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标题阴离子交换树脂抗有机物污染性能研究新进展

提供者：天津威德国际贸易有限公司发布时间：2019/9/27 阅读次数：196次 >>进入该公司展台

[内容摘要] 本文简要介绍了树脂被有机物污染的基本原理和对策以及罗门哈斯公司在抗有机物污染树脂研究方面的新进展。

前言

我国地域广阔，各地水源水质条件差异明显，且在我国不少地区地下水过量开采，已造成了地下水位下降和地面沉降等问题，所以工业给水一般改采用地面水源，如江河、湖泊、水库中的水。随着工业的发展，废水排放量急剧增加，地面水的水质越来越差，特别是在工业发展和城市集中地区尤为严重，主要体现在水中的有机物含量急剧升高。虽然通过生物处理有机物可以去除25%左右，但进入水处理系统离子交换器的水中的有机物含量依然很高，有的甚至达到几百ppm。

地表水中有机物通常是高分子有机物质，在离子交换系统中主要与阴离子交换树脂发生作用。如果采用普通的阴树脂，就很难在再生时洗脱下来。而且有的地表水中还含有一些化学清洗剂（如烷基苯磺酸）或阴离子表面活性剂或胶体有机物，这些物质对于普通阴树脂来说几乎是致命的，再生时根本无法洗脱下来，所以需要采用一些专用于有机物清扫树脂或抗有机物污染性能较好的树脂。

罗门哈斯公司针对高有机物含量的进水做了多方面的试验研究及现场应用，合成出了适合各种应用领域的抗有机物污染能力优良的树脂。

有机物污染树脂的一般原理和对策

水中的有机物质一般以腐植酸盐及富味酸盐形式存在，这些物质经氢型阳离子交换树脂后形成了腐植酸及富味酸，进入阴床后由阴树脂去除。

阴树脂的基本结构如下：

图1苯乙烯系强碱I型阴离子交换树脂图2丙烯酸系强碱阴离子交换树脂

水中高分子有机物质基本结构（简化模型）如下图3所示：

注：真正存在于水中的有机物质由以上数千个含羧酸基团的高分子结构组成。

有机物与树脂之间的反应有以下三种基本模式：

1.通过离子交换（图4）：

上图所示的是有机物上的羧酸基与树脂上的氨基发生反应。

2.通过范德华力吸引（图5）：

上图所示的是有机物上的芳香基和树脂上的芳香基之间由于吸引力而发生作用。

3.离子交换和范德华力同时作用（图6）：

当树脂快速再生时，因时间不够，且再生时只能打破通过离子交换作用上去的有机物，而不能打破通过范德华力吸引上去的有机物质，即不能将有机物从树脂中全部洗脱出来，经过反复运行/再生，有机物在树脂中就急剧增加。

经试验研究表明，各类树脂再生时有机物洗脱率一般如下所示：

弱碱阴离子交换树脂AMBERLITE IRA96 90~100%

强碱I型阴离子交换树脂AMBERLITE IRA402 30~70%

强碱II型阴离子交换树脂AMBERLITE IRA410 60~95%

丙烯酸强碱阴离子交换树脂AMBERLITE IRA958 90~100%

树脂被有机物污染后将导致下列变化：

1．延长树脂的淋洗时间；

2．出水中Na⁺及SiO₂泄漏量增加；

3．树脂交换容量降低，树脂含水量降低；

4．树脂动力学性能破坏。

现将上述各点分述如下：

1．淋洗时间延长

这是由于吸收了有机酸所致，很多有机物带有羧酸基，它与氢氧化钠反应生成羧基钠化合物，它能慢慢水解产生氢氧化钠，这样就增加了淋洗时间。

2．出水中Na⁺及SiO₂泄漏量增加；

由于树脂被污染后NaOH被吸附在COOH^-基上，Na⁺很难清洗干净，使出水中特别是出水初期的Na⁺泄漏增加。树脂被污染后动力学性能下降，会使出水中SiO₂泄漏增加。

3．交换容量降低

很多水处理系统设计是在阴床出口设有电导率仪表监测水质。设计时考虑阳床先失效，电导率表用以监测阳床的钠离子泄漏。如果由于有机物污染占有了阴树脂上的活性基团部位，使交换容量降低，当有机物污染达到一定数量时，就会导致二氧化硅提前泄漏，这在电导率仪表上是测不出来的。如果同时还监测出水中的SiO₂含量，则由于树脂交换容量的降低会使周期制水量相应降低。

4. 动力学性能被破坏

阴树脂在使用过程中，它的动力学性能(即树脂的物质传递系数MTC)会变差，在混床中的阴树脂在离子负荷增大时就不能保证出水水质，在单床中或混床中的阴树脂，当流速增加时也不能保证水质。

针对阴树脂容易被有机物污染的情况及目前我国的水质状况，一般采用以下措施加以预防或解决：

1．通过絮凝或采用专用有机物清扫树脂以改善水的预处理质量，保护后级树脂；

2．采用超滤等膜处理进行预处理；

3．开发新型的抗有机物污染性能优良的树脂；

4．利用弱碱阴树脂保护强碱阴树脂，或用丙烯酸系阴树脂代替苯乙烯系阴树脂。因为与苯乙烯系阴树脂比较，丙烯酸系树脂属于亲水性，其对有机物的亲合力很小，不易被有机物污染；

5．通过缩短系统周期运行时间或增加树脂总量以降低每周期树脂的有机物负荷；

6．增加NaOH剂量以提高树脂的再生度，或针对I型强碱阴树脂加热再生用碱，以加大树脂中有机物的清洗效率；

7．对树脂进行复苏处理。

罗门哈斯公司抗有机物污染树脂研究新进展

1.树脂抗有机物污染基本参数

水对树脂的污染性质可以用污染指数N表示：

其中阴离子含量指的是通过树脂层的实际的阴离子总量（不包括可能通过除碳器去掉的一部分阴离子）。水中的有机物总含量占整个离子含量的比例很重要。如果进水中的总离子含量较低，这样运行周期将会延长，这样通过树脂床的总的有机物含量要比进水中总离子量高而运行周期短的水质通过树脂床所积留的有机物总量要高。

部分阴离子交换树脂能承受的最大N值及每周期累积通过树脂的有机物总含量最大限值如下表所示：

树脂牌号	最大有机物负荷，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

关键词：抗污染树脂

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