第4章 水的離子交換處理

1、1. 離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)及合成離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)及合成 離子交換樹脂是由離子交換樹脂是由高聚物骨架和連結(jié)在骨架上的可交換基團(tuán)高聚物骨架和連結(jié)在骨架上的可交換基團(tuán)（簡稱功能（簡稱功能團(tuán)）組成的。骨架具有龐大的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它是有許多低分子化合物（稱團(tuán)）組成的。骨架具有龐大的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它是有許多低分子化合物（稱為單體）聚合而形成的不溶于水的高分了化合物，高分子鏈上有各種可交換為單體）聚合而形成的不溶于水的高分了化合物，高分子鏈上有各種可交換功能基團(tuán)。根據(jù)單體的的種類樹脂可分為苯乙烯系、丙烯酸系和酚醛系等。功能基團(tuán)。根據(jù)單體的的種類樹脂可分為苯乙烯系、丙烯酸系和酚醛系等。下面以苯乙烯系樹酯為例討

2、論。下面以苯乙烯系樹酯為例討論。苯乙烯系樹脂的制備：苯乙烯系樹脂的制備： 樹脂制備過程可分為高分子聚合物骨架的制備和在高分子聚合物骨架上樹脂制備過程可分為高分子聚合物骨架的制備和在高分子聚合物骨架上引入可交換的基團(tuán)的兩個(gè)反應(yīng)階段。苯乙烯系樹脂是以苯乙烯和二乙烯苯為引入可交換的基團(tuán)的兩個(gè)反應(yīng)階段。苯乙烯系樹脂是以苯乙烯和二乙烯苯為單體共聚而合成的高分子聚合物骨架。單體共聚而合成的高分子聚合物骨架。聚苯乙烯就是苯乙烯系樹脂的高分子骨架，也稱白球。聚苯乙烯就是苯乙烯系樹脂的高分子骨架，也稱白球。二乙烯苯在高聚物中起的是空間架橋作用二乙烯苯在高聚物中起的是空間架橋作用，使聚合物形成網(wǎng)狀交聯(lián)，聚合物，使

3、聚合物形成網(wǎng)狀交聯(lián)，聚合物中二乙烯苯的含量愈多，白球的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)就愈堅(jiān)固。中二乙烯苯的含量愈多，白球的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)就愈堅(jiān)固。我們通常把聚合物中二我們通常把聚合物中二乙烯苯的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)叫做交聯(lián)度。乙烯苯的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)叫做交聯(lián)度。如交聯(lián)度為如交聯(lián)度為7 7，就是指白球中二乙烯苯的，就是指白球中二乙烯苯的質(zhì)量占質(zhì)量占7%7%。白球制備出來以后，再將白球通過。白球制備出來以后，再將白球通過磺化反應(yīng)、氯甲基反應(yīng)和胺磺化反應(yīng)、氯甲基反應(yīng)和胺化反應(yīng)，即可分別得到陰、陽離子交換樹脂化反應(yīng)，即可分別得到陰、陽離子交換樹脂。下面就分別介紹。下面就分別介紹。二乙烯苯二乙烯苯苯乙烯苯乙烯CH=CHCH=CH2 2n nCHC

4、HCHCH2 2CHCHCHCH2 2 CH CH聚苯乙烯聚苯乙烯CHCHCHCH2 2 CH CH+ +過氧化苯甲酰過氧化苯甲酰CH=CHCH=CH2 2CH=CHCH=CH2 2mm苯乙烯樹脂的制備苯乙烯樹脂的制備苯乙烯陽樹脂的制備苯乙烯陽樹脂的制備磺化反應(yīng)：磺化反應(yīng)：CHCHCHCH2 2 CH CHCHCHCHCH2 2CHCH CH CH2 2SOSO3 3HHSOSO3 3HHCHCHCHCH2 2 CH CHCHCHCHCH2 2CHCH CH CH2 2+H+H2 2SOSO4 4 聚苯乙烯聚苯乙烯苯乙烯系磺酸型陽樹脂苯乙烯系磺酸型陽樹脂100100，AgAg2 2SOSO4

5、4聚苯乙烯聚苯乙烯高分子骨架高分子骨架的制備：的制備：苯乙烯陰樹脂的制備苯乙烯陰樹脂的制備氯甲基化反應(yīng)氯甲基化反應(yīng)：氨化反應(yīng)：氨化反應(yīng)：CHCHCHCH2 2氯球氯球 CH2CI三甲基胺三甲基胺+ (CH3)3 N CHCHCHCH2 2CI CH2N (CH3)3 苯乙烯季胺鹽陰樹脂苯乙烯季胺鹽陰樹脂 CH2CICHCHCHCH2 2聚苯乙烯聚苯乙烯+CH2OCH2CI氯甲醚氯甲醚CHCHCHCH2 2+CH3OH氯甲基聚苯乙烯（氯球）氯甲基聚苯乙烯（氯球）2 離子交換樹脂的命名離子交換樹脂的命名 離子交換樹脂產(chǎn)品型號是根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)離子交換樹脂產(chǎn)品型號是根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GBl63179離子交換樹

6、脂產(chǎn)離子交換樹脂產(chǎn)品分類、命名及型號品分類、命名及型號而制定的。而制定的。 離子交換樹脂的全名稱由離子交換樹脂的全名稱由分類名稱、骨架（或基團(tuán)）名稱、基本名稱分類名稱、骨架（或基團(tuán)）名稱、基本名稱依次排列組成?；久Q為離子交換樹脂。大孔型樹脂在全名稱前加依次排列組成。基本名稱為離子交換樹脂。大孔型樹脂在全名稱前加“大孔大孔”兩字。分類屬酸性的，在基本名稱前加兩字。分類屬酸性的，在基本名稱前加“陽陽”字；分類屬堿字；分類屬堿性的，在基本名稱前加性的，在基本名稱前加“陰陰”字。字。 離子交換樹脂產(chǎn)品的型號以三位阿拉伯?dāng)?shù)字組成。第一位數(shù)字代表產(chǎn)離子交換樹脂產(chǎn)品的型號以三位阿拉伯?dāng)?shù)字組成。第一位數(shù)字

7、代表產(chǎn)品分類，第二位數(shù)字代表產(chǎn)品骨架組成，第三位數(shù)字為順序號，品分類，第二位數(shù)字代表產(chǎn)品骨架組成，第三位數(shù)字為順序號，用以用以區(qū)別功能基或交聯(lián)劑的差異區(qū)別功能基或交聯(lián)劑的差異。代號數(shù)字的意義見表。代號數(shù)字的意義見表3.5.1和和3.5.2 。代號代號0 01 12 23 34 45 56 6功能基功能基強(qiáng)酸性強(qiáng)酸性弱酸性弱酸性強(qiáng)堿性強(qiáng)堿性弱堿性螯合性螯合性兩性兩性氧化還原氧化還原表表3.5.1 3.5.1 分類代號分類代號表表3.5.1 3.5.1 骨架代號骨架代號代號代號0 01 12 23 34 45 56 6骨架類型骨架類型 苯乙烯系苯乙烯系 丙烯酸系丙烯酸系酚醛系酚醛系環(huán)氧系環(huán)氧系 乙

8、烯吡啶系乙烯吡啶系脲醛系脲醛系氯乙烯系氯乙烯系例如：例如：0010017 7( (凝膠型凝膠型) )苯乙烯系強(qiáng)酸陽離子交換樹脂，交聯(lián)度為苯乙烯系強(qiáng)酸陽離子交換樹脂，交聯(lián)度為7 7 。 1101104 4( (凝膠型凝膠型) )丙烯酸系弱酸性陽離子交換樹脂，交聯(lián)度為丙烯酸系弱酸性陽離子交換樹脂，交聯(lián)度為4 4。 D201D201大孔型苯乙稀系強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂。大孔型苯乙稀系強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂。3. 3. 離子交換樹脂的特性離子交換樹脂的特性 物理性能物理性能 ： (1)外觀。外觀。 (2)顆粒度。顆粒度。 (3)含水量。含水量。 (4)密度。密度。 1)濕真密度。濕真密度。 2)濕視密度。

9、濕視密度。 （3)機(jī)械強(qiáng)度。機(jī)械強(qiáng)度。 （5)耐熱性。耐熱性?；瘜W(xué)性能：化學(xué)性能： (1)交換反應(yīng)的可逆性交換反應(yīng)的可逆性 (2)酸、堿性酸、堿性 (3)選擇性。選擇性。 (4)交換容量。交換容量。 1)全交換容量。全交換容量。 2)工作交換容量。工作交換容量。4、溶脹當(dāng)將干的離子交換樹脂浸入水中時(shí)，其體積變大，這種現(xiàn)象稱為溶脹。 (1)溶劑：樹脂在極性溶劑中的溶脹性比在非極性溶劑中的強(qiáng)。(2)交聯(lián)度：交聯(lián)度越高，溶脹能力越低。(3)活性基團(tuán)：此基團(tuán)愈易電離，樹脂的溶脹性愈強(qiáng)。(4)交換容量：離子交換樹脂的交換容量愈高，溶脹性愈強(qiáng)。(5)溶液濃度：電解質(zhì)溶液濃度愈大，樹脂的溶脹率就愈小。(6)

10、可交換離子的本質(zhì)：可交換離子的水合離子半徑愈大，其溶脹率愈大，故對于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿性離子交換樹脂，溶脹率大小的次序?yàn)椋?H+Na+NH4+K+Ag+ OH-HCO3-、CO32-SO42-Cl- 強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂由Na型變成H型，強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂由C1型變成OH型，其體積均增加約5。干真密度= g/ml濕真密度= g/ml濕視密度= g/ml 孔眼及縫隙）樹脂的真體積（不包括干樹脂質(zhì)量濕樹脂的真體積濕樹脂質(zhì)量濕樹脂的堆積體積濕樹脂質(zhì)量圖圖3.6.2 3.6.2 樹脂層交換層工作狀況樹脂層交換層工作狀況 1 1失效層；失效層； 2 2工作層；工作層； 3 3尚未工作的樹脂層尚未工作的樹脂層工

11、作層的下一個(gè)區(qū)域是尚未工作的工作層的下一個(gè)區(qū)域是尚未工作的A A型樹脂層，在離子交換進(jìn)行過程中，這三層實(shí)際上無型樹脂層，在離子交換進(jìn)行過程中，這三層實(shí)際上無時(shí)不在變化，所以不可能找出明顯的分界線，圖中的分界線是為說明問題而大致劃分的。時(shí)不在變化，所以不可能找出明顯的分界線，圖中的分界線是為說明問題而大致劃分的。在交換過程中，工作層不斷下移，當(dāng)下移到交換柱底部最后一層時(shí)，此時(shí)出水中就有在交換過程中，工作層不斷下移，當(dāng)下移到交換柱底部最后一層時(shí)，此時(shí)出水中就有B B離離子，也就說子，也就說B B離子開始穿透，交換柱開始失效了。所以最后一層離子交換容量未能充分發(fā)離子開始穿透，交換柱開始失效了。所以最

12、后一層離子交換容量未能充分發(fā)揮，只起保證出水質(zhì)量的作用，為保護(hù)層。揮，只起保證出水質(zhì)量的作用，為保護(hù)層。如果保護(hù)層厚度大，則交換柱的工作交換容量就??；反之，交換柱的工作交換容量就大。如果保護(hù)層厚度大，則交換柱的工作交換容量就?。环粗?，交換柱的工作交換容量就大。在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，交換樹脂分為幾個(gè)區(qū)域，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，交換樹脂分為幾個(gè)區(qū)域，上層全部轉(zhuǎn)為上層全部轉(zhuǎn)為B B型樹脂，是失效層。型樹脂，是失效層。失效層的下一個(gè)區(qū)域?yàn)楣ぷ鲗?，失效層的下一個(gè)區(qū)域?yàn)楣ぷ鲗樱?jīng)過工作層時(shí)，離子交換反應(yīng)就在這一層進(jìn)行，水經(jīng)過工作層時(shí)，離子交換反應(yīng)就在這一層進(jìn)行，在這一層中的樹脂是在這一層中的樹脂是A A型和型和B B型

13、的混合物，型的混合物，隨著交換的進(jìn)行，工作層樹脂被隨著交換的進(jìn)行，工作層樹脂被B B離子飽和，離子飽和，也就是說工作層變成了失效層，工作層又下移到也就是說工作層變成了失效層，工作層又下移到下一區(qū)域，下一區(qū)域， 可見交換柱中的工作層是自上而下可見交換柱中的工作層是自上而下不斷移動的。不斷移動的。圖圖3.6.23.6.2就是以就是以A A型樹脂處理含型樹脂處理含B B離子水離子水時(shí)，樹脂交換層的工作狀況。時(shí)，樹脂交換層的工作狀況。六、離子交換樹脂的選擇性順序六、離子交換樹脂的選擇性順序 在稀溶液中，強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂對常見陽離子的選擇性順序如下： Fe3+A13+Ca2+Mg2+K+ NH4+N

14、a+H+對于弱酸性陽樹脂， 在稀溶液中，弱酸性陽離子交換樹脂對常見陽離子的選擇性順序如下： H+Fe3+A13+Ca2+Mg2+K+Na+ 實(shí)際中只交換與HCO3-結(jié)合的Ca2+、Mg2+；強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂在稀酸溶液時(shí)的選擇性順序?yàn)椋?SO42-(+HSO4-) NO3-Cl- OH-HCO3-HSiO3- 弱堿性陰離子交換樹脂在稀酸溶液時(shí)的選擇性順序?yàn)椋?OH-SO42-(+HSO4-) NO3-Cl- HCO3- 實(shí)際中只交換SO42-、 NO3-、Cl- 七、離子交換速度七、離子交換速度 1)水中Na+在水中擴(kuò)散，到達(dá)樹脂顆粒表面的邊界水膜，如所示；2)Na+進(jìn)入樹脂顆粒內(nèi)部的交聯(lián)網(wǎng)

15、孔，并進(jìn)行擴(kuò)散，如所示；3)Na+與樹脂內(nèi)交換基團(tuán)接觸，并與交換基團(tuán)上可交換的H+進(jìn)行交換，如所示；4)被交換下來的H+在樹脂顆粒內(nèi)部交聯(lián)網(wǎng)孔中向樹脂表面擴(kuò)散，如所示； 5)被交換下來的H+擴(kuò)散通過樹脂顆粒表面的邊界水膜，進(jìn)入水溶液中，如所示。八、影響陽離子交換速度的因素八、影響陽離子交換速度的因素(1)樹脂交換基團(tuán)：樹脂交換基團(tuán)的不同并不影響到交換速度。(2)樹脂的交聯(lián)度：樹脂的交聯(lián)度越大，網(wǎng)孔越小，則其顆粒內(nèi)擴(kuò)散越慢，交換速度就越慢。(3)樹脂的顆粒：樹脂顆粒越小，交換速度越快。但樹脂顆粒太小會增大水流通過樹脂層的阻力，且在反洗運(yùn)行時(shí)容易流失。(4)溶液的濃度：溶液濃度是影響擴(kuò)散速度的重要

16、因素，濃度越大，擴(kuò)散速度越快。(5)水溫：提高水溫在2040，能同時(shí)加快內(nèi)擴(kuò)散和膜擴(kuò)散。 (6)攪拌或提高流速。交換過程中的攪拌或提高水的流速，只能加快膜擴(kuò)散，但不能影響內(nèi)擴(kuò)散。 (7)離子的本性：離子水合半徑越大，內(nèi)擴(kuò)散越慢；離子電荷數(shù)越多，內(nèi)擴(kuò)散越慢。九、離子交換樹脂的貯存九、離子交換樹脂的貯存1、新樹脂的貯存新樹脂的貯存（1）防止樹脂失水：防止樹脂失水：新出廠的樹脂盡可能的保存在10NaCl濃液中。（2）防止樹脂受熱、受凍：防止樹脂受熱、受凍：樹脂貯存在溫度540環(huán)境中。（3）防止污染：防止污染： 貯存時(shí)避免和鐵容器、強(qiáng)氧化劑、油類和有機(jī)物接觸，以防止污染和氧化降解。 此外，還應(yīng)防止擠壓

17、、磨察以防止破碎。2、舊樹脂的貯存（使用中）舊樹脂的貯存（使用中）（1）轉(zhuǎn)型保管：轉(zhuǎn)型保管：陽離子交換樹脂應(yīng)轉(zhuǎn)為Na型，陰離子交換樹脂應(yīng)轉(zhuǎn)為Cl型貯存。（2）濕法存放：濕法存放：在離子交換設(shè)備內(nèi)，充滿10NaCl水溶液。（3）防止霉變：防止霉變：必須定期換水或用水反沖洗，必要時(shí)也可用1.5的甲醛溶液浸泡。十、新樹脂使用前的預(yù)處理十、新樹脂使用前的預(yù)處理 進(jìn)入一級除鹽系統(tǒng)的水是經(jīng)預(yù)處理、預(yù)脫鹽的水，水中只含有少量進(jìn)入一級除鹽系統(tǒng)的水是經(jīng)預(yù)處理、預(yù)脫鹽的水，水中只含有少量的溶解性雜質(zhì)。溶解性雜質(zhì)包括陽離子、陰離子、少量膠體硅等。其中水的溶解性雜質(zhì)。溶解性雜質(zhì)包括陽離子、陰離子、少量膠體硅等。其中水

18、中的陽離子主要由中的陽離子主要由CaCa2 2+ +、MgMg2+2+、K K+ +、NaNa+ +和極少量的和極少量的AlAl3+3+、FeFe3+3+離離子組成，陰離子主要由子組成，陰離子主要由HCO3HCO3、SOSO4 42-2-、ClCl和少量的和少量的NONO3 3- -、HSiOHSiO3 3- -離子組成。離子組成。 當(dāng)水通過強(qiáng)酸性當(dāng)水通過強(qiáng)酸性HH型陽交換器時(shí)，水中所有的陽離子型陽交換器時(shí)，水中所有的陽離子都被強(qiáng)酸性都被強(qiáng)酸性HH型樹脂吸收，活性基團(tuán)上的型樹脂吸收，活性基團(tuán)上的HH+ +被置換到水中，被置換到水中，與水中的陰離子組合生與水中的陰離子組合生 成酸。其反應(yīng)式：成酸

19、。其反應(yīng)式：1. 陽離子交換陽離子交換器器1/2Ca 1/2SO1/2Ca 1/2SO4 4 1/2Ca 1/2H 1/2Ca 1/2H2 2SOSO4 4 1/2Mg NO1/2Mg NO3 3 + RH R 1/2Mg + HNO + RH R 1/2Mg + HNO3 3 CI HCI CI HCINaNa HCOHCO3 3 Na 1/2H Na 1/2H2 2COCO3 3 強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂交換反應(yīng)：強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂交換反應(yīng)：陽離子交換器的出水是酸性水。陽離子交換器的出水是酸性水。但當(dāng)交換器運(yùn)行失效時(shí)，其出水中就會有但當(dāng)交換器運(yùn)行失效時(shí)，其出水中就會有其它陽離子的泄漏，而在諸

20、多的陽離子中，首先漏出的陽離子是其它陽離子的泄漏，而在諸多的陽離子中，首先漏出的陽離子是Na+，故，故習(xí)慣上稱之為習(xí)慣上稱之為漏鈉漏鈉。當(dāng)出水中的當(dāng)出水中的Na+超過一個(gè)給定的極限值時(shí)，陽離子交換器被超過一個(gè)給定的極限值時(shí)，陽離子交換器被判失效，需停運(yùn)再生后才能投入運(yùn)行。判失效，需停運(yùn)再生后才能投入運(yùn)行。為什么陽交換器失效時(shí)，首先發(fā)生漏鈉，而不是漏為什么陽交換器失效時(shí)，首先發(fā)生漏鈉，而不是漏Ca2+或或Mg2+離子？離子？這是因?yàn)樗@是因?yàn)樗懈鞣N陽離子與樹脂中中各種陽離子與樹脂中H+發(fā)生交換反應(yīng)時(shí)，因樹脂對各種陽離子的吸收有選擇性，發(fā)生交換反應(yīng)時(shí)，因樹脂對各種陽離子的吸收有選擇性，故被樹脂吸

21、收的離子在交換器內(nèi)有分層現(xiàn)象，根據(jù)樹脂對被吸收離子的選擇性順故被樹脂吸收的離子在交換器內(nèi)有分層現(xiàn)象，根據(jù)樹脂對被吸收離子的選擇性順序，最上層是最易被吸收的序，最上層是最易被吸收的Ca2+，次層以，次層以Mg2+為主，下層就是為主，下層就是Na+。強(qiáng)酸性陽樹脂。強(qiáng)酸性陽樹脂的選擇性順序?yàn)椋旱倪x擇性順序?yàn)椋篎e3+A13+Ca2+Mg2+K+NH4+Na+ 排水裝置排水裝置壓脂層壓脂層200mm進(jìn)水裝置進(jìn)水裝置反洗空間反洗空間中間排液裝置中間排液裝置樹脂層樹脂層1600mm逆流再生陽離子交換器結(jié)構(gòu)圖逆流再生陽離子交換器結(jié)構(gòu)圖進(jìn)水裝置的作用進(jìn)水裝置的作用是均勻分布進(jìn)水于是均勻分布進(jìn)水于交換器的過水?dāng)?/p>

22、面上。另一個(gè)作用交換器的過水?dāng)嗝嫔?。另一個(gè)作用是均勻收集反洗排水是均勻收集反洗排水。排水裝置的作用排水裝置的作用是均勻收集處理好是均勻收集處理好的水；另一個(gè)作用是均勻分配反洗的水；另一個(gè)作用是均勻分配反洗進(jìn)水。進(jìn)水。中間排液裝置的作用中間排液裝置的作用：中間排液裝：中間排液裝置對逆流再生離子交換器運(yùn)行效果置對逆流再生離子交換器運(yùn)行效果有較大影響，其作用是均勻排出再有較大影響，其作用是均勻排出再生液，防止樹脂亂層、流失外，還生液，防止樹脂亂層、流失外，還應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，安裝時(shí)應(yīng)保證在應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，安裝時(shí)應(yīng)保證在交換器內(nèi)呈水平狀態(tài)，交換器內(nèi)呈水平狀態(tài)，2. 陽離子交換器（陽床）陽離子交換器（陽床

23、）壓脂層的作用壓脂層的作用過濾掉水中的懸浮物過濾掉水中的懸浮物及機(jī)械雜質(zhì)；使進(jìn)水通過壓脂層均及機(jī)械雜質(zhì)；使進(jìn)水通過壓脂層均勻作用于樹脂層表面；防止樹脂在勻作用于樹脂層表面；防止樹脂在逆流再生中亂層。逆流再生中亂層。 圖圖3.7.2 3.7.2 交換器中離子分布情況交換器中離子分布情況 (a)(a)開始進(jìn)水時(shí)開始進(jìn)水時(shí) (b)(b)交換器失效時(shí)交換器失效時(shí)當(dāng)交換器不斷進(jìn)水，隨離子交換的不斷進(jìn)行，由于當(dāng)交換器不斷進(jìn)水，隨離子交換的不斷進(jìn)行，由于水中的水中的CaCa2+2+比比MgMg2+2+、NaNa2+2+與樹脂的親合力更大，更與樹脂的親合力更大，更易被樹脂吸收，所以水中的易被樹脂吸收，所以水中

24、的CaCa2+2+離子可和已吸收了離子可和已吸收了MgMg2+2+的樹脂進(jìn)行交換反應(yīng)，使的樹脂進(jìn)行交換反應(yīng)，使CaCa型樹脂層向下擴(kuò)展，型樹脂層向下擴(kuò)展，而被置換下來的而被置換下來的MgMg2+2+一起與一起與NaNa+ +型樹脂發(fā)生交換，型樹脂發(fā)生交換，使使MgMg2+2+型樹脂層下移而型樹脂層下移而NaNa+ +的交換區(qū)域也逐漸下移。的交換區(qū)域也逐漸下移。在運(yùn)行過程中，這三層不同型態(tài)的交換劑的高度在在運(yùn)行過程中，這三層不同型態(tài)的交換劑的高度在不斷地向下擴(kuò)展，如圖不斷地向下擴(kuò)展，如圖3.7.23.7.2所示。所示。陽床整個(gè)制水周期陽床整個(gè)制水周期( (運(yùn)行開始到交換器失效這段時(shí)間運(yùn)行開始到交

25、換器失效這段時(shí)間) )中中電導(dǎo)率、鈉離子濃度、酸度變化可用圖電導(dǎo)率、鈉離子濃度、酸度變化可用圖3.7.33.7.3表示。表示。開始通水正洗時(shí)隨水的不斷通入，水質(zhì)越來越好。因開始通水正洗時(shí)隨水的不斷通入，水質(zhì)越來越好。因而電導(dǎo)率、酸度、鈉離子快速下降（而電導(dǎo)率、酸度、鈉離子快速下降（a a點(diǎn)前）。在點(diǎn)前）。在abab為為穩(wěn)定制水過程，穩(wěn)定制水過程，b b點(diǎn)后樹脂開始失效。此時(shí)水中鈉增加點(diǎn)后樹脂開始失效。此時(shí)水中鈉增加，氫離子減少而氫氧根增加，使酸度下降，電導(dǎo)率下，氫離子減少而氫氧根增加，使酸度下降，電導(dǎo)率下降。降。圖圖3.7.3 3.7.3 強(qiáng)酸強(qiáng)酸H H型陽離子交型陽離子交 換換 器典型出水曲

26、線器典型出水曲線ab運(yùn)行時(shí)的交換情況運(yùn)行時(shí)的交換情況無頂壓逆流再生的操作步驟：無頂壓逆流再生的操作步驟：1 1）小反洗。小反洗。只對壓脂層進(jìn)行反洗，沖洗掉積聚在壓脂層上的污只對壓脂層進(jìn)行反洗，沖洗掉積聚在壓脂層上的污染物。用水為該級交換器的進(jìn)口水，流速樹脂不亂層為宜，一染物。用水為該級交換器的進(jìn)口水，流速樹脂不亂層為宜，一直反洗至出水清澈為為止。直反洗至出水清澈為為止。2 2）放水放水。待樹脂顆粒下沉后，放掉中間排液裝置以上的水。待樹脂顆粒下沉后，放掉中間排液裝置以上的水。3 3）進(jìn)再生液進(jìn)再生液。將再生液放入交換器內(nèi)，嚴(yán)格控制其流速和濃度。將再生液放入交換器內(nèi)，嚴(yán)格控制其流速和濃度4 4）逆

27、流再生逆流再生。進(jìn)完再生液，關(guān)閉再生液計(jì)量箱出口閥，按再生。進(jìn)完再生液，關(guān)閉再生液計(jì)量箱出口閥，按再生液的流速和流量繼續(xù)用稀釋再生液的除鹽水進(jìn)行沖洗，直至出液的流速和流量繼續(xù)用稀釋再生液的除鹽水進(jìn)行沖洗，直至出水指標(biāo)合格為止。關(guān)閉進(jìn)水閥。水指標(biāo)合格為止。關(guān)閉進(jìn)水閥。5 5）小正洗小正洗。水從上部進(jìn)入，控制適當(dāng)?shù)牧魉?，洗去再生后壓脂。水從上部進(jìn)入，控制適當(dāng)?shù)牧魉?，洗去再生后壓脂層中殘留的再生廢液和雜質(zhì)。小正洗用水為運(yùn)行時(shí)的進(jìn)口水。層中殘留的再生廢液和雜質(zhì)。小正洗用水為運(yùn)行時(shí)的進(jìn)口水。 6 6）正洗正洗。用水自上而下進(jìn)行正洗，直到出水水質(zhì)合格，即可投。用水自上而下進(jìn)行正洗，直到出水水質(zhì)合格，即可投

28、入運(yùn)行。入運(yùn)行。樹脂的再生樹脂的再生壓脂層壓脂層進(jìn)進(jìn)水水再再生生液液出出水水逆流固定床制水和再逆流固定床制水和再 生流向圖生流向圖再生廢液再生廢液進(jìn)進(jìn)水水再再生生液液出出水水 交換器經(jīng)過多周期運(yùn)行后，下部樹脂層也會受到一定程度的污染，必須定期對交換器經(jīng)過多周期運(yùn)行后，下部樹脂層也會受到一定程度的污染，必須定期對整個(gè)樹脂層進(jìn)行大反洗，大反洗前先進(jìn)行小反洗，在大反洗時(shí)流量應(yīng)由小到大，逐整個(gè)樹脂層進(jìn)行大反洗，大反洗前先進(jìn)行小反洗，在大反洗時(shí)流量應(yīng)由小到大，逐步增大。從下步進(jìn)水廢液由上部的反洗排水閥排出步增大。從下步進(jìn)水廢液由上部的反洗排水閥排出。離子交換器的運(yùn)行中技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有交換器的出水水質(zhì)，工作

29、交換容量和相應(yīng)的離子交換器的運(yùn)行中技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有交換器的出水水質(zhì)，工作交換容量和相應(yīng)的再生劑再生劑 比耗，周期制水量及再生過程中消耗水量。比耗，周期制水量及再生過程中消耗水量。工作交換容量工作交換容量(q(qi i) )：在一個(gè)制水運(yùn)行周期中，平均單位體積樹脂進(jìn)行交換所放出的離子在一個(gè)制水運(yùn)行周期中，平均單位體積樹脂進(jìn)行交換所放出的離子量（量（mmol/mmol/）。計(jì)算式：）。計(jì)算式： q qi i=(A+S)V/V=(A+S)V/Vi i。式中，。式中，A A為平均進(jìn)水堿度為平均進(jìn)水堿度,mmol,mmol；為平均出水酸度為平均出水酸度,mmol,mmol；為從正洗合格開始制水到失效一周期

30、內(nèi)的總制水量，；為從正洗合格開始制水到失效一周期內(nèi)的總制水量，mm3 3;V;Vi i交換器內(nèi)的樹脂體積，交換器內(nèi)的樹脂體積， mm3 3。酸耗：酸耗：使交換劑恢復(fù)使交換劑恢復(fù)molmol的離子交換能力，所消耗的酸的的克數(shù)。的離子交換能力，所消耗的酸的的克數(shù)。酸耗（酸耗（g gmolmol）酸的克數(shù)）酸的克數(shù)周期制水量周期制水量(L)(L)（陽床出口平均酸度陽床進(jìn)口平均（陽床出口平均酸度陽床進(jìn)口平均堿度）堿度）(mol(mol) )。比耗：比耗：再生劑的實(shí)際酸耗與理論酸耗（酸的摩爾質(zhì)量）的比值。在實(shí)際中常用平均比再生劑的實(shí)際酸耗與理論酸耗（酸的摩爾質(zhì)量）的比值。在實(shí)際中常用平均比耗來表示。平均

31、比耗月或年的再生劑耗量（）耗來表示。平均比耗月或年的再生劑耗量（）制水量。制水量。水耗：水耗：每次再生所耗水的體積與樹脂層體積之比。每次再生所耗水的體積與樹脂層體積之比。出水水質(zhì)：出水水質(zhì)：是監(jiān)督陽床出水的含鈉量。是監(jiān)督陽床出水的含鈉量。運(yùn)行時(shí)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)運(yùn)行時(shí)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)2 . 2 . 除碳器除碳器 除碳原理除碳原理水通過陽離子交換器，水中的水通過陽離子交換器，水中的HCOHCO3 3- -與從樹脂上交與從樹脂上交換下來的換下來的H H+ +結(jié)合，形成結(jié)合，形成HH2 2COCO3 3極不穩(wěn)定，隨即分解生極不穩(wěn)定，隨即分解生成的成的COCO2 2：HH2 2COCO3 3 H H2 2O

32、+COO+CO2 2水中的水中的COCO2 2，可以看作是溶解在水中的氣體，它的溶，可以看作是溶解在水中的氣體，它的溶解度與氣體分壓的關(guān)系符合亨利定律，即在一定的溫解度與氣體分壓的關(guān)系符合亨利定律，即在一定的溫度下氣體在液體中的溶解度與該氣體在液面上的分壓度下氣體在液體中的溶解度與該氣體在液面上的分壓成正比。只要降低水面上成正比。只要降低水面上COCO2 2的分壓力，溶于水中的的分壓力，溶于水中的游離游離COCO2 2就能解吸出來。就能解吸出來。降低液面降低液面COCO2 2氣體分壓的常用方法有鼓風(fēng)和抽真空兩氣體分壓的常用方法有鼓風(fēng)和抽真空兩種種。 圖圖3.7.3 3.7.3 除碳器結(jié)構(gòu)除碳器

33、結(jié)構(gòu)除碳器工作時(shí)水從上部布水扳扳淋下，通過除碳器工作時(shí)水從上部布水扳扳淋下，通過填料層后，從下部排入水箱?？諝鈴南虏坑商盍蠈雍?，從下部排入水箱?？諝鈴南虏坑娠L(fēng)機(jī)引入，通過填料層后由頂部排出。風(fēng)機(jī)引入，通過填料層后由頂部排出。在除碳器中因填料的陰擋作用，從上面流下在除碳器中因填料的陰擋作用，從上面流下來的水被分散成許多小股水流、微小滴或水來的水被分散成許多小股水流、微小滴或水膜，增大了空氣與水的接觸面積。膜，增大了空氣與水的接觸面積。因空氣中因空氣中COCO2 2含量很小（約含量很?。s0.03%0.03%），在水），在水中溶解達(dá)平衡時(shí)不到中溶解達(dá)平衡時(shí)不到0.45mg/L0.45mg/L，這樣

34、水與，這樣水與空氣接觸時(shí)，水中的空氣接觸時(shí)，水中的COCO2 2便會析出。便會析出。真空除碳真空除碳真空除碳通過真空泵或噴射器，從除碳器的真空除碳通過真空泵或噴射器，從除碳器的不同部位抽真空而達(dá)到除碳的目的。不同部位抽真空而達(dá)到除碳的目的。排水口排水口進(jìn)氣口進(jìn)氣口進(jìn)水口進(jìn)水口 o o o o o o o o 排氣口排氣口填料支撐填料支撐 扳扳填料層填料層布水扳布水扳鼓風(fēng)除碳器的結(jié)構(gòu)鼓風(fēng)除碳器的結(jié)構(gòu) 它的工作原理除了同上述的鼓風(fēng)除碳所不同的是：在真空除碳過程中，它的工作原理除了同上述的鼓風(fēng)除碳所不同的是：在真空除碳過程中，水中其它溶解氣體水中其它溶解氣體(如氧氣如氧氣)也同時(shí)被除去，這是鼓風(fēng)除碳

35、所不能做到的。也同時(shí)被除去，這是鼓風(fēng)除碳所不能做到的。 3. 陰離子交換器陰離子交換器(陰床陰床)1/2H1/2H2 2SOSO4 4 1/2SO 1/2SO4 4 HNO HNO3 3 NO NO3 31/2H1/2H2 2COCO3 3 +ROHR 1/2CO +ROHR 1/2CO3 3+2H+2H2 2O OHCl CIHCl CI1/2H1/2H2 2SiOSiO3 3 HSiO HSiO3 3陰離子交換實(shí)質(zhì)上是陰樹脂中的陰離子交換實(shí)質(zhì)上是陰樹脂中的OH與酸性水與酸性水(經(jīng)過陽離子交換及除碳經(jīng)過陽離子交換及除碳)中的負(fù)離子進(jìn)行交換。所以在強(qiáng)堿性陰離子交換器內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)為：中的負(fù)離子進(jìn)

36、行交換。所以在強(qiáng)堿性陰離子交換器內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)為： 圖圖3.7.4 3.7.4 強(qiáng)堿性強(qiáng)堿性O(shè)HOH型離子型離子 交換器出水水質(zhì)變化交換器出水水質(zhì)變化根據(jù)強(qiáng)堿陰樹脂的交換規(guī)律，根據(jù)強(qiáng)堿陰樹脂的交換規(guī)律，HSiOHSiO3 3- -集中集中在交換器中樹脂的底部。所以當(dāng)強(qiáng)堿性在交換器中樹脂的底部。所以當(dāng)強(qiáng)堿性O(shè)HOH型陰離子交換器失效時(shí)，型陰離子交換器失效時(shí)，HSiOHSiO3 3- -先漏出來，先漏出來，致使出水的硅含量升高致使出水的硅含量升高。因強(qiáng)堿因強(qiáng)堿陰樹脂的選擇性順序?yàn)椋宏帢渲倪x擇性順序?yàn)椋篠OSO4 42 2NONO3 3ClClOHOHFFHCOHCO3 3HSiOHSiO3 3壓脂

37、層壓脂層進(jìn)水裝置進(jìn)水裝置反洗空間反洗空間中間排液裝置中間排液裝置樹脂層樹脂層2500mm排水裝置排水裝置逆流再生陰離子交換器示意圖逆流再生陰離子交換器示意圖陰離子交換器與陽離子交換陰離子交換器與陽離子交換器一樣是逆流再生工藝，其器一樣是逆流再生工藝，其操作步驟與陽離子交換器相操作步驟與陽離子交換器相同。其交換器結(jié)構(gòu)示意圖與同。其交換器結(jié)構(gòu)示意圖與陽離子交換器也相同。陽離子交換器也相同。混合型離子交換器（混合床）除鹽混合型離子交換器（混合床）除鹽 1/2Ca 1/2Ca2+2+、1/2Mg1/2Mg2+2+、NaNa+ +RH +RRH +R，OH +OH + 1/2SO 1/2SO4 42 2

38、、CICI、HCOHCO3 3、HSiOHSiO3 3 Na 1/2SO Na 1/2SO4 4R 1/2Ca + RR 1/2Ca + R， CI + HCI + H2 2O O HCO HCO3 3 1/2Mg 1/2Mg HSiOHSiO3 3 由于陽、陰樹脂混合均勻，所以陽、陰離子交換反應(yīng)幾乎是同時(shí)進(jìn)行由于陽、陰樹脂混合均勻，所以陽、陰離子交換反應(yīng)幾乎是同時(shí)進(jìn)行的，置換出的的，置換出的H+和和OH立即生成水，都不會積累，消除了反離子作用，立即生成水，都不會積累，消除了反離子作用，交換反應(yīng)進(jìn)行得十分徹底，出水水質(zhì)很好。交換反應(yīng)如下：交換反應(yīng)進(jìn)行得十分徹底，出水水質(zhì)很好。交換反應(yīng)如下： 混

39、合床是圓柱型密閉容器。其內(nèi)部有進(jìn)水裝置、排水裝置、中部有再混合床是圓柱型密閉容器。其內(nèi)部有進(jìn)水裝置、排水裝置、中部有再生時(shí)排再生廢液的中間排水裝置等。為了便于陽、陰樹脂分層，混合生時(shí)排再生廢液的中間排水裝置等。為了便于陽、陰樹脂分層，混合床中陽樹脂與陰樹脂的濕真密度差應(yīng)大于床中陽樹脂與陰樹脂的濕真密度差應(yīng)大于0.150.20gcm3。國內(nèi)混。國內(nèi)混合床采用的陽、陰樹脂的體積比為合床采用的陽、陰樹脂的體積比為1：2?；旌洗步Y(jié)構(gòu)示意圖混合床結(jié)構(gòu)示意圖進(jìn)水裝置進(jìn)水裝置中間排液裝置中間排液裝置排水裝置排水裝置進(jìn)堿裝置進(jìn)堿裝置反洗空間反洗空間樹脂層樹脂層混合床是圓柱型密閉容器。其內(nèi)部有進(jìn)混合床是圓柱型密

40、閉容器。其內(nèi)部有進(jìn)水裝置、排水裝置、中部有再生時(shí)排再水裝置、排水裝置、中部有再生時(shí)排再生廢液的中間排水裝置等。為了便于陽、生廢液的中間排水裝置等。為了便于陽、陰樹脂分層，混合床中陽樹脂與陰樹脂陰樹脂分層，混合床中陽樹脂與陰樹脂的濕真密度差應(yīng)大于的濕真密度差應(yīng)大于0.150.20gcm3。國內(nèi)混合床采用的陽、陰樹脂的體積比國內(nèi)混合床采用的陽、陰樹脂的體積比為為1：2。經(jīng)過一級復(fù)床處理后的水質(zhì)，一般電導(dǎo)經(jīng)過一級復(fù)床處理后的水質(zhì)，一般電導(dǎo)率小于率小于0.2S0.2Scmcm，pHpH接近中性，含接近中性，含硅量硅量( (以以SiOSiO2 2計(jì)計(jì)) )在在20g20gL L以下。以下?；旌洗步Y(jié)構(gòu)混合

41、床結(jié)構(gòu)2、 順流式固定床離子交換器的運(yùn)行順流式固定床離子交換器的運(yùn)行 通常分為五步：反洗、進(jìn)再生液、置換、正洗和制水。 （1）反洗：）反洗： 用水自下而上進(jìn)行短時(shí)間的強(qiáng)烈反洗。反洗的目的是：松動交換劑層；清除交換劑上層中的懸浮物、碎粒和氣泡。（2）再生）再生： 影響再生效果的因素：再生操作的方式，再生劑的種類、濃度、純度、用量，再生液的流速、溫度，交換劑的類型等。（3）置換：）置換： 當(dāng)再生液進(jìn)完后，樹脂層中仍有正在反應(yīng)的再生液，而樹脂層面至計(jì)量箱之間的再生液則尚未進(jìn)入樹脂層。為了使這些再生液全部通過樹脂層，須用水按再生液流過樹脂的流程及流速通過交換器，這一過程稱為置換。（4）正洗：）正洗：

42、離子交換器經(jīng)再生后，為了清除其中過剩的再生劑和再生產(chǎn)物，應(yīng)用清洗水按制水通過交換劑層的方向進(jìn)行清洗。（5）交換：）交換： 清洗合格的陽離子交換器即可投入交換運(yùn)行。 混床結(jié)構(gòu)示意圖和管路系統(tǒng)示意圖2、單流混床離子交換器運(yùn)行操作、單流混床離子交換器運(yùn)行操作 （1）反洗分層）反洗分層 一般用水力篩分法對陰、陽樹脂進(jìn)行分層。為了便于分層，可在分層前先通入NaOH溶液，將陰樹脂再生成OH型，陽樹脂再生成Na型，使兩者間的密度差增大，從而加快陰、陽樹脂的分層。（2）再生再生 混床的再生通常有三種方法：體內(nèi)再生、體外再生和陰樹脂外移再生。 酸堿分別通過陽陰樹脂再生示意圖1陰樹脂再生；2陰樹脂清洗；3陽樹脂再

43、生、陽樹脂清洗；4陽、陰樹脂各自清洗；5正洗（3）陰、陽樹脂的混合）陰、陽樹脂的混合 將水面下降到樹脂層表面100150mm處。用0.10.15MPa，流量為2.03.0m3/(m2S)的壓縮空氣，混脂0.51.0min。（4）正洗）正洗 混脂后，用除鹽水以1020m/h的流速進(jìn)行正洗，直至出水合格后(如SiO2含量低于20g/L，電導(dǎo)率低于0.2S/cm)，方可投入運(yùn)行。（5）制水）制水五、混床樹脂 混床使用的樹脂應(yīng)機(jī)械強(qiáng)度高、顆粒大小均勻。陰、陽樹脂的濕真密度差應(yīng)大于15?；齑仓嘘枠渲墓ぷ鹘粨Q容量為陰樹脂的23倍。目前國內(nèi)采用的強(qiáng)堿性陰樹脂與強(qiáng)酸性陽樹脂的體積比通常為2:1。第三節(jié)第三節(jié)

44、 離子交換除鹽系統(tǒng)離子交換除鹽系統(tǒng) 一、一級復(fù)床系統(tǒng)1、運(yùn)行原理、運(yùn)行原理 l-強(qiáng)酸性H型交換器；2-除碳器；3-強(qiáng)堿性O(shè)H交換器；4-中間水箱；5-中間水泵R( NOH)2+H2SO4R( N)2SO4+2H2O R NOH+HClR NCl+H2O R NOH+H2CO3R NHCO3+H2OR NOH+H2SiO3R NHSiO3+H2O 2、運(yùn)行監(jiān)督運(yùn)行監(jiān)督 運(yùn)行監(jiān)督的項(xiàng)目主要有流量、交換器進(jìn)出口壓力差、進(jìn)水水質(zhì)和出水水質(zhì)。（1）流量和進(jìn)出口壓力差）流量和進(jìn)出口壓力差 （2）進(jìn)水水質(zhì)）進(jìn)水水質(zhì) 進(jìn)入除鹽系統(tǒng)的水，其濁度應(yīng)小于5mg/L(當(dāng)H型交換器為順流再生時(shí))或2mg/L(當(dāng)H型交換

45、器為逆流再生時(shí))。此外，為了防止離子交換樹脂氧化或被污染，還應(yīng)滿足以下條件：游離氯含量應(yīng)在0.1 mg/L以下，鐵含量應(yīng)在0.3mg/L以下，化學(xué)耗氧量(KMn04法)應(yīng)在2mg/L(O2)以下。（3）出水水質(zhì)）出水水質(zhì) 當(dāng)陽床接近失效時(shí)，出水中Na+濃度增加，同時(shí)H+濃度降低，并因此出現(xiàn)出水酸度和電導(dǎo)率下降及pH值上升的現(xiàn)象?？煽康姆椒ㄟ€是監(jiān)測出水Na+濃度。 陰床一般用測定出水SiO2含量和電導(dǎo)率的方法對其出水水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)督。 3.7 3.7 一級除鹽系統(tǒng)一級除鹽系統(tǒng)一級化學(xué)除鹽系統(tǒng)由陽離子交換器、除碳器和陰離子交換一級化學(xué)除鹽系統(tǒng)由陽離子交換器、除碳器和陰離子交換器所組成，其組合方式分為單元制和母管制。器所組成，其組合方式分為單元制和母管制。OHOH H H C COHOH H H C CHHHCCOHOHOH單元制單元制母管制母管制圖圖3.7.1 3.7.1 一級復(fù)床除鹽系統(tǒng)一級復(fù)床除鹽系統(tǒng)1 1陽床水泵；陽床水泵