淺談陰離子交換樹脂硅污染處理

張祥 周江亮

海南核電有限公司 海南昌江 572733

1 水中硅化合物的特性

在天然水中，硅酸化合物是常見的雜質。它來自水流經地層時與含有硅酸鹽和鋁硅酸鹽巖石的反應。地下水的硅酸化合物含量通常比地面水多，天然水中硅酸化合物（以二氧化硅表示）含量一般在1-20mg/L范圍內，地下水有高達60mg/L的。硅酸是一種比較復雜的化合物，它在水中的形態較多，有離子態、分子態以至膠態。硅酸的通式為xSiO2·yH2O。當x和y等于1時，分子式可寫成H2SiO3，稱為偏硅酸；當x=1，y=2時，分子式為H4SiO4，稱為正硅酸；當x＞1時，硅酸呈聚合態，稱多硅酸。

當水的pH值不很高時，溶于水的二氧化硅主要是分子態的簡單硅酸，硅酸的酸性很弱，電離度不大，所以當純水中含有硅酸時不易用pH或電導率檢測出來。當pH值增大到9時，二氧化硅的溶解度就明顯增大，此時硅酸電離成H2SiO3的量增多，所以溶解的二氧化硅除了生成硅酸外，還會生成大量的H2SiO3，其反應方程式為：

這說明，在酸性和弱酸性溶液中，離子態的硅含量很少。pH值越小，離子態的硅化合物越少，膠體態的硅酸越多。PH＜9時，如果有過量的硅酸鹽溶于水中，最后都將二氧化硅膠體粒子懸浮于水中，稱為膠體硅。當pH＞9時，隨著pH值的升高，溶解度增大，這時以硅酸或聚硅酸的形式存在。

2 陰樹脂硅污染的危害

此制水系統除鹽水生產系統的離子交換系統包括一級除鹽水系統和混床系統。一級除鹽水系統包括兩個單元列，主要設備由兩臺無頂壓逆流陽離子交換器和兩臺無頂壓逆流陰離子交換器組成；混床系統包括兩個單元列，由兩臺混合離子交換器組成。一臺陽床和一臺陰床串聯形成一套復床系統，兩套復床系統并聯；兩臺混床并聯后與前置復床串聯。陰離子交換樹脂硅污染事件發生時，正值沖洗試驗期間，用水量較大，致使除鹽制水系統連續大量制水。且除鹽制水系統陰床出口、混床出口及總管上的在線硅表都沒有投用，僅能監測電導率，而電導率的趨勢變化微乎其微。人工取樣分析后才發現出水硅超標嚴重，此時出口硅含量已超出儀器監測上限，導致陰床和混床中的陰樹脂被嚴重硅污染。

強堿型陰樹脂被硅化合物污染后，嚴重時會在陰床或混床中形成膠體硅，包裹在樹脂顆粒周圍甚至滲入樹脂顆粒內，影響陰床和混床的正常運行。膠體硅還會覆蓋在離子交換器出水的水帽上，在運行時再釋放到除鹽水中，嚴重時會引起水帽堵塞，影響水處理設備運行[2]。

3 再生處理過程

3月4日，按正常再生方法進行多次再生，無法得到合格除鹽水。（注：水質規范規定，陰床出水含硅量＜100μg/L；混床出水含硅量＜20μg/L。）

3月5日，繼續進行再生處理，2號陰床出水含硅量降至86.62μg/L，符合規范要求但偏高；1號混床出水含硅量為133.20μg/L，不合格，需要繼續再生。

3月6日，繼續對2號陰床和1號混床進行再生，兩次再生后正洗至穩定，2號陰床出水含硅量為6.14μg/L，1號混床出水含硅量為14.99μg/L。都已符合除鹽水質要求。

3月9日，對2號混床進行再生。再生后，2號混床出水降至22.39μg/L，水質仍不能滿足要求。3月10日繼續再生2號混床，再生后2號混床出水水質滿足要求。

3月20日，發現1號混床出口水質硅含量上漲至22.05，超過含硅量標準。次日停運1號混床并進行再生。

至此，針對除鹽床被污染的情況，采取了重復再生的方式，但經過多次再生后取樣后發現，2號混床樹脂的性能仍然較差，除鹽床出口硅含量處于較高水平，且周期制水量遠達不到要求。3月24日后，根據化學專業人員提出的處理方案，通過加熱堿液、提高再生劑濃度和堿液浸泡，對陰床及混床進行復蘇處理。

3月25日，2號混床進熱堿液浸泡，浸泡36小時后，用濃度為3.3%的酸堿再生劑進行再生。再生完畢后取樣分析2號混床出水含硅量＜5μg/L，完全滿足除鹽水含硅量標準。

4月14日，對2號陰床及1號混床也采用提高再生溫度，提高再生劑濃度的方法進行處理。再生完畢，正洗至穩定后取樣，2號陰床及1號混床出口硅含量均＜5μg/L，完全滿足除鹽水含硅量標準。

4 樹脂硅污染后的處理方法

被硅污染的陰樹脂，通常采用的再生手段是加熱堿液，并提高再生劑的濃度和用量。我廠除鹽床硅污染后，立即停運除鹽床并用常規方法再生，經過幾次再生后效果不理想。綜合比較以上辦法，并結合實際情況，確定了以下對陰樹脂處理的方法：

（1）提高再生堿液的溫度，由常溫加熱至35℃-45℃左右；

（2）將1、2號混床樹脂用加熱后的堿液浸泡24h以上；

（3)將再生劑的濃度由2.5-3.0%提高至3.0-3.5%。

5 結語

（1）強堿型陰樹脂被硅化合物污染后，會導致樹脂交換容量及周期制水量急劇下降。

（2）硅污染后的處理方法，可采用熱堿液浸泡、提高再生液溫度、提高再生液濃度等幾種方式結合處理、反復處理。

（3）盡快投用在線硅表、減少失效陰床、混床停運時間、再生時加熱堿液等措施，可有效降低樹脂硅污染的風險。