中的油污。一般使用溫度為38～40℃的8%～9%NaOH溶液，自堿液箱（約10m3）流經(jīng)陰床、陽(yáng)床后，再返回到堿液箱進(jìn)行循環(huán)清洗。清洗過(guò)程中，補(bǔ)充NaOH以保持循環(huán)液中NaOH的濃度。

　?。?）溶劑清洗   使用石油醚或200號(hào)溶劑汽油對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行清洗。清洗過(guò)程中要注意防火安全。

　　 (3)溶劑與表面活性劑聯(lián)合清洗  使用樹(shù)脂體積20%的200號(hào)溶劑汽油和一定量的非離子型表面活性劑TX—10（聚氯乙烯辛烷基苯酚），加入交換器后，保持溫度45～50℃，用無(wú)油壓縮空氣攪拌并擦洗，30分鐘后再加一定量TX—10表面活性劑，使油乳化。最后，從交換器頂部進(jìn)水，將乳化液從底部排出，至沖洗干凈為止。

　?。┯袡C(jī)物對(duì)樹(shù)脂的污染

　　 有機(jī)物對(duì)強(qiáng)酸性陽(yáng)樹(shù)脂的污染很少發(fā)生，只可能發(fā)現(xiàn)陽(yáng)樹(shù)脂顆粒便面有沉積物，這些沉積物通過(guò)空氣擦洗和用水進(jìn)行反洗就可以將其去除。但有機(jī)物對(duì)陰樹(shù)脂極易造成污染。如在除鹽水處理系統(tǒng)中，強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂易被有機(jī)物污染。

　　1.有機(jī)物污染的特征

　　（1）強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂被污染后，顏色變深，從淡黃色變?yōu)樯钭厣?，直至黑色?

　　（2）樹(shù)脂工作交換容量降低，陰床的周期制水量明顯下降。

　?。?）出水的PH值降低和電導(dǎo)率增大，這是由于樹(shù)脂遭有機(jī)物污染后，有機(jī)酸漏人出水中所致，這時(shí)可使出水的PH值降至5.4～5.7。

　　（4）出水中的SiO2含量增大。這是由于水中所含有機(jī)酸（富維酸和腐植酸）的離解常數(shù)大于H2SiO3，因此，附著在樹(shù)脂上的有機(jī)物可抑制樹(shù)脂對(duì)H2SiO3的交換或排代出已吸著的H2SiO3，造成陰床SiO2過(guò)早地漏過(guò)。

　?。?）陰床清洗時(shí)間增加，清洗用水量亦增加。因吸著在樹(shù)脂上的有機(jī)物含有大量的—COOH基團(tuán)，樹(shù)脂再生時(shí)變?yōu)椤狢OONa，在清洗過(guò)程中，—COONa中Na+不斷被陰床進(jìn)水中的礦質(zhì)酸排代出來(lái)，增加了清洗時(shí)間和清洗用水量。

　　2.有機(jī)物污染的原因

　　由于水中的有機(jī)物是由動(dòng)植物腐爛后分解生成的腐植酸、富維酸和丹寧酸等帶負(fù)電基團(tuán)的線型大分子，它們能與強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂發(fā)生交換反應(yīng)。但這些線型的大分子一旦進(jìn)入樹(shù)脂內(nèi)部，其帶負(fù)電的基團(tuán)與陰樹(shù)脂帶正電的固定基團(tuán)發(fā)生電性復(fù)合作用，緊緊地吸附在交換位置上。另外這些線型大分子上通常帶有多個(gè)基團(tuán)，能與樹(shù)脂的多處交換位置復(fù)合，致使它們卷曲在樹(shù)脂骨架的空間，故采用一般的再生方法難于將它們從樹(shù)脂的孔道中退出來(lái)，這種想象稱為“瓶頸效應(yīng)”。

　　強(qiáng)酸性陽(yáng)樹(shù)脂被氧化而降解的產(chǎn)物—二乙烯苯以及陽(yáng)樹(shù)脂機(jī)械破碎而形成帶負(fù)電基團(tuán)的膠狀物，也可以使陰樹(shù)脂受到污染。

　　3.污染的鑒別

　　將陰樹(shù)脂裝入具塞而有氣孔的小玻璃瓶中，加入蒸餾水震蕩，連續(xù)洗劑3～4次，以去除表面的附著物，最后倒盡洗劑水。換裝10%食鹽水，震蕩5～10分鐘后，觀察鹽水的顏色，按色澤判別污染的程度。

　　4.樹(shù)脂的復(fù)蘇

　　除去樹(shù)脂中有機(jī)物污染的有效復(fù)蘇方法，是用堿性食鹽水溶液(10%的NaCl溶液中加2%的NaOH)處理，如果將溶液加熱到40～50℃，效果更好。堿性食鹽水溶液的用量為1～3倍樹(shù)脂體積，處理流速為3～6m/h。處理時(shí)，開(kāi)始排出的處理液呈深褐色。當(dāng)排出液呈淡黃色時(shí)，就可以認(rèn)為凈化處理已結(jié)束。然后對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行沖洗（用2倍樹(shù)脂床體積的沖洗水沖洗20分鐘），接著用兩倍的再生藥劑量對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行再生。

　　有時(shí)會(huì)出現(xiàn)某些有機(jī)物很難從陰樹(shù)脂中除去的情況。此時(shí)，建議用專門的化學(xué)藥劑進(jìn)行處理。為了了解處理效果，應(yīng)預(yù)先進(jìn)行試驗(yàn)。

　　一般情況下，強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂每6～12個(gè)月復(fù)蘇一次。

　　5.防止有機(jī)物對(duì)強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂污染的方法

　?。?）采用氯或臭氧氧化   這是除去天然水中有機(jī)物的常用方法。

　?。?）采用混凝-澄清過(guò)濾   當(dāng)水中有懸浮的和膠體的有機(jī)物時(shí)，此法是很有效的。

　　（3）采用活性炭過(guò)濾  可用于吸附，從而除去水中多種物質(zhì)，其中包括無(wú)機(jī)、有機(jī)的膠體和溶解的高分子有機(jī)化合物等。

　?。?）采用有機(jī)物清除器  通常有Cl型有機(jī)物清除器和OH型有機(jī)物清除器。前者是裝填了Cl型的凝膠或大孔型離子交換樹(shù)脂，后者是裝填了新的苯乙烯系強(qiáng)堿樹(shù)脂或裝填了廢棄的器強(qiáng)堿樹(shù)脂的離子交換器。前者增加出水中Cl+含量，這不利于設(shè)備的防腐要求，后者顯然較為安全而經(jīng)濟(jì)。

　　只采用上述各種方法中的一種要降低水中的有機(jī)物實(shí)際上是相當(dāng)困難的，一般只能除去60～70%有機(jī)物。因?yàn)樯鲜龇椒ㄖ械拿恳环N方法僅對(duì)其中要除去的幾種有機(jī)物特別有效，所以只有上述幾種方法聯(lián)合使用時(shí)才能獲得高的除去率。例如，飲用水經(jīng)常采用上述方法中的兩種方法（混凝—澄清和添加氯或臭氧氧化）進(jìn)行處理，這種水一般不會(huì)出現(xiàn)因有機(jī)物而造成陰樹(shù)脂的污染損壞現(xiàn)象。