浅谈阴离子交换树脂硅污染处理

张祥 周江亮

海南核电有限公司 海南昌江 572733

1 水中硅化合物的特性

在天然水中，硅酸化合物是常见的杂质。它来自水流经地层时与含有硅酸盐和铝硅酸盐岩石的反应。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范围内，地下水有高达60mg/L的。硅酸是一种比较复杂的化合物，它在水中的形态较多，有离子态、分子态以至胶态。硅酸的通式为xSiO2·yH2O。当x和y等于1时，分子式可写成H2SiO3，称为偏硅酸；当x=1，y=2时，分子式为H4SiO4，称为正硅酸；当x＞1时，硅酸呈聚合态，称多硅酸。

当水的pH值不很高时，溶于水的二氧化硅主要是分子态的简单硅酸，硅酸的酸性很弱，电离度不大，所以当纯水中含有硅酸时不易用pH或电导率检测出来。当pH值增大到9时，二氧化硅的溶解度就明显增大，此时硅酸电离成H2SiO3的量增多，所以溶解的二氧化硅除了生成硅酸外，还会生成大量的H2SiO3，其反应方程式为：

这说明，在酸性和弱酸性溶液中，离子态的硅含量很少。pH值越小，离子态的硅化合物越少，胶体态的硅酸越多。PH＜9时，如果有过量的硅酸盐溶于水中，最后都将二氧化硅胶体粒子悬浮于水中，称为胶体硅。当pH＞9时，随着pH值的升高，溶解度增大，这时以硅酸或聚硅酸的形式存在。

2 阴树脂硅污染的危害

此制水系统除盐水生产系统的离子交换系统包括一级除盐水系统和混床系统。一级除盐水系统包括两个单元列，主要设备由两台无顶压逆流阳离子交换器和两台无顶压逆流阴离子交换器组成；混床系统包括两个单元列，由两台混合离子交换器组成。一台阳床和一台阴床串联形成一套复床系统，两套复床系统并联；两台混床并联后与前置复床串联。阴离子交换树脂硅污染事件发生时，正值冲洗试验期间，用水量较大，致使除盐制水系统连续大量制水。且除盐制水系统阴床出口、混床出口及总管上的在线硅表都没有投用，仅能监测电导率，而电导率的趋势变化微乎其微。人工取样分析后才发现出水硅超标严重，此时出口硅含量已超出仪器监测上限，导致阴床和混床中的阴树脂被严重硅污染。

强碱型阴树脂被硅化合物污染后，严重时会在阴床或混床中形成胶体硅，包裹在树脂颗粒周围甚至渗入树脂颗粒内，影响阴床和混床的正常运行。胶体硅还会覆盖在离子交换器出水的水帽上，在运行时再释放到除盐水中，严重时会引起水帽堵塞，影响水处理设备运行[2]。

3 再生处理过程

3月4日，按正常再生方法进行多次再生，无法得到合格除盐水。（注：水质规范规定，阴床出水含硅量＜100μg/L；混床出水含硅量＜20μg/L。）

3月5日，继续进行再生处理，2号阴床出水含硅量降至86.62μg/L，符合规范要求但偏高；1号混床出水含硅量为133.20μg/L，不合格，需要继续再生。

3月6日，继续对2号阴床和1号混床进行再生，两次再生后正洗至稳定，2号阴床出水含硅量为6.14μg/L，1号混床出水含硅量为14.99μg/L。都已符合除盐水质要求。

3月9日，对2号混床进行再生。再生后，2号混床出水降至22.39μg/L，水质仍不能满足要求。3月10日继续再生2号混床，再生后2号混床出水水质满足要求。

3月20日，发现1号混床出口水质硅含量上涨至22.05，超过含硅量标准。次日停运1号混床并进行再生。

至此，针对除盐床被污染的情况，采取了重复再生的方式，但经过多次再生后取样后发现，2号混床树脂的性能仍然较差，除盐床出口硅含量处于较高水平，且周期制水量远达不到要求。3月24日后，根据化学专业人员提出的处理方案，通过加热碱液、提高再生剂浓度和碱液浸泡，对阴床及混床进行复苏处理。

3月25日，2号混床进热碱液浸泡，浸泡36小时后，用浓度为3.3%的酸碱再生剂进行再生。再生完毕后取样分析2号混床出水含硅量＜5μg/L，完全满足除盐水含硅量标准。

4月14日，对2号阴床及1号混床也采用提高再生温度，提高再生剂浓度的方法进行处理。再生完毕，正洗至稳定后取样，2号阴床及1号混床出口硅含量均＜5μg/L，完全满足除盐水含硅量标准。

4 树脂硅污染后的处理方法

被硅污染的阴树脂，通常采用的再生手段是加热碱液，并提高再生剂的浓度和用量。我厂除盐床硅污染后，立即停运除盐床并用常规方法再生，经过几次再生后效果不理想。综合比较以上办法，并结合实际情况，确定了以下对阴树脂处理的方法：

（1）提高再生碱液的温度，由常温加热至35℃-45℃左右；

（2）将1、2号混床树脂用加热后的碱液浸泡24h以上；

（3)将再生剂的浓度由2.5-3.0%提高至3.0-3.5%。

5 结语

（1）强碱型阴树脂被硅化合物污染后，会导致树脂交换容量及周期制水量急剧下降。

（2）硅污染后的处理方法，可采用热碱液浸泡、提高再生液温度、提高再生液浓度等几种方式结合处理、反复处理。

（3）尽快投用在线硅表、减少失效阴床、混床停运时间、再生时加热碱液等措施，可有效降低树脂硅污染的风险。