阳离子交换树脂的污染与复苏

阳离子交换树脂在水处理系统中主要用来除去天然水中的阳离子。由于阳离子交换树脂在处理系统中的位置相对靠前，它所受到的污染有别于阴离子交换树脂，受到污染的阳离子交换树脂通常会发生周期制水量减少，工作交换容量下降，出水水质恶化等现象，而且会对后续的阴离子交换树脂的制水过程产生不利的影响。对被污染的树脂进行及时的诊断和有效的复苏对水处理系统的经济运行具有很重要的意义。

      1 污染机理简介
　　树脂为多孔网状立体结构，多孔网眼是离子在树脂内部扩散进出的通道，通道内壁具有众多的功能基团，是离子交换反应的活性点，一旦此活性点被覆盖，离子交换过程就无法进行。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，容易被交换或吸附到树脂±，而在再生时却难以洗脱下来，从而阻碍了离交换反应的讲行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。

　　2 阳离子交换树脂的不同污染形式及解决方法

　　2.1 混凝剂过量引起的污染
　　为了解决水中悬浮物的问题，预处理中通常要投加混凝剂，一旦混凝剂投加的量不合适就会对后面的阳离子交换树脂产生污染。据报道[1]，在使用epi—DMA(二甲胺—环氧卤丙烷)和poly—DADMAC(二烯丙基二甲胺氯的均聚物)作为混凝剂时，若出水中含有1 mg／L的上述混凝剂时就会导致阳离子交换树脂的严重污染，而且发现具有线性结构的混凝剂更容易污染树脂，并能够进入树脂颗粒内部。
　　当树脂发生上述污染时，如果污染程度不是很严重可以采用如加大反洗流速、延长反洗时间或通人压缩空气等手段予以复苏。如果污染程度较严重时，可以采用加入表面活性剂和分散剂的方法。其中表面活性剂可以增加树脂表面的亲水蛀；而分散剂则可以保证从树脂上脱离下来的颗粒可以被分散到水溶液中去。据报道，罗门哈斯公司的非离子表面活性剂TritonCF-54和分散剂Orotan 731[2]对解决这一问题有较好的效果。Nalco公司[3]采用了在受到污染的树脂层反洗过程中加入由表面活性剂和分散剂等药剂复配的复苏剂对树脂进行复苏也取得了良好的效果。若阳离子型聚电解质污染了阳离子交换树脂也可以采用4%的氢氧化钠溶液处理以溶解聚电解质达到复苏树脂的目的。
　　2.2 铁离子的污染
　　阳离子交换树脂易受到铁离子的污染，尤其是在以井水作为水源的水处理系统中更为严重。铁离子对树脂的污染有三种不同的情况。
　　①如果铁离子以胶态悬浮体出现的话，它会从过滤器中漏过而污染阳离子交换树脂。
　　②铁以二价铁离子的形式交换到树脂上，随后拿被氧化成三价铁离子，从而在树脂颗粒上形成凝胶状的不溶于水的铁的氢氧化物[4]。
　　③可能交换到树脂上的二价铁离子在树脂的交换基团上直接转化为三价铁离子，但在再生过程中不能被完全除去而残留在树脂中。
　　如果发生了第一种情况，可以采用反洗的方法将树脂层中累积的胶态悬浮体除去。如果在整个树脂层中发生了铁离子的累积，那么可以采用亚硫酸钠或亚硫酸氢钠处理树脂，这样就可以将三价铁离子还原成更易溶解的二价铁离子，而后者对树脂的亲合力要小于前者。
　　通过灼烧树脂[5]或分析湿树脂的铁含量可判树脂受铁和其它离子污染的程度。具体见表1、表2。
表1　 树脂灼烧灰分中元素的质量比与树脂污染程度的关系
组分 不同污染等级时各元素占树脂的质量比/%

还可采用下面的方法判断树脂是否受到铁离子的污染：
表2　 铁污染程度划分
铁离子质量比/% 污染程度
<0.3 很低
0.3～0.6 低
0.6～2.0 中等
2.0～2.5 严重
5.0～7.5 很严重
>7.5 极严重
注：表中铁离子质量比指每克树脂中铁离子的质量（毫克）。以湿树脂为分析基准。
　　将受到污染的树脂用除盐水清洗干净，在10%的食盐溶液中浸泡30min，倒去盐水，再用除盐水清洗干净，从中取出约十分之一的树脂样品防入试管中，随后加入2倍树脂体积的6mol／L的盐酸溶液，密闭振荡15min后，取出酸液注入另一支洗净的试管中，加入一滴饱和的硫氰化胺，从生成的普鲁士蓝颜色深浅(由浅蓝色至不透明的棕黑色)，可以判断树脂受到铁污染的严重程度。
　　有一点值得注意的是水中的铁离子会和有机物或硅形成复杂的络合物，而且这种络合物是带负电荷的，它可以通过阳离子交换树脂而污染后面的阴树脂。