離子交換除鹽課件

離子交換除鹽電廠化學(xué)離子交換除鹽電廠化學(xué)1本章主要內(nèi)容離子交換樹脂和離子交換原理離子交換平衡和離子交換速度動態(tài)離子交換的層內(nèi)過程一級復(fù)床除鹽離子交換裝置及其運(yùn)行混合床除鹽水的脫碳處理及除碳器離子交換除鹽系統(tǒng)本章主要內(nèi)容離子交換樹脂和離子交換原理離子交換平衡和離子交換26.1離子交換樹脂和離子交換原理離子交換分離法是利用離子交換劑與溶液中的離子之間所發(fā)生的交換反應(yīng)進(jìn)行分離的方法。水處理中常用的有：Na離子交換、H離子交換和OH離子交換。組合工藝：Na離子交換軟化處理、H-Na離子交換軟化降堿處理以及除去全部溶解鹽類的H-OH離子交換除鹽處理。6.1離子交換樹脂和離子交換原理離子交換分離法是利用離子3離子交換劑離子交換劑46.1離子交換樹脂和離子交換原理離子交換劑可分為無機(jī)和有機(jī)兩大類，目前用的最多的是人工合成的有機(jī)高分子聚合物的離子交換劑——離子交換樹脂。它可以將自身所具有的某種離子和水中同符號的離子相互交換（等當(dāng)量交換）。6.1離子交換樹脂和離子交換原理離子交換劑可分為無機(jī)和有5強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂無機(jī)離子交換劑有機(jī)離子交換劑

(離子交換樹脂)特種樹脂螯合樹脂大孔樹脂萃淋樹脂纖維素交換劑負(fù)載螯合劑樹脂陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂弱酸性陽離子交換樹脂強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂弱堿性陰離子交換樹脂磺酸型R-SO3H樹脂羧酸型R-COOH樹脂季胺型RNOH樹脂伯胺型RH3OH樹脂離子交換劑分類：強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂無機(jī)離子交換劑特種樹脂螯合樹脂陽離子交換6離子交換樹脂:帶有活性基團(tuán)的網(wǎng)狀高分子聚合物?？臻g網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)骨架（母體）活性基團(tuán)（附屬在骨架上）固定離子：不能自由移動活動離子可交換離子可在一定范圍內(nèi)自由移動離子交換樹脂離子交換樹脂:帶有活性基團(tuán)的網(wǎng)狀高分子聚合物?？臻g網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)骨7固體球形顆粒，多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；不溶于水；具有離子交換特性的有機(jī)高分子聚電解質(zhì)。離子交換樹脂母體(骨架)活性基團(tuán)固定離子可交換離子苯乙烯(單體)+二乙烯苯(交聯(lián)劑)聚苯乙烯（母體）共聚H2SO4功能基反應(yīng)R

—SO3H固定離子可交換離子母體離子交換樹脂苯乙烯系樹脂合成白球固體球形顆粒，多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；不溶于水；具有離子交換特8樹脂的網(wǎng)絡(luò)骨架交聯(lián)度小，則對水的溶脹性能好，網(wǎng)眼大，交換速度快，但選擇性差，樹脂的機(jī)械性能差。相反，交聯(lián)度大，網(wǎng)眼小，交換的選擇性高，機(jī)械強(qiáng)度高，但對水的溶脹性能差，交換速度慢。樹脂的網(wǎng)絡(luò)骨架交聯(lián)度小，則對水的溶脹性能好，網(wǎng)眼大，交換速度9離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)骨架活性基團(tuán)酚醛樹脂聚乙烯樹脂交聯(lián)劑酸性基團(tuán)堿性基團(tuán)—SO3H—COOH—N(CH3)3OH—NH3OH特殊基團(tuán)離子交換樹脂離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)骨架活性基團(tuán)酚醛樹脂聚乙烯樹脂交聯(lián)劑酸性基10樹脂分類按活性基團(tuán)性質(zhì)分離子交換樹脂陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂弱堿性陰離子交換樹脂R—NH3OH強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂RNOH弱酸性陽離子交換樹脂R—COOH強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂R—SO3H離子交換樹脂樹脂分類離子交陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂弱堿性陰離子交換樹11陽離子交換樹脂交換前交換達(dá)到平衡后陽離子交換樹脂交換前交換達(dá)到平衡后12陰離子交換樹脂交換前交換達(dá)到平衡后陰離子交換樹脂交換前交換達(dá)到平衡后13樹脂分類按孔型分類離子交換樹脂凝膠型等孔型孔大、均勻，抗有機(jī)污染能力強(qiáng)?？状?，多，溶脹度小，交換速度高，抗有機(jī)物污染能力強(qiáng)。交聯(lián)度大（16%～20%），抗氧化能力強(qiáng)，機(jī)械強(qiáng)度高?？紫缎?、少，溶脹度較大，水溶脹后呈凝膠狀。機(jī)械強(qiáng)度差。大孔型樹脂分類按孔型分類離子交凝膠型等孔型孔大、均勻，抗有機(jī)污染能14形態(tài)分類功能團(tuán)使用pH范圍交換容量mmol/g（干樹脂）凝膠型強(qiáng)酸性陽離子弱酸性陽離子強(qiáng)堿性陰離子弱堿性陰離子—SO3H—COOH、—OH—N(CH3)3+OH伯、仲、叔氨基1～146～140～120～94～5～92.5～45～9螯合樹脂如—CH2N(CH2COOH)2弱酸～弱堿氧化還原樹脂含氧化或還原基團(tuán)大孔型強(qiáng)酸性陽離子弱酸性陽離子強(qiáng)堿性陰離子弱堿性陰離子—SO3H—COOH、—OH—N(CH3)3+OH伯、仲、叔氨基1～146～140～120～94～5～93～4～5形態(tài)分類功能團(tuán)使用pH范圍交換容15Ｄ●●●交聯(lián)度數(shù)值順序號骨架代號分類代號分類代號順序號骨架代號大孔型代號001×7－交聯(lián)度為7%的苯乙烯凝膠型強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂Ｄ315-大孔型丙烯酸弱堿性陰離子交換樹脂大孔型凝膠型●●●×●離子交換劑樹脂的命名GBl631—1979GBl631—2008離子交換樹脂Ｄ●●●交聯(lián)度數(shù)值順序號骨架代號分類代號分類代號順序號16

離子交換樹脂命名法中分類代號和骨架代號分類代號0123456功能基強(qiáng)酸性弱酸性強(qiáng)堿性弱堿性螯合性兩性氧化還原骨架代號0123456骨架類型苯乙烯系丙烯酸系酚醛系環(huán)氧系乙烯吡啶系脲醛系氯乙烯系例如：001×7——凝膠型苯乙烯系交聯(lián)度為7%的強(qiáng)酸陽離子交換樹脂。210×4MB——混床用凝膠型丙烯酸系交聯(lián)度為4%的強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂。D201——大孔型苯乙稀系強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂。離子交換樹脂離子交換樹脂命名法中分類代號和骨架代號分類代號01217離子交換樹脂的性能外觀

粒度含水量

密度（濕真密度、濕視密度）

溶脹性交換容量（全交換容量、工作交換容量）

耐熱性機(jī)械強(qiáng)度離子交換樹脂的性能外觀18外觀：球形。圓球率越大越好，應(yīng)大于90%。

顏色：苯乙烯樹脂大都呈黃色，有些樹脂呈白色、黑色或棕褐色等。一般加入的交聯(lián)劑越多樹脂顏色越深。通常凝膠型樹脂呈透明或半透明，而大孔樹脂不透明或微透明。

粒度（用粒徑、均勻系數(shù)和圓球率表示）：樹脂以出廠時的活性基團(tuán)形式，在水中充分膨脹后的顆粒直徑。顆粒大，離子交換速度慢，樹脂交換容量??；顆粒小，水流通過樹脂層的壓力損失大，過小會影響交換器的出力，且樹脂易跑失。顆粒大小懸殊，會使水流分配不均，反洗時流速不易控制。離子交換樹脂的性能外觀：球形。圓球率越大越好，應(yīng)大于90%。離子交換樹脂的1920有效粒徑（d90）是指篩分樹脂時，篩上保留90%體積樹脂的相應(yīng)篩孔直徑（mm）。均一系數(shù)（K40）是指能篩上保留40%體積樹脂的篩孔直徑（d40）與有效粒徑（d90）的比值。均一系數(shù)大于1，越接近1表明樹脂顆粒越均勻。文獻(xiàn)上常用篩目數(shù)表示樹脂粒度。圓球率：越大越好，一般90%以上。60℃烘干稱重后倒在傾斜10℃的玻璃板上端，滾落的與原重的比值。離子交換樹脂的性能20有效粒徑（d90）是指篩分樹脂時，篩上保留90%體積樹脂密度（濕真密度、濕視密度）

濕真密度與樹脂在水中的沉降性能有關(guān)，是影響實(shí)際應(yīng)用性能的一個指標(biāo)。陽樹脂的濕真密度通常比陰樹脂大。濕視密度常用來估算交換劑的裝載量。離子交換樹脂的性能密度（濕真密度、濕視密度）離子交換樹脂的性能21含水率樹脂含水率指除去表面游離水后濕樹脂網(wǎng)孔內(nèi)所含水分的百分?jǐn)?shù)，一般在40%～69%。

樹脂含水率與樹脂的交聯(lián)度有關(guān)，含水率高表面空隙率高，交聯(lián)度低。離子交換樹脂的性能含水率離子交換樹脂的性能22溶脹性

干燥樹脂浸入水中，失效或再生時，樹脂的體積會發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為樹脂的溶脹性。多次溶脹會使樹脂顆粒破碎。干燥樹脂需先浸泡在飽和食鹽水中，讓其逐漸溶脹。轉(zhuǎn)型體積改變率樹脂由一種離子型轉(zhuǎn)為另一種離子型時，其體積會發(fā)生改變，此時樹脂體積改變的百分?jǐn)?shù)稱為樹脂轉(zhuǎn)型體積改變率。交換器運(yùn)行的制水和再生過程中，顆粒不斷膨脹收縮，會使顆粒破裂、發(fā)生裂紋和機(jī)械強(qiáng)度降低。

離子交換樹脂的性能溶脹性離子交換樹脂的性能23

耐熱性

各種離子交換樹脂所承受的溫度都有一定限度，超過此溫度，樹脂會發(fā)生熱分解，影響樹脂的強(qiáng)度和交換容量。通常陽離子交換樹脂的耐熱性比陰離子交換樹脂好。陽離子交換樹脂100℃以下，陰離子交換樹脂60℃以下都是安全的。離子交換樹脂的性能耐熱性離子交換樹脂的性能24交換容量q每克干樹脂能交換離子的物質(zhì)的量，以mmol/g為單位。也可用濕狀態(tài)下樹脂的真體積或堆積體積表示，單位mmol/L。

全交換容量指一定量離子交換劑中活性基團(tuán)的總量，即所有基團(tuán)全部起作用時所能交換的離子的量。它是由樹脂中功能基含量所決定的。交換容量應(yīng)注明樹脂的離子形態(tài)。如R–SO3H，交換容量為5.2mmol/g（干樹脂），轉(zhuǎn)化成Na型即R–SO3Na，交換容量為4.67mmol/g（干樹脂）。一般離子交換樹脂的交換容量約為3～6mmol/g。（中性鹽分解容量和弱堿基團(tuán)交換容量）離子交換樹脂的性能交換容量q每克干樹脂能交換離子的物質(zhì)的量，以mmol/g為25交換容量

工作交換容量是在一定操作條件下，實(shí)際測得的交換容量，或稱有效交換容量。其大小與溶液中離子的濃度、樹脂床的高度、流速、樹脂粒度的大小以及交換基團(tuán)的類型等因素有關(guān)。離子交換樹脂的性能交換容量工作交換容量是在一定操作條件下，實(shí)際測得的交換容量2627例題稱取1.000g干燥OH－型陰離子交換樹脂，置入干燥的錐形瓶中，加入0.1242mol/LHCl標(biāo)準(zhǔn)溶液200.0ml，密閉，放置過夜。取上層清液50.00ml，加入甲基橙指示劑數(shù)滴，用0.1010mol/LNaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至呈橙紅色，用去NaOH溶液48.00ml，該樹脂交換容量是多少?解：根據(jù)交換容量的概念及測定數(shù)據(jù)可得：27例題稱取1.000g干燥OH－型陰離子交換樹脂，置入機(jī)械強(qiáng)度

樹脂在各種機(jī)械力作用下抵抗破壞的能力，包括它的耐磨性，抗?jié)B透沖擊性等。采用磨后圓球率和滲磨圓球率來判斷樹脂的機(jī)械強(qiáng)度。按規(guī)定稱一定量濕樹脂，放入裝有瓷球的滾筒中滾磨，磨后的樹脂圓球顆粒占樣品總量的百分?jǐn)?shù)即磨后圓球率。若將樹脂用酸堿反復(fù)轉(zhuǎn)型，然后用前述方法測得滲磨圓球率。離子交換樹脂的性能機(jī)械強(qiáng)度樹脂在各種機(jī)械力作用下抵抗破壞的能力，包括它的耐磨28+++++++++++++++++>>電荷高者水合離子半徑小者濃度大者>離子交換樹脂的選擇性離子交換樹脂吸著各種離子的能力不同，有些離子易被吸著，吸著后較難置換下來；而有些較難被吸著，卻比較容易置換下來，這種性能就是離子交換樹脂的選擇性。選擇性取決于被交換離子的結(jié)構(gòu)。+水合離子半徑↓，電荷↑，離子的極化程度↑，親和力↑。+++++++++++++++++>>電荷高者水合離子半徑小29親和能力與水合離子半徑、電荷及離子的極化程度有關(guān)。水合離子半徑越小、電荷越高、離子的極化程度越大，其親和力越大。強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂對常見陽離子的選擇性順序：Fe3+＞Al3+＞Ca2+＞Mg2+＞K+≈NH4+＞Na+＞H+弱酸性陽離子交換樹脂對常見陽離子的選擇性順序：H+＞Fe3+＞Al3+＞Ca2+＞Mg2+＞K+≈NH4+＞Na+離子交換樹脂的選擇性親和能力與水合離子半徑、電荷及離子的極化程度有關(guān)。水合離子半30強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂對常見陰離子的選擇性順序：SO42-＞NO3-＞Cl-＞OH-＞HCO3-＞HSiO3-弱堿性陰離子交換樹脂對常見陰離子的選擇性順序：OH-＞SO42-＞NO3-＞Cl-＞HCO3-弱酸、弱堿性樹脂易再生；弱堿性樹脂對HCO3-交換能力弱，對HSiO3-則不能交換；H型離子交換劑將出水漏Na作為運(yùn)行控制的終點(diǎn)，OH型以出水漏HSiO3-為終點(diǎn)。離子交換樹脂的選擇性強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂對常見陰離子的選擇性順序：離子交換樹脂31H型強(qiáng)酸性陽離子樹脂－SO3H基團(tuán)對水中所有陽離子均有較強(qiáng)的交換能力。水中Ca2+、Mg2+、Na+都會被交換成H+。水中堿度的存在有利于離子交換的進(jìn)行。碳酸鹽轉(zhuǎn)變成弱電解質(zhì)H2CO3和CO2，該過程會使水的堿度降低。用脫碳器脫除CO2后水中碳酸化合物總量降低。強(qiáng)酸鹽類通過H型離子交換樹脂后變成相應(yīng)強(qiáng)酸，如H2SO4和HCl等，因此出水呈酸性。強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂離子交換樹脂的性能H型強(qiáng)酸性陽離子樹脂－SO3H基團(tuán)對水中所有陽離子均有較強(qiáng)的32H型弱酸性陽離子樹脂活性基團(tuán)是－COOH，可交換離子是H+。弱酸性陽樹脂對水中離子的選擇性順序?yàn)镠+

＞Ca2+＞Mg2+＞Na+，對Ca2+和Mg2+有特別強(qiáng)的親和力。容易吸著H+是由于－COO與結(jié)合產(chǎn)生的羧酸基離解度小。對水中碳酸鹽硬度有較強(qiáng)交換能力，對NaHCO3交換能力差。對水中非碳酸硬度和中性鹽基本無交換能力（why？）。交換后，除去碳酸鹽硬度、降低堿度和含鹽量。弱酸性陽離子交換樹脂弱酸性陽樹脂的交換能力與強(qiáng)酸性陽樹脂相比，有局限性，但交換容量高很多。而且，對H+的強(qiáng)親和力使其很容易再生。離子交換樹脂的性能H型弱酸性陽離子樹脂活性基團(tuán)是－COOH，可交換離子是H+。33OH型強(qiáng)堿性陰離子樹脂的可交換離子是OH－，通常放在H離子交換后，可交換水中的陰離子（交換反應(yīng)主要是酸堿中和，還有微量鈉鹽的可逆交換）。強(qiáng)堿性陰樹脂對強(qiáng)酸陰離子的吸著強(qiáng)于對弱酸陰離子的吸著，對HSiO3－吸著能力最差，而且上述的可逆交換，會造成出水有少量HSiO3－，且出水呈微堿性。強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂OH型強(qiáng)堿性陰離子樹脂的可交換離子是OH－，通常放在H離子34只與強(qiáng)酸陰離子交換，對弱酸陰離子（如HCO3－）交換能力很弱，對更弱的HSiO3－幾乎不交換。交換反應(yīng)須在酸性溶液中進(jìn)行（why？）。能選擇性交換水中某些離子，但交換容量比強(qiáng)堿性陰樹脂大很多，極易用堿再生。弱堿性陰離子交換樹脂只與強(qiáng)酸陰離子交換，對弱酸陰離子（如HCO3－）交換能力很弱35鈉離子交換樹脂軟化水：

食鹽溶液使失效樹脂再生：上述兩個反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是可逆反應(yīng)的化學(xué)平衡的移動。離子交換反應(yīng)的可逆性是離子交換樹脂可以反復(fù)使用的原因。離子交換樹脂的可逆性離子交換樹脂的可逆性36H離子交換樹脂和OH離子交換樹脂的性能與電解質(zhì)酸、堿相同，在水中有電離出H+和OH－的能力。強(qiáng)酸電離能力強(qiáng)。弱酸相對較小。

離子交換樹脂的中和與水解同一般電解質(zhì)同。離子交換樹脂的酸堿性H離子交換樹脂和OH離子交換樹脂的性能與電解質(zhì)酸、堿相同，在37在一定條件下，K值的大小表示樹脂對Mn+交換能力的強(qiáng)弱，又稱為樹脂對離子的親和力或樹脂對離子的選擇性系數(shù)（Mn+對H+）。親和力越大，越容易交換。離子交換平衡6.2離子交換平衡和離子交換速度在一定條件下，K值的大小表示樹脂對Mn+交換能力的強(qiáng)弱，又稱38離子交換動力學(xué)1.水中離子向樹脂顆粒表面擴(kuò)散并到達(dá)邊界水膜層；2.通過邊界水膜；3.待交換離子向內(nèi)進(jìn)行孔道擴(kuò)散；到達(dá)有效交換位置4.離子交換反應(yīng)5.被換下離子向外進(jìn)行孔道擴(kuò)散；6.通過邊界水膜；7.向水溶液擴(kuò)散。6.2離子交換平衡和離子交換速度離子交換動力學(xué)1.水中離子向樹脂顆粒表面擴(kuò)散并到達(dá)邊界39樹脂顆粒水膜BB(1)(2)(3)(A)(4)(5)(6)A外擴(kuò)散膜擴(kuò)散內(nèi)擴(kuò)散交換過程速度控制步驟：膜擴(kuò)散或內(nèi)擴(kuò)散。取決于交換離子的濃度、樹脂顆粒大小、膜厚度和擴(kuò)散系數(shù)等。樹脂顆粒水膜BB(1)(2)(3)(A)(4)(5)(6)A40影響離子交換速度的因素膜擴(kuò)散離子濃度溶液離子濃度低，樹脂交換容量大時，膜擴(kuò)散受阻。

溶液離子濃度過高，樹脂易發(fā)生收縮現(xiàn)象，內(nèi)擴(kuò)散受阻。水流速度水流速度增加，水膜變薄，薄膜擴(kuò)散加快。樹脂顆粒的大小樹脂顆粒小，比表面積增加，利于膜擴(kuò)散。影響離子交換速度的因素41內(nèi)擴(kuò)散

離子電荷

離子電荷越大，擴(kuò)散系數(shù)越小，不利于內(nèi)擴(kuò)散。樹脂交聯(lián)度

交聯(lián)度越低，樹脂網(wǎng)孔越大，有利于離子的內(nèi)擴(kuò)散。離子的水化度

離子水化程度大，水合離子半徑越大，不利于離子的內(nèi)擴(kuò)散。內(nèi)擴(kuò)散426.3動態(tài)離子交換的層內(nèi)過程未交換+已交換含一種離子的水通過單一樹脂層6.3動態(tài)離子交換的層內(nèi)過程未交換+已交換含一種離子436.3動態(tài)離子交換的層內(nèi)過程出水水質(zhì)變化失效點(diǎn)交換平衡面積ABDE：樹脂交換離子量；面積ABCDE：全部可利用的交換量；面積ABDE表示的量除以樹脂體積：樹脂的工作交換容量；面積ABCDE表示的量除以樹脂體積：樹脂的極限工作交換容量；面積ABDE與面積ABCDE之比：樹脂交換容量利用率；面積BCD除以樹脂體積：殘余交換容量。與工作層厚度有關(guān)。6.3動態(tài)離子交換的層內(nèi)過程出水水質(zhì)變化失效點(diǎn)交換平衡面44交換器中離子分布情況

(a)開始進(jìn)水時(b)交換器失效時RH型樹脂與水中陽離子動態(tài)交換過程：含Ca2+、Mg2+和Na+的水自上而下通過樹脂交換柱，依吸著能力大小，從上而下吸著離子順序大致為Ca2+、Mg2+、Na2+。工作層的推移：當(dāng)交換器不斷進(jìn)水，水中的Ca2+-離子可和已吸收了Mg2+的樹脂進(jìn)行交換反應(yīng)，使Ca型樹脂層向下擴(kuò)展，同理，Mg2+與Na+樹脂層也逐漸下移。含多種離子的水通過單一樹脂層失效：當(dāng)RH－Na交換區(qū)移至最下端時再繼續(xù)進(jìn)水，Na+會首先穿透泄漏與水中，樹脂失效。交換器中離子分布情況RH型樹脂與水中陽離子動態(tài)交換過程：含多456.4一級復(fù)床除鹽原水只一次相繼通過陽離子交換器和陰離子交換器的除鹽稱一級交換除鹽。1－H交換器；2－除碳器；3－中間水箱；4－中間水泵；5－OH交換器一級交換除鹽系統(tǒng)6.4一級復(fù)床除鹽原水只一次相繼通過陽離子交換器和陰離子46其中水中的陽離子主要由Ca2+、Mg2+、K+、Na+和極少量的Al3+、Fe3+離子組成，陰離子主要由HCO3－、SO42-、Cl－和少量的NO3-、HSiO3-離子組成。當(dāng)水通過強(qiáng)酸性H交換器時，水中所有的陽離子都被強(qiáng)酸性H型樹脂吸收，活性基團(tuán)上的H+被置換到水中，與水中的陰離子組合生成酸。其反應(yīng)式：進(jìn)入一級除鹽系統(tǒng)的水經(jīng)過預(yù)處理、預(yù)脫鹽，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。復(fù)床除鹽原理—陽床其中水中的陽離子主要由Ca2+、Mg2+、K+、Na+和極少471/2Ca1/2SO41/2Ca1/2H2SO4

1/2MgNO3+RH→R1/2Mg+HNO3

ClHClNa

HCO3

Na1/2H2CO3

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。但當(dāng)交換器運(yùn)行失效時，其出水中就會有其它陽離子的泄漏，而在諸多的陽離子中，首先漏出的陽離子是Na+，故習(xí)慣上稱之為漏鈉。當(dāng)出水中的Na+超過給定的極限值時，陽離子交換器被判失效，需停運(yùn)再生后才能投入運(yùn)行。H2CO3幾乎全部以游離CO2形式存在，同原有CO2一起被脫碳器脫除。1/2Ca1/2SO4481/2H2SO4

1/2SO4HNO3

NO31/2H2CO3+ROH→R1/2CO3+2H2OHClCl1/2H2SiO3

HSiO3陰離子交換實(shí)質(zhì)上是陰樹脂中的OH與酸性水(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：

強(qiáng)堿性O(shè)H型離子交換器出水水質(zhì)變化根據(jù)強(qiáng)堿陰樹脂的交換規(guī)律，HSiO3-集中在交換器中樹脂的底部。所以當(dāng)強(qiáng)堿性O(shè)H型陰離子交換器失效時，HSiO3-先漏出來，致使出水的硅含量升高。復(fù)床除鹽原理—陰床1/2H2SO449出水水質(zhì)組成及水質(zhì)變化Ca2+Mg2+Na+HCO3-SO42-Cl-CO2H2OH+SO42-Cl-CO2H2SiO3H2SiO3Na+RSO3HH離子交換前后的水質(zhì)組成出水水質(zhì)組成及水質(zhì)變化Ca2+Mg2+50陽床整個制水周期（運(yùn)行開始到交換器失效這段時間）中電導(dǎo)率、鈉離子濃度、酸度變化如右圖。開始通水正洗時隨水的不斷通入，水質(zhì)越來越好。因而電導(dǎo)率、酸度、鈉離子快速下降（a點(diǎn)前）。在ab為穩(wěn)定制水過程，b點(diǎn)后樹脂開始失效。此時水中鈉增加，氫離子減少而氫氧根增加，使酸度下降，電導(dǎo)率先降后升（因?yàn)镹a+導(dǎo)電能力小于H+

，電導(dǎo)率下降；H+不足以中和HCO3－時，電導(dǎo)率又開始升高）。強(qiáng)酸H型陽離子交換器典型出水曲線ab出水水質(zhì)組成及水質(zhì)變化陽床整個制水周期（運(yùn)行開始到交換器失效這段時間）中電導(dǎo)率、鈉51出水水質(zhì)組成及水質(zhì)變化H+SO42-Cl-H+OH-CO2H2SiO3HSiO3－Na+ROHOH離子交換前后的水質(zhì)組成Na+出水水質(zhì)組成及水質(zhì)變化H+SO42-Cl-52出水水質(zhì)組成及水質(zhì)變化根據(jù)OH交換器運(yùn)行末期出水水質(zhì)可以判斷H交換器先失效還是OH交換器先失效（P271圖6-18）：H交換器先失效，NaOH上升，pH升高；電導(dǎo)率、SiO2和Na+均增大；OH交換器先失效，SiO2增大，pH下降不很明顯進(jìn)一步H2CO3或HCl漏出，pH明顯下降；電導(dǎo)率先微小下降，然后急劇上升。因?yàn)槲词r，出水pH7～8，微堿性，OH剛失效時，OH－減少，電導(dǎo)率下降，當(dāng)減少到與進(jìn)水H+相等時，電導(dǎo)率最低，之后隨H+增加而急劇增大。出水水質(zhì)組成及水質(zhì)變化根據(jù)OH交換器運(yùn)行末期出水水質(zhì)可以判53失效樹脂再生影響再生的因素：再生劑再生劑的種類

H型陽樹脂：再生劑HCl或H2SO4，HCl優(yōu)于H2SO4。

OH型陰樹脂：再生劑NaOH或KOH（價(jià)格貴）。

再生劑的濃度

HCl5～10%NaOH10～12%、4～8%再生劑用量1.2～3.0倍樹脂體積。再生的目的：使交換終了失效的樹脂上已吸附的離子除去，并代之以新的被交換離子，從而達(dá)到反復(fù)使用的目的。失效樹脂再生影響再生的因素：再生的目的：使交換終了失效的樹脂54再生方式P273：順流式對流式分流式復(fù)床串聯(lián)式交換器出水水質(zhì)、樹脂的工作交換容量、以及再生劑比耗是離子交換樹脂用于水處理的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。也是衡量交換器運(yùn)行效果的重要指標(biāo)。再生方式P273：556.5帶有弱型樹脂床的復(fù)床除鹽強(qiáng)弱型樹脂聯(lián)合應(yīng)用的常見工藝：原水→Hw→H→C→OH→除鹽水原水→H

→OHw

→C→OH→除鹽水原水→Hw→H→OHw

→C→OH→除鹽水弱酸性陽樹脂的活性基團(tuán)是－COOH，可交換離子是H+。弱酸性陽樹脂對水中H+的吸著能力最強(qiáng)，對Ca2+、Mg2+的親和力遠(yuǎn)大于Na+。弱酸性陽樹脂對水中碳酸鹽硬度有較強(qiáng)交換能力，可以在除去碳酸鹽硬度同時降低水的堿度，含鹽量也相應(yīng)降低。弱性樹脂優(yōu)勢：工作交換容量大，易再生。6.5帶有弱型樹脂床的復(fù)床除鹽強(qiáng)弱型樹脂聯(lián)合應(yīng)用的常見工566.5帶有弱型樹脂床的復(fù)床除鹽聯(lián)合應(yīng)用工藝中的運(yùn)行和再生：運(yùn)行時：水先流經(jīng)弱酸樹脂層，除去絕大部分碳酸鹽硬度，再流經(jīng)強(qiáng)酸樹脂層，除去殘余碳酸鹽硬度，同時除去其他陽離子；再生時：再生液先流經(jīng)強(qiáng)酸樹脂層，使其充分再生，未被利用的酸再流經(jīng)弱酸樹脂層，被弱酸樹脂充分利用。堿性樹脂同樣。強(qiáng)弱樹脂聯(lián)合應(yīng)用不僅可提高平均工作交換容量，而且保證更好的出水水質(zhì)，降低再生劑比耗。6.5帶有弱型樹脂床的復(fù)床除鹽聯(lián)合應(yīng)用工藝中的運(yùn)行和再生576.6離子交換裝置及其運(yùn)行交換裝置種類：按水和再生液流動方向分：順流再生式、對流再生式（含逆流再生式和浮床式）和分流式離子交換器；按床型分：單層床、雙層床、雙室床、雙室浮動床、滿室床以及混合床；按設(shè)備功能分：陽離子交換器、陰離子交換器和混合離子交換器。6.6離子交換裝置及其運(yùn)行交換裝置種類：按水和再生液流動方58離子交換器基本組成交換器本體：碳鋼制圓柱形承壓容器，設(shè)人孔、樹脂裝卸孔和窺視孔，內(nèi)襯雙層襯膠防腐；體內(nèi)裝置：上部進(jìn)水裝置、下部排水裝置、再生液分配裝置。進(jìn)水裝置的作用：均勻分布進(jìn)水于交換器的過水?dāng)嗝嫔?。另一個作用是均勻收集反洗排水。排水裝置的作用：均勻收集處理好的水；另一個作用是均勻分配反洗進(jìn)水。再生液分配裝置：保證再生液均勻分布在樹脂層面上。離子交換器基本組成交換器本體：碳鋼制圓柱形承壓容器，設(shè)人596.6離子交換裝置與運(yùn)行順流再生離子交換器再生方式

順流再生工藝特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

工藝簡單；操作方便、可靠。

缺點(diǎn)：

有重復(fù)交換現(xiàn)象，再生劑用量高；工作交換容量低。運(yùn)行周期：反洗→進(jìn)再生液→置換→正洗→制水6.6離子交換裝置與運(yùn)行順流再生離子交換器再生方式運(yùn)行周60排水裝置壓脂層200mm進(jìn)水裝置反洗空間中間排液裝置樹脂層1600mm逆流再生陽離子交換器結(jié)構(gòu)圖陽離子交換器（陽床）壓脂層的作用：過濾掉水中的懸浮物及機(jī)械雜質(zhì)；使進(jìn)水通過壓脂層均勻作用于樹脂層表面；防止樹脂在逆流再生中亂層。中間排液裝置的作用：中間排液裝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生液，防止樹脂亂層、流失外，還應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，安裝時應(yīng)保證在交換器內(nèi)呈水平狀態(tài)。排水裝置壓脂層200mm進(jìn)水裝置反洗空間中間排液裝置樹脂層1616.6離子交換裝置與運(yùn)行逆流再生操作過程空氣頂壓法再生：小反洗→放水→頂壓→進(jìn)再生液→逆流置換→小正洗→正洗6.6離子交換裝置與運(yùn)行逆流再生操作過程空氣頂壓法再生：62無頂壓逆流再生的操作步驟：1）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。2）放水。待樹脂顆粒下沉后，放掉中間排液裝置以上的水。3）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4）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。5）小正洗。水從上部進(jìn)入，控制適當(dāng)?shù)牧魉?，洗去再生后壓脂層中殘留的再生廢液和雜質(zhì)。小正洗用水為運(yùn)行時的進(jìn)口水。6）正洗。用水自上而下進(jìn)行正洗，直到出水水質(zhì)合格，即可投入運(yùn)行。樹脂的再生壓脂層進(jìn)水再生液出水逆流固定床制水和再生流向圖再生廢液進(jìn)水再生液出水

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，必須定期對整個樹脂層進(jìn)行大反洗，大反洗前先進(jìn)行小反洗，在大反洗時流量應(yīng)由小到大，逐步增大。從下部進(jìn)水廢液由上部的反洗排水閥排出。無頂壓逆流再生的操作步驟：樹脂的再生壓脂層進(jìn)再出逆流固定床制63再生方式

逆流再生工藝特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：避免重復(fù)交換；再生劑用量少。樹脂底層再生干凈，工作交換容量較高。

缺點(diǎn)：

設(shè)備較復(fù)雜。要求控制技術(shù)高。

6.6離子交換裝置與運(yùn)行逆流再生離子交換器再生方式6.6離子交換裝置與運(yùn)行逆流再生離子交換器64壓脂層進(jìn)水裝置反洗空間中間排液裝置樹脂層2500mm排水裝置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器一樣是逆流再生工藝，其操作步驟與陽離子交換器相同。其交換器結(jié)構(gòu)示意圖與陽離子交換器也相同。6.6離子交換裝置與運(yùn)行壓脂層進(jìn)水裝置反洗空間中間排液裝置樹脂層2500mm排水裝置651/2Ca2+、1/2Mg2+、Na+RH+R，OH+1/2SO42－、CI－、HCO3－、HSiO3－Na1/2SO4R1/2Ca+R，CI+H2OHCO31/2Mg

HSiO3

由于陽、陰樹脂混合均勻，所以陽、陰離子交換反應(yīng)幾乎是同時進(jìn)行的，置換出的H+和OH-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：

6.7混合床（混合離子交換器）除鹽1/2Ca2+、166混合床結(jié)構(gòu)示意圖進(jìn)水裝置中間排液裝置排水裝置進(jìn)堿裝置反洗空間樹脂層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0.15～0.20g／cm3。國內(nèi)混合床采用的陽、陰樹脂的體積比為1：2。經(jīng)過一級復(fù)床處理后的水質(zhì)，一般電導(dǎo)率小于0.2μS／cm，pH接近中性，含硅量(以SiO2計(jì))在20μg／L以下?；旌洗步Y(jié)構(gòu)混合床結(jié)構(gòu)示意圖進(jìn)水裝置中間排液裝置排水裝置進(jìn)堿裝置反洗空間67運(yùn)行周期：反洗分層→再生→樹脂混合→正洗→制水6.7混合床（混合離子交換器）除鹽體內(nèi)酸堿同時再生運(yùn)行周期：反洗分層→再生→樹脂混合→正洗→制水6.7混合床68步驟：1、反洗分層；2、陰樹脂再生；3、陰樹脂正洗；4、陽樹脂再生；5、陽樹脂清洗；6、混合；7、最后正洗至pH≈7，電阻率大于5×105Ω·cm，即可運(yùn)行?；旌洗卜聪捶謱又饕柚陉?、陽樹脂濕真密度的差別。再生方式有體內(nèi)再生與體外再生兩種。體內(nèi)再生又區(qū)分為酸、堿分別再生和同時再生。步驟：1、反洗分層；2、陰樹脂再生；3、陰樹脂正洗；69

除碳原理水通過陽離子交換器，水中的HCO3-與從樹脂上交換下來的H+結(jié)合，形成H2CO3極不穩(wěn)定，隨即分解生成CO2：H2CO3

H2O+CO2]水中的CO2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CO2的分壓力，溶于水中的游離CO2就能解吸出來。降低CO2氣體分壓的方法：大氣式除碳和真空式除碳兩種。6.8水的脫碳處理與脫碳器除碳原理6.8水的脫碳處理與脫碳器70鼓風(fēng)除碳器結(jié)構(gòu)工作時，水由上部布水板淋下，通過填料層后，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。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、微小滴或水膜，增大了空氣與水的接觸面積。因空氣中CO2含量很?。s0.03%），在水中溶解達(dá)平衡時不到0.45mg/L，這樣水與空氣接觸時，水中的CO2便會析出。排水口進(jìn)氣口進(jìn)水口oooooooo

排氣口填料支撐扳填料層布水扳大氣式除碳器的結(jié)構(gòu)鼓風(fēng)除碳器結(jié)構(gòu)工作時，水由上部布水板淋下，通過填料層后，從下71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。同上述的鼓風(fēng)除碳所不同的是：在真空除碳過