[內(nèi)容摘要]  本文簡要介紹了樹脂被有機(jī)物污染的基本原理和對策以及羅門哈斯公司在抗有機(jī)物污染樹脂研究方面的新進(jìn)展。

 

 

我國地域廣闊，各地水源水質(zhì)條件差異明顯，且在我國不少地區(qū)地下水過量開采，已造成了地下水位下降和地面沉降等問題，所以工業(yè)給水一般改采用地面水源，如江河、湖泊、水庫中的水。隨著工業(yè)的發(fā)展，廢水排放量急劇增加，地面水的水質(zhì)越來越差，特別是在工業(yè)發(fā)展和城市集中地區(qū)尤為嚴(yán)重，主要體現(xiàn)在水中的有機(jī)物含量急劇升高。雖然通過生物處理有機(jī)物可以去除25%左右，但進(jìn)入水處理系統(tǒng)離子交換器的水中的有機(jī)物含量依然很高，有的甚至達(dá)到幾百ppm。

地表水中有機(jī)物通常是高分子有機(jī)物質(zhì)，在離子交換系統(tǒng)中主要與陰離子交換樹脂發(fā)生作用。如果采用普通的陰樹脂，就很難在再生時(shí)洗脫下來。而且有的地表水中還含有一些化學(xué)清洗劑（如烷基苯磺酸）或陰離子表面活性劑或膠體有機(jī)物，這些物質(zhì)對于普通陰樹脂來說幾乎是致命的，再生時(shí)根本無法洗脫下來，所以需要采用一些專用于有機(jī)物清掃樹脂或抗有機(jī)物污染性能較好的樹脂。

羅門哈斯公司針對高有機(jī)物含量的進(jìn)水做了多方面的試驗(yàn)研究及現(xiàn)場應(yīng)用，合成出了適合各種應(yīng)用領(lǐng)域的抗有機(jī)物污染能力優(yōu)良的樹脂。

 

 

水中的有機(jī)物質(zhì)一般以腐植酸鹽及富味酸鹽形式存在，這些物質(zhì)經(jīng)氫型陽離子交換樹脂后形成了腐植酸及富味酸，進(jìn)入陰床后由陰樹脂去除。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.通過離子交換（圖4）：

 

 

 

 

 

上圖所示的是有機(jī)物上的羧酸基與樹脂上的氨基發(fā)生反應(yīng)。

 

2.通過范德華力吸引（圖5）：

 

 

 

 

 

上圖所示的是有機(jī)物上的芳香基和樹脂上的芳香基之間由于吸引力而發(fā)生作用。

 

3.離子交換和范德華力同時(shí)作用（圖6）：

 

 

 

 

 

當(dāng)樹脂快速再生時(shí)，因時(shí)間不夠，且再生時(shí)只能打破通過離子交換作用上去的有機(jī)物，而不能打破通過范德華力吸引上去的有機(jī)物質(zhì)，即不能將有機(jī)物從樹脂中全部洗脫出來，經(jīng)過反復(fù)運(yùn)行/再生，有機(jī)物在樹脂中就急劇增加。

 

經(jīng)試驗(yàn)研究表明，各類樹脂再生時(shí)有機(jī)物洗脫率一般如下所示：

弱堿陰離子交換樹脂AMBERLITE IRA96                90~100%

強(qiáng)堿I型陰離子交換樹脂AMBERLITE IRA402          30~70%

強(qiáng)堿II型陰離子交換樹脂AMBERLITE IRA410         60~95%

丙烯酸強(qiáng)堿陰離子交換樹脂AMBERLITE IRA958         90~100%

 

樹脂被有機(jī)物污染后將導(dǎo)致下列變化：

 

1．延長樹脂的淋洗時(shí)間；

2．出水中Na⁺及SiO₂泄漏量增加；

3．樹脂交換容量降低，樹脂含水量降低；

4．樹脂動力學(xué)性能破壞。

 

現(xiàn)將上述各點(diǎn)分述如下：

 

1．淋洗時(shí)間延長

這是由于吸收了有機(jī)酸所致，很多有機(jī)物帶有羧酸基，它與氫氧化鈉反應(yīng)生成羧基鈉化合物，它能慢慢水解產(chǎn)生氫氧化鈉，這樣就增加了淋洗時(shí)間。

2．出水中Na⁺及SiO₂泄漏量增加；

由于樹脂被污染后NaOH被吸附在COOH^-基上，Na⁺很難清洗干凈，使出水中特別是出水初期的Na⁺泄漏增加。樹脂被污染后動力學(xué)性能下降，會使出水中SiO₂泄漏增加。

3．交換容量降低

很多水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)是在陰床出口設(shè)有電導(dǎo)率儀表監(jiān)測水質(zhì)。設(shè)計(jì)時(shí)考慮陽床先失效，電導(dǎo)率表用以監(jiān)測陽床的鈉離子泄漏。如果由于有機(jī)物污染占有了陰樹脂上的活性基團(tuán)部位，使交換容量降低，當(dāng)有機(jī)物污染達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，就會導(dǎo)致二氧化硅提前泄漏，這在電導(dǎo)率儀表上是測不出來的。如果同時(shí)還監(jiān)測出水中的SiO₂含量，則由于樹脂交換容量的降低會使周期制水量相應(yīng)降低。

4. 動力學(xué)性能被破壞

陰樹脂在使用過程中，它的動力學(xué)性能(即樹脂的物質(zhì)傳遞系數(shù)MTC)會變差，在混床中的陰樹脂在離子負(fù)荷增大時(shí)就不能保證出水水質(zhì)，在單床中或混床中的陰樹脂，當(dāng)流速增加時(shí)也不能保證水質(zhì)。

 

針對陰樹脂容易被有機(jī)物污染的情況及目前我國的水質(zhì)狀況，一般采用以下措施加以預(yù)防或解決：

 

1．通過絮凝或采用專用有機(jī)物清掃樹脂以改善水的預(yù)處理質(zhì)量，保護(hù)后級樹脂；

2．采用超濾等膜處理進(jìn)行預(yù)處理；

3．開發(fā)新型的抗有機(jī)物污染性能優(yōu)良的樹脂；

4．利用弱堿陰樹脂保護(hù)強(qiáng)堿陰樹脂，或用丙烯酸系陰樹脂代替苯乙烯系陰樹脂。因?yàn)榕c苯乙烯系陰樹脂比較，丙烯酸系樹脂屬于親水性，其對有機(jī)物的親合力很小，不易被有機(jī)物污染；

5．通過縮短系統(tǒng)周期運(yùn)行時(shí)間或增加樹脂總量以降低每周期樹脂的有機(jī)物負(fù)荷；

6．增加NaOH劑量以提高樹脂的再生度，或針對I型強(qiáng)堿陰樹脂加熱再生用堿，以加大樹脂中有機(jī)物的清洗效率；

7．對樹脂進(jìn)行復(fù)蘇處理。

 

 

1.樹脂抗有機(jī)物污染基本參數(shù)

 

水對樹脂的污染性質(zhì)可以用污染指數(shù)N表示：

 

 

其中陰離子含量指的是通過樹脂層的實(shí)際的陰離子總量（不包括可能通過除碳器去掉的一部分陰離子）。水中的有機(jī)物總含量占整個(gè)離子含量的比例很重要。如果進(jìn)水中的總離子含量較低，這樣運(yùn)行周期將會延長，這樣通過樹脂床的總的有機(jī)物含量要比進(jìn)水中總離子量高而運(yùn)行周期短的水質(zhì)通過樹脂床所積留的有機(jī)物總量要高。

部分陰離子交換樹脂能承受的最大N值及每周期累積通過樹脂的有機(jī)物總含量最大限值如下表所示：