發(fā)布時間：2021-10-18
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離子交換樹脂具有化學穩(wěn)定性好，機械強度高， 交換能力大等優(yōu)點，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，得到了廣泛應用。但樹脂在使用過程中，由于受到有害雜質（如鐵化物、有機物等）的污染，就會發(fā)生樹脂“中毒”事故。如果不及時采取合理措施使其復蘇，就有可能造成樹脂失效，甚至報廢。樹脂“中毒”以鐵“中毒”現(xiàn)象最為常見。下面，談談對這種樹脂鐵“中毒”事故的處理方法及預防措施。
離子交換樹脂表面被鐵化物覆蓋或樹脂內(nèi)部的交換孔道被鐵雜質等堵塞，使樹脂的工作交換容量和再生交換容量明顯降低，但樹脂結構無變化，這種現(xiàn)象叫樹脂的鐵“中毒”。
1 污染原因分析
造成樹脂鐵“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；
④水中含有大分子有機物。
陽樹脂的鐵“中毒”一般只發(fā)生在以食鹽為再生劑的軟化水過程中，主要有兩種情況，一種是當鐵以膠態(tài)或懸浮鐵化物的形式進入鈉離子交換器后，被樹脂吸附，并在樹脂表面形成一層鐵化物的覆蓋層，阻止了水中的離子與樹脂進行有效接觸；另一種是鐵以Fe2+形式進入交換器，與樹脂進行交換反應，使Fe2+占據(jù)在交換位置上，因Fe2+很容易被氧化成高價鐵化物，沉積在樹脂內(nèi)部，堵塞了交換孔道。
陰樹脂發(fā)生鐵“中毒” 的主要原因也有以下兩種：一是再生陰樹脂的堿純度達不到規(guī)定標準，特別是液態(tài)堿中含有鐵的化合物較多時，更容易使陰樹脂中毒；二是水中含有大分子有機物時，容易與鐵形成螯合物（即有機鐵），它可以與強堿性陰樹脂進行交換反應，集結在交換基團的位置上，堵塞樹脂的交換孔道，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，進一步導致樹脂鐵“中毒”。
2 污染鑒別方法
2.1 外觀顏色鑒別
發(fā)生鐵“中毒”的樹脂，從外觀上看，顏色由透明的黃色（陽樹脂）或乳白色（陰樹脂）明顯變深，嚴重者甚至呈黑色。
2.2 試驗鑒別
通過測定水的含鐵量來判定樹脂鐵“中毒”的程度，這是一種較為準確的方法[1]。方法如下：
將“中毒”樹脂用清水洗凈，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，從中取出一部分樹脂放入試管或玻璃瓶中，隨后加入6mol/L的鹽酸（體積約為樹脂的2倍），蓋嚴振蕩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的顏色深淺（由淡藍色至棕黑色），可以判斷樹脂鐵“中毒”的程度。
需要說明的是，有的單位只用測定樹脂交換容量的方法來判斷樹脂是否鐵“中毒”，這是不準確的。因為鐵“中毒”僅僅降低了樹脂的工作交換容量，而對全交換容量幾乎沒有影響。
3 復蘇處理方法
由于鐵“中毒”樹脂經(jīng)過適當?shù)奶幚?，可以恢復其交換能力，所以樹脂發(fā)生鐵“中毒”后，應及時正確處理，否則會增加樹脂破損的可能性，導致樹脂報廢。鐵“中毒”樹脂的復蘇方法主要有以下三種，現(xiàn)比較如下：
3.1 鹽酸復蘇法
機理：強酸性樹脂對陽離子的選擇順序為：
Fe3+＞Fe2+＞Ca2+＞Mg2+＞Na+＞H+
在鐵“中毒”樹脂中加入10％的鹽酸后，鹽酸將樹脂表面或凝膠孔內(nèi)的膠態(tài)Fe2O3·XH2O溶解成Fe3+，同時鹽酸中的H+與樹脂上的Fe3+、Ca2+、Mg2+發(fā)生交換，使樹脂逐步轉成氫型，投入運行前再轉化成鈉型。
此法簡單易行。但在實際應用中，要想充分復蘇鐵“中毒” 樹脂，必須將鹽酸的濃度加大到10％以上，這樣既增加了處理費用，也易損壞交換器的防腐層。
3.2 鹽酸-食鹽復蘇法
機理：將4％的鹽酸和4％的食鹽溶液加入“鐵中毒”樹脂中，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+和樹脂上的Fe3+、Fe2+、Ca2+、Mg2+進行交換，使樹脂逐步轉變成氫鈉混合型，投入運行前再生轉換成鈉型即可。
此法是一種較常用的方法。但也存在著鹽酸和食鹽用量大，耗時長，復蘇處理不徹底等缺點。
3.3 鹽酸－食鹽－亞硫酸鈉復蘇法
機理：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+從而減少樹脂對Fe3+的結合，且反應生成的H+又能促進Fe2O3?XH2O的溶解，
反應式為：
SO32-+2Fe3++H2O≈SO42-+Fe2++2H+
最后再將氫鈉混合型樹脂轉化為鈉型樹脂即可投入使用。需要注意的是，Na2SO3濃度應由實驗確定，一般不應大于0.1％，因為Na2SO3濃度過高，易產(chǎn)生SO2氣體，再者產(chǎn)物SO42-濃度增大，會產(chǎn)生CaSO4沉淀。
實踐證明，用這種方法處理鐵“中毒”樹脂，復蘇劑耗量少，耗時短，且復蘇劑中鹽酸濃度低，對交換器腐蝕性較小，復蘇效果較好，是一種較理想的處理方法。
4 預防措施
①含鐵地下水必須進行必要的除鐵處理后，方可進入交換器。常用的除鐵方法有：曝氣除鐵法、錳砂過濾除鐵法等。
②直接以深井水或自來水為水源時，應在陽床進水泵前設置過濾器性產(chǎn)純凈水時，進水管道應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)物帶進交換器。
③加強水處理設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)損傷應及時處理。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，污染樹脂。
④再生劑質量要符合有關標準要求，不能含有鐵雜質。
要提高離子交換樹脂的再生質量，筆者總結后認為應該做到以下6點：
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，動態(tài)再生比靜態(tài)再生好。
2.選擇適中的再生劑用量。當再生劑用量不足時，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，有時甚至會影響出水質量，適當增加再生劑的用量，可提高離子交換樹脂的再生質量。對于剛出廠的樹脂，再生劑的用量最好不要超過15%，否則，會造成結重難返，影響樹脂的工作交換容量。
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。為了使再生時交換反應充分進行，一般認為再生液與交換樹脂的接觸時間應不少于30分鐘。
5.適當提高再生液的溫度，可加快離子的擴散速度，提高再生質量。實踐證明，離子交換劑再生時，將再生液溫度提高到50℃左右，可大大提高再生質量。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高，否則，易使交換劑的交換基因分解，促使交換劑變質并影響其交換容量。
6.再生劑的純度對交換劑的再生程度和出水水質影響較大，如果再生劑質量不好，含有大量雜質離子，尤其是含有交換“反離子”。例如：食鹽中硬度含量過高或水源中硬度含量過高，都會影響再生質量且出水水質也會受影響。
目前，為了加強鍋爐水處理工作，防止和減少由于結垢而造成的事故，保證鍋爐安全、經(jīng)濟運行。提高離子交換樹脂的再生質量，是每個使用離子交換樹脂的單位亟待解決的問題，如果再生質量不高，將導致交換樹脂的頻繁再生，縮短交換樹脂的使用年限，浪費大量的人力、物力。
