水处理技术 4第四章 离子交换除盐
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离子交换法是一种借助于离子交换剂上的 离子和水中的离子进行交换反应而除去水中有 害离子的方法。在工业用水中占有极其重要的 位置，用以制取软水或纯水。
4.1 离子交换树脂
某些物质遇到溶液时，可以将其本身所具有的离子和溶液中同符 号离子发生相互交换，这种现象称为离子交换，具有离子交换性能 的这种物质称为离子交换剂。
影响因素：树脂本身、原水水质、出水水质的终点控制，运行交换 流速、树脂层高度、再生方式以及设备的特性等。实际中，交换剂并不 能得到彻底再生，这会对树脂的工作交换容量有很大的影响。
一般说来，阳树脂的工作交换容量比阴树脂要大。
六、离子交换树脂的保管和预处理
• 离子交换树脂应在5～40℃的环境中储存，储存期为两年，超过储存期的树 脂在使用前应进行复验，若复验结果合格，则仍可使用，树脂在储存期应防 止冻裂，防止干燥失水，对干燥失水的树脂，应先浸泡于饱和食盐水中，再 逐步降低食盐水的浓度，以防破裂。对使用过的树脂，应转变成出厂型式保 存，强酸性阳离子交换树脂为钠型，弱酸性阳离子交换树脂为氢型，强碱性 阴离子交换树脂为氯型，弱碱性阴离子交换树脂为游离胺型。
变化? 7.什么是树脂的转型体积改变率? 8.什么是树脂的中性盐分解能力? 9.什么是树脂的选择性、工作交换容量、全交换容量? 10.水处理中常用的四种离子交换树脂的交换特性是什么?
11.水处理中设置特型床的依据是什么? 12.天然水通过RH型树脂时，其出水质随出水量的变化情况如何? 13.什么是再生剂的单耗?什么是再生剂的比耗? 14.储存离子交换树脂的过程中应注意哪些问题? 15. 什么是不等价离子交换的浓度效应? 16.什么是软化处理? 17.什么是一级复床除盐? 18.典型的一级复术除盐系统是由哪几部分组成? 19.一级复床除盐系统中，阴床设置在阳床后面的原因是什么? 20.弱型床设置在强型床前面的原因是什么?
二、
三、
四、
4.4 再生系统和机械设备 一、
4.5
4.2 离子交换的基本理论
一、
1.氢离子交换反应
交换反应式为：
( HCO3 )2
( HCO3 )2
2RH Ca( Mg ,Na2 ) Cl 2 R2Ca( Mg ,Na2 ) H 2 Cl 2
SO4
SO4
再生反应式为：
2HCl R2Ca(Mg, Na2) H 2SO4 2RH
Cl 2 Ca(Mg, Na2)SO4
思考题与习题
1.什么是离子交换树脂?它的结构是怎么样的? 2.按活性基团划分，离子交换树脂分为哪几类? 3.按结构类型划分，离子交换树脂分为哪几类? 4.指出001X7、201X7、D113、 D301树脂的全称。 5.什么叫树脂的溶胀现象? 6. 001X7树脂从钠型到钙型再到氢型树脂，其体积发生了什么样的
• 新树脂常含有未参加反应的有机物和铁、铅、铜等无机杂质，使用前必须进 行处理，以除去这些杂质，
• 离子交换树脂在运行过程中，可能受到进水中氧化剂如游离氯的氧化而变质， 这种变质是无法恢复的。也可受到外来杂质的污染而改变其性能，影响出水 水质和周期制水量。但可以采取适当措施，清除污染物，使树脂性能复原或 有所改进。阳树脂的污染和复苏，阳树脂会受到进水中的悬浮物、铁、铝、 油、CaSO4等物质的污染。运行中可针对污染物的种类采取不同的处理方 法。
一、
二、离子交换树脂的分类 1.按功能基类别分
2.
3.
三、离子交换树脂的命名与型号
四、离子交换除盐的基本原理
1.晶格理论 2.双电层理论
五、
1.物理性能
2．化学性能
二、离子交换树脂性能
（1）可逆性：离子交换是一种化学反应，具有可逆性。可逆性是离子 交换树脂可以重复使用的重要性质；
当增加离子交换剂层高度时，树脂交换能 力的平均利用率会提高。热力发电厂水处理用 的离子交换剂层的高度，一般最低不低于 1.0m，有的高达3.5m。但不能太高，否则水 通过交换剂时压降太大，给运行带来困难。
RH树脂与水中Ca2+、Mg2+、Na+交换时出水水质
4.3 水的离子交换处理
一、离子交换除盐系统
2.氢氧根离子交换反应 交换反应式为：
SO4
SO4
2ROH
HBiblioteka Baidu
Cl 2 2CO
3
R
Cl 2 2 ( HCO3)
2
2H 2O
SiO3
( HSiO3) 2
再生反应式为：
SO4
R
Cl 2 2 ( HCO3) 2
2NaOH
2ROH
SO4
Na
Cl 2 2CO
3
(HSiO3)2
SiO3
二、离子交换速度
4.2 离子交换的基本理论
三、动态离子交换过程
一、
H型树脂与进水Na+的交换
实际运行时，为保证出水水质，当出水水 中泄露离子达到一定含量时，需要停止运行。 因此，在交换剂的最底层，有一层尚未失效的 树脂，它起保护出水水质的作用，这部分交换 剂层称为保护层。保护层的层态对出水水质有 影响。若保护层厚度大，出水水质有保障，但 交换剂的工作交换容量小。
（2）酸碱性：H型阳树脂和OH型阴树脂，如同电解质酸和碱，具有酸 碱性。
（3）中和、水解与中性盐分解能力： （4）选择性 （5）交换容量 （6）化学稳定性
理解树脂的化学性质，对后续树脂的使用有重要指导意义。
工作交换容量是指一个运行周期中单位体积树脂所交换的离子量， 即单位体积树脂从再生型离子交换基团变为失效型基团的量。其单位通 常以mmol/L（湿树脂）（或mmol/mL）表示。即树脂在工作状态下， 交换至出水允许泄露的离子含量达到某一要求时，交换器停止运行，此 时树脂实际发挥的交换容量。工作交换容量是一项重要的技术经济指标 。
21.一级复床阳床和阴床出水水质变化情况如何? 22如何提高一级复床阴床的除硅效果? 23.离子交换设备的分类情况如何? 24. 比较顺流再生床和逆流再生床在结构、操作步骤及工艺特点上的
异同。 25.如何改善混床的分层效果? 26.混床的工艺特点是什么? 27.除碳器的工作原理是什么?
第四章 离子交换除盐
4.1 离子交换树脂
某些物质遇到溶液时，可以将其本身所具有的离子和溶液中同符 号离子发生相互交换，这种现象称为离子交换，具有离子交换性能 的这种物质称为离子交换剂。
影响因素：树脂本身、原水水质、出水水质的终点控制，运行交换 流速、树脂层高度、再生方式以及设备的特性等。实际中，交换剂并不 能得到彻底再生，这会对树脂的工作交换容量有很大的影响。
一般说来，阳树脂的工作交换容量比阴树脂要大。
六、离子交换树脂的保管和预处理
• 离子交换树脂应在5～40℃的环境中储存，储存期为两年，超过储存期的树 脂在使用前应进行复验，若复验结果合格，则仍可使用，树脂在储存期应防 止冻裂，防止干燥失水，对干燥失水的树脂，应先浸泡于饱和食盐水中，再 逐步降低食盐水的浓度，以防破裂。对使用过的树脂，应转变成出厂型式保 存，强酸性阳离子交换树脂为钠型，弱酸性阳离子交换树脂为氢型，强碱性 阴离子交换树脂为氯型，弱碱性阴离子交换树脂为游离胺型。
变化? 7.什么是树脂的转型体积改变率? 8.什么是树脂的中性盐分解能力? 9.什么是树脂的选择性、工作交换容量、全交换容量? 10.水处理中常用的四种离子交换树脂的交换特性是什么?
11.水处理中设置特型床的依据是什么? 12.天然水通过RH型树脂时，其出水质随出水量的变化情况如何? 13.什么是再生剂的单耗?什么是再生剂的比耗? 14.储存离子交换树脂的过程中应注意哪些问题? 15. 什么是不等价离子交换的浓度效应? 16.什么是软化处理? 17.什么是一级复床除盐? 18.典型的一级复术除盐系统是由哪几部分组成? 19.一级复床除盐系统中，阴床设置在阳床后面的原因是什么? 20.弱型床设置在强型床前面的原因是什么?
二、
三、
四、
4.4 再生系统和机械设备 一、
4.5
4.2 离子交换的基本理论
一、
1.氢离子交换反应
交换反应式为：
( HCO3 )2
( HCO3 )2
2RH Ca( Mg ,Na2 ) Cl 2 R2Ca( Mg ,Na2 ) H 2 Cl 2
SO4
SO4
再生反应式为：
2HCl R2Ca(Mg, Na2) H 2SO4 2RH
Cl 2 Ca(Mg, Na2)SO4
思考题与习题
1.什么是离子交换树脂?它的结构是怎么样的? 2.按活性基团划分，离子交换树脂分为哪几类? 3.按结构类型划分，离子交换树脂分为哪几类? 4.指出001X7、201X7、D113、 D301树脂的全称。 5.什么叫树脂的溶胀现象? 6. 001X7树脂从钠型到钙型再到氢型树脂，其体积发生了什么样的
• 新树脂常含有未参加反应的有机物和铁、铅、铜等无机杂质，使用前必须进 行处理，以除去这些杂质，
• 离子交换树脂在运行过程中，可能受到进水中氧化剂如游离氯的氧化而变质， 这种变质是无法恢复的。也可受到外来杂质的污染而改变其性能，影响出水 水质和周期制水量。但可以采取适当措施，清除污染物，使树脂性能复原或 有所改进。阳树脂的污染和复苏，阳树脂会受到进水中的悬浮物、铁、铝、 油、CaSO4等物质的污染。运行中可针对污染物的种类采取不同的处理方 法。
一、
二、离子交换树脂的分类 1.按功能基类别分
2.
3.
三、离子交换树脂的命名与型号
四、离子交换除盐的基本原理
1.晶格理论 2.双电层理论
五、
1.物理性能
2．化学性能
二、离子交换树脂性能
（1）可逆性：离子交换是一种化学反应，具有可逆性。可逆性是离子 交换树脂可以重复使用的重要性质；
当增加离子交换剂层高度时，树脂交换能 力的平均利用率会提高。热力发电厂水处理用 的离子交换剂层的高度，一般最低不低于 1.0m，有的高达3.5m。但不能太高，否则水 通过交换剂时压降太大，给运行带来困难。
RH树脂与水中Ca2+、Mg2+、Na+交换时出水水质
4.3 水的离子交换处理
一、离子交换除盐系统
2.氢氧根离子交换反应 交换反应式为：
SO4
SO4
2ROH
HBiblioteka Baidu
Cl 2 2CO
3
R
Cl 2 2 ( HCO3)
2
2H 2O
SiO3
( HSiO3) 2
再生反应式为：
SO4
R
Cl 2 2 ( HCO3) 2
2NaOH
2ROH
SO4
Na
Cl 2 2CO
3
(HSiO3)2
SiO3
二、离子交换速度
4.2 离子交换的基本理论
三、动态离子交换过程
一、
H型树脂与进水Na+的交换
实际运行时，为保证出水水质，当出水水 中泄露离子达到一定含量时，需要停止运行。 因此，在交换剂的最底层，有一层尚未失效的 树脂，它起保护出水水质的作用，这部分交换 剂层称为保护层。保护层的层态对出水水质有 影响。若保护层厚度大，出水水质有保障，但 交换剂的工作交换容量小。
（2）酸碱性：H型阳树脂和OH型阴树脂，如同电解质酸和碱，具有酸 碱性。
（3）中和、水解与中性盐分解能力： （4）选择性 （5）交换容量 （6）化学稳定性
理解树脂的化学性质，对后续树脂的使用有重要指导意义。
工作交换容量是指一个运行周期中单位体积树脂所交换的离子量， 即单位体积树脂从再生型离子交换基团变为失效型基团的量。其单位通 常以mmol/L（湿树脂）（或mmol/mL）表示。即树脂在工作状态下， 交换至出水允许泄露的离子含量达到某一要求时，交换器停止运行，此 时树脂实际发挥的交换容量。工作交换容量是一项重要的技术经济指标 。
21.一级复床阳床和阴床出水水质变化情况如何? 22如何提高一级复床阴床的除硅效果? 23.离子交换设备的分类情况如何? 24. 比较顺流再生床和逆流再生床在结构、操作步骤及工艺特点上的
异同。 25.如何改善混床的分层效果? 26.混床的工艺特点是什么? 27.除碳器的工作原理是什么?
第四章 离子交换除盐