水的離子交換處理

第二節(jié)水的離子交換處理

水在進(jìn)行混凝—石灰軟化和過濾處理后，已除去懸浮物和膠態(tài)雜質(zhì)，硬度和堿度也有一定程度的降低，但作為鍋爐補(bǔ)給水，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求，必須進(jìn)行深度處理。目前火力發(fā)電廠普遍采用的離子交換處理可以制得純度很高的水。

水的離子交換除鹽

水的離子交換軟化和除堿

離子交換裝置及其運(yùn)行

再生系統(tǒng)

水的其他除鹽方法Flash水的離子交換除鹽

水的離子交換軟化和除堿，一般只適用于高壓以下的鍋爐，隨著高溫高壓鍋爐的迅速發(fā)展，單純的軟化、除堿已不能滿足鍋爐和機(jī)組對(duì)水質(zhì)的要求和安全運(yùn)行，而必須把水中的溶解鹽全部除盡。這樣，就發(fā)展了離子交換除鹽工藝。離子交換除鹽原理

水的離子交換除鹽(又叫化學(xué)除鹽)，在火電廠中普遍采用的是：將預(yù)處理后的清水，通過H型陽離子交換器，使陽離子轉(zhuǎn)換成H+，然后通過除碳器除去二氧化碳，再通過OH型陰離子交換器使陰離子轉(zhuǎn)換成OH－，并立即與H+結(jié)合成水。

這樣，就得到含鹽量極低的純水。Flash一、離子交換的基本知識(shí)（一）、離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)及命名離子交換樹脂的合成過程一般分為兩個(gè)階段：高分子聚合物骨架的制備和在高分子聚合物骨架上引入活性基團(tuán)的反應(yīng)。即首先將單體（進(jìn)行高分子聚合的主要原料）制備成球狀顆粒的高分子聚合物，然后在這種高分子聚合物上進(jìn)行有機(jī)高分子反應(yīng)，使之帶上所需要的活性基團(tuán)。也有一些離子交換樹脂是由已具備活性基團(tuán)的單體經(jīng)過聚合，或在聚合過程中同時(shí)引入活性基團(tuán)，直接一步制得的。如丙烯酸系樹脂。離子交換樹脂離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)

離子交換樹脂是一類帶有活性基團(tuán)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高分子化合物。在它的分子結(jié)構(gòu)中，可以人為的分為兩個(gè)部分：一部分稱為離子交換樹脂的骨架；另一部分時(shí)代有可交換離子的活性基團(tuán)。活性基團(tuán)也由兩部分組成：一是固定部分，二是活動(dòng)部分。離子交換樹脂的分類

（1）按活性基團(tuán)的性質(zhì)分類可分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂。此外，按活性基團(tuán)的性質(zhì)還可分為鰲合性、兩性以及氧化還原性樹脂（2）按離子交換樹脂的孔型分類

A凝膠型樹脂

B大孔型樹脂（3）按單體種類分類按合成樹脂的單體種類不同，離子交換樹脂還可以分為苯乙烯系，丙烯酸系等2、離子交換樹脂的特性物理性質(zhì)

(1)外觀

離子交換樹脂一般均呈球形，是一種透明或半透明的物質(zhì)，依其組成不同顏色各異。

(2)顆粒度

樹脂顆粒的大小對(duì)水處理工藝過程有較大影響。顆粒大，交換速度慢；顆粒小，水通過樹脂層的壓力損失大。用于水處理的樹脂顆粒粒徑一般為0.3~1.2mm。

(3)含水量

(3)密度

樹脂的密度有以下幾種表示方法：

①干真密度：干燥狀態(tài)下樹脂本身的密度。②濕真密度：樹脂在水中經(jīng)過充分膨脹后的密度。

③濕視密度：樹脂在水中充分膨脹后的堆積密度。

(4)孔徑、孔度、孔容和比表面積

孔徑表示微孔的大小孔度是指單位體積離子交換樹脂內(nèi)部孔的容積孔容是指單位質(zhì)量離子交換樹脂內(nèi)部孔的容積。比表面積是指單位質(zhì)量的離子交換樹脂具有的比表面積。一般比表面積越大，越有利于交換。（5）含水率

樹脂的含水率是指單位質(zhì)量的濕樹脂（除去表面的水分）所含水量的百分?jǐn)?shù)。一般在50%左右。對(duì)于含有一定活性基團(tuán)的離子交換樹脂來說，含水率可以反映樹脂的交聯(lián)度和孔隙率的大小。含水率大，就表示孔隙率大，交聯(lián)度低。

（6）溶脹性

將干的離子交換樹脂浸入水中時(shí)，其體積變大的現(xiàn)象稱為樹脂的溶脹性。溶脹：干的離子交換樹脂侵入水中時(shí)，其體積會(huì)膨脹，這種現(xiàn)象叫溶脹?？赡鏄渲秩胨畜w積增大，干燥縮小離子交換樹脂有兩種溶脹現(xiàn)象不可逆新樹脂浸入水中溶脹后干燥體積不會(huì)恢復(fù)到原來當(dāng)樹脂由一種離子型轉(zhuǎn)為另一種離子型時(shí)，其體積就會(huì)發(fā)生改變，體積改變的百分?jǐn)?shù)稱樹脂轉(zhuǎn)型體積改變率。2、化學(xué)性能

(1)離子交換反應(yīng)的可逆性

離子交換反應(yīng)的可逆性，使離子交換樹脂可以反復(fù)使用的重要性質(zhì)。例如當(dāng)以含有硬度的水通過H型離子交換樹脂時(shí)，反應(yīng)式為：

(2)酸、堿性

H型陽離子交換樹脂和OH型陰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。

(3)中和與水解

離子交換樹脂的中和與水解性能和通常的電解質(zhì)一樣。

如H型離子交換樹脂和堿溶液會(huì)進(jìn)行中和反應(yīng)：水解反應(yīng)如：具有弱酸性或弱堿性基團(tuán)的離子交換樹脂的鹽型容易水解。

(4)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一，這種性能稱為離子交換樹脂的選擇性。

(5)交換容量

離子交換樹脂的交換容量表示其可交換離子量的多少。有兩種表示法：質(zhì)量表示法(單位質(zhì)量樹脂吸著能力)和體積表示法(單位體積吸著能力)。在表示交換容量時(shí)，為了統(tǒng)一起見，一般陽離子交換樹脂以Na型為準(zhǔn)(也有以H型為準(zhǔn)的)，陰離子交換樹脂以Cl型為準(zhǔn)。①全交換容量(Q)

此指標(biāo)表示離子交換樹脂中所有活性基團(tuán)的總量。②中性鹽分解容量

樹脂能與中性鹽進(jìn)行交換反應(yīng)的交換容量。表示強(qiáng)堿基團(tuán)量的多少。③弱酸（堿）基團(tuán)交換容量

兩者之差三、除鹽系統(tǒng)

如果經(jīng)預(yù)處理后的清水，僅僅需要除去Ca2+、Mg2+（即軟化），可以采用鈉離子交換法。如果不僅要求除去Ca2+、Mg2+，還要求除去堿度，則采用氫—鈉離子交換法。鈉離子交換法

鈉離子交換過程如下式表示：鈉離子交換劑層中離子分布示意見圖3-9。

水通過一個(gè)鈉離子交換器叫一級(jí)鈉離子交換，出水殘留硬度可滿足低壓鍋爐要求，如果要求進(jìn)一步降低殘留硬度，可采用二級(jí)鈉離子交換，即將兩個(gè)鈉離子交換器串聯(lián)。圖3-9鈉離子交換劑層中離子分布示意2、除碳器

除碳器的作用是除去CO2。原水中碳酸鹽堿度，經(jīng)過H離子交換，即轉(zhuǎn)化為H2CO3并存在平衡

pH下降，平衡右移，有利于H2CO3的分解。由于H型交換器出水pH較低，使CO2從水中游離，如果我們能降低水面上CO2的分壓，即可使CO2從水中逸出，這就是除碳器的工作原理。常用的鼓風(fēng)式除碳器的結(jié)構(gòu)如圖3-13。圖3-13

鼓風(fēng)式除碳器H-OH離子交換法如果既要去除水中陽離子又要去除水中陰離子，則可以用氫—?dú)溲蹼x子交換法。

2H2CO32RHCO32ROH+2HCl —2RCl+2H20

H2SO4R2SO42H2SiO32RHSiO3離子交換除鹽系統(tǒng)一級(jí)復(fù)床除鹽

將預(yù)處理后的清水，一次順序通過H型和OH型交換器的系統(tǒng)叫一級(jí)復(fù)床除鹽系統(tǒng)，如圖3-14。

一級(jí)復(fù)床除鹽系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)督，是分別監(jiān)督H型和OH型交換器的出水?；旌洗渤}

混合床是在一個(gè)交換器內(nèi)，把已再生好的H型和OH型離子交換樹脂按一定比例混合均勻，所以混床就相當(dāng)于一個(gè)多級(jí)復(fù)床?；齑驳膬?yōu)勢(shì)在于水的陽、陰離子交換是交錯(cuò)進(jìn)行，出水水質(zhì)好而且水質(zhì)穩(wěn)定；由于交換未期，出水電導(dǎo)率上升很快，終點(diǎn)容易判斷；運(yùn)行周期也較長。缺點(diǎn)是樹脂的損耗大；再生操作比較復(fù)雜。圖3-14

一級(jí)復(fù)床除鹽系統(tǒng)常見的化學(xué)除鹽主系統(tǒng)及其選擇

采用陽、陰離子交換器組成主系統(tǒng)時(shí)，通常參照下面的原則：

(1)第一個(gè)交換器應(yīng)是H型交換器。

(2)弱酸性陽樹脂；適用于處理堿度大或碳酸鹽硬度大的水。

(3)弱堿性陰樹脂；是用于處理強(qiáng)酸陰離子含量大的水。

(4)除硅必須采用強(qiáng)堿性陰樹脂。

(5)水質(zhì)要求高時(shí)應(yīng)設(shè)混床。

(6)除碳器應(yīng)置于強(qiáng)堿性陰樹脂之前，以保證除硅效果。①離子交換器結(jié)構(gòu)

交換器是一個(gè)