水的離子交換處理

水的離子交換處理第1頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六6.1離子交換軟化水處理離子交換軟化水處理是利用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂中可交換的陽(yáng)離子，把水中所含的鈣、鎂離子交換出來(lái)，這一過(guò)程稱為水的軟化過(guò)程最常用的是鈉型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，或稱鈉離子交換樹(shù)脂一、鈉型離子交換的過(guò)程第2頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六二、鈉型離子交換后的水質(zhì)變化6.1離子交換軟化水處理第3頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六三、再生過(guò)程6.1離子交換軟化水處理再生劑用量以鹽耗表示可按下式計(jì)算第4頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六5第5頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六四、鈉離子交換軟化系統(tǒng)6.1離子交換軟化水處理1.單級(jí)鈉離子交換軟化系統(tǒng)2.雙級(jí)鈉離子交換軟化系統(tǒng)第6頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六6.2離子交換軟化及脫堿處理一、氫型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的H-Na離子交換第7頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六6.2離子交換軟化及脫堿處理一、氫型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的H-Na離子交換第8頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六6.2離子交換軟化及脫堿處理二、氫型弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的H-Na離子交換第9頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第10頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六6.3離子交換除鹽水處理一、離子交換除鹽水處理的原理第11頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六6.3離子交換除鹽水處理一、離子交換除鹽水處理的原理混合床離子交換器是指陽(yáng)、陰兩種離子交換樹(shù)脂按一定比例混合后裝填于同一交換器內(nèi)的離子交換器。簡(jiǎn)稱為混合床。第12頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六6.3離子交換除鹽水處理二、氫氧型強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂的工藝性能三、氫氧型弱堿性陰離子交換樹(shù)脂的工藝性能四、離子交換除鹽水處理的系統(tǒng)五、離子交換除鹽運(yùn)行過(guò)程中交換器失效的控制第13頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六6.3離子交換除鹽水處理四、離子交換除鹽水處理的系統(tǒng)第14頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六6.3離子交換除鹽水處理四、離子交換除鹽水處理的系統(tǒng)第15頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六6.3離子交換除鹽水處理四、離子交換除鹽水處理的系統(tǒng)一級(jí)復(fù)床離子交換除鹽水系統(tǒng)就是由三個(gè)單元組成：陽(yáng)離子交換單元、脫碳（脫除二氧化碳）單元和陰離子交換單元1.常用的離子交換除鹽水處理的單元第16頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六6.3離子交換除鹽水處理四、離子交換除鹽水處理的系統(tǒng)2.常用的離子交換除鹽水處理的系統(tǒng)第17頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六6.4離子交換設(shè)備離子交換水處理系統(tǒng)的設(shè)備通常包括離子交換器、除碳器和再生劑系統(tǒng)的設(shè)備等第18頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六6.4離子交換設(shè)備一、順流再生離子交換器在順流再生離子交換器中，運(yùn)行（交換）時(shí)原水水流和再生時(shí)再生液的流動(dòng)方向均為由上向下，故稱順流殼體內(nèi)部自上而下由進(jìn)水裝置、再生液分配裝置、交換劑層（離子交換樹(shù)脂層）、石英砂墊層和排水裝置等組成。第19頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六6.4離子交換設(shè)備一、順流再生離子交換器順流再生離子交換器的工作過(guò)程有運(yùn)行、反洗、再生、置換、正洗等五個(gè)步驟反洗的目的是為了松動(dòng)被壓實(shí)的樹(shù)脂層，除去運(yùn)行中截留在樹(shù)脂層中的懸浮物雜質(zhì)和排除碎樹(shù)脂層中積存的氣泡第20頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六6.4離子交換設(shè)備二、對(duì)流（逆流）再生離子交換器在對(duì)流再生離子交換器運(yùn)行（交換）時(shí)，原水水流自上而下流動(dòng)；在再生時(shí)，再生液則自下而上流動(dòng)，兩者的流動(dòng)方向相反，故稱對(duì)流（逆流）其結(jié)構(gòu)與順流再生離子交換器基本上相同，它與順流再生交換器的最主要區(qū)別是在樹(shù)脂層上有壓脂層，并設(shè)有中間排液裝置第21頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六6.4離子交換設(shè)備二、對(duì)流（逆流）再生離子交換器對(duì)流再生離子交換器的工作過(guò)程為小反洗、再生、置換、清洗、運(yùn)行、大反洗。由于對(duì)流再生離子交換器再生時(shí)頂壓方式不同，可分為以下四種對(duì)流再生的方法。第22頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六工作運(yùn)行圖順流再生圖工作運(yùn)行圖逆流再生圖第23頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六6.4離子交換設(shè)備三、分流再生固定床離子交換器分流再生固定床結(jié)構(gòu)基本上和逆流再生離子交換器相似，只是將中間排液裝置降低至設(shè)計(jì)的位置即可第24頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六6.4離子交換設(shè)備四、浮動(dòng)床離子交換器第25頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六6.5離子交換樹(shù)脂的再生方法離子交換樹(shù)脂的最大特點(diǎn)是失效后可以再生，使樹(shù)脂能在較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)反復(fù)使用，體現(xiàn)出離子交換村脂利用效率高、成本低的優(yōu)越性。在離子交換的整個(gè)過(guò)程中，再生這一環(huán)節(jié)具有特殊的意義。再生的進(jìn)行狀況不但對(duì)水質(zhì)有著直接的影響，而且，對(duì)制備高純水的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用也有直接影響。因此對(duì)再生過(guò)程中各技術(shù)參數(shù)和操作的研究有很重要的價(jià)值。從化學(xué)反應(yīng)上講，再生是交換的逆過(guò)程，顯而易見(jiàn)，樹(shù)脂再生的目的，就是讓失效的樹(shù)脂盡可能地恢復(fù)或接近原來(lái)樹(shù)脂的工作狀態(tài)。第26頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六樹(shù)脂失效后的再生方式有多種，大致可分為靜態(tài)再生和動(dòng)態(tài)再生兩類(lèi)。靜態(tài)再生可分為體內(nèi)再生和體外再生，是將樹(shù)脂放在一定的容器內(nèi)，用再生劑浸泡樹(shù)脂，使其恢復(fù)活性的方法。動(dòng)態(tài)再生又可分為順流再生、逆流再生、對(duì)流再生等。再生液和處理水的流向一致的稱為順流再生，流向相反的稱為逆流再生，再生液由上、下兩端同時(shí)進(jìn)入，由中部集流管流出的稱為對(duì)流再生。動(dòng)態(tài)再生一般都是體內(nèi)再生。第27頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1、體內(nèi)再生1）順流再生

再生劑在交換柱中的流向和交換工作時(shí)水的流向相同，即下向流再生，下向流通水。順流再生時(shí)，底部樹(shù)脂再生效果較差。

順流再生是一種較老的再生方式。其設(shè)備簡(jiǎn)單，容易操作，但再生劑耗量大、利用率不高、樹(shù)脂再生程度低、易出現(xiàn)離子提前穿透現(xiàn)象、處理水的水質(zhì)不好。第28頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1、體內(nèi)再生2）逆流再生

逆流再生時(shí)再生劑自下向上流經(jīng)交換柱樹(shù)脂層，交換工作時(shí)水自上向下通過(guò)交換柱。

逆流再生優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備內(nèi)推動(dòng)力比較均勻，樹(shù)脂再生程度比較完全，能獲得較高的再生度，與順流式相比，顯著提高工作交換容量，再生劑用量較少，整個(gè)樹(shù)脂失效才出現(xiàn)離子穿透現(xiàn)象。

逆流再生的關(guān)鍵是保證樹(shù)脂層不因再生劑的流動(dòng)而發(fā)生混合亂層現(xiàn)象，因而必須控制再生劑流速。設(shè)備和操作相對(duì)順流式較為復(fù)雜，造價(jià)也高。

逆流再生應(yīng)用非常廣泛。第29頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六1、體內(nèi)再生3）復(fù)床逆流再生

在陽(yáng)樹(shù)脂交換工作中，原水先自上通過(guò)交換柱上層的交換容量大的弱型陽(yáng)樹(shù)脂，再通過(guò)交換柱下部的強(qiáng)型陽(yáng)樹(shù)脂；再生時(shí)，再生劑（如HCl）自下進(jìn)入交換柱首先再生強(qiáng)型陽(yáng)樹(shù)脂，再流經(jīng)上部再生交換容量大、容易再生的弱型陽(yáng)樹(shù)脂。對(duì)陰樹(shù)脂的再生過(guò)程與陽(yáng)樹(shù)脂相同，只是再生劑為NaOH。這種再生方式比前面的逆流再生方式更能節(jié)約再生劑的用量，樹(shù)脂再生程度也好。4）混床再生

混床系統(tǒng)的再生一般可分為分步再生和對(duì)流再生兩種方式。分步再生先將失效樹(shù)脂用水或鹽水反洗，使陰、陽(yáng)樹(shù)脂分層（陰樹(shù)脂在上，陽(yáng)樹(shù)脂在下）；再生陰樹(shù)脂時(shí)，NaOH從頂部引入，再生廢液從陰、陽(yáng)樹(shù)脂的分界面的排液管引出；HCl從底部通入再生陽(yáng)樹(shù)脂，廢液同樣從分界面的排液管排出；分步再生時(shí)為了防止再生劑的“交叉污染”，需同時(shí)通入純水。第30頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

對(duì)流再生是在樹(shù)脂分層后，從床層的上下同時(shí)引入堿和酸再生液對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行再生，這種方式節(jié)約再生時(shí)間，但會(huì)消耗較多的再生液。

再生完成后從上、下兩端同時(shí)通入純水清洗樹(shù)脂，然后用壓縮空氣攪拌樹(shù)脂使其混勻。第31頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六混床再生時(shí)，要嚴(yán)格控制再生酸、堿的用量和流速，否則會(huì)造成分界面附近的兩種樹(shù)脂的交叉污染。在用純水清洗樹(shù)脂時(shí)，當(dāng)陰樹(shù)脂層的pH=8，陽(yáng)樹(shù)脂層的pH=5時(shí)，就可以停止沖洗，進(jìn)行攪拌混合，不需要沖至中性。第32頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2、體外再生體外再生就是將樹(shù)脂移入—個(gè)容器中，用HCl，NaOH再生。小型交換?。ㄖ睆?00mm以下）一般采用體外再生，其優(yōu)點(diǎn)是再生較充分，缺點(diǎn)是易損耗樹(shù)脂、易污染。第33頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六6.6影響樹(shù)脂再生的因素1、再生劑的選擇

再生劑的種類(lèi)和質(zhì)量直接影響到樹(shù)脂的再生效果和處理水的質(zhì)量。一般來(lái)說(shuō)，陽(yáng)樹(shù)脂的再生用HCl最好，因?yàn)镠Cl氧化能力很弱，不會(huì)破壞樹(shù)脂結(jié)構(gòu)和氧化樹(shù)脂，且從樹(shù)脂上解析下來(lái)的離子大多形成可溶的氯化物，便于清洗，減少了對(duì)樹(shù)脂的污染。如用硫酸作再生劑，解析下來(lái)的離子可能形成微溶性的鈣、鎂等硫酸鹽沉淀，堵塞孔道降低樹(shù)脂的交換容量。但由于硫酸的價(jià)格非常便宜，工業(yè)上也常用不超過(guò)5%濃度的稀硫酸溶液作為再生劑。硝酸由于其強(qiáng)氧化性，即使很稀也能使樹(shù)脂氧化，破壞樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)，影響其壽命，一般不用。

陰樹(shù)脂的再生一般用NaOH作為再生劑。用NaOH再生時(shí)，不僅陰樹(shù)脂的再生度高，而且去除硅的能力也強(qiáng)。從經(jīng)濟(jì)上考慮，對(duì)交換容量大、再生較容易的弱堿性陰樹(shù)脂，也可用Na2CO3或NH3·H2O作再生劑，但其對(duì)強(qiáng)型樹(shù)脂沒(méi)有多大作用。

再生劑的質(zhì)量也是影響再生效果的重要因素。如用工業(yè)級(jí)NaCl再生陽(yáng)樹(shù)脂，由于其雜質(zhì)含量高，尤其鐵含量高，不但會(huì)降低再生效果，而且會(huì)引起樹(shù)脂的鐵中毒。第34頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六2、再生劑的用量一般來(lái)說(shuō)，提高再生劑用量有助于樹(shù)脂的再生程度的提高，增加樹(shù)脂的工作交換容量。但若無(wú)限制地增加再生劑用量，不僅經(jīng)濟(jì)上難以承受，而且當(dāng)再生劑用量達(dá)到一定值時(shí)，再生程度的提高不再明顯。再生劑用量與再生程度的關(guān)系圖見(jiàn)下圖。實(shí)踐表明，順流式Na型樹(shù)脂，再生劑用量一般為理論值的2～3.5倍，強(qiáng)酸性H型樹(shù)脂為理論值的2～5倍；弱性樹(shù)脂，其再生劑用量略大于理論用量即可。第35頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六3、再生劑濃度再生劑用量一定時(shí)，適當(dāng)增加再生劑濃度，可提高再生程度。但當(dāng)濃度達(dá)到一定值時(shí)，交換容量達(dá)到最高值，此時(shí)再增加濃度，交換容量反而下降。原因是由于高濃度的再生劑使再生反應(yīng)不均衡，引起樹(shù)脂交換基團(tuán)受到過(guò)分壓縮，造成樹(shù)脂破碎，這樣樹(shù)脂的交換容量反而下降了。實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)不同情況通過(guò)試驗(yàn)確定最佳再生劑濃度。一般來(lái)說(shuō)Na型樹(shù)脂用NaCl再生時(shí)采用5%～10%，H2SO4再生時(shí)，1%～2%。第36頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期六4、再生劑流速