陽(yáng)離子交換樹(shù)脂在水處理系統中主要用來(lái)除去天然水中的陽(yáng)離子。由于陽(yáng)離子交換樹(shù)脂在處理系統中的位置相對靠前，它所受到的污染有別于陰離子交換樹(shù)脂，受到污染的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂通常會(huì )發(fā)生周期制水量減少，工作交換容量下降，出水水質(zhì)惡化等現象，而且會(huì )對后續的陰離子交換樹(shù)脂的制水過(guò)程產(chǎn)生不利的影響。對被污染的樹(shù)脂進(jìn)行及時(shí)的診斷和有效的復蘇對水處理系統的經(jīng)濟運行具有很重要的意義。

   1 污染機理簡(jiǎn)介
　　 樹(shù)脂為多孔網(wǎng)狀立體結構，多孔網(wǎng)眼是離子在樹(shù)脂內部擴散進(jìn)出的通道，通道內壁具有眾多的功能基團，是離子交換反應的活性點(diǎn)，一旦此活性點(diǎn)被覆蓋，離子交換過(guò)程就無(wú)法進(jìn)行。在離子交換過(guò)程中，交換勢能較高、附著(zhù)力強的離子或大分子之類(lèi)的物質(zhì)，容易被交換或吸附到樹(shù)脂±，而在再生時(shí)卻難以洗脫下來(lái)，從而阻礙了離交換反應的講行或是在離子交換反應過(guò)程中生成難溶的沉積物，并沉積在樹(shù)脂內部，阻塞了離子交換的通道。

　　 2 陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的不同污染形式及解決方法
　　 2.1 混凝劑過(guò)量引起的污染
　　 為了解決水中懸浮物的問(wèn)題，預處理中通常要投加混凝劑，一旦混凝劑投加的量不合適就會(huì )對后面的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂產(chǎn)生污染。據報道[1]，在使用epi—DMA(二甲胺—環(huán)氧鹵丙烷)和poly—DADMAC(二烯丙基二甲胺氯的均聚物)作為混凝劑時(shí)，若出水中含有1 mg／L的上述混凝劑時(shí)就會(huì )導致陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的嚴重污染，而且發(fā)現具有線(xiàn)性結構的混凝劑更容易污染樹(shù)脂，并能夠進(jìn)入樹(shù)脂顆粒內部。
　　 當樹(shù)脂發(fā)生上述污染時(shí)，如果污染程度不是很?chē)乐乜梢圆捎萌缂哟蠓聪戳魉�、延長(cháng)反洗時(shí)間或通人壓縮空氣等手段予以復蘇。如果污染程度較嚴重時(shí)，可以采用加入表面活性劑和分散劑的方法。其中表面活性劑可以增加樹(shù)脂表面的親水蛀；而分散劑則可以保證從樹(shù)脂上脫離下來(lái)的顆�？梢员环稚⒌剿�溶液中去。據報道，羅門(mén)哈斯公司的非離子表面活性劑TritonCF-54和分散劑Orotan 731[2]對解決這一問(wèn)題有較好的效果。Nalco公司[3]采用了在受到污染的樹(shù)脂層反洗過(guò)程中加入由表面活性劑和分散劑等藥劑復配的復蘇劑對樹(shù)脂進(jìn)行復蘇也取得了良好的效果。若陽(yáng)離子型聚電解質(zhì)污染了陽(yáng)離子交換樹(shù)脂也可以采用4%的氫氧化鈉溶液處理以溶解聚電解質(zhì)達到復蘇樹(shù)脂的目的。
　　 2.2 鐵離子的污染
　　 陽(yáng)離子交換樹(shù)脂易受到鐵離子的污染，尤其是在以井水作為水源的水處理系統中更為嚴重。鐵離子對樹(shù)脂的污染有三種不同的情況。
　　 ①如果鐵離子以膠態(tài)懸浮體出現的話(huà)，它會(huì )從過(guò)濾器中漏過(guò)而污染陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。
　　 ②鐵以二價(jià)鐵離子的形式交換到樹(shù)脂上，隨后拿被氧化成三價(jià)鐵離子，從而在樹(shù)脂顆粒上形成凝膠狀的不溶于水的鐵的氫氧化物[4]。
　　 ③可能交換到樹(shù)脂上的二價(jià)鐵離子在樹(shù)脂的交換基團上直接轉化為三價(jià)鐵離子，但在再生過(guò)程中不能被完全除去而殘留在樹(shù)脂中。
　　 如果發(fā)生了第一種情況，可以采用反洗的方法將樹(shù)脂層中累積的膠態(tài)懸浮體除去。如果在整個(gè)樹(shù)脂層中發(fā)生了鐵離子的累積，那么可以采用亞硫酸鈉或亞硫酸氫鈉處理樹(shù)脂，這樣就可以將三價(jià)鐵離子還原成更易溶解的二價(jià)鐵離子，而后者對樹(shù)脂的親合力要小于前者。
　　 通過(guò)灼燒樹(shù)脂[5]或分析濕樹(shù)脂的鐵含量可判樹(shù)脂受鐵和其它離子污染的程度。具體見(jiàn)表1、表2。
表1　 樹(shù)脂灼燒灰分中元素的質(zhì)量比與樹(shù)脂污染程度的關(guān)系
組分 不同污染等級時(shí)各元素占樹(shù)脂的質(zhì)量比/%
 很低 低 中等 嚴重 很?chē)乐?nbsp;極嚴重
鈣 <1 1～2 2～4 4.5 5.7 >7
鎂 <0.5 0.5～0.7 0.7～0.9 0.9～1.5 1.5～2.0 >2.0
鋁 <0.25 0.25～0.5 0.5～0.7 0.7～1.0 1.0～1.5 >1.5
鐵 <0.2 0.2～0.3 0.35～0.5 0.5～1.0 1.0～1.5 >1.5
鋇 <0.2 0.2～0.3 0.3～0.5 0.5～1.0 1.0～1.5 >1.5
全部灰的質(zhì)量 <2.15 2.15～3.85 3.85～6.6 6.6～9.5 9.5～13.5 >13.5
　　 還可采用下面的方法判斷樹(shù)脂是否受到鐵離子的污染：
表2　 鐵污染程度劃分
鐵離子質(zhì)量比/% 污染程度
<0.3 很低
0.3～0.6 低
0.6～2.0 中等
2.0～2.5 嚴重
5.0～7.5 很?chē)乐?br /> >7.5 極嚴重
注：表中鐵離子質(zhì)量比指每克樹(shù)脂中鐵離子的質(zhì)量（毫克）。以濕樹(shù)脂為分析基準。
　　 將受到污染的樹(shù)脂用除鹽水清洗干凈，在10%的食鹽溶液中浸泡30min，倒去鹽水，再用除鹽水清洗干凈，從中取出約十分之一的樹(shù)脂樣品防入試管中，隨后加入2倍樹(shù)脂體積的6mol／L的鹽酸溶液，密閉振蕩15min后，取出酸液注入另一支洗凈的試管中，加入一滴飽和的硫氰化胺，從生成的普魯士藍顏色深淺(由淺藍色至不透明的棕黑色)，可以判斷樹(shù)脂受到鐵污染的嚴重程度。
　　 有一點(diǎn)值得注意的是水中的鐵離子會(huì )和有機物或硅形成復雜的絡(luò )合物，而且這種絡(luò )合物是帶負電荷的，它可以通過(guò)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂而污染后面的陰樹(shù)脂。
　　 2.3　有機物的污染與復蘇
　　 蘇聯(lián)的學(xué)者曾經(jīng)對有機物污染陽(yáng)離子交換樹(shù)脂進(jìn)行了研究。研究認為，水中的溶解性有機物主要是依靠范德華力吸附在陽(yáng)離子交換樹(shù)脂上。此時(shí)所吸附的基本上是酸性基團的有機物，而這些有機物在水中的溶解性有機物中占主要成分。目前，對于一級除鹽系統中的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂受到有機物污染的研究報道還不多，但是在凝結水處理系統中已經(jīng)有關(guān)于陽(yáng)離子交換樹(shù)脂受到有機物污染的報道，Harries[6]曾經(jīng)對凝結水處理系統混床中的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂受到有機物污染的情況進(jìn)行了研究，發(fā)現陽(yáng)離子交換樹(shù)脂交換能力的下降與陰離子交換樹(shù)脂在運行中所釋放出來(lái)的低分子量聚合物有關(guān)，正是這些低分子量的聚合物污染了陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，并測量了混床中不同形態(tài)的陰離子交換樹(shù)脂對于陽(yáng)離子交換樹(shù)脂傳質(zhì)系數的影響，具體情況見(jiàn)表3。
　　 為了證明是否是由陰樹(shù)脂中殘留的含氮的低相對分子質(zhì)量的聚合物污染了陽(yáng)樹(shù)脂，Harries等人曾經(jīng)使用了X射線(xiàn)光電子能譜[7-8]對新、舊樹(shù)脂進(jìn)行了分析測試。結果表明這些低分子聚合物確實(shí)污染了陽(yáng)樹(shù)脂。對于被有機物污染的樹(shù)脂可以使用氧化型藥劑如H2O2和Na2O2等將樹(shù)脂上吸附的有機物分解成易溶于水的物質(zhì)而從樹(shù)脂上剝離下來(lái)。
表3　 混床再生后陰樹(shù)脂對陽(yáng)樹(shù)脂交換能力的影響
陽(yáng)樹(shù)脂 陰樹(shù)脂（起始形態(tài)） 陽(yáng)樹(shù)脂傳質(zhì)系數/(10-4m·s-1)
  鈉型陽(yáng)樹(shù)脂 胺型陽(yáng)樹(shù)脂
單個(gè)陽(yáng)床   1.8 2.1
混床(1：1) 大孔型樹(shù)脂(Cl-) 1.6 1.9
混床(1：1) 大孔型樹(shù)脂(OH-) 1.5 1.8
混床(1：1) 凝膠型樹(shù)脂(Cl-) <0.1 1.2
注：混床(1：1) 表示混床中陰陽(yáng)樹(shù)脂的體積比為1：1。
　　 判斷樹(shù)脂受到有機物污染的程度可以采用如下的方法：
　　 在試管中加人受到污染的樹(shù)脂，樹(shù)脂的體積約為試管體積的三分之一，然后在試管中加入約五分之四試管體積的10%的食鹽水，振蕩試管5min，將鹽水傾去，重復這一過(guò)程3至4次，在將最后一次的鹽水傾去后，再加入約五分之四試管體積的10％的食鹽水，保持樹(shù)脂和此食鹽水接觸5-10min，期間要不斷地振蕩試管。通過(guò)觀(guān)察食鹽水顏色的深淺來(lái)判斷樹(shù)脂受到有機物污染的程度，具體參見(jiàn)表4。
表4　 樹(shù)脂受有機物污染的判斷
浸泡后食鹽水的顏色 樹(shù)脂被污染程度
無(wú)色 沒(méi)有污染
淡黃色 輕度污染
琥珀色 中度污染
棕色 嚴重污染
深棕色或黑色 極嚴重污染
　　 2.4 油脂類(lèi)物質(zhì)的污染
　　 由于陽(yáng)離子交換樹(shù)脂在水處理系統的位置而使其容易受到油類(lèi)的污染。油類(lèi)可由離子交換器的進(jìn)水帶人也可由頂壓空氣或泵的密封泄漏處帶人。油類(lèi)在樹(shù)脂表面會(huì )形成一層膜，嚴重阻礙樹(shù)脂的交換能力。受到油類(lèi)物質(zhì)污染的樹(shù)脂顏色變?yōu)樽厣�，嚴重時(shí)會(huì )變成黑色，而且這些污染物會(huì )造成樹(shù)脂抱團的現象，破壞正常的水流情況，造成“溝流”現象，使樹(shù)脂提前失效。油污染物附著(zhù)到樹(shù)脂上會(huì )增加樹(shù)脂的浮力，在反洗時(shí)容易造成樹(shù)脂的流失。采用基于非離子表面潛性荊的堿牲清洗劑是解決這一問(wèn)題的有效手段。陽(yáng)離手交換樹(shù)脂可以采用將陽(yáng)床從系統中解列后再進(jìn)行復蘇的辦法，也可以采用在反洗水中加入清洗劑的方法復辦。需要注意的是如果陽(yáng)離子交換樹(shù)脂是以氫型運行時(shí)，復蘇前必須要通過(guò)氯化鈉溶液使之失效，這樣可以避免在復蘇過(guò)程中從氫型樹(shù)脂中交換下來(lái)的酸溶液對堿性清洗劑的副作用。
　　 判斷陽(yáng)樹(shù)脂受到油類(lèi)污染的方法是：將少量樹(shù)脂放人試管內，加入除鹽水，振蕩1 min，如果在水面上出現了類(lèi)似“彩虹”顏色的油膜就可以判斷樹(shù)脂受到了油類(lèi)物質(zhì)的污染。