1、水的离子交换处理 水的离子交换处理 第一节离子交换除盐原理、 水的离子交换除盐就是顺序用h型阳离子交换树脂将水中各种阳离子交换成h+，用oh型阴离子交换树脂将水中各种阴离子交换成oh-，进入水中的h+和oh-离子组成水分子h2o;或者让水经过阳阴混合离子交换树脂层，水中阳、阴离子几乎同时被h+和oh-离子所取代。这样，当水经过离子交换处理后，就可除尽水中各种的无机盐类。该工艺中发生的h离子交换反响和oh离子交换反响以及树脂再生过程中发生的反响如下：（1）氢离子交换反响式： （hco3）（hco3） 2rh+ca（mg，na2）cl2r2ca（mg，na2）+h2cl2so4so4再生反响式为：
2、 2hclcl2 r2ca（mg，na2）+2rh+ca（mg，na2）h2so4so4（2）氢氧根离子交换反响式为：so4so4cl2cl2 2roh+h2co3r2（hco3）2+2h2osio3（hsio3）2 再生反响式： so4so4cl2cl2 r2（hco3）2+2naoh2roh+na2co32-（hsio3）2sio3 进入离子交换器的水中一般都含有大量的碳酸氢盐。它是天然水中碱度的主要组成局部。当水经h离子交换后，碳酸氢盐转化成了碳酸，连同水中原来含有的碳酸，可用除碳器一起除去。这样可以减轻阴离子交换器的负担降低消耗。水中碳酸的平衡关系如下式所示： h+hco3-h2co3
3、co2+h2o 水中h浓度越大，平衡越易向右移动。当水的ph值低于4.3时，水中的碳酸几乎全部以游离的co2形式存在。水中游离的co2可以看作是溶解在水中的气体，它在水中的溶解度符合亨利定律，只要降低水面上co2的分压就可除去co2。除碳器就是利用这个原理除去co2的。 第二节树脂层中的离子交换过程一、阳床工作特性 阳床的作用是除去水中h离子以外的所有阳离子。当其运行出水钠离子浓度升高时，树脂失效，须进行再生。 阳床运行时，水由上而下通过强酸性h型树脂层，因树脂层对各种阳离子的选择性不同，被吸着的离子在树脂层中产生分层，其分布状况如以下图5-1所示。 在运行过程中，ca、mg、na三层树脂层的
4、高度均会不断向下扩展，直到树脂失效。实际上各层界面并不是很明显的，有程度不同的混层现象发生。（a）（b） 图5-1逆流再生阳床树脂层态分布示意（a）运行至失效时；（b）再生后 图52所示为阳床经再生投入运行后的出水特性。当阳床再生后冲洗时，出水中各种杂质的含量迅速下降，待出水水质到达一定标准（如含钠量20230ug/l）时，就可投入运行，此后水质根本保持稳定。当运行一定程度时，如图52中b点，漏钠量增大，酸度降低，树脂进入失效状态。 图5-2阳床出水特性 阳床失效的监督最好采用钠度计（pna计），当阳床出水含钠量大于500ug/l时，说明阳床已经失效。 二、阴床工作特性 阴床中强碱性oh型交换
5、树脂可以和水中除oh-离子外的各种阴离子进行交换，把它们从水中除去。由于树脂对离子的选择性不同，阴床运行中被吸着的离子也会发生分层，其分布状况如图53所示。 （a）（b） 图5-3逆流再生阴床树脂层态分布示意（a）运行至失效时；（b）再生后 阴床运行时，一般出水ph值为79之间，sio2含量小于20230ug/l，电导率小于2023us/cm。因为阴床设在阳床的后面，所以阴床的出水水质受阳床出水水质的影响很大。阳床未失效时，阴床的出水特性如图54（a）所示。当运行通过水量到b点时，sio2含量上升，ph值下降，电导率先微降后再上升。电导率的变化是因为h和oh-要比其它离子易导电，当出水中这两种
6、离子的总含量很小时，有一电导率最低点。在b点前由于oh含量较大使水的电导率较大；在b点之后由于h含量增加而使水的电导率增大。 图5-4阴床出水特性 （a）阳床未失效时（b）阳床失效时 阳床失效时，阴床的出水特性如图54（b）所示。阳床失效时漏钠量增大，这些钠离子通过阴床后转化成氢氧化钠，使阴床出水ph值迅速上升，连续测定阴床出水ph值，可以区分是阳床还是阴床失效。阴床失效的监督最好用sio2含量和电导率来判断，当然用出水ph值也可以进行分析判断。 第三节树脂的再生原理 树脂再生是离子交换水处理中很重要的一环。影响再生效果的因素很多，如再生方式，再生剂的种类、纯度、用量，再生液的浓度、流速、温度
7、等。要取得好的再生效果，必须进行调整试验，确定最优的再生条件。 1、再生方式 再生方式按再生液流向与运行时水流方向分为顺流、对流和分流三种。 顺流再生是指再生液流向与运行时水流方向一致的再生方式，通常是自上而下流动。 对流再生指再生液流向与运行时水流方向是相对的。习惯上将运行时水流向下流动，再生液向上流动的水处理工艺称逆流再生工艺。将运行时水向上流，床层浮动；再生时再生液向下流的水处理工艺称浮动床工艺。对流再生可使出水端树脂层再生度最高，出水水质好。 分流再生是指再生液自交换器的上端和下端同时进入，由树脂层中间的排水装置排出，运行时水自上而下流过床层。这种交换器上部床层采用顺流再生工艺，下部床
8、层采用对流再生工艺。 2、再生剂的品种与纯度 一般认为盐酸的再生效果优于硫酸，硫酸再生本钱低于盐酸。再生剂的纯度高，杂质含量少，树脂的再生程度就高，特别是对阴树脂影响更大。 3、再生剂用量 再生剂用量是影响再生的重要因素，其概念是单位体积树脂所用的再生剂的量，单位为kg/m3（树脂）或g/l（树脂）。另外常用的一个指标是再生剂比耗，它是指投入的再生剂的量与所获得树脂的工作交换容量的比值。还有一种表示法即再生剂耗量，是预计取得单位工作交换容量所需纯再生剂量，单位g/mol。 从理论上讲1mol的再生剂应使交换树脂恢复1mol的交换容量，但实际上再生反响最多只能进行到离子交换化学反响的平衡状态，只
9、用理论量的再生剂再生树脂，并不能完全恢复其交容量，所以用量必须超过理论量。提高再生剂的用量，可以提高树脂的再生程度，但再生剂比耗增加到一定程度之后，再生程度的提高那么不明显。再生剂用量与离子交换树脂的性质有关，一般强型树脂所需再生剂用量高于弱型树脂。不同的再生方式，再生剂用量也有所不同，一般顺流再生的再生剂用量要高于逆流再生的。 再生方式采用顺流时，由于再生液首先接触到的是上部完全失效的树脂，所以这一局部树脂得到了很好的再生。当再生液再往下流与交换器底部树脂接触时，再生液中已经积累了大量被置换出来的离子，严重影响了交换树脂的再生程度，使这局部树脂没有得到充分的再生，影响了出水水质。如果要提高这
10、局部树脂的再生程度，就要增加再生剂的用量。 再生方式采用逆流时，由于交换器底部树脂总是和新鲜的再生剂相接触，所以可以到达很高的再生程度，运行时水最后和这局部再生程度高的树脂接触，保证了出水水质。采用逆流再生时，交换器上部树脂再生程度差，虽然它首先与进水接触，但由于水中从树脂交换下来离子含量少，所以还是可以进行离子交换的，这局部树脂的交换容量仍可以得到充分的发挥。因此这种再生方式比较优越，使用得也比较广泛。 4、再生液的浓度 再生液的浓度与再生方式有关，一般顺流再生的再生液浓度应高于逆流再生的。通常hcl以3%5%为宜，naoh以2%4%为宜。 5、再生液的温度与流速 提高再生液的温度能提高树脂
11、的再生程度，但再生温度不能超过树脂允许的最高使用温度，一般强酸性阳树脂用盐酸再生时不需加热。强碱性型阴树脂的再生液温度为3550。强碱性型阴树脂适宜的再生液温度为353。 再生液流速影响着再生液与树脂的接触时间，一般以48m/h为宜。逆流再生的再生液流速应保证不使树脂乱层。再生液的温度很低时，不宜提高流速。 第四节离子交换器的运行 离子交换器分为固定床和连续床两种。固定床有顺流再生固定床、逆流再生固定床、浮动床、双层床、混合床等形式；连续床有移动床和流动床。离子交换除盐系统一般都采用固定床。 离子交换器外形为圆筒形容器，为防止设备腐蚀，对交换器内部及附属设备都进行了防腐处理。 针对我厂的设备特
12、点，本节主要介绍逆流再生固定床离子交换工艺。 一、逆流再生固定床离子交换工艺1、交换器的结构 逆流再生离子交换器按其用途的不同，可分为阳离子交换器（包括h型）和阴离子交换器（oh型等）。用于软化工艺的阳离子交换器称为钠离子软化器和氢离子软化器。用于除盐工艺的阳离子交换器和阴离子交换器分别称为阳床和阴床。这些交换器在结构上没有多大区别，其结构为交换器内顶部装有十字支管式进水分配装置。中上部装有母支管式再生液分配装置，称为中间排水装置。在其上面有一层厚150200mm的压脂层，其作用一是过滤掉水中的悬浮物，二是使水均匀地进入中排装置。底部装有穹形多孔板加石英砂垫层式的排水装置。交换器的外部设有各种
13、管道、阀门、取样管、监视管、排空气管、流量和压力表计以及有机玻璃窥视孔等。 2、交换器的运行 交换器的运行应保证其出水水质、水量和经济指标，这些指标与运行操作，特别是再生操作有很大的关系。 逆流再生固定床的运行通常分为四个步骤，从床层失效后算起为：反洗、再生、正洗和交换。这四个步骤为交换器的一个运行周期。 （1）小反洗。交换器运行到失效时，停止交换运行，将反洗水从中间排水管引进，对中间排水管上面的压脂层进行反洗，以冲去运行时积聚在外表层和中间排水装置上的污物，然后由上部排走。冲洗流速应使压脂层能充分松动，但又不至将正常的颗粒冲走。反洗一直进行到出水澄清。 （2）放水。小反洗后，待交换剂颗粒下降
14、后，放掉交换器内中间排水装置上部的水。 （3）进再生液。开进酸（碱）一次、二次门，启动自用水泵，开喷射器入口门，维持进水流速58m/h，同时开启并调整中间排水门。开酸（碱）计量箱出口门，调整进酸浓度为34%范围内。进碱浓度为22.5%范围内。（4）逆流冲洗。当再生液进完后，关闭进再生液阀门，停止送入再生液，但喷射器保持原来的流量，在有顶压的情况下，进行逆流冲洗，直至排出废液到达一定标准为止如h型交换器，控制排出废液中酸度小于2023mmol/l（oh-）。逆流冲洗所需的时间一般为3040min，逆洗水应采用质量较好的水，不然会影响底部交换剂的再生程度。 （5）正洗。最后，用水由上而下进行正洗至
15、出水合格，即可投入运行。逆流离子交换器一般在运行202320个或更多周期后，进行一次大反洗，以除去交换剂层中的污物和破碎的树脂微粒。通常运行，不进行大反洗。大反洗 是从底部进水，废水由上部反洗排水阀门放掉。由于大反洗时扰乱了整个树脂层，所以大反洗后第一次再生时，再生剂的用量应加大1倍以上。为了使逆流再生到达较好的效果，故在逆流再生的操作工艺中需注意以下几个问题： 1）压脂层的厚度要符合要求。 2）为使底部树脂的再生程度高，不致被杂质污染而影响出水水质，故在逆流再生后，应用水质较好的水逆流冲洗，如用经过h离子交换的水来逆流冲洗阴离子交换器。3）中部排水装置应进行必要的加固，以防止其上的管子断裂或弯曲。此外，为了防止在反冲洗的过程中产生过大的应力，在大反洗时的流量应由小到大，以逐渐排除交换器中的空气和疏松树脂层。进入交换器水中的悬浮物