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离子交换反应和OH离子交换反应以及树脂再生过程中发生的反应如下：
(1)氢离子交换反应式：
                                   (HCO3)                                         (HCO3)
2RH + Ca(Mg,Na2)   Cl2       → R2Ca(Mg,Na2) + H2         Cl2
                                   SO4                                               SO4
再生反应式为：
                             2HCl                                             Cl2
R2Ca(Mg,Na2) +               → 2RH + Ca(Mg,Na2)
                             H2SO4                                             SO4
(2)氢氧根离子交换反应式为：
                     SO4                   SO4
                     Cl2                   Cl2
2ROH + H2     CO3     → R2   (HCO3)2 + 2H2O
                     SiO3                 (HsiO3)2
  
再生反应式：
           SO4                                                       SO4
           Cl2                                                       Cl2
R2       (HCO3)2     + 2NaOH → 2ROH + Na2   CO32-
(HSiO3)2                                               SiO3
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部分。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 ≒ 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，其分布状况如下图5-1所示。在运行过程中，Ca＋、Mg＋、Na＋三层树脂层的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5－2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，待出水水质达到一定标准（如含钠量≤100ug/L）时，就可投入运行，此后水质基本保持稳定。当运行一定程度时，如图5－2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5－3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7～9之间，SiO2含量小于100ug/L，电导率小于10uS/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5－4（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5－4（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。

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