离子交换设备

离子交换设备
离子交换设备是一种传统的、工艺成熟的脱盐处理设备，其原理是在一定条件下，依靠离子交换剂（树脂）所具有的某种离子和预处理水中同电性的离子相互交换而达到软化、脱碱、除盐等功能。用于深度脱盐处理，产水电阻率动态可达到18MΩ·cm。无论是锅炉用水的软化，脱碱软化，脱盐水，纯水，超纯水的制备均需采用离子交换法来进行。其类别有单床、复床、混合床之分，水处理方法也根据具体情况可采用顺流法，逆流再生浮床法等。
◆离子交换原理及再生剂选用
1、锅炉用水软化
此方法只将水的硬度降到一定程度而总含盐量不变，系单纯的钠离子交换，没有降低碱度的作用，软化水的残余硬度与所采用的方法有关，一般在0.03-0.18毫克当量/升之间。
其反应式如下：

水中非碳酸盐硬度

树脂被钙镁离子饱和而失效后，形成钙镁型。用5-10%的NaCl（食盐）进行再生仍可恢复为钠型。其反应式如下：

2、纯水的制备
所谓纯水的制备系将原水中的盐类，游离酸碱等全部除去的水处理方法，以此方法制得的纯水比蒸馏水要纯好多倍，其反应式如下：
阳离子交换树脂≡≡≡
R(SO3H)2+Ca(HCO3)2→R(SO3)2Ca+2H2CO3
R(SO3H)+NaCl→RSO3Na+HCl
阴离子交换树脂
R≡NHOH+HCl→R≡NHCl+H2O
R≡NHOH+H2CO3→R≡NH(HCO3)+H2O
树脂失效后用酸碱再生，其反应式如下：
阳离子交换树脂
R(SO3)2Ca+2HCl→R(SO3H)2+CaCl2
RSO3Na+HCl→RSO3H+NaCl
阴离子交换树脂
R≡NHCl+NaOH→R≡NHPH+NaCl
R(NH)2SO4+2NaOH→R(NHOH)2+Na2SO4
◆离子交换设备操作
1、锅炉软化水
A、顺流式
（1）树脂装柱：一般装交换柱有效高度的2/3.（逆洗展开率约以50%计）
（2）反洗：也称逆洗，其目的为松弛树脂，排除细小的颗粒物质主要悬浮等，以利于再生操作的进行。反洗操作为自下而上的冲洗。首先打开排气阀，再开近水阀门，否则交换柱会因压力过大而受损。反洗强度以不冲出树脂为原则，反洗终点以出水清亮为度。
（3）再生也称还原或复苏，配5-10%NaCl（食盐）溶液，顺流再生。首先在树脂层表面上保留10-20cm水层，盐水以慢速流入，废液从下口排出，保持一定液面控制一定流速。再生时间在30分钟左右即可。树脂不需要浸泡，否则会造成可逆条件使再生不完全。5-10%NaCl再生剂用量一般为1.5-2倍树脂体积量。
（4）正洗：也称淋洗。主要目的是将树脂颗粒间残存的盐液及再生还原生成物质洗干净。正洗开始时流速要慢．此时仍是再生的继续，困浓盐液继续下移，后期可略加快．正洗终点以出水达到锅炉给水标准即可。
（5）运行：一般运行流速可控制15～30米/时，运行中应定时分析化验软水硬度以保证产水质量。
B、逆流式
逆流再生交换器，有一中排管，管上有压垫层，此管用以小反洗及排废再生液之用。每十次小反洗可进行一次大反洗。再生时，再生液从底部进入，从中排管排出．树脂受压垫层作用，再生时不乱层。底部没完全失效的树脂可获得充分的再生，再生剂的作用比较合理，消耗可比顺流式降低25％左右。
具体操作原理基本与顺流式同。
C、逆流再生浮动床式
　　浮床为逆流式的改进，交换器内用树脂装满，再生时先将部分树脂 转移于体外罐，反洗后返回交换器进行逆流再生、淋洗、运行等操作，此法可以保持树脂不乱层，设备利用搴高，再生剂消耗低，出水质量稳定。
2、纯水
A、复床法制取纯水
此法为较古老的方法，出水纯度虽然不如混合床，但再生方法简单易行，所以还广泛的被采用，尤其是配合混合床使用更为普遍，在大型水处理中阳床后面加一个脱气塔(也称脱碳)将CO2除去．可以减轻阴床树脂负担，延长阴树脂使用周期，从而可以节约再生剂NaOH的用量。是有一定意义的。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 复床新装的阴阳衬脂为交换柱有效高度的2／3，阴阳树脂的比例一般为l：l。
（1）逆洗：(反洗)水从下口进人，上口排出，反洗强度先慢后快，最后加大反洗强度以冲不出树脂为原则。反洗终点以出水清亮为度。
（2）再生：阳柱用4-5%盐酸顺流通过，用量为树脂体积的2-3倍，保持一定液面，控制一定流速，大约半小时流完全部酸液。
阴柱用4-5%NaOH，如用工业NaOH必须用纯水配置，不能用自来水配置，因为自来水中钙镁离子形成沉淀影响再生效果。碱液用量为树脂体积的3-5倍。冬季可加温碱液经40摄氏度可提高再生效果。碱液顺流通过 ，保持一定液面，控制一定流速。在一小时之内流完全部碱液。
（3）淋洗：阳柱以自来水淋洗，顺流通过，采用慢流速，洗至pH=2-3，以氨缓冲液铬黑T指示剂检查无钙镁离子即可。
阴柱以阳柱的氢离子交换水淋洗，开始可用少量水淋洗，以使碱液向下推移，也为再生的继续，然后用阳柱水淋洗，以使碱液向下推移，也为再生的继续。然后用阳柱水淋洗，终点控制为出水pH8-10，水样以1：1硝酸中和成酸性后，用5%AgNO3检查无氯离子即可。复床出水水质不会太高，最搞电阻率可达100万欧姆/厘米即可串入混合床，可制得高纯水。
乙、混合床制取纯水
此法为一个交换柱内有强酸性阳离子交换树脂，同时也有强碱阴离子交换树脂，是在混合均匀的情况下将原水（或复床水）顺流通过，而得到纯度很高的纯水。此法是比较现金的方法，是数万级复床在工作，所以制得的纯水质量很高，是制取高纯水的嘴尖方法。
树脂在柱内的高度为交换柱的有效高度的2/3，在此2/3的树脂层内，其中有1/3为强酸性阳离子交换树脂在下部，强碱阴离子交换树脂为2/3，在上部。阴阳树脂的比例刚好为2/1（体积比）。
在阴阳树脂交界处略向下一些有一进酸管，用以阳树脂再生进酸时，控制酸的界面在阴阳树脂交界处之下。具体操作如下：
1.逆洗分层
水从底部进入，上口排出，树脂要均匀地松弛膨胀开来，可加大水流速以冲不出树脂为原则，洗至出水清亮为度。
反洗的目的为使阴阳离子分层，阳树脂比重为1.06-1.11，两种树脂比重差别较大，所以通过逆洗也可以排除一些杂质异物，保证下一周期的正常运行。逆洗毕，放水，放到树脂层表面10厘米以上。
2.强碱性阴离子交换树脂再生
再生剂为4-5%NaOH，用量为树脂体积的3-5倍。从上口进入，控制一定流速，维持液面顺流通过，通过阳树脂而排出，通碱时间不少于1小时。
当碱液通完后，进行淋洗附在阴树脂上的碱液时，淋洗先用纯水正淋洗，自上而下顺流通过，慢速淋洗，大约10分钟左右改为反洗，可以用自来水进行反洗，水通过阳树脂（Na交换水）洗阴树脂，出水pH大约为10左右。为控制淋洗水碱度，可控制在20毫克当量/升一下即可。如用纯水淋洗，可洗至pH=7-8，反洗时间约为20分钟左右。
淋洗完排水可排到阴阳树脂交界处以下1-2厘米，准备阳树脂再生。
3.强酸性阳离子交换树脂再生
再生剂为4-5%盐酸，用酸量为阳树脂体积的2-3倍。酸液从酸再生管加入，从下口排出，此法应严格控制酸的液面，始终在阴阳树脂交界处（下一点），切不可上溢到阴树脂层，否则会使刚再生为OH型的阴树脂变为Cl型而失效。维持一定流速，在半小时内流完。
4.淋洗阳树脂
仍从进酸管进水，控制液面在阴阳树脂交界处，淋洗水量为阳树脂体积的4-6倍，慢流速洗至pH=2-3.如测定酸度可控制在5毫克当量/升以下。如用纯水淋洗可洗至pH=6-7.
6.反洗
淋洗阳树脂可进行一次反洗，水从下口进入上口排出，洗水pH大约为9左右，即反洗5-10分钟，反洗毕，排水，保持液面在树脂层表面以上15厘米左右，准备下一步混合。
7.混合
混合的目的是使两种树脂充分均匀混合，混合的办法有两种，一是用压缩空气自底部进气，上中排除；二是用真空泵进行混合，自上口抽真空，打开下口阀门进气，用空气拌动阴阳树脂达到充分混合的目的。
混合毕应立即排水（将树脂表面15厘米以上的水层排掉），因为混合后两种树脂悬浮于水中，若人气自由落层，阳树脂重阴树脂轻，必然会出现再次分层的现象，所以采取立即排水的方法，借助排水向下的动力，迫使树脂来不急分层而落层。水放至树脂表面时即可停止。
8.运行
以复床或反渗透产水缓慢地注入交换柱中，注满后即可打开下口进行运行出水。
出水开始时浑浊，当水质清亮时检查水质情况，如合格即可正式运行；如不合格应停止出水，停数小时后再运行，出水水质将大为提高。
注：以上以小型交换柱为例，时间条件可随之变化。
◆离子交换树脂的存贮
1.离子交换树脂应在一述型态下保存，样树脂(Na)型，阴树脂氯（Cl）型。
2.离子交换树脂应在存贮与运输过程中应保持水分，防止脱水，脱水后的干树脂不得直接浸入水中，应先浸入浓度大于10%的食盐溶液中，使其缓慢且充分膨胀后，方能逐渐用水稀释。
3.离子交换树脂存贮运输过程中温度不得超过40摄氏度。以防止微生物繁殖，导致树脂霉变。
◆新树脂预处理方法
1.工业性生产的离子交换树脂出厂时难免有一些杂质，使用前应用清水冲洗，洗至树脂清亮为止。
2.用4%NaOH交替处理，在酸碱之间用大量水淋洗，如此反复处理三次。即：酸一水，碱一水，反复进行，每次酸碱用量为树脂体积的2倍，在交换柱中动态进行，如在容器中处理应采用少量多次的方法。
3.最后一次处理，阳树脂应用酸转成H型，所有酸量加倍，水洗用纯水；阴树脂应用碱转成OH型，所以用碱量应加倍，水洗时用纯水。
4.如为医药食品等工业，处理前最好用乙醇浸泡，然后再用酸碱处理。处理后的新树脂经过一个周期运行后的第一次再生，酸碱用量应为正常用量的1.5-2倍。
◆离子交换运行、再生中应注意的问题：
1.逆流再生后出水水质比顺流再生出水水质高，再生剂单耗低于顺流再生。
2.再生剂质量应高、纯度高的再生剂再生效果明显好得多。
3.再生用水的质量应高。
4.切忌阳树脂混入阴树脂中，否则出水汇Na量会增加而降低于顺流再生。
5.冬季进水温度低时。应加热再生剂的液体温度。碱液在30-40摄氏度。
6.反冲洗时，应缓慢开启反洗反洗进水阀逐渐提高进水量。水的浊度低时尽量减少反冲洗次数。
7.顺流再生剂浓度约4%左右，逆流再生剂浓度约2%左右为好。

我公司生产的成套离子交换器的选型参数图表请参见附页