水的离子交换处理Word文档下载推荐.docx
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SO4
再生反应式为：
2HCl
R2Ca（Mg,Na2）+
→2RH+Ca（Mg,Na2）
H2SO4
（2）氢氧根离子交换反应式为：
2ROH+H2
CO3
→R2
（HCO3）2+2H2O
SiO3
（HsiO3）2
再生反应式：
R2
（HCO3）2
+2NaOH→2ROH+Na2
CO32-
（HSiO3）2
SiO3
进入离子交换器的水中一般都含有大量的碳酸氢盐。
它是天然水中碱度的主要组成部分。
当水经H离子交换后，碳酸氢盐转化成了碳酸，连同水中原来含有的碳酸，可用除碳器一起除去。
这样可以减轻阴离子交换器的负担降低消耗。
水中碳酸的平衡关系如下式所示：
H＋+HCO3-≒H2CO3≒CO2+H2O
水中H＋浓度越大，平衡越易向右移动。
当水的pH值低于4.3时，水中的碳酸几乎全部以游离的CO2形式存在。
水中游离的CO2可以看作是溶解在水中的气体，它在水中的溶解度符合亨利定律，只要降低水面上CO2的分压就可除去CO2。
除碳器就是利用这个原理除去CO2的。
第二节
树脂层中的离子交换过程
一、阳床工作特性
阳床的作用是除去水中H＋离子以外的所有阳离子。
当其运行出水钠离子浓度升高时，树脂失效，须进行再生。
阳床运行时，水由上而下通过强酸性H型树脂层，因树脂层对各种阳离子的选择性不同，被吸着的离子在树脂层中产生分层，其分布状况如下图5-1所示。
在运行过程中，Ca＋、Mg＋、Na＋三层树脂层的高度均会不断向下扩展，直到树脂失效。
实际上各层界面并不是很明显的，有程度不同的混层现象发生。
（a）
（b）
图5-1
逆流再生阳床树脂层态分布示意
（a）运行至失效时；
（b）再生后
图5－2所示为阳床经再生投入运行后的出水特性。
当阳床再生后冲洗时，出水中各种杂质的含量迅速下降，待出水水质达到一定标准（如含钠量≤100ug/L）时，就可投入运行，此后水质基本保持稳定。
当运行一定程度时，如图5－2中b点，漏钠量增大，酸度降低，树脂进入失效状态。
图5-2阳床出水特性
阳床失效的监督最好采用钠度计（pNa计），当阳床出水含钠量大于500ug/L时，说明阳床已经失效。
二、阴床工作特性
阴床中强碱性OH型交换树脂可以和水中除OH-离子外的各种阴离子进行交换，把它们从水中除去。
由于树脂对离子的选择性不同，阴床运行中被吸着的离子也会发生分层，其分布状况如图5－3所示。
图5-3逆流再生阴床树脂层态分布示意
（a）运行至失效时；
阴床运行时，一般出水pH值为7～9之间，SiO2含量小于100ug/L，电导率小于10uS/cm。
因为阴床设在阳床的后面，所以阴床的出水水质受阳床出水水质的影响很大。
阳床未失效时，阴床的出水特性如图5－4（a）所示。
当运行通过水量到b点时，SiO2含量上升，pH值下降，电导率先微降后再上升。
电导率的变化是因为H＋和OH-要比其它离子易导电，当出水中这两种离子的总含量很小时，有一电导率最低点。
在b点前由于OH－含量较大使水的电导率较大；
在b点之后由于H＋含量增加而使水的电导率增大。
图5-4
阴床出水特性
（a）阳床未失效时（b）阳床失效时
阳床失效时，阴床的出水特性如图5－4（b）所示。
阳床失效时漏钠量增大，这些钠离子通过阴床后转化成氢氧化钠，使阴床出水pH值迅速上升，连续测定阴床出水pH值，可以区分是阳床还是阴床失效。
阴床失效的监督最好用SiO2含量和电导率来判断，当然用出水pH值也可以进行分析判断。
第三节树脂的再生原理
树脂再生是离子交换水处理中很重要的一环。
影响再生效果的因素很多，如再生方式，再生剂的种类、纯度、用量，再生液的浓度、流速、温度等。
要取得好的再生效果，必须进行调整试验，确定最优的再生条件。
1、再生方式
再生方式按再生液流向与运行时水流方向分为顺流、对流和分流三种。
顺流再生是指再生液流向与运行时水流方向一致的再生方式，通常是自上而下流动。
对流再生指再生液流向与运行时水流方向是相对的。
习惯上将运行时水流向下流动，再生液向上流动的水处理工艺称逆流再生工艺。
将运行时水向上流，床层浮动；
再生时再生液向下流的水处理工艺称浮动床工艺。
对流再生可使出水端树脂层再生度最高，出水水质好。
分流再生是指再生液自交换器的上端和下端同时进入，由树脂层中间的排水装置排出，运行时水自上而下流过床层。
这种交换器上部床层采用顺流再生工艺，下部床层采用对流再生工艺。
2、再生剂的品种与纯度
一般认为盐酸的再生效果优于硫酸，硫酸再生成本低于盐酸。
再生剂的纯度高，杂质含量少，树脂的再生程度就高，特别是对阴树脂影响更大。
3、再生剂用量
再生剂用量是影响再生的重要因素，其概念是单位体积树脂所用的再生剂的量，单位为kg/m3（树脂）或g/L（树脂）。
另外常用的一个指标是再生剂比耗，它是指投入的再生剂的量与所获得树脂的工作交换容量的比值。
还有一种表示法即再生剂耗量，是预计取得单位工作交换容量所需纯再生剂量，单位g/mol。
从理论上讲1mol的再生剂应使交换树脂恢复1mol的交换容量，但实际上再生反应最多只能进行到离子交换化学反应的平衡状态，只用理论量的再生剂再生树脂，并不能完全恢复其交容量，所以用量必须超过理论量。
提高再生剂的用量，可以提高树脂的再生程度，但再生剂比耗增加到一定程度之后，再生程度的提高则不明显。
再生剂用量与离子交换树脂的性质有关，一般强型树脂所需再生剂用量高于弱型树脂。
不同的再生方式，再生剂用量也有所不同，一般顺流再生的再生剂用量要高于逆流再生的。
再生方式采用顺流时，由于再生液首先接触到的是上部完全失效的树脂，所以这一部分树脂得到了很好的再生。
当再生液再往下流与交换器底部树脂接触时，再生液中已经积累了大量被置换出来的离子，严重影响了交换树脂的再生程度，使这部分树脂没有得到充分的再生，影响了出水水质。
如果要提高这部分树脂的再生程度，就要增加再生剂的用量。
再生方式采用逆流时，由于交换器底部树脂总是和新鲜的再生剂相接触，所以可以达到很高的再生程度，运行时水最后和这部分再生程度高的树脂接触，保证了出水水质。
采用逆流再生时，交换器上部树脂再生程度差，虽然它首先与进水接触，但由于水中从树脂交换下来离子含量少，所以还是可以进行离子交换的，这部分树脂的交换容量仍可以得到充分的发挥。
因此这种再生方式比较优越，使用得也比较广泛。
4、再生液的浓度
再生液的浓度与再生方式有关，一般顺流再生的再生液浓度应高于逆流再生的。
通常HCl以3%～5%为宜，NaOH以2%～4%为宜。
5、再生液的温度与流速
提高再生液的温度能提高树脂的再生程度，但再生温度不能超过树脂允许的最高使用温度，一般强酸性阳树脂用盐酸再生时不需加热。
强碱性Ⅰ型阴树脂的再生液温度为35～50℃。
强碱性Ⅱ型阴树脂适宜的再生液温度为35±
3℃。
再生液流速影响着再生液与树脂的接触时间，一般以4～8m/h为宜。
逆流再生的再生液流速应保证不使树脂乱层。
再生液的温度很低时，不宜提高流速。
第四节离子交换器的运行
离子交换器分为固定床和连续床两种。
固定床有顺流再生固定床、逆流再生固定床、浮动床、双层床、混合床等形式；
连续床有移动床和流动床。
离子交换除盐系统一般都采用固定床。
离子交换器外形为圆筒形容器，为防止设备腐蚀，对交换器内部及附属设备都进行了防腐处理。
针对我厂的设备特点，本节主要介绍逆流再生固定床离子交换工艺。
一、逆流再生固定床离子交换工艺
1、交换器的结构
逆流再生离子交换器按其用途的不同，可分为阳离子交换器（包括H型）和阴离子交换器（OH型等）。
用于软化工艺的阳离子交换器称为钠离子软化器和氢离子软化器。
用于除盐工艺的阳离子交换器和阴离子交换器分别称为阳床和阴床。
这些交换器在结构上没有多大区别，其结构为交换器内顶部装有十字支管式进水分配装置。
中上部装有母支管式再生液分配装置，称为中间排水装置。
在其上面有一层厚150～200mm的压脂层,其作用一是过滤掉水中的悬浮物,二是使水均匀地进入中排装置。
底部装有穹形多孔板加石英砂垫层式的排水装置。
交换器的外部设有各种管道、阀门、取样管、监视管、排空气管、流量和压力表计以及有机玻璃窥视孔等。
2、交换器的运行
交换器的运行应保证其出水水质、水量和经济指标，这些指标与运行操作，特别是再生操作有很大的关系。
逆流再生固定床的运行通常分为四个步骤，从床层失效后算起为：
反洗、再生、正洗和交换。
这四个步骤为交换器的一个运行周期。
（1）小反洗。
交换器运行到失效时，停止交换运行，将反洗水从中间排水管引进，对中间排水管上面的压脂层进行反洗，以冲去运行时积聚在表面层和中间排水装置上的污物，然后由上部排走。
冲洗流速应使压脂层能充分松动，但又不至将正常的颗粒冲走。
反洗一直进行到出水澄清。
（2）放水。
小反洗后，待交换剂颗粒下降后，放掉交换器内中间排水装置上部的水。
（3）进再生液。
开进酸（碱）一次、二次门，启动自用水泵，开喷射器入口门，维持进水流速5－8m/h，同时开启并调整中间排水门。
开酸（碱）计量箱出口门，调整进酸浓度为3－4%范围内。
进碱浓度为2－2.5%范围内。
（4）逆流冲洗。
当再生液进完后，关闭进再生液阀门，停止送入再生液，但喷射器保持原来的流量，在有顶压的情况下，进行逆流冲洗，直至排出废液达到一定标准为止［如H型交换器，控制排出废液中酸度小于10mmol/L（OH-）］。
逆流冲洗所需的时间一般为30～40min，逆洗水应采用质量较
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