樹脂的化學穩定性可以用其耐受氧化劑作用的能力表示。陽樹脂被氧化后主要發生骨架的斷鏈,而陰樹脂則主要表現為季胺基團的降解。
1. 陽樹脂的氧化:
陽樹脂被氧化后主要表現為骨架斷鏈,生成低分子的磺酸化合物以及羧酸基團。其反應為:
陽樹脂遇到的氧化劑主要是游離氯與水反應生成的氧,其反應如下:
Cl2 + H2O → HOCl + HCl
HOCl → HCl + (O)
過去原水中的游離氯主要來自生活用水的消毒。近年來,由于天然水中有機物含量和細菌的增多,在混凝、澄清之前也需加氯,以達到滅菌和降低COD的作用,因此,必須注意游離氯對陽樹脂的損害。再生過程中,如果使用質量差的工業鹽酸或副產品鹽酸,其中含有氧化劑也會對陽樹脂造成損害。一般要求進入化學除鹽設備的原水中,游離氯的含量應小于0.1mg/L。
2. 防止陽樹脂被氧化的方法:
(1)活性炭過濾。防止陽樹脂被氧化的常用方法是通過活性炭過濾。活性炭脫除游離氯的原理,不單純是吸附作用,而是一種表面上的化學反應。當活性炭表面吸附的氯達到一定濃度時,就會發生下列反應:
Cl2 + H2O → HOCl +HCl
C※ + HOCl → CO※ + HCl
式中:C※——活性炭;
CO※——活性炭表面上生成的氧化物。
如果有充分的氯參加反應,CO※可以變為CO或CO2逸出,留下的活性炭可以繼續吸附游離氯。為此,為了脫除游離氯,可以使用較高的過濾流速(約50m/h)。同時,活性炭吸著游離氯時具有很高的吸著容量(每克活性炭約可吸著6.5mg以上的Cl2)。
用活性炭去除水中的游離氯可以使用下列經驗公式進行計算:
式中:CO——進水游離氯的含量,mg/L;
C——出水游離氯的含量,mg/L;
L——活性炭層高,m;
V——過濾流速,m/h。
考慮到HOCl的反應速度較慢,將上述公式修正為:
制造活性炭的原材料一般對脫氯效率無影響。
水中有膠體或高濃度的有機物存在,將會嚴重縮短活性炭作為脫氯劑的壽命。
活性炭過濾器僅用于脫除游離氯時,可以用漏Cl2量≥0.1mg/L作為終點。活性炭的壽命是很長的,例如:在活性炭層高0.76m,過濾速度6.1m/h的條件下,對游離氯含量2mg/L的水進行脫氯,其使用壽命約為6年左右。
(2)選用高交聯度的陽樹脂。隨著樹脂交聯度的增大,其抗氧化性能增強。
陽樹脂被氧化后,由于斷鏈使骨架疏松,體積膨脹,含水量增大。大孔型陽樹脂因為交聯度高,具有較好的抗氧化性能。但是,隨著樹脂交聯度的增加,其交換容量降低,價格增高,因此,在實際中很少使用。
3. 強堿陰樹脂的降解:
強堿陰樹脂遭受氧化后,主要表現為季胺基團的逐漸降解,而不會發生骨架的斷鏈。強堿陰樹脂的降解主要是季胺基團按順序分解為叔、仲、伯胺,甚至非堿性物質。在化學除鹽工藝中,其主要表現為中性鹽分解容量,特別是硅交換容量的降低。強堿陰樹脂在運行中遇到的氧化劑主要是水中溶解氧,再生過程中遇到的氧化劑主要是堿中所含的ClO3-和FeO42-。
季胺基團受氧化的反應,如下式所示:
強堿Ⅰ型陰樹脂的抗氧化性能優于強堿Ⅱ型。強堿陰樹脂在長期使用中,其交換容量會逐漸降低。
4. 防止強堿陰樹脂降解的方法
(1)使用真空除氣器,減少陰床進水中的含氧量。
(2)做好堿液貯存及輸送設備的防腐工作,降低再生液的含鐵量。
(3)采用隔膜法制造的純堿,降低堿液中NaClO3的含量(可降低至6~7mg/L)。
(4)控制再生液溫度:Ⅰ型陰樹脂不得高于40℃;Ⅱ型陰樹脂不得高于35℃。
(5)樹脂應以氯型在低溫下保存。