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標題陰離子交換樹脂抗有機物污染性能研究新進展

提供者：天津威德國際貿易有限公司發布時間：2019/9/27 閱讀次數：208次 >>進入該公司展臺

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

前言

我國地域廣闊，各地水源水質條件差異明顯，且在我國不少地區地下水過量開采，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。隨著工業的發展，廢水排放量急劇增加，地面水的水質越來越差，特別是在工業發展和城市集中地區尤為嚴重，主要體現在水中的有機物含量急劇升高。雖然通過生物處理有機物可以去除25%左右，但進入水處理系統離子交換器的水中的有機物含量依然很高，有的甚至達到幾百ppm。

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

羅門哈斯公司針對高有機物含量的進水做了多方面的試驗研究及現場應用，合成出了適合各種應用領域的抗有機物污染能力優良的樹脂。

有機物污染樹脂的一般原理和對策

水中的有機物質一般以腐植酸鹽及富味酸鹽形式存在，這些物質經氫型陽離子交換樹脂后形成了腐植酸及富味酸，進入陰床后由陰樹脂去除。

陰樹脂的基本結構如下：

圖1苯乙烯系強堿I型陰離子交換樹脂圖2丙烯酸系強堿陰離子交換樹脂

水中高分子有機物質基本結構（簡化模型）如下圖3所示：

注：真正存在于水中的有機物質由以上數千個含羧酸基團的高分子結構組成。

有機物與樹脂之間的反應有以下三種基本模式：

1.通過離子交換（圖4）：

上圖所示的是有機物上的羧酸基與樹脂上的氨基發生反應。

2.通過范德華力吸引（圖5）：

上圖所示的是有機物上的芳香基和樹脂上的芳香基之間由于吸引力而發生作用。

3.離子交換和范德華力同時作用（圖6）：

當樹脂快速再生時，因時間不夠，且再生時只能打破通過離子交換作用上去的有機物，而不能打破通過范德華力吸引上去的有機物質，即不能將有機物從樹脂中全部洗脫出來，經過反復運行/再生，有機物在樹脂中就急劇增加。

經試驗研究表明，各類樹脂再生時有機物洗脫率一般如下所示：

弱堿陰離子交換樹脂AMBERLITE IRA96 90~100%

強堿I型陰離子交換樹脂AMBERLITE IRA402 30~70%

強堿II型陰離子交換樹脂AMBERLITE IRA410 60~95%

丙烯酸強堿陰離子交換樹脂AMBERLITE IRA958 90~100%

樹脂被有機物污染后將導致下列變化：

1．延長樹脂的淋洗時間；

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．樹脂動力學性能破壞。

現將上述各點分述如下：

1．淋洗時間延長

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

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

很多水處理系統設計是在陰床出口設有電導率儀表監測水質。設計時考慮陽床先失效，電導率表用以監測陽床的鈉離子泄漏。如果由于有機物污染占有了陰樹脂上的活性基團部位，使交換容量降低，當有機物污染達到一定數量時，就會導致二氧化硅提前泄漏，這在電導率儀表上是測不出來的。如果同時還監測出水中的SiO₂含量，則由于樹脂交換容量的降低會使周期制水量相應降低。

4. 動力學性能被破壞

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

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

1．通過絮凝或采用專用有機物清掃樹脂以改善水的預處理質量，保護后級樹脂；

2．采用超濾等膜處理進行預處理；

3．開發新型的抗有機物污染性能優良的樹脂；

4．利用弱堿陰樹脂保護強堿陰樹脂，或用丙烯酸系陰樹脂代替苯乙烯系陰樹脂。因為與苯乙烯系陰樹脂比較，丙烯酸系樹脂屬于親水性，其對有機物的親合力很小，不易被有機物污染；

5．通過縮短系統周期運行時間或增加樹脂總量以降低每周期樹脂的有機物負荷；

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

7．對樹脂進行復蘇處理。

羅門哈斯公司抗有機物污染樹脂研究新進展

1.樹脂抗有機物污染基本參數

水對樹脂的污染性質可以用污染指數N表示：

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

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物總含量最大限值如下表所示：

樹脂牌號	最大有機物負荷，g /L(R) KMnO₄	N
AMBERJET 4200	2	3
AMBERLITE IRA402	2	3
AMBERLITE IRA 410	4	6
AMBERLITE IRA405	5	7
AMBERLITE IRA 96	12	12
AMBERLITE IRA67	25	20
AMBERLITE IRA70	20
AMBERLITE IRA 958	15

關鍵詞：抗污染樹脂

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