（锦州市环境科学研究院，辽宁 锦州121000）

有机物污染树脂是离子交换水处理工艺中十分棘手的问题之一，树脂被污染后引起树脂性能下降，制水量减少，出水水质恶化，因此解决有机物污染树脂的问题是当前纯水制备工作的一个重要课题。

离子交换树脂在电力、化工、冶金等行业的纯水制备中得到广泛应用，在使用过程中，阴树脂会出现工作交换容量下降，出水品质变差，碱耗增加等现象。特别是梅雨季节，原水中有机物胶体含量上升导致树脂严重污染而使人体中毒，为了减轻和消除这种现象，要了解有机物污染树脂的原理，掌握污染后树脂复苏的新方法，以保障水处理系统的正常运行[1]。

1 树脂污染和吸收有机物的机理

1.1 树脂污染机理

树脂为多孔网状立体结构，多孔网眼系离子在树脂内部扩散进出的通道，通道内壁具有众多功能基团，是离子交换反应的活性点，一旦此活性点被覆盖，离子交换过程就无法进行。在离子交换过程中，交换势能较高、附着力强的离子或大分子之类的物质吸附或被交换到树脂上，再生时难以洗脱下来，从而阻止了离子交换；或是在离子交换反应过程中生成难溶的沉积物，并沉积在树脂内部，阻塞了离子交换的通道[2]。

1.2 树脂吸收有机物机理

富里酸是一种天然有机高分子化合物（C14H12O8），是腐植质的主要组成部分，具有分子量低、生物活性高的特点[3]。富里酸（H.FA）离解产生的离子与树脂中甲基（-CH3）污染物反应可以去除树脂中的有机污染物。

富里酸的解离常数pK值是4.5，腐植酸的pK值稍大一些，碳酸的pK值是8.32。当环境pH值小于4时，腐植酸和富里酸的离子化程度比较小，其形态像一种不带电的分子；当pH值增加时，其离子化程度增加，表现为一种大分子量的阴离子。

富里酸是一种弱酸，一般说来只有在碱性介质中才能离解，在中性介质中只有部分离解，所以在阳离子交换水中它呈分子状态，当水中强酸被树脂（强碱树脂和弱碱树脂）吸收之后，水接近中性，它们开始离解，形成的离子就能和树脂相作用：

RN（CH3）3OH＋HFA⇔RN（CH3）3FA＋H2O

RN（CH3）2＋HFA⇔RN（CH3）2HFA

由于HFA是弱酸，所以上述第二个反应吸收的HFA很易水解，它和弱酸树脂结合能力较低。强碱树脂基团内的高pH环境对吸收HFA十分有利，如果强碱基团是Cl－型，则吸附有机物的能力就低得多，表1的数据证明了这一点。用Cl－型的大孔强碱阴树脂作为有机物清除剂是因为洗脱容易，但由于Cl－型树脂吸收有机物能力低，有机物易漏过，此外，原水经Cl－型阴床后水中氯离子比率加大，进入阳床水中碱度减小，对除盐十分不利。

表1 Cl－型和OH－型强碱树脂对有机物吸附率[4] %

同为强碱树脂，丙烯酸类碱性稍弱一些，吸附有机物的能力比苯乙烯类低，但是洗脱吸附的有机物的效率高（见表2），主要原因是这两种树脂骨架的差别。丙烯酸类树脂的骨架主要部分是链烃，苯乙烯类树脂的骨架主要是芳香烃，这和腐植酸、富里酸的结构很相似，因此它们之间有较强的物理吸附结合。

表2 两种树脂吸附和解吸有机物的比较[4] %

2 常用的复苏方法

复苏是指树脂的化学机能在减缓后又恢复正常的反应能力。

2.1 常用的复苏方法

各种复苏方法的复苏效果见表3[5]。

表3 各种复苏方法的复苏效果比较

由表3可知，4种复苏方法中，有机溶剂法复苏后污染树脂全交换容量最高可以达到3.03 mmol/g，并能增大有机物溶解度和迁出动力，是效果最好的复苏方法；表面活性剂法和氧化剂法可以改善亲水性以及氧化有机物，但总体效果不及有机溶剂法；盐碱法的效果最为一般仅为2.88 mmol/g。

2.2 有机溶剂法试验结论

下面以效果最好的有机溶剂法为例，对复苏效果试验进行总结：在固定NaOH浓度下，随着NaCl浓度的增加，经过处理后树脂强基交换容量增大，但是Na3PO4和C2H5OH浓度增加到一定量后树脂强基交换容量趋势平缓，因此证明并不是Na3PO4和C2H5OH浓度越大越好，还会增加复苏成本。在固定浓度下通过改变NaOH浓度得到的变化趋势与Na3PO4和C2H5OH变化趋势类似。加入少量乳化剂复苏后树脂强基交换容量增加明显，但是随着乳化剂用量大量增加，复苏后树脂强基交换容量增加趋势并不明显，而且加入乳化剂后树脂中有大量泡沫，清洗困难，因此只能少量加入。

3 有机物污染的复苏结果

3.1 复苏前后运行数据统计

由于运行数据受水质条件、再生条件等影响较大，统计数据选取复苏前后各一个月的平均值，统计结果见表4。

表4 复苏前后运行数据统计

3.2 复苏前后树脂理化性能分析

复苏前后树脂理化性能变化趋势见表5。

表5 复苏前后树脂理化性能分析

由表4、表5可知，通过对比复苏前后数据，运行周期从16.3 h增加到20.6 h，出水电导率和杂质SiO2含量分别降低15.3%和33.1%；全交换容量提高25.8%，污染物CODMn去除54.1%。综上，复苏结果显著，可以大大提高树脂的理化性能。

4 结语

富里酸离解产生的离子与树脂中甲基污染物反应可以去除树脂中的有机污染物。作为有机物清除剂，Cl-型树脂比OH-树脂容易洗脱，但吸附能力低，有机物容易漏过，对除盐不利；同理，丙烯酸类树脂吸附有机物能力低于苯乙烯类，但洗脱率高于苯乙烯。与其他三种常见的复苏方法（氧化剂法、表面活性剂法、盐碱法）相比有机溶剂法效果最好。复苏后，运行周期增加、出水电导率和杂质SiO2含量降低，全交换容量提高，还可以去除污染物CODMn，大大提高了树脂的理化性能。

[1]高振平，赵文亮，姜丹，等.强碱性阴离子交换树脂污染原因分析及复苏工艺研究[J].陕西电力，2010（7）：59-61.

[2]张翠玲，郝火凡，赵保卫，等.阳离子交换树脂的污染及复苏方法研究[J].甘肃科学学报，2007，19（4）：31-33.

[3]好搜百科.富里酸[EB/OL].http：//baike.haosou.com/doc/6294047.html.

[4]邵林.水处理用离子交换树脂[M].北京：水利电力出版社，1987（12）：24-25.

[5]谢昭明，周柏青.有机物污染离子交换树脂的复苏及应用[J].华北电力技术，2000（10）：14-17.

[6]蔡毅飞.阴离子交换树脂有机物污染的次氯酸钠复苏机理与方法[J].净水技术，2011，30（6）：79-81.