7水的离子交换处理

7水的离子交换处理2离子交换水处理多种类型的离子交换组合达到不同的水处理目的原水的软化、或软化并脱碱、或脱盐。7.1离子交换处理方法概述离子交换软化水处理离子交换软化处理是利用阳离子交换树脂中可交换的阳离子（如Na+、H+），把水中所含的钙、镁离子交换出来，去除水中的硬度，这一过程称为离子交换软化水处理。目前常用的有钠离子交换软化法、氢离子交换软化法和氢钠离子交换软化法等31.钠离子交换软化法钠离子交换树脂是最简单的一种软化方法，其反应如下：Ca(HCO3)2+2RNa=R2Ca+2NaHCO3CaSO4+2RNa=R2Ca+Na2SO4MgCl2+2RNa=R2Mg+2NaCl该法的优点是处理过程中不产生酸性水；设备和管道防腐设施简单；再生剂为食盐，再生剂易得。452.氢离子交换软化法强酸性氢离子交换树脂的软化反应如下：Ca(HCO3)2+2RH=R2Ca+2CO2+2H2OCaSO4+2RH=R2Ca+H2SO4MgCl2+2RH=R2Mg+2HCl由上可见，原水中碳酸盐硬度在交换过程中形成碳酸，因此该法除可软化外还可去除碱度。但在与非碳酸盐硬度交换过程中，除软化外还生成相应的强酸。因此，对设备和管道防腐要求高，一般总是和钠离子交换联合使用，可与其它措施（如加碱中和）相结合。63.氢-钠离子交换脱碱软化法同时应用氢和钠离子交换进行软化的方法，根据两者的连接情况，可分为氢-钠并联离子交换法和氢钠串联离子交换法。7离子交换除盐水处理离子交换除盐水处理是指水中所含的各种离子和离子交换树脂进行离子交换反应而被除去的过程，又称为化学除盐处理。原理当水中的各种阳离子和阳离子交换树脂反应后，水中就含有一种从阳树脂上被交换下来的阳离子；而水中的各种阴离子和阴离子交换树脂反应后，水中就只含一种从阴离子树脂上被交换下来的阴离子。若水中仅存在的阳离子或阴离子能结合成水，则就能实现水的离子交换除盐。显然，这两种离子只能是H+和OH-。81．氢型阳树脂的交换反应Ca2++2RH→R2Ca+2H+Na++RH→RNa+H+2．氢氧型阴树脂的交换反应Cl-+ROH→RCl+OH-SO42-+2ROH→R2SO4+2OH-HCO3-+ROH→RHCO3+OH-3．中和反应水中的阳离子和阴离子各自与H型阳树脂和OH型阴树脂反应，分别形成的H+和OH-结合生成水，其反应式如下：H++OH-→H2O9离子交换装置，按照运行方式的不同，可分为固定床和连续床两大类。固定床依照原水与再生液的流动方向，双可分为两种形式：7.1.2离子交换装置工作运行图顺流再生图工作运行图逆流再生图顺流再生固定床；逆流再生固定床。101.顺流再生固定床原水与再生液分别从上而下以同一方向流经离子交换器的离子交换装置，称为顺流再生固定床。顺流再生固定床存在如下主要缺点：树脂层上部再生程度高，而越是下部，再生程度越差；在工作期间，由于树脂层下半部原先再不好，出水水质提前超出规定指标，导到交换器过早地失效，降低了设备工作效率。因此，顺流再生固定床只适用于设备较小、原水含盐量较低的场合。112.逆流再生固定床凡时再生时再生液流向与交换时水流方向相反的离子交换软化装置，均属于逆流（对流）再生固定床。常见的是再生液向上流、水流向下流的逆流再生固定床。逆流再生固定床的优点有：再生时，再生液首先接触接触饱和程度低的底层树脂，然后再生饱和程度高的中、上层树脂。这样，再生液可被充分利用，再生剂用量显著降低，并能保证底层树脂得到充分再生。工作时，处理水在经过相当脱盐之后又与这一底层树脂接触，进行充分交换，从而提高了出水水质。这一优点在处理高盐度水时更为突出。12与顺流再生固定床相比，逆流再生固定床具有如下优点：1）再生剂耗量可降低20%以上；2）出水质量显著提高；3）原水水质适用范围扩大，对于盐度较高的水，仍能保证出水水质；4）再生废液中再生剂有效浓度明显降低，一般不超1%。5）树脂工作交换容量有所提高。与顺流再生固定床相比，其主要缺点是结构复杂、造价高、运行操作复杂。7.1.4离子交换树脂的再生方法离子交换树脂的最大特点是失效后可以再生，使树脂能在较长时期内反复使用，体现出离子交换村脂利用效率高、成本低的优越性。在离子交换的整个过程中，再生这一环节具有特殊的意义。再生的进行状况不但对水质有着直接的影响，而且，对制备高纯水的运转费用也有直接影响。因此对再生过程中各技术参数和操作的研究有很重要的价值。从化学反应上讲，再生是交换的逆过程，显而易见，树脂再生的目的，就是让失效的树脂尽可能地恢复或接近原来树脂的工作状态。树脂失效后的再生方式有多种，大致可分为静态再生和动态再生两类。静态再生可分为体内再生和体外再生，是将树脂放在一定的容器内，用再生剂浸泡树脂，使其恢复活性的方法。动态再生又可分为顺流再生、逆流再生、对流再生等。再生液和处理水的流向一致的称为顺流再生，流向相反的称为逆流再生，再生液由上、下两端同时进入，由中部集流管流出的称为对流再生。动态再生一般都是体内再生。1、体内再生1）顺流再生再生剂在交换柱中的流向和交换工作时水的流向相同，即下向流再生，下向流通水。顺流再生时，底部树脂再生效果较差。顺流再生是一种较老的再生方式。其设备简单，容易操作，但再生剂耗量大、利用率不高、树脂再生程度低、易出现离子提前穿透现象、处理水的水质不好。1、体内再生2）逆流再生逆流再生时再生剂自下向上流经交换柱树脂层，交换工作时水自上向下通过交换柱。逆流再生优点：设备内推动力比较均匀，树脂再生程度比较完全，能获得较高的再生度，与顺流式相比，显著提高工作交换容量，再生剂用量较少，整个树脂失效才出现离子穿透现象。逆流再生的关键是保证树脂层不因再生剂的流动而发生混合乱层现象，因而必须控制再生剂流速。设备和操作相对顺流式较为复杂，造价也高。逆流再生应用非常广泛。1、体内再生3）复床逆流再生在阳树脂交换工作中，原水先自上通过交换柱上层的交换容量大的弱型阳树脂，再通过交换柱下部的强型阳树脂；再生时，再生剂（如HCl）自下进入交换柱首先再生强型阳树脂，再流经上部再生交换容量大、容易再生的弱型阳树脂。对阴树脂的再生过程与阳树脂相同，只是再生剂为NaOH。这种再生方式比前面的逆流再生方式更能节约再生剂的用量，树脂再生程度也好。4）混床再生混床系统的再生一般可分为分步再生和对流再生两种方式。分步再生先将失效树脂用水或盐水反洗，使阴、阳树脂分层（阴树脂在上，阳树脂在下）；再生阴树脂时，NaOH从顶部引入，再生废液从阴、阳树脂的分界面的排液管引出；HCl从底部通入再生阳树脂，废液同样从分界面的排液管排出；分步再生时为了防止再生剂的“交叉污染”，需同时通入纯水。对流再生是在树脂分层后，从床层的上下同时引入碱和酸再生液对树脂进行再生，这种方式节约再生时间，但会消耗较多的再生液。再生完成后从上、下两端同时通入纯水清洗树脂，然后用压缩空气搅拌树脂使其混匀。混床再生时，要严格控制再生酸、碱的用量和流速，否则会造成分界面附近的两种树脂的交叉污染。在用纯水清洗树脂时，当阴树脂层的pH=8，阳树脂层的pH=5时，就可以停止冲洗，进行搅拌混合，不需要冲至中性。2、体外再生体外再生就是将树脂移入—个容器中，用HCl，NaOH再生。小型交换住（直径200mm以下）一般采用体外再生，其优点是再生较充分，缺点是易损耗树脂、易污染。5.7.3影响树脂再生的因素1、再生剂的选择再生剂的种类和质量直接影响到树脂的再生效果和处理水的质量。一般来说，阳树脂的再生用HCl最好，因为HCl氧化能力很弱，不会破坏树脂结构和氧化树脂，且从树脂上解析下来的离子大多形成可溶的氯化物，便于清洗，减少了对树脂的污染。如用硫酸作再生剂，解析下来的离子可能形成微溶性的钙、镁等硫酸盐沉淀，堵塞孔道降低树脂的交换容量。但由于硫酸的价格非常便宜，工业上也常用不超过5%浓度的稀硫酸溶液作为再生剂。硝酸由于其强氧化性，即使很稀也能使树脂氧化，破坏树脂的结构，影响其寿命，一般不用。阴树脂的再生一般用NaOH作为再生剂。用NaOH再生时，不仅阴树脂的再生度高，而且去除硅的能力也强。从经济上考虑，对交换容量大、再生较容易的弱碱性阴树脂，也可用Na2CO3或NH3·H2O作再生剂，但其对强型树脂没有多大作用。再生剂的质量也是影响再生效果的重要因素。如用工业级NaCl再生阳树脂，由于其杂质含量高，尤其铁含量高，不但会降低再生效果，而且会引起树脂的铁中毒。2、再生剂的用量一般来说，提高再生剂用量有助于树脂的再生程度的提高，增加树脂的工作交换容量。但若无限制地增加再生剂用量，不仅经济上难以承受，而且当再生剂用量达到一定值时，再生程度的提高不再明显。再生剂用量与再生程度的关系图见下图。实践表明，顺流式Na型树脂，再生剂用量一般为理论值的2～3.5倍，强酸性H型树脂为理论值的2～5倍；弱性树脂，其再生剂用量略大于理论用量即可。3、再生剂浓度再生剂用量一定时，适当增加再生剂浓度，可提高再生程度。但当浓度达到一定值时，交换容量达到最高值，此时再增加浓度，交换容量反而下降。原因是由于高浓度的再生剂使再生反应不均衡，引起树脂交换基团受到过分压缩，造成树脂破碎，这样树脂的交换容量反而下降了。实际生产中，应根据不同情况通过试验确定最佳再生剂浓度。一般来说Na型树脂用NaCl再生时采用5%～10%，H2SO4再生时，1%～2%。4、再生剂流速再生剂流速的大小反映了再生剂和树脂的接触时间的长短，一般来说，流速低，接触时间长，再生反应充分，树脂的再生程度高。但树脂再生过程的离子交换反应取决于离子的扩散速度，适当加快再生剂流速可增大离子的扩散，但流速过大则会导致树脂和再生剂接触时间不够，交换反应不充分，再生程度降低。实际工作中，应根据具体情况适当选择流速，一般以4～8m/h为宜。一般阳床再生流速比阴床要大。