离子交换除盐系统介绍

离子交换除盐系统介绍

软化水处理设备：离子交换除盐系统介绍

离子交换除盐

除去水中离子态杂质的主要方法之一是离子交换法。水处理中常用到的离子交换法有Na离子交换、H离子交换和OH离子交换。根据应用目的的不同，它们组合成的水处理工艺有：为除去水中硬度的Na离子交换的软化处理;为除去硬度并降低碱度的H—Na离子交换的软化降碱处理以及为除去水中全部溶解盐类的H—OH离子交换的除盐处理。

动态离子交换过程

工业上常用的是动态离子交换法，即水在流动状态下完成的离子交换过程。用动态离子交换处理水，不但可以连续制水，而且由于交换反应的生成物不断被排除，因此离子交换反应进行得较为完全。

一、离子交换原理

离子交换树脂遇水时，可交换离子在水分子的作用下，有向水中扩散的倾向，从而使树脂功能基上留有与可交换离子相反的电荷，形成正的或负的电场。由于异性电荷的吸引力而抑制了可

交换离子的进一步扩散，结果在浓差扩散和静电引力两种相反力的作用下，形成厂双电层式结构，即固定离子层和可动离子层(反离子层)。由于树脂是多孔结构，所以双电层存在于网孔的任何部位，图10-1为R—SO3H树脂的双电层结构示意。由于离子交换树脂的骨架结构不变，所以交换作用是在水溶液中的离子和双电层中的反离子之间进行的。

在水溶液中，连接在树脂骨架上的功能基(如—SO3H)能离解出可交换离子(如H+)，并向溶液中扩散，同时溶液巾带同类电荷的离子(如Na+)也能扩散到整个树脂多孔结构的内部，两种离子之间的浓度差推动了它们的扩散和相互交换。所以，改变离子

浓度等环境条件，可促使树脂的可交换离子与水溶液中带同类电荷的离子进行可逆交换。而溶液中带相反电荷的离子(如C1-)，由于受到树脂功能基固定离子层负电场的排斥而不交换。

此外，由于离子交换树脂功能基对各种离子的亲合力大小各不相同，所以在人为控制的条件下，功能基离解出的可交换离子就町与溶液中带同类电荷的离子发生交换。例如，磺酸型阳离子交换树脂(R—SO3H)与含Nacl的水溶液接触时，由于树脂上H+浓度大，而且磺酸基对Na+的亲合力比对H+大，所以树脂上的H+就与溶液中的Na+发生交换，使树脂功能基上原来带有的H+进入溶液，而溶液中的Na+则交换到树脂上，其反应可以用方程式表示如下(右向箭头所示)：

交换以后.树脂由原来的H型变成Na型，失去交换水中Na+的能力。若在N9型树脂中通人浓度较大的HCI(如5%)，此时由于溶液中H+浓度较大，则可将树脂上的Na+置换下来.使树脂重新带上可交换的H+[式(10-1)中左向箭头所示]，恢复了树脂的交换能力，又可重新使用。

交换器的运行制水和树脂的再生是离子交换器—个运行周期的两个主要阶段，运行制水是树脂交换容量的发挥过程，再生是树脂交换容量的恢复过程。下面讨沦这两个过程中的离子交换。

二、离子交换的层内过程

这里研究含有N离子的水通过RM树脂层时的交换。

水通过树脂层初期，水中N+首先与表层树脂中M+进行交换，水中一部分N+转入树脂中，树脂中一部分M+转入水中。当水继续向下流动时，这种交换继续进行，因此水中N+不断减少，M+不断增加。在流经一定距离后，水中原有的N+全部被交换成M+。之后，继续向下流的水及其流过的树脂组成都不再发生变化，交换器出水中全为M+，而N+等于零，如图10-2(a)所示。

随着水不断地流过，因上部进水端的树脂全部转为RN型，故失去了继续交换水中N+的能力，交换进入下——层。这时在交换器中沿树脂层高度形成三个层区，如图10-2(b)所示：卜部AB层区为失效层(也称饱和层)，树脂全为N型，水流经这一层区时，N+浓度不变;中部BC层区为工作层，在这一层区中，从B到C，N型树脂逐渐减少至零，M型树脂则逐渐增加到100%，交换反应在这一层区中进行，水流过工作层以后，其中的N+全部被树脂交换除去;下部CD层区为未工作层，树脂仍全为M型。

如果以纵向表示树脂层高度，以横向宽度表示树脂中M+、N+离子的浓度分率，那么就可以将图10-2(b)变成图10-2(c)所示的各离子型树脂沿树脂层高的分布图，简称树脂层态图。

随着流过水量的增加，树脂层中M型树脂不断减少，N型树脂不断增加。在树脂层态上表现为失效层逐渐变厚，工作层下移，未工作层逐渐缩小，如图10-2(c)中逐渐下移的虚线所示。当未工作层最终消失，即工作层移至最下部出水端[如图10-2(d)]时，出水中便开始出现N+，之后山水中N+上升。当出水中N+浓度达到规定的值时(这就是常说的运行终点)，树脂失效，停止通水，进行再生。在图10-2中，图(c)为运行中的树脂层态