離子交換樹脂“鐵中毒”的處理

離子交換樹脂具有化學(xué)穩(wěn)定性好，機(jī)械強(qiáng)度高，交換能力大等優(yōu)點，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。但樹脂在使用過程中，由于受到有害雜質(zhì)（如鐵化物、有機(jī)物等）的污染，就會發(fā)生樹脂"中毒"事故。如果不及時采取合理措施使其復(fù)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)象為常見。我公司多年的生產(chǎn)實踐，對這種樹脂鐵"中毒"事故的處理方法及預(yù)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(zhì)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(jié)構(gòu)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(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(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(jìn)行有效接觸；另一種是鐵以Fe2+形式進(jìn)入交換器，與樹脂進(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(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，更容易使陰樹脂中毒；
二是水中含有大分子有機(jī)物時，容易與鐵形成螯合物（即有機(jī)鐵），它可以與強(qiáng)堿性陰樹脂進(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(yán)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(zhǔn)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(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(zhǔn)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(fù)蘇處理方法
由于鐵"中毒"樹脂經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚�，可以恢�?fù)其交換能力，所以樹脂發(fā)生鐵"中毒"后，應(yīng)及時正確處理，否則會增加樹脂破損的可能性，導(dǎo)致樹脂報廢。鐵"中毒"樹脂的復(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(zhuǎn)成氫型，投入運行前再轉(zhuǎn)化成鈉型。此法簡單易行。但在實際應(yīng)用中，要想充分復(fù)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(fù)蘇法
機(jī)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(jìn)行交換，使樹脂逐步轉(zhuǎn)變成氫鈉混合型，投入運行前再生轉(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，耗時長，復(fù)蘇處理不徹底等缺點。
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"樹脂中充分浸泡。鹽酸和食鹽的作用同上。Na2SO3 中的SO32-把Fe3+還原成Fe2+，從而減少樹脂對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+
后再將氫鈉混合型樹脂轉(zhuǎn)化為鈉型樹脂即可投入使用。需要注意的是，Na2SO3 濃度應(yīng)由實驗確定，一般不應(yīng)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(fù)蘇劑耗量少，耗時短，且復(fù)蘇劑中鹽酸濃度低，對交換器腐蝕性較小，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、錳砂過濾除鐵法等。
②直接以深井水或自來水為水源時，應(yīng)在陽床進(jìn)水泵前設(shè)置過濾器性產(chǎn)純凈水時，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。


陰、陽離子交換樹脂樹脂的貯存：
離子交換樹脂肪內(nèi)含有一定量的水份，在運輸及貯存過程中應(yīng)盡量保持這部分水。如貯存過程中樹脂脫了水，應(yīng)先用濃食鹽水（-10%）浸泡，再逐漸稀釋，不得直接放于水中，以免樹脂急劇膨脹而破碎。在長期貯存中，強(qiáng)型樹脂應(yīng)轉(zhuǎn)變成鹽型，弱型樹脂可轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的氫型或游離堿型也可轉(zhuǎn)為鹽型，然后浸泡在潔凈的水中。樹脂在貯存或運輸過程中，應(yīng)保持在5-40°C的溫度環(huán)境中，避免過冷或過熱，影響質(zhì)量。若冬季沒有保溫設(shè)備時，可將樹脂貯存在食鹽水中，食鹽水的溫度可根據(jù)氣溫而定。
新樹脂的預(yù)處理：
新樹脂常含有溶劑、未參加聚合反應(yīng)的物質(zhì)和少量低聚合物，還可能吸著鐵、鋁、銅等重金屬離子。當(dāng)樹脂與水、酸、堿或其他溶液相接觸時，上述可溶性雜質(zhì)就會轉(zhuǎn)入溶液中，在使用初期污染出水水質(zhì)。所以，新樹脂在投運前要進(jìn)行預(yù)處理。