樹(shù)脂的化學(xué)穩定性可以用其耐受氧化劑作用的能力表示。陽(yáng)樹(shù)脂被氧化后主要發(fā)生骨架的斷鏈,而陰樹(shù)脂則主要表現為季胺基團的降解。
1. 陽(yáng)樹(shù)脂的氧化:
陽(yáng)樹(shù)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(yáng)樹(shù)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(guò)去原水中的游離氯主要來(lái)自生活用水的消毒。近年來(lái),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(yáng)樹(shù)脂的損害。再生過(guò)程中,如果使用質(zhì)量差的工業(yè)鹽酸或副產(chǎn)品鹽酸,其中含有氧化劑也會(huì )對陽(yáng)樹(shù)脂造成損害。一般要求進(jìn)入化學(xué)除鹽設備的原水中,游離氯的含量應小于0.1mg/L。
2. 防止陽(yáng)樹(shù)脂被氧化的方法:
(1)活性炭過(guò)濾。防止陽(yáng)樹(shù)脂被氧化的常用方法是通過(guò)活性炭過(guò)濾?;钚蕴棵摮坞x氯的原理,不單純是吸附作用,而是一種表面上的化學(xué)反應。當活性炭表面吸附的氯達到一定濃度時(shí),就會(huì )發(fā)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?yōu)镃O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(guò)濾流速(約50m/h)。同時(shí),活性炭吸著(zhù)游離氯時(shí)具有很高的吸著(zhù)容量(每克活性炭約可吸著(zhù)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(jīng)驗公式進(jìn)行計算:
式中:CO——進(jìn)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(guò)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(wú)影響。
水中有膠體或高濃度的有機物存在,將會(huì )嚴重縮短活性炭作為脫氯劑的壽命。
活性炭過(guò)濾器僅用于脫除游離氯時(shí),可以用漏Cl2量≥0.1mg/L作為終點(diǎn)?;钚蕴康膲勖呛荛L(cháng)的,例如:在活性炭層高0.76m,過(guò)濾速度6.1m/h的條件下,對游離氯含量2mg/L的水進(jìn)行脫氯,其使用壽命約為6年左右。
(2)選用高交聯(lián)度的陽(yáng)樹(shù)脂。隨著(zhù)樹(shù)脂交聯(lián)度的增大,其抗氧化性能增強。
陽(yáng)樹(shù)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(yáng)樹(shù)脂因為交聯(lián)度高,具有較好的抗氧化性能。但是,隨著(zhù)樹(shù)脂交聯(lián)度的增加,其交換容量降低,價(jià)格增高,因此,在實(shí)際中很少使用。
3. 強堿陰樹(shù)脂的降解:
強堿陰樹(shù)脂遭受氧化后,主要表現為季胺基團的逐漸降解,而不會(huì )發(fā)生骨架的斷鏈。強堿陰樹(shù)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(zhì)。在化學(xué)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(shù)脂在運行中遇到的氧化劑主要是水中溶解氧,再生過(guò)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(shù)脂的抗氧化性能優(yōu)于強堿Ⅱ型。強堿陰樹(shù)脂在長(cháng)期使用中,其交換容量會(huì )逐漸降低。
4. 防止強堿陰樹(shù)脂降解的方法
(1)使用真空除氣器,減少陰床進(jìn)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(shù)脂不得高于40℃;Ⅱ型陰樹(shù)脂不得高于35℃。
(5)樹(shù)脂應以氯型在低溫下保存。