第6章 水的离子交换处理

第6章 水的离子交换处理
6.1
离子交换软化水处理
离子交换软化水处理是利用阳离子交换树脂中可交换的阳离子，把 水中所含的钙、镁离子交换出来，这一过程称为水的软化过程 最常用的是钠型强酸性阳离子交换树脂，或称钠离子交换树脂
一、钠型离子交换的过程
6.1
离子交换软化水处理
二、钠型离子交换后的水质变化
6.1
2、体外再生

体外再生就是将树脂 移入—个容器中，用 HCl，NaOH再生。 小型交换住（直径 200mm以下）一般 采用体外再生，其优 点是再生较充分，缺 点是易损耗树脂、易 污染。
6.6 影响树脂再生的因素

1、再生剂的选择
再生剂的种类和质量直接影响到树脂的再生效果和处理水的质量。一般 来说，阳树脂的再生用HCl最好，因为HCl氧化能力很弱，丌会破坏树 脂结构和氧化树脂，且从树脂上解析下来的离子大多形成可溶的氯化物 ，便于清洗，减少了对树脂的污染。如用硫酸作再生剂，解析下来的离 子可能形成微溶性的钙、镁等硫酸盐沉淀，堵塞孔道降低树脂的交换容 量。但由于硫酸的价格非常便宜，工业上也常用丌超过5%浓度的稀硫 酸溶液作为再生剂。硝酸由于其强氧化性，即使很稀也能使树脂氧化， 破坏树脂的结构，影响其寿命，一般丌用。 阴树脂的再生一般用NaOH作为再生剂。用NaOH再生时，丌仅阴树脂 的再生度高，而且去除硅的能力也强。从经济上考虑，对交换容量大、 再生较容易的弱碱性阴树脂，也可用Na2CO3或NH3·H2O作再生剂，但 其对强型树脂没有多大作用。 再生剂的质量也是影响再生效果的重要因素。如用工业级NaCl再生阳 树脂，由于其杂质含量高，尤其铁含量高，丌但会降低再生效果，而且 会引起树脂的铁中毒。
二、氢氧型强碱性阴离子交换树脂的工艺性能
三、氢氧型弱碱性阴离子交换树脂的工艺性能
四、离子交换除盐水处理的系统
五、离子交换除盐运行过程中交换器失效的控制
6.3 离子交换除盐水处理
四、离子交换除盐水处理的系统
6.3 离子交换除盐水处理
四、离子交换除盐水处理的系统
6.3 离子交换除盐水处理
四、离子交换除盐水处理的系统
6.4 离子交换设备
一、顺流再生离子交换器
在顺流再生离子交换器中，运行（交换）时原水水流和再生时再生液 的流动方向均为由上向下，故称顺流
壳体内部自上而下由进水装 置、再生液分配装置、交换 剂层（离子交换树脂层）、 石英砂垫层和排水装置等组 成。
Hale Waihona Puke Baidu 6.4 离子交换设备
一、顺流再生离子交换器
顺流再生离子交换器的工作过程有运行、反洗、再生、置换、正洗等 五个步骤
6.2
离子交换软化及脱碱处理
二、氢型弱酸性阳离子交换树脂的H-Na离子交换
6.3 离子交换除盐水处理
一、离子交换除盐水处理的原理
6.3 离子交换除盐水处理
一、离子交换除盐水处理的原理
混合床离子交换器是指阳、阴两种离子交换树脂按一定比例混合 后装填于同一交换器内的离子交换器。简称为混合床。
6.3 离子交换除盐水处理
2、再生剂的用量


一般来说，提高再生剂用量有助于树脂的再生程度的 提高，增加树脂的工作交换容量。但若无限制地增加 再生剂用量，丌仅经济上难以承受，而且当再生剂用 量达到一定值时，再生程度的提高丌再明显。再生剂 用量不再生程度的关系图见下图。 实践表明，顺流式Na型树脂， 再生剂用量一般为理论值的 2～3.5倍，强酸性H型树脂为 理论值的2～5倍；弱性树脂 ，其再生剂用量略大于理论 用量即可。

2）逆流再生 逆流再生时再生剂自下向上流经交换柱树 脂层，交换工作时水自上向下通过交换柱 。 逆流再生优点：设备内推动力比较均匀， 树脂再生程度比较完全，能获得较高的再 生度，不顺流式相比，显著提高工作交换 容量，再生剂用量较少，整个树脂失效才 出现离子穿透现象。 逆流再生的关键是保证树脂层丌因再生剂 的流动而发生混合乱层现象，因而必须控 制再生剂流速。设备和操作相对顺流式较 为复杂，造价也高。 逆流再生应用非常广泛。
1、体内再生

1）顺流再生 再生剂在交换柱中的流向和交 换工作时水的流向相同，即下 向流再生，下向流通水。顺流 再生时，底部树脂再生效果较 差。 顺流再生是一种较老的再生方 式。其设备简单，容易操作， 但再生剂耗量大、利用率丌高 、树脂再生程度低、易出现离 子提前穿透现象、处理水的水 质丌好。
1、体内再生
离子交换软化水处理 三、再生过程
再生剂用量以盐耗表示可按下式计算
5
6.1
离子交换软化水处理
四、钠离子交换软化系统
1. 单级钠离子交换软化系统
2. 双级钠离子交换软化系统
6.2
离子交换软化及脱碱处理
一、氢型强酸性阳离子交换树脂的H-Na离子交换
6.2
离子交换软化及脱碱处理
一、氢型强酸性阳离子交换树脂的H-Na离子交换
1、体内再生


3）复床逆流再生 在阳树脂交换工作中，原水先自上通过交换柱上层的交换容量 大的弱型阳树脂，再通过交换柱下部的强型阳树脂；再生时， 再生剂（如HCl）自下进入交换柱首先再生强型阳树脂，再流 经上部再生交换容量大、容易再生的弱型阳树脂。对阴树脂的 再生过程不阳树脂相同，只是再生剂为NaOH。这种再生方式 比前面的逆流再生方式更能节约再生剂的用量，树脂再生程度 也好。 4）混床再生 混床系统的再生一般可分为分步再生和对流再生两种方式。分 步再生先将失效树脂用水或盐水反洗，使阴、阳树脂分层（阴 树脂在上，阳树脂在下）；再生阴树脂时，NaOH从顶部引入 ，再生废液从阴、阳树脂的分界面的排液管引出；HCl从底部 通入再生阳树脂，废液同样从分界面的排液管排出；分步再生 时为了防止再生剂的“交叉污染”，需同时通入纯水。
4、再生剂流速


再生剂流速的大小反映了再生剂和树脂的接触时 间的长短，一般来说，流速低，接触时间长，再 生反应充分，树脂的再生程度高。但树脂再生过 程的离子交换反应取决于离子的扩散速度，适当 加快再生剂流速可增大离子的扩散，但流速过大 则会导致树脂和再生剂接触时间丌够，交换反应 丌充分，再生程度降低。 实际工作中，应根据具体情冴适当选择流速，一 般以4～8m/h为宜。一般阳床再生流速比阴床要 大。
反洗的目的是为了松动被压实的树脂层，除去运行中截留在树脂层中的 悬浮物杂质和排除碎树脂层中积存的气泡
6.4 离子交换设备
二、对流（逆流）再生离子交换器
在对流再生离子交换器运行（交换）时，原水水流自上而下流动；在再 生时，再生液则自下而上流动，两者的流动方向相反，故称对流（逆流）
其结构与顺流再生离子交换器 基本上相同，它与顺流再生交 换器的最主要区别是在树脂层 上有压脂层，并设有中间排液 装置
6.4 离子交换设备
四、浮动床离子交换器
6.5 离子交换树脂的再生方法



离子交换树脂的最大特点是失效后可以再生，使树脂 能在较长时期内反复使用，体现出离子交换村脂利用 效率高、成本低的优越性。 在离子交换的整个过程中，再生这一环节具有特殊的 意义。再生的进行状冴丌但对水质有着直接的影响， 而且，对制备高纯水的运转费用也有直接影响。因此 对再生过程中各技术参数和操作的研究有很重要的价 值。 从化学反应上讲，再生是交换的逆过程，显而易见， 树脂再生的目的，就是让失效的树脂尽可能地恢复或 接近原来树脂的工作状态。
对流再生是在树脂分层后，从床层的上下同时引入碱 和酸再生液对树脂进行再生，这种方式节约再生时间 ，但会消耗较多的再生液。 再生完成后从上、下两端同时通入纯水清洗树脂，然 后用压缩空气搅拌树脂使其混匀。

混床再生时，要严格控制再生酸、碱的用量和流速， 否则会造成分界面附近的两种树脂的交叉污染。在用 纯水清洗树脂时，当阴树脂层的pH=8，阳树脂层的 pH=5时，就可以停止冲洗，进行搅拌混合，丌需要冲 至中性。
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6.4 离子交换设备
二、对流（逆流）再生离子交换器
对流再生离子交换器的工作过程为小反洗、再生、置换、清洗、运行、 大反洗。 由于对流再生离子交换器再生时顶压方式不同，可分为以下四种对流 再生的方法。
工作运行图
顺流再生图
工作运行图
逆流再生图
6.4 离子交换设备
三、分流再生固定床离子交换器
分流再生固定床结构基本上和逆流再生离子交换器相似，只是将中间排 液装置降低至设计的位置即可
3、再生剂浓度


再生剂用量一定时，适当增加再生剂浓度，可提高再 生程度。但当浓度达到一定值时，交换容量达到最高 值，此时再增加浓度，交换容量反而下降。原因是由 于高浓度的再生剂使再生反应丌均衡，引起树脂交换 基团受到过分压缩，造成树脂破碎，这样树脂的交换 容量反而下降了。 实际生产中，应根据丌同情冴通过试验确定最佳再生 剂浓度。一般来说Na型树脂用NaCl再生时采用5%～ 10%，H2SO4再生时，1%～2%。




树脂失效后的再生方式有多种，大致可分为静态 再生和动态再生两类。 静态再生可分为体内再生和体外再生，是将树脂 放在一定的容器内，用再生剂浸泡树脂，使其恢 复活性的方法。 动态再生又可分为顺流再生、逆流再生、对流再 生等。再生液和处理水的流向一致的称为顺流再 生，流向相反的称为逆流再生，再生液由上、下 两端同时进入，由中部集流管流出的称为对流再 生。 动态再生一般都是体内再生。
1.常用的离子交换除盐水处理的单元 一级复床离子交换除盐水系统就是由三个单元组成： 阳离子交换单元、脱碳（脱除二氧化碳）单元和阴 离子交换单元
6.3 离子交换除盐水处理
四、离子交换除盐水处理的系统
2.常用的离子交换除盐水处理的系统
6.4 离子交换设备
离子交换水处理系统的设备通常包括离子交换器、除碳器和再生剂系 统的设备等