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(zhì)。它來自水流經(jīng)地層時(shí)與含有硅酸鹽和鋁硅酸鹽巖石的反應(yīng)。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(nèi)，地下水有高達(dá)60mg/L的。硅酸是一種比較復(fù)雜的化合物，它在水中的形態(tài)較多，有離子態(tài)、分子態(tài)以至膠態(tài)。硅酸的通式為xSiO2·yH2O。當(dāng)x和y等于1時(shí)，分子式可寫成H2SiO3，稱為偏硅酸；當(dāng)x=1，y=2時(shí)，分子式為H4SiO4，稱為正硅酸；當(dāng)x＞1時(shí)，硅酸呈聚合態(tài)，稱多硅酸。

當(dāng)水的pH值不很高時(shí)，溶于水的二氧化硅主要是分子態(tài)的簡單硅酸，硅酸的酸性很弱，電離度不大，所以當(dāng)純水中含有硅酸時(shí)不易用pH或電導(dǎo)率檢測出來。當(dāng)pH值增大到9時(shí)，二氧化硅的溶解度就明顯增大，此時(shí)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(huì)生成大量的H2SiO3，其反應(yīng)方程式為：

這說明，在酸性和弱酸性溶液中，離子態(tài)的硅含量很少。pH值越小，離子態(tài)的硅化合物越少，膠體態(tài)的硅酸越多。PH＜9時(shí)，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(dāng)pH＞9時(shí)，隨著pH值的升高，溶解度增大，這時(shí)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(tǒng)除鹽水生產(chǎn)系統(tǒng)的離子交換系統(tǒng)包括一級(jí)除鹽水系統(tǒng)和混床系統(tǒng)。一級(jí)除鹽水系統(tǒng)包括兩個(gè)單元列，主要設(shè)備由兩臺(tái)無頂壓逆流陽離子交換器和兩臺(tái)無頂壓逆流陰離子交換器組成；混床系統(tǒng)包括兩個(gè)單元列，由兩臺(tái)混合離子交換器組成。一臺(tái)陽床和一臺(tái)陰床串聯(lián)形成一套復(fù)床系統(tǒng)，兩套復(fù)床系統(tǒng)并聯(lián)；兩臺(tái)混床并聯(lián)后與前置復(fù)床串聯(lián)。陰離子交換樹脂硅污染事件發(fā)生時(shí)，正值沖洗試驗(yàn)期間，用水量較大，致使除鹽制水系統(tǒng)連續(xù)大量制水。且除鹽制水系統(tǒng)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(jiān)測電導(dǎo)率，而電導(dǎo)率的趨勢變化微乎其微。人工取樣分析后才發(fā)現(xiàn)出水硅超標(biāo)嚴(yán)重，此時(shí)出口硅含量已超出儀器監(jiān)測上限，導(dǎo)致陰床和混床中的陰樹脂被嚴(yán)重硅污染。

強(qiáng)堿型陰樹脂被硅化合物污染后，嚴(yán)重時(shí)會(huì)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(nèi)，影響陰床和混床的正常運(yùn)行。膠體硅還會(huì)覆蓋在離子交換器出水的水帽上，在運(yùn)行時(shí)再釋放到除鹽水中，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起水帽堵塞，影響水處理設(shè)備運(yùn)行[2]。

3 再生處理過程

3月4日，按正常再生方法進(jìn)行多次再生，無法得到合格除鹽水。（注：水質(zhì)規(guī)范規(guī)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(xù)進(jìn)行再生處理，2號(hào)陰床出水含硅量降至86.62μg/L，符合規(guī)范要求但偏高；1號(hào)混床出水含硅量為133.20μg/L，不合格，需要繼續(xù)再生。

3月6日，繼續(xù)對2號(hào)陰床和1號(hào)混床進(jìn)行再生，兩次再生后正洗至穩(wěn)定，2號(hào)陰床出水含硅量為6.14μg/L，1號(hào)混床出水含硅量為14.99μg/L。都已符合除鹽水質(zhì)要求。

3月9日，對2號(hào)混床進(jìn)行再生。再生后，2號(hào)混床出水降至22.39μg/L，水質(zhì)仍不能滿足要求。3月10日繼續(xù)再生2號(hào)混床，再生后2號(hào)混床出水水質(zhì)滿足要求。

3月20日，發(fā)現(xiàn)1號(hào)混床出口水質(zhì)硅含量上漲至22.05，超過含硅量標(biāo)準(zhǔn)。次日停運(yùn)1號(hào)混床并進(jìn)行再生。

至此，針對除鹽床被污染的情況，采取了重復(fù)再生的方式，但經(jīng)過多次再生后取樣后發(fā)現(xiàn)，2號(hào)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(yuǎn)達(dá)不到要求。3月24日后，根據(jù)化學(xué)專業(yè)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(jìn)行復(fù)蘇處理。

3月25日，2號(hào)混床進(jìn)熱堿液浸泡，浸泡36小時(shí)后，用濃度為3.3%的酸堿再生劑進(jìn)行再生。再生完畢后取樣分析2號(hào)混床出水含硅量＜5μg/L，完全滿足除鹽水含硅量標(biāo)準(zhǔn)。

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

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(yùn)除鹽床并用常規(guī)方法再生，經(jīng)過幾次再生后效果不理想。綜合比較以上辦法，并結(jié)合實(shí)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(hào)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(jié)語

（1）強(qiáng)堿型陰樹脂被硅化合物污染后，會(huì)導(dǎo)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(jié)合處理、反復(fù)處理。

（3）盡快投用在線硅表、減少失效陰床、混床停運(yùn)時(shí)間、再生時(shí)加熱堿液等措施，可有效降低樹脂硅污染的風(fēng)險(xiǎn)。