發(fā)布時(shí)間：2021-10-18
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離子交換樹(shù)脂具有化學(xué)穩(wěn)定性好，機(jī)械強(qiáng)度高， 交換能力大等優(yōu)點(diǎn)，因而在電站鍋爐、工業(yè)鍋爐用水處理及除鹽水、純凈水的生產(chǎn)中，得到了廣泛應(yīng)用。但樹(shù)脂在使用過(guò)程中，由于受到有害雜質(zhì)（如鐵化物、有機(jī)物等）的污染，就會(huì)發(fā)生樹(shù)脂“中毒”事故。如果不及時(shí)采取合理措施使其復(fù)蘇，就有可能造成樹(shù)脂失效，甚至報(bào)廢。樹(shù)脂“中毒”以鐵“中毒”現(xiàn)象最為常見(jiàn)。下面，談?wù)剬?duì)這種樹(shù)脂鐵“中毒”事故的處理方法及預(yù)防措施。
離子交換樹(shù)脂表面被鐵化物覆蓋或樹(shù)脂內(nèi)部的交換孔道被鐵雜質(zhì)等堵塞，使樹(shù)脂的工作交換容量和再生交換容量明顯降低，但樹(shù)脂結(jié)構(gòu)無(wú)變化，這種現(xiàn)象叫樹(shù)脂的鐵“中毒”。
1 污染原因分析
造成樹(shù)脂鐵“中毒”的原因主要有4方面：
① 水源是含鐵量高的地下水或被鐵污染的地表水；
② 進(jìn)水管道或交換器內(nèi)部被腐蝕產(chǎn)生了鐵化物；
③ 再生劑中含有鐵雜質(zhì)；
④水中含有大分子有機(jī)物。
陽(yáng)樹(shù)脂的鐵“中毒”一般只發(fā)生在以食鹽為再生劑的軟化水過(guò)程中，主要有兩種情況，一種是當(dāng)鐵以膠態(tài)或懸浮鐵化物的形式進(jìn)入鈉離子交換器后，被樹(shù)脂吸附，并在樹(shù)脂表面形成一層鐵化物的覆蓋層，阻止了水中的離子與樹(shù)脂進(jìn)行有效接觸；另一種是鐵以Fe2+形式進(jìn)入交換器，與樹(shù)脂進(jìn)行交換反應(yīng)，使Fe2+占據(jù)在交換位置上，因Fe2+很容易被氧化成高價(jià)鐵化物，沉積在樹(shù)脂內(nèi)部，堵塞了交換孔道。
陰樹(shù)脂發(fā)生鐵“中毒” 的主要原因也有以下兩種：一是再生陰樹(shù)脂的堿純度達(dá)不到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，特別是液態(tài)堿中含有鐵的化合物較多時(shí)，更容易使陰樹(shù)脂中毒；二是水中含有大分子有機(jī)物時(shí)，容易與鐵形成螯合物（即有機(jī)鐵），它可以與強(qiáng)堿性陰樹(shù)脂進(jìn)行交換反應(yīng)，集結(jié)在交換基團(tuán)的位置上，堵塞樹(shù)脂的交換孔道，使交換容量和再生容量下降，再生效率降低，再生劑與清洗水耗量增加，進(jìn)一步導(dǎo)致樹(shù)脂鐵“中毒”。
2 污染鑒別方法
2.1 外觀顏色鑒別
發(fā)生鐵“中毒”的樹(shù)脂，從外觀上看，顏色由透明的黃色（陽(yáng)樹(shù)脂）或乳白色（陰樹(shù)脂）明顯變深，嚴(yán)重者甚至呈黑色。
2.2 試驗(yàn)鑒別
通過(guò)測(cè)定水的含鐵量來(lái)判定樹(shù)脂鐵“中毒”的程度，這是一種較為準(zhǔn)確的方法[1]。方法如下：
將“中毒”樹(shù)脂用清水洗凈，浸泡在10％的食鹽水中再生約30min，傾去鹽水再用蒸餾水（或除鹽水）洗滌2～3次，從中取出一部分樹(shù)脂放入試管或玻璃瓶中，隨后加入6mol/L的鹽酸（體積約為樹(shù)脂的2倍），蓋嚴(yán)振蕩15min后，然后取出酸液注入另一潔凈試管中，滴入飽和的亞鐵氰化鉀溶液，從試液生成普魯士藍(lán)的顏色深淺（由淡藍(lán)色至棕黑色），可以判斷樹(shù)脂鐵“中毒”的程度。
需要說(shuō)明的是，有的單位只用測(cè)定樹(shù)脂交換容量的方法來(lái)判斷樹(shù)脂是否鐵“中毒”，這是不準(zhǔn)確的。因?yàn)殍F“中毒”僅僅降低了樹(shù)脂的工作交換容量，而對(duì)全交換容量幾乎沒(méi)有影響。
3 復(fù)蘇處理方法
由于鐵“中毒”樹(shù)脂經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚恚梢曰謴?fù)其交換能力，所以樹(shù)脂發(fā)生鐵“中毒”后，應(yīng)及時(shí)正確處理，否則會(huì)增加樹(shù)脂破損的可能性，導(dǎo)致樹(shù)脂報(bào)廢。鐵“中毒”樹(shù)脂的復(fù)蘇方法主要有以下三種，現(xiàn)比較如下：
3.1 鹽酸復(fù)蘇法
機(jī)理：強(qiáng)酸性樹(shù)脂對(duì)陽(yáng)離子的選擇順序?yàn)椋?/p>
Fe3+＞Fe2+＞Ca2+＞Mg2+＞Na+＞H+
在鐵“中毒”樹(shù)脂中加入10％的鹽酸后，鹽酸將樹(shù)脂表面或凝膠孔內(nèi)的膠態(tài)Fe2O3·XH2O溶解成Fe3+，同時(shí)鹽酸中的H+與樹(shù)脂上的Fe3+、Ca2+、Mg2+發(fā)生交換，使樹(shù)脂逐步轉(zhuǎn)成氫型，投入運(yùn)行前再轉(zhuǎn)化成鈉型。
此法簡(jiǎn)單易行。但在實(shí)際應(yīng)用中，要想充分復(fù)蘇鐵“中毒” 樹(shù)脂，必須將鹽酸的濃度加大到10％以上，這樣既增加了處理費(fèi)用，也易損壞交換器的防腐層。
3.2 鹽酸-食鹽復(fù)蘇法
機(jī)理：將4％的鹽酸和4％的食鹽溶液加入“鐵中毒”樹(shù)脂中，充分浸泡。鹽酸的主要作用是溶解Fe2O3·XH2O。食鹽中的Na+連同鹽酸中的H+和樹(shù)脂上的Fe3+、Fe2+、Ca2+、Mg2+進(jìn)行交換，使樹(shù)脂逐步轉(zhuǎn)變成氫鈉混合型，投入運(yùn)行前再生轉(zhuǎn)換成鈉型即可。
此法是一種較常用的方法。但也存在著鹽酸和食鹽用量大，耗時(shí)長(zhǎng)，復(fù)蘇處理不徹底等缺點(diǎn)。
3.3 鹽酸－食鹽－亞硫酸鈉復(fù)蘇法
機(jī)理：將4％的鹽酸、4％的食鹽和0.08％的亞硫酸鈉混合液加入鐵“中毒”樹(shù)脂中充分浸泡。鹽酸和食鹽的作用同上。Na2SO3中的S把SO32-Fe3+還原成Fe2+從而減少樹(shù)脂對(duì)Fe3+的結(jié)合，且反應(yīng)生成的H+又能促進(jìn)Fe2O3?XH2O的溶解，
反應(yīng)式為：
SO32-+2Fe3++H2O≈SO42-+Fe2++2H+
最后再將氫鈉混合型樹(shù)脂轉(zhuǎn)化為鈉型樹(shù)脂即可投入使用。需要注意的是，Na2SO3濃度應(yīng)由實(shí)驗(yàn)確定，一般不應(yīng)大于0.1％，因?yàn)镹a2SO3濃度過(guò)高，易產(chǎn)生SO2氣體，再者產(chǎn)物SO42-濃度增大，會(huì)產(chǎn)生CaSO4沉淀。
實(shí)踐證明，用這種方法處理鐵“中毒”樹(shù)脂，復(fù)蘇劑耗量少，耗時(shí)短，且復(fù)蘇劑中鹽酸濃度低，對(duì)交換器腐蝕性較小，復(fù)蘇效果較好，是一種較理想的處理方法。
4 預(yù)防措施
①含鐵地下水必須進(jìn)行必要的除鐵處理后，方可進(jìn)入交換器。常用的除鐵方法有：曝氣除鐵法、錳砂過(guò)濾除鐵法等。
②直接以深井水或自來(lái)水為水源時(shí)，應(yīng)在陽(yáng)床進(jìn)水泵前設(shè)置過(guò)濾器性產(chǎn)純凈水時(shí)，進(jìn)水管道應(yīng)采用不銹鋼管道或其它不含鐵元素的管道，以防流水將一些鐵的腐蝕產(chǎn)物帶進(jìn)交換器。
③加強(qiáng)水處理設(shè)備及管道的防腐工作。定期檢查交換器內(nèi)部再生裝置及防腐層，發(fā)現(xiàn)損傷應(yīng)及時(shí)處理。鹽液輸送管道要采用不銹鋼管，防止管道腐蝕產(chǎn)生鐵化合物，污染樹(shù)脂。
④再生劑質(zhì)量要符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，不能含有鐵雜質(zhì)。
要提高離子交換樹(shù)脂的再生質(zhì)量，筆者總結(jié)后認(rèn)為應(yīng)該做到以下6點(diǎn)：
選擇合適的再生方式，一般逆流再生的效果比順流再生效果好，動(dòng)態(tài)再生比靜態(tài)再生好。
2.選擇適中的再生劑用量。當(dāng)再生劑用量不足時(shí)，交換劑的再生度低，工作交換容量將受影響，制水周期縮短，交換器自耗水量增大，有時(shí)甚至?xí)绊懗鏊|(zhì)量，適當(dāng)增加再生劑的用量，可提高離子交換樹(shù)脂的再生質(zhì)量。對(duì)于剛出廠的樹(shù)脂，再生劑的用量最好不要超過(guò)15%，否則，會(huì)造成結(jié)重難返，影響樹(shù)脂的工作交換容量。
3.選擇合適的再生液濃度，一般為5%～8%較為合適。
4.選擇合適的再生液流速，一般為3～5m/h。為了使再生時(shí)交換反應(yīng)充分進(jìn)行，一般認(rèn)為再生液與交換樹(shù)脂的接觸時(shí)間應(yīng)不少于30分鐘。
5.適當(dāng)提高再生液的溫度，可加快離子的擴(kuò)散速度，提高再生質(zhì)量。實(shí)踐證明，離子交換劑再生時(shí)，將再生液溫度提高到50℃左右，可大大提高再生質(zhì)量。特別是冬季，效果更加顯著，但由于離子交換劑的熱穩(wěn)定性限制，再生液的溫度也不可過(guò)高，否則，易使交換劑的交換基因分解，促使交換劑變質(zhì)并影響其交換容量。
6.再生劑的純度對(duì)交換劑的再生程度和出水水質(zhì)影響較大，如果再生劑質(zhì)量不好，含有大量雜質(zhì)離子，尤其是含有交換“反離子”。例如：食鹽中硬度含量過(guò)高或水源中硬度含量過(guò)高，都會(huì)影響再生質(zhì)量且出水水質(zhì)也會(huì)受影響。
目前，為了加強(qiáng)鍋爐水處理工作，防止和減少由于結(jié)垢而造成的事故，保證鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。提高離子交換樹(shù)脂的再生質(zhì)量，是每個(gè)使用離子交換樹(shù)脂的單位亟待解決的問(wèn)題，如果再生質(zhì)量不高，將導(dǎo)致交換樹(shù)脂的頻繁再生，縮短交換樹(shù)脂的使用年限，浪費(fèi)大量的人力、物力。
