第八章水的离子交换-1

1、song1第八章第八章 水的离子交换水的离子交换江苏苏特检院无锡分院朱金华联系电话ong2主要内容主要内容第一节第一节 火电厂热力系统介绍火电厂热力系统介绍第二节第二节 锅炉补给水处理概述锅炉补给水处理概述第三节、离子交换树脂第三节、离子交换树脂第四节、第四节、离子交换树脂污染原因、预防措施及再生方法离子交换树脂污染原因、预防措施及再生方法第五节、第五节、离子交换器及运行操作第六节、离子交换树脂除盐处理第六节、离子交换树脂除盐处理第七节、第七节、常见除盐系统工艺第八节、第八节、降低酸、碱耗的措施降低酸、碱耗的措施第九节、第九节、除盐处理有关计算第十节、再生系统及防腐第

2、一节、第一节、火电厂热力系统介绍火电厂热力系统介绍一、火电厂生产过程示意图一、火电厂生产过程示意图二、火电厂的分类（按蒸汽参数）与容量中低压: 3.8MPa，435, 6122550MW，高压： 9.8MPa， 540， 50100MW，超高压:13.7MPa，535/535， 125200MW，亚临界：16.2MPa，540/540 ，300600MW，超临界：24MPa，538/566 600800MW，超超临界电厂： 28MPa以上我国现正研制1000MW级的超临界机组工程热力学将水的临界状态点定义为： 压力为22.115MPa, 温度为374.15三、热力发电厂水汽循环系统主要流程三、

3、热力发电厂水汽循环系统主要流程省煤器垂直水冷壁储水罐启动分离器高压加热器除氧器给水前置泵炉水循环泵凝结水泵轴加低加低加2#过热器5#精处理4#除盐水废水池废水池排排清洗药品除盐水、蒸汽排螺旋水冷壁凝汽器3#废水池废水池排排1#直流锅炉水汽循环系统主要流程直流锅炉水汽循环系统主要流程 在发电厂中，锅炉、汽机及附属设备组成了热力系统，热力系统中的各在发电厂中，锅炉、汽机及附属设备组成了热力系统，热力系统中的各种热交换部件或水汽流经的设备，如锅炉的省煤器、水冷壁管、过热器、汽种热交换部件或水汽流经的设备，如锅炉的省煤器、水冷壁管、过热器、汽轮机、各种加热器、除氧器和凝汽器等，统称为热力设备。轮机、各

4、种加热器、除氧器和凝汽器等，统称为热力设备。 水和蒸汽是热力设备中的工质，在热力系统中循环运行。水和蒸汽是热力设备中的工质，在热力系统中循环运行。 水汽在热力系统循环过程中，总不免会有些损失，这些工质的损失是由水汽在热力系统循环过程中，总不免会有些损失，这些工质的损失是由于热力系统某些设备的排汽放水，管道阀门的漏汽漏水，水箱等设备的溢流于热力系统某些设备的排汽放水，管道阀门的漏汽漏水，水箱等设备的溢流或热水蒸发等原因造成的。为了维持热力系统正常水汽循环，要及时补充工或热水蒸发等原因造成的。为了维持热力系统正常水汽循环，要及时补充工质的损失。质的损失。 用来补充热力系统水汽损失的水叫做补给水。送

5、进锅炉的水称为给水，给水一般由凝结水、补给水、疏水组成。四、热力设备水汽系统中杂质的来源 补给水 凝结水泄漏 生产返回水 疏水 给水系统金属腐蚀产物 药品不纯 减温器运行不正常 其它（金属腐蚀产物、安装检修遗留产物、破碎树脂、水处理中的微生 物、细菌、连排运行不正常）防止氧化铁水垢产生为例说明对补给水含铁量较高的，应进行混凝、澄清、过滤或专门的除铁工艺过程。生产返回水含铁量较高时，应进行除铁处理。疏水含铁量不合格时排放掉。凝结水应加覆盖过滤器或给水中加电磁过滤器。防止汽水系统的金属腐蚀。做好停炉、停机的防腐措施。加强炉内燃烧工况和水循环工况的管理，以防热负荷过高，及时清除炉内的结焦和结渣，搞好

6、正常排污。炉内加配合剂处理。各个环节水汽质量化验监督五、水中杂质对机组安全经济运行的危害1、在热力设备上形成水垢和水渣危害：传热效率低，多耗燃料，引起爆管事故，减少管内的流通截面积，破坏了水循环，增加了检修费用，发生垢下腐蚀，甚至使给水泵空转（直流炉）2、在蒸汽流通的设备管道中沉积盐类物质危害：导热性降低，造成过热汽爆管，流通截面积减少，造成气轮机效率降低，推力轴承烧毁，叶片和隔板磨损，增加汽轮机振动，沉积物造成主汽门和调速汽门卡涩失灵，沉积物下产生腐蚀。3、热力设备的侵蚀和腐蚀：危害：锅炉水冷壁的酸碱腐蚀，造成水冷壁的爆管，汽轮机的叶片腐蚀，会产生断裂，造成不可想象的事故，汽水管道和设备的腐

7、蚀产物会形成水垢和积盐，凝汽器铜管的腐蚀造成凝汽器漏泄。song13第二节、锅炉补给水处理概述第二节、锅炉补给水处理概述一、天然水中杂质的危害悬浮物胶体溶解物质不溶于水的颗粒物质d10-4mm砂子、粘土、动植物腐败物质，用滤纸可分离危害造成沉积物堵塞管道使锅水化学腐蚀分子和离子的集合体10-6d10-4mm矿物质胶体，动植物分解产生的腐殖质处理使锅水起沫汽水共沸处理溶解盐溶解气体Ca、MgFeNa、K、Cl-O2、CO2增加锅水含盐量锅炉腐蚀、锅水起沫锅炉腐蚀水渣（锅水中悬浮）水垢（附着在受热面内壁）危害(离子dAl3+Ca2+Mg2+K+= NH4+ Na+Li+ SO42-NO3-Cl-H

8、CO3-HSiO3-* H和OH的交换选择性与树脂交换基团酸、碱性的强弱有关。 对于强酸阳树脂：H+Li+ 而对于弱酸阳树脂：H+Fe3+song49常见离子的选择性交换次序如下： 同种交换剂对水中不同离子选择性的大小，与水中离子的水合半径以及水中离子所带电荷大小有关；不同种的交换剂由于交换换团不同，对同种离子选择性大小也不一样。下面介绍四种交换剂对离子选择性的顺序： (1) 强酸性阳离子交换剂，对水中阳离子选择顺序：强酸性阳离子交换剂，对水中阳离子选择顺序：Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+NH4+Na+H+ (2) 弱酸性阳离子交换剂，对水中阳离子的选择顺序：弱酸性阳离子交换剂，对水中阳

9、离子的选择顺序：H+Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+ NH4+ Na+ 从上述选择顺序来看，强酸性阳离子交换剂对H+的吸着力不强；而弱酸性阳离子交换剂则容易吸着H+。所以，实际应用中，用酸再生弱酸性阳离子交换剂比再生强酸性阳离子交换剂要容易得多。 (3) 强碱性阴离子交换剂，对水中阴离子的选择顺序：强碱性阴离子交换剂，对水中阴离子的选择顺序： SO42NO3ClOHFHCO3HSiO3 (4) 弱碱性阴离子交换剂，对水中阴离子的选择顺序：弱碱性阴离子交换剂，对水中阴离子的选择顺序： OH SO42NO3ClHCO3 从阴离子交换剂的选择性来看，用碱再生弱碱性阴离子交换剂比再生强碱性阴离子交

10、换剂容易。弱碱性阴离子交换剂对交换HCO3能力能力很差， 对HSiO3不能交换。因此，弱碱性阴离子交换剂用于除掉水中强酸根离子。 根据以上顺序可以看出，对于强酸性阳树脂，最先漏出的离子是Na+，对于强酸性阴树脂，最先漏出的是HSiO3，故一般通过监测钠离子和硅酸根的量来判断交换器失效终点。3HCO 6、根据锅炉水处理的要求选择离子交换树脂考虑因素 在采用离子交换法进行水处理时，其离子交换树脂的性能，对水处理过程有着决定性的影响。因此，通常要根据原水中离子的组成和处理后水质的要求，通过技术经济比较，合理地选择离子交换树脂，使树脂在生产中发挥最大的效能。根据锅炉水处理的要求，离子交换树脂的选择一般

11、从以下几方面进行考虑：树脂的交换容量和机械强度 交换容量越大，同体积的树脂所能交换的离子就越多，处理的水量相应地也就越大，要尽量选择交换容量大的树脂。在同一类型树脂选择时，不应单纯追求交换容量而忽视树脂的强度。 一般在同类型的阳离子交换树脂或阴离子交换树脂中，弱酸（碱）性阳（阴）离子交换树脂，比强酸（碱）性阳（阴）离子交换树脂的交换容量要大，可是机械强度一般却比较差。 对于同类型的树脂，交联度也影响交换容量，一般交联度小的树脂，交换容量大；交联度大的树脂，交换容量反而小。水处理设备的类型出水水质song51去除离子的性质 在离子交换水处理的过程中，根据原水中要去除的离子性质来选择树脂，既可以充

12、分利用树脂的性能，又可以使原水得到净化。A、当只需要去除水中交换吸附性能比较强的离子时，应当尽量选用弱酸性或弱碱性树脂。 例如：对原水进行软化处理时，如果原水中的碳酸盐硬度大（特别是碱性水），则选择弱酸型树脂进行软化处理就要经济得多。 因为：无论是强酸性树脂，还是弱酸性树脂，对原水中交换吸附性能强的阳离子（如Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+）都有比较强的交换能力，而从选择性顺序可以看出，当用酸再生阳离子交换树脂时，以再生弱酸性树脂最为容易，也最为经济。在生产中，甚至可以用再生强酸性树脂后的废酸来再生弱酸性树脂。B、当必须去除水中吸附性能比较弱的阳离子（如K+、Na+）或阴离子（如HCO3

13、、HSiO3-）时，用弱酸性或弱碱性树脂就很困难，甚至不可能进行交换反应，此时必须选用强酸性或强碱性树脂。 C、在处理高硬度或高盐分的原水时，在用强酸性树脂进行处理之前先进行弱酸型树脂处理，而在用强碱性树脂进行处理之前先进行弱碱型树脂处理，这在生产中是合理的，也是经济的。song526、常用离子交换树脂离子交换树脂选用的离子交换树脂主要有:强酸阳离子交换树脂0017 、0017FC、0017MB ;强碱阴离子交换树脂2017 、2017FC、2017MB ;弱酸阳离子交换树脂D113 、D113FC ;弱碱阴离子交换树脂D301 、D301FC;大孔强酸阳离子交换树脂D001 ;大孔强碱阴离子

14、交换树脂D201 ;多用于高速混床的国外进口树脂Amberlite252H、Amberlite900SO4 、Dowex650C、Dowex550A 。song53第四节、离子交换树脂被污染的原因第四节、离子交换树脂被污染的原因 预防措施及再生方法预防措施及再生方法song541、离子交换树脂的预处理、离子交换树脂的预处理新的离子交换树脂为什么要预处理：（1）工业产品的树脂中，常含有一些过剩剂及反应不完全而生成的低聚物和某些重金属离子，如在使用前不除去这些物质，就可能在使用初期污染出水质量。（2）为贮存和运输安全方便，生产厂家都把强型树脂转变成（盐）型。例如，强酸性树脂转变成（Na）型，强碱性

15、阴树脂转变成（Cl）型。对弱型树脂大多（保持H或OH）型。在使用前应进行转型处理：阳树脂转型为H+,阴树脂转型为OH-。（3）新树脂在储存、运输中可能导致树脂失水、破碎。如果把已经失水干燥的树脂直接进到水里，会导致树脂过度膨胀而开裂。 经预处理后，可以提高树脂的稳定性，预处理工作一般在交换器内进行，树脂预处理的程序如下所述：钠离子交换树脂：如果离子交换树脂没有失水，先反洗水，再正冲洗至硬度合格即可。 注意：新的阳树脂出厂由H+转型为Na+，如果转型不彻底，很有可能有H+型存在，出水有可能是酸性。如出水pH值7，可以用盐再生一次。阳离子交换树脂： 饱和盐水浸泡1020小时清洗24%NaOH浸泡4

16、8小时清洗5%盐酸浸泡48小时清洗待用。阴离子交换树脂： 饱和盐水浸泡1820小时清洗5%盐酸浸泡48小时清洗24%NaOH浸泡48小时清洗待用。song552、离子交换树脂被污染的原因、预防措施及再生方法、离子交换树脂被污染的原因、预防措施及再生方法 离子交换树脂具有化学稳定性好、机械强度高、交换能力大等优点，因而在锅炉用水处理及除盐水、纯净水的生产中得到了广泛的应用。但在使用过程中，常出现清洗水不断增加，出水水质差，周期性制水量不断下降，颜色变深，树脂交换容量不断下降等现象。根据以上现象，可认定为树脂受到污染。如果不及时采取合理措施使其再生，就会造成树脂失效，甚至报废，影响正常生产。树脂的

17、污染离子交换树脂在使用过程中，由于有害杂质的浸入，使树脂的性能明显变坏的现象，称为树脂的污染。树脂的“中毒”树脂的结构无变化，仅仅是树脂内部的交换孔道被杂质堵塞或表面被覆盖、或交换基团被占用，致使树脂的交换容量明显降低、再生困难，这种现象称为树脂的“中毒”。树脂的“复苏”通过适当的处理可以恢复树脂交换能力的处理过程，称为树脂的“复苏”。树脂的“老化”树脂的结构遭到破坏，交换基团降解或交联结构断裂，树脂的这种污染一般是无法进行复苏的，是一种不可逆转的污染，所以又称为树脂的“老化”。 。 下面介绍树脂的常见的几种污染及复苏方法：song561. 铁污染（1）污染原因 铁污染是离子交换树脂最常见的污

18、染。铁可以通过不同的途径进入离子交换装置。例如，水源是含铁地下水或被铁污染的地表水，进水管道或交换器被腐蚀产生铁化物，再生剂中含有铁杂质等。 铁污染一般有两种情况：最常见的是以胶态或悬浮铁化物形式进入交换器，由于树脂的吸附作用，在其表面形成一层铁化物的覆盖层，而阻止水中的离子与树脂进行有效的接触；另一是以亚铁离子进入交换器，与树脂进行交换反应，使Fe2+占据在交换位置上，Fe2+离子容易被氧化成高价铁化合物，沉积在树脂内部，堵塞了交换孔道。如果铁化物在树脂上附着时间愈长，就愈难以去除。 铁对强碱性阴树脂也同样会产生污染。这是由于水中含有大分子有机物时，容易与铁形成螯合物，即所谓有机铁，它可以与

19、阴树脂进行交换反应，集结在交换基团的位置上，堵塞了树脂的交换孔道，使工作交换容量和再生交换容量下降，并增加树脂破损的可能性。 在某种情况下，强碱性阴树脂的铁污染要比阳树脂严重。例如在化学除盐系统中，阳树脂是用酸来再生的，这就起到了复苏作用。而阴树脂就没有这样的条件，所以铁污染就愈来愈严重。song57（2） 铁污染鉴别方法 被铁污染的树脂从外观上看，颜色明显变深，甚至呈黑色。准确的鉴别方法是测定水中的含铁量，其操作方法是将污染树脂用清水洗净，浸泡在食盐水中再生半小时左右，倾去盐水，再用蒸馏水洗涤23次，从中取出一部分树脂放入试管或玻璃瓶中，加入2倍于树脂体积的6mol/L盐酸，盖严振荡15分钟

20、；取出酸液注入另一试管中，滴入饱和的亚铁氰化钾溶液，从试液生成普鲁士蓝的颜色深浅（由淡蓝至棕黑色），可以判断树脂被铁污染的程度。必须指出，铁污染仅仅降低了树脂的工作交换容量，而对全交换容量几乎没有影响。所以只用测定树脂的交换容量方法，是不能准确鉴别这种污染，因为在用此法测定中用过量食盐溶液再生时，铁已被解吸，树脂的交换容量一部分已得到恢复。（3）复苏方法 树脂表面附着的铁化物，可采用连二亚硫酸钠Na2S2O4还原法，即用4%的Na2S2O4溶液浸泡412小时，也可以配合EDTA、三乙酸铵和酒石酸等络合剂进行综合处理。树脂内部积结的铁可用10%的盐酸浸泡512小时，或配合其它络合剂协同处理。在处

21、理过程中可辅以吹气、超声波及磁场等。强碱性阴树脂用酸复苏前必须转变成氯型，这不仅是避免浪费酸量，更为重要的是防止在交换器内发生中和反应时放热而损坏树脂。但弱碱性树脂无此问题。（4）预防措施 加强水处理设备的防腐工作，避免铁的腐蚀产物进入交换器内。尤其是食盐或酸的再生设备极易发生腐蚀，也是树脂被铁污染的主要途径，因此必须采取有效的防腐措施。含铁地下水不能直接进入交换器，必须进行除铁处理。以自来水为水源时，因流经较长的管线，也会携带一些铁的腐蚀产物，所以应设置过滤器。碱再生剂一定要纯净。song582、铝、钙污染（1）铝污染 天然水中铝的含量极微，如果应用铝盐进行水的混凝处理时，因沉淀或过滤效果不

22、好而进入交换器内的铝化物絮凝体容易覆盖在树脂的表面，使离子交换过程受到限制。如果铝以离子形式进入交换器时，由于Al3+与树脂的交换基团有很强地吸附能力，被紧紧地固定在交换位置上，用食盐溶液再生则难以去除。因此，树脂的交换位置就会不断减少，工作交换容量也随之下降。（2）钙污染 阳离子交换树脂用硫酸再生时，就有可能产生硫酸钙的污染。因硫酸再生时，水中的SO42-和Ca2+的离子积几乎超过硫酸钙的溶度积，即Ca2+S042-Ksp。但在交换器的正常操作条件下，如一定的再生剂的浓度、温度和流速的限制，可以产生过饱和现象；然而，当这些条件发生变化时，就有可能产生硫酸钙的沉淀，覆盖在树脂表面上。当再生完毕

23、后，投入运行时，这些沉积物便不断地发生溶解，产生Ca2+和S042-过早泄漏。这种污染称为硫酸钙污染。此外，石灰软化处理系统或用硬水配制再生剂时，树脂还容易受到碳酸钙的污染。（3）复苏方法 通常用10%的盐酸配合络合剂对污染树脂进行反洗。盐酸用量可按每升树脂加300克浓盐酸（浓度为33%）计。当树脂污染严重时，可将盐酸用量增加到500克/升树脂。song593、 油污染（1）原因及危害 润滑油、脂类及蛋白质等有机物，经常存在于地表水中。在水处理系统中由于设备不严密也会渗入一些油脂。这种水进入交换器对阳树脂会产生污染。油脂在树脂表面形成一层油膜，严重影响树脂的交换功能，降低交换容量，并使树脂粘结

24、在一起，导致树脂层水流不均匀，产生偏流和使出水水质变差。另外由于树脂表面存在油膜，使树脂的浮力增大，造成反洗流失。（2）鉴别方法 油脂污染的现象是树脂的颜色由棕变黑，类似于铁污染，所以从外观上不易辨清。简易的鉴别方法是将树脂放入试管中，注入2倍于树脂体积的水，经激烈振荡后，观察水面是否出现“彩虹”（油珠反射形成的光谱）来判断。（3）复苏方法 用58%的NaOH溶液，或与Na2CO3的混合液，对交换器内的树脂进行循环式反洗。如果将清洗液的温度提高到40或辅以压缩空气擦洗则更为有效。必须指出，在碱洗除油前须将树脂转变为Na型，以免在树脂表面生成Mg(OH)2或CaCO3沉淀，造成第二次污染。son

25、g604、硅污染（1）污染原因 阴离子交换树脂容易产生硅污染，造成这种污染的原因是由于阴离子交换器再生过程控制不好，致使强碱性阴树脂吸着的可溶性硅化物HSiO3-水解成为硅酸，逐渐聚合成胶体状态的硅化物。 HSiO3- + H20 - H2SiO3 + OH- nH2SiO3 - SiO2n + nH2O 这些胶态化合物，堵塞了树脂内的交换孔道，使其交换容量降低。 使用强碱性阴树脂的再生废液去再生弱碱性阴树脂时，也可能使弱碱性阴树脂遭到类似的污染。（2）污染现象 阴离子交换器除硅效率降低，在运行时有不断地漏硅现象。（3）复苏方法 用58%NaOH溶液，在5060条件下，对阴树脂进行再生。son

26、g615、 有机物污染（1）污染原因 由于水中的有机物是由生物肢体腐败后产生的富里酸、腐植酸和丹宁酸等带负电基团的线型大分子，它们和水中的阴离子一样，能与强碱性阴树脂发生交换反应。所不同的是这些线型的大分子一旦进入树脂内部，其带负电的基团与阴树脂带正电的固定基团发生电性复合作用，紧紧地吸附在交换位置上；另外这些线型有机物上通常带有多个基团，与树脂的多处交换位置复合，致使它们卷曲在树脂内骨架的空间，采用一般的再生方法难以将它们从树脂的孔道中退出来，这种现象称为“瓶颈效应”。因此产生不可逆转的有机物污染。 强酸性阳树脂很少发生有机物污染，而阳树脂被氧化而降解的产物二乙烯苯以及阳树脂机械破碎形成带负

27、电基团的胶状物，可以使阴树脂受到污染。（2）污染现象 污染树脂的有机物，大多带有羧酸基-COO-等弱酸基团，阴树脂用碱(NaOH)再生时，就生成钠盐-COONa，当清洗再生后的树脂时，这种强碱弱酸盐就不断地发生水解而释放Na+离子。 -COONa + H2O -COOH + Na+ + OH-结果，使清洗水耗逐渐增多，运行时出水电导率增加，pH值降低至5.45.7，提早漏硅，交换容量急剧下降。 （3）鉴别方法 将阴树脂装入带塞而留有气孔的小玻璃瓶中，加入蒸馏水振荡，连续洗涤34次，以去除表面的附着物，最后倒尽洗涤水。换装10%食盐水，振荡510分钟后，观察盐水的颜色，按色泽判别污染程度见右表3

28、-4。song62（4）复苏方法 有机物污染的阴树脂常用处理方法见下表3-5。song63 实践证明，用氯化钠和氢氧化钠混合溶液处理被有机物污染的树脂，效果较好。用次氯酸钠处理，对恢复树脂的颜色和交换容量有较显著的效果，但它对树脂有较强的氧化作用，所以一种树脂只能处理12次。并且在处理过程中，要对浓度、温度及处理时间要严加控制。 由于氯化钠和氢氧化钠混合配制的溶液会生成大量氢氧化镁的沉淀，所以用此法处理后应再用盐酸进行处理。对于有机物污染轻微的树脂，用氯化钠和氢氧化钠处理时，树脂容易漂浮在处理液的上层，影响处理效果，操作时应加注意。 定期用氯化钠溶液或氯化钠和氢氧化钠混合溶液处理被有机物污染的

29、树脂，可延长树脂的使用寿命。树脂处理的间隔时间参见表3-6。song646、 微生物污染（1）污染原因 离子交换树脂有助长微生物生长的作用，所以树脂较长时间停用时，微生物就能大量繁殖。另外，树脂在使用过程中截留和浓缩了某些有机物、氨和硝酸盐等，为微生物生长活动提供了营养。这种污染会使树脂层的孔隙减小，水流阻力增大，甚至堵塞排水管道，使出水受到严重污染。（2）鉴别方法 树脂的流动性变差，表面有发霉现象，用手触摸时有发粘的感觉。（3）复苏方法 用数倍于树脂体积的1%甲醛溶液，先以慢流速通过，再用1倍体积保持接触48小时，然后按正常操作清洗。还可用5%次氯酸钠溶液浸泡盐型树脂1.5小时，最后彻底洗净

30、使用。但此法对树脂有破坏作用，唯不得已时才使用。7、 活性余氯污染（1）污染原因 自来水中残留的余氯是造成强酸性阳树脂结构破坏的主要原因。（2）污染现象 树脂的外观颜色变浅，透明度增加，体积增大，强度降低，易破碎。但树脂的全交换容量并没有降低。（3）危害 这种污染是不可逆转的，由于树脂大量破碎，树脂层的阻力增大，出水水质变差。阳树脂的溶出物进入锅炉后，使炉水的耗氧量增加,分解产生酸腐蚀。如果与强碱性阴树脂组成除盐系统时，还容易污染阴树脂。所以，被活性余氯污染严重的树脂，就将要全部报废。（4）预防措施 在阳床前设置活性炭过滤器，或向自来水中投加亚硫酸钠。song65第五节、离子交换器及运行操作一

31、、设备分类及工作原理一、设备分类及工作原理 火力发电厂水处理中应用最广泛的是固定床离子交换器。 所谓固定床是指交换剂在一个容器内先后完成制水、再生等过程的设备。 习惯上，将离子交换器称为床。直径较小的则称为交换柱。 固定床离子交换器按水和再生液的流动方向分为：顺流再生式、对流再生式（包括逆流再生和浮床式）和分流再生式； 按交换器内树脂种类和状态分为：单层床、双层床、双室双层床、满室床及混合床； 按设备的功能有分为：阳离子交换器（包括钠离子交换器和氢离子交换器）、阴离子交换器和混合离子交换器。 本节主要介绍常用化学除盐设备的基本原理、工作过程和工艺特点。song67二、常用的床型分类：三、根据设

32、计条件进行技术经济比较后选定床型：1、需经常间歇运行或供水量不稳定的场合不宜采用浮动床或移动床。2、在采用强酸、强碱性树脂的一级复床除盐系统中。（1）顺流再生固定床： 当进水含盐量小于150毫克/升(约相当予总阳离子含量小于2毫克当量/升、或总阴离子含量1毫克当量/升)时，单组设备的产水量可不受限制。 （2）浮动床和移动床： 适用于进水含盐量150300毫克/升(相当于总阳离子含量24毫克当量/升或总阴离子含量12.5毫克当量/升)，及单组设备产水量大于100米3/时。当单组设备产水量小于100米3/时(大于30米3/时)时，允许进水含盐量小于500毫克/升。 （3）逆流再生固定床： 在进水含

33、盐量150500毫克/升(相当于总阳离子含量27毫克当量/升或总阴离子含量14毫克当量/升)的范围内，单组设备产水量不受限制。 4、弱酸、弱碱树脂一般选用顺流再生的离子交换设备。 5、有下列情况之一时上述条件应另作分析比较。 1)一级复床除盐系统用弱、强树脂串联运行，或采用双层床、双室双层浮动床。 2)一级复床除盐系统不采用二床三塔式(阳床一除二氧化碳器一阴床)系统。 3)一级钠离子交换剂用磺化煤。 4)有预软化或预脱盐的水处理系统，如采用电渗析一离子交换、反渗透一离子交换联合水处理工艺等。3、在装填强酸性树脂的一级钠离子交换软化水系统中，有关床型的适用进水水质条件大致如下： (1)顺流再生式

34、固定床。 当进水总硬度小于4毫克当量/升时，单组设备产水量不受限制。当进水总硬度为47毫克当量/升时，单组设备产水量应小于30米3/时。 (2)浮动床、移动床： 适用于进水总硬度小于9毫克当量/升以及单组设备产水量大的(大于30米3/时)场合。 (3)逆流再生固定床： 在进水总硬度710毫克当量/升的范围内，单组设备产水量不受限制。 song70水垫层压脂层交换层石英砂垫层四、逆流再生离子交换器四、逆流再生离子交换器1、逆流再生离子交换器结构、逆流再生离子交换器结构12345697810中排装置进水装置1、顶压阀； 2、放空阀； 3、小反洗阀；4、中间排水阀；5、大反洗阀； 6、进再生剂阀7、

35、出水阀； 8、底下排水阀；9、进水阀；10、顶上排水阀song71（1）进水装置a-大喷头式；b-漏斗式；c-多孔板拧排水帽式；d-十字管式要求：布水均匀，减少对水垫层的扰动a.大喷头式：形式：多孔管外包滤网和开细缝隙。材料：不锈钢或工程塑料。b.漏斗式 优点：结构简单；缺点：易偏流。c.多孔板拧排水帽式 优点：布水均匀；缺点：构造复杂。d.十字管式形式：十字管开孔外包滤网和管壁开细缝隙。材料：不锈钢或工程塑料。song72（2）中间排液装置： 要求： 能均匀排出再生液，防止树脂乱层或流失；有足够的强度；水平状态。常用中排装置：图图7-9 常用中排装置常用中排装置（a）母管支管式；（b）插入式

36、；（c）支管式a、母管支管式： 常用形式。母管与支管可处于同一平面，也可不同平面（如母管在上、下）。为防止树脂流失，支管可开细缝或多孔管外包滤网（内18目，外4060目）。b、插入管式 插入树脂层的支管长度与压脂层厚度相同。c、支管式 一般用于小直径的交换器d、材料：一般采用316不锈钢song73（3）底部排水装置图图7-5 常用的底部排水装置常用的底部排水装置a-多孔板装排水帽式；b-石英砂垫层式a、多孔板装排水帽式 与进水装置中的多孔板拧排水帽式相同。一般用在1000mm以下交换器水帽材料：工程塑料 聚氯乙烯 聚丙烯b、石英砂垫层式优点：布水均匀。 支撑石英砂垫层的是穹形多孔板。 要求：

37、SiO299% 推荐石英砂垫层的级配与层高见下表：song75(4)水垫层树脂表面到出水装置间的反洗空间。作用 : 保证树脂层反洗时有膨胀的余地； 防止反洗时小颗粒树脂被带出； 防止进水直冲树脂层（缓冲作用：作为床层体积变化的缓冲高度； 可使水流或再生液分配均匀）水垫层高度：树脂层高的50%100%。(5)压脂层作用： 运行中：滤掉水中悬浮物及浊质，防止污染树脂层； 再生中：当顶压空气（或水）通过时，可产生一个均匀地作用于下面树脂的力，防止树脂向上移动或松动的作用。材料：与下面树脂层相同的树脂。高度：中排上0.2m。(6)树脂层高度：一般1500mm, h （ +500）（7）视镜孔 在压脂层

38、上面song762、逆流再生离子交换器的再生操作逆流再生离子交换器的再生操作 逆流再生床与顺流再生床的运行操作没有区别，其再生操作因防止乱层的方法不同而异。如图所示（气顶压法）说明再生操作。(a)小反洗；(b)放水；(c)顶压；(d)进再生液；(e)逆流冲洗；(f)小正洗；（g）正洗（1）小反洗（见图a）目的：保持树脂层不乱，冲掉运行时积聚在压脂层中的污物。对象：只对中排管以上的压脂层进行反洗。用水：离子交换器入口水。流速：10 15m/s,按压脂层膨胀50%60%控制。目标：出水澄清，一般1520min。song77（2）放水（见图b）时机：小反洗结束，树脂层下沉后。放水量：中排装置以上的水

39、。（3）顶压（见图c） 气顶压、水顶压和无顶压目的：防止乱层。位置：顶部进入压缩空气。气压：0.030.05MPa。要求：压缩空气应经除油净化。（4）进再生液（见图d）在顶压的情况下，再生液由交换器的下部进入，中排装置排出废液及气。再生时应注意再生液的浓度和流速。（：35m/s,阳床h45min，阴床h60min ）,注意：配制再生液用水为：氢离子交换器用除盐水或其出水，阴离子交换器用除盐水。再生液酸的质量分数（如盐酸）再生液酸的质量分数（如盐酸）2%左右，碱（如烧碱）左右，碱（如烧碱）3%左右左右（5）逆流置换（见图e）目的：充分利用再生管路、系统内的再生液；清除床层内的反离子。方法：关闭计

40、量箱的出口门，按原再生液的流速、流程继续用水置换。终点控制：如果是强酸性阳离子交换树脂的交换器，排出水酸度应小于终点控制：如果是强酸性阳离子交换树脂的交换器，排出水酸度应小于5mmol/L，含，含钠小于钠小于200g/L。如果是强碱性阴离子交换树脂的交换器，排出水的电导率小于。如果是强碱性阴离子交换树脂的交换器，排出水的电导率小于15S/cm，或是碱度，或是碱度c(Bx-)小于小于0.5mmol/L时间：3040min。用水量：1.52.0倍树脂体积。注意：置换结束时，先关进水阀，在停顶压，防止乱层。 song78（6）小正洗（见图f）目的：清除压脂层中残留的再生液。方法：上部进水，中排排液。

41、时间：1015min。流速：810m/h。用水：运行进水。（7）正洗（见图g）目的：进一步清除树脂层中的离子。方法：上部进水，下部排水。终点：阳离子交换器出水钠离子浓度稳定并小于阳离子交换器出水钠离子浓度稳定并小于200 g/L，阴离子交换器出水电导率，阴离子交换器出水电导率小于小于10 S/cm，硅（以，硅（以SiO2计计)小于小于100 g/L为止。为止。（8）大反洗 交换器经过15 20周期运行后，（阴床可以25 30周期），也可以根据下部树脂积污程度，如再生剂比耗上升或者出水水质下降来确定定期进行大反洗的间隔时间，大反洗后再生剂量比平时增加20%30%，反洗流速由小到大，防止中排损坏。

42、3、无顶压逆流再生气顶压和水顶压再生作用：保持树脂层稳定；缺点：需增加系统和设备。无顶压逆流再生方式：交换器顶部对空排气打开，压脂层内及上部积水全部排空。关键：控制好流速：（：2m/s）流速快易引起乱层。阳床：正洗至出水： 硬度0molL， 酸度原水中Cl+SO42-+O.2mmolL， Na+500gL时 阴床：正洗至出水：HSi03-100gL， 碱度Al3+Ca2+Mg2+K+NH4+Na+H+song118（2）、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

43、状况如图53所示。(a) (b)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79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。song119 阳床未失效时： 阴床的出水特性如上图（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。阴床出水特性(

44、a)阳床未失效时 (b)阳床失效时强碱性阴离子交换剂，对水中阴离子的选择顺序：强碱性阴离子交换剂，对水中阴离子的选择顺序： SO42NO3ClOHFHCO3HSiO3song120阳床失效时： 阴床的出水特性如上图（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。 阴床失效的监督最好用SiO2 含量和电导率来判断，当然用出水pH值也可以进行分析判断。强碱性阴树脂的除硅特性 强碱性OH型交换剂可以用来和水中各种阴离子进行交换，它对各种阴离子的选择性为： SO42NO3ClOHFHCO3HSiO3 由

45、此可知，它对于强酸阴离子的吸着能力很强，对于弱酸阴离子则吸着能力较小。对于很弱的硅酸，它虽然能吸着其HSi03-但吸着能力很差。 ROH+NaHSi03 RHSi03+NaOH 此时，由于出中有大量的反离子OH，交换反应不彻底，所以除硅的作用往往不完全。现在普遍采用的办法是先将水通过强酸性H型交换剂，使水中各种盐类都转变为相应的酸，也就是降低水的pH值。这样，在用强碱性OH型交换剂处理时，由于交换产物中有电离度非制小的H2O，就可防止水中OH-干扰song121用强碱性阴树脂进行除硅的特点，有以下几方面：(1)对再生剂的要求:再生剂必须是强碱性,纯度高(2)对进水pH值的要求：进水pH值较低(

46、3)对进水中Na+含量的要求：H型漏Na+现象时，则通过阴离子交换器显碱性(4)对进水中各种阴离子含量的要求：进水中含有H2CO3时，则由于HCO3-的吸着性能和HSiO3-的相似(5)进水硅酸含量和出水残留硅酸含量：对强碱性阴树脂除硅交换容量的影响（6）再生程度、再生剂的温度；此外，再生程度、水流速度对强碱性阴树脂除硅也有一定影响。song1223、混床工作特性 混床的除盐原理:在同一个交换器中，将阴、阳离子交换树脂按照一定的体积比在同一个交换器中，将阴、阳离子交换树脂按照一定的体积比例进行填装，在均匀混合状态下，进行阴、阳离子交换，从而除去水中的盐分，称为例进行填装，在均匀混合状态下，进行

47、阴、阳离子交换，从而除去水中的盐分，称为混合床除盐处理。混合床除盐处理。 混合床的阴、阳离子交换树脂在交换过程中，由于是处于均匀混合状态，交错排混合床的阴、阳离子交换树脂在交换过程中，由于是处于均匀混合状态，交错排列，互相接触，可以看做是由许许多多的阴、阳离子交换树脂而组成的多级式复床，列，互相接触，可以看做是由许许多多的阴、阳离子交换树脂而组成的多级式复床，可相当于可相当于1000-2000级。因为是均匀混合，所以，阴、阳离子的交换反应几乎是同时进级。因为是均匀混合，所以，阴、阳离子的交换反应几乎是同时进行的，所产生的行的，所产生的H和和OH随即合成随即合成H2O，交换反应进行得很彻底，出水

48、水质好。阴、，交换反应进行得很彻底，出水水质好。阴、阳离子几乎全部除尽，出水电导率可达阳离子几乎全部除尽，出水电导率可达0.2 S/cm，SiO2可达可达20g/L。混合床的阳树。混合床的阳树脂用脂用RH表示，阴树脂用表示，阴树脂用ROH表示，其工作原理可用下列反应式表示：表示，其工作原理可用下列反应式表示： Ca2+ SO42 Ca SO4RHROHMg2+ Cl- =R Mg R Cl H2O Na+ HCO3- Na HCO3 K+ HSiO3- K HSiO3121212121212混合床中的树脂失效之后，应先将阴、阳树脂进行分离，然后分别进行再生。混合床中的树脂失效之后，应先将阴、阳

49、树脂进行分离，然后分别进行再生。混合床中阴、阳树脂的正确选择是确保出水水质和提高再生水平的关键，因此，混合床中阴、阳树脂的正确选择是确保出水水质和提高再生水平的关键，因此，树脂的选择应当遵循以下原则：树脂的选择应当遵循以下原则：（1）为了保证阴、阳树脂在再生时分层良好，就要有一定的相对密度差。要）为了保证阴、阳树脂在再生时分层良好，就要有一定的相对密度差。要求湿真相对密度阳树脂比阴树脂大求湿真相对密度阳树脂比阴树脂大15%-20%，至少不得小于，至少不得小于10%。（2）当出水水质要求高时，混合床中的树脂必须选用强酸性阳树脂和强碱性）当出水水质要求高时，混合床中的树脂必须选用强酸性阳树脂和强碱

50、性阴树脂相配合。如果用强酸性阳树脂和弱碱性阴树脂匹配，或是弱碱性阳树脂和阴树脂相配合。如果用强酸性阳树脂和弱碱性阴树脂匹配，或是弱碱性阳树脂和强碱性阴树脂相匹配时，则出水水质就会降低。强碱性阴树脂相匹配时，则出水水质就会降低。 （3）由于混合床的交换流速比较高，有时超过）由于混合床的交换流速比较高，有时超过50m/h，树脂的磨损较为严重，树脂的磨损较为严重，必须选用高强度和耐磨性能好的阴、阳树脂。特别是阳树脂，如果磨损破碎后，会必须选用高强度和耐磨性能好的阴、阳树脂。特别是阳树脂，如果磨损破碎后，会使树脂分层造成困难，也影响出水水质和周期制水量。使树脂分层造成困难，也影响出水水质和周期制水量。

51、混合床的除盐处理可以单独使用，例如用于处理回收的锅炉蒸汽凝结水等。但混合床的除盐处理可以单独使用，例如用于处理回收的锅炉蒸汽凝结水等。但在高参数的锅炉中，由于锅炉补给水的用量较大，水质要求又高，所以，往往作二在高参数的锅炉中，由于锅炉补给水的用量较大，水质要求又高，所以，往往作二级除盐使用，即在一级复床除盐系统的后面，串联混合床除盐处理，以进一步纯化级除盐使用，即在一级复床除盐系统的后面，串联混合床除盐处理，以进一步纯化水质。水质。混合床的阴、阳树脂分层不明显的主要原因有：混合床的阴、阳树脂分层不明显的主要原因有：（1）阴、阳树脂的密度相差太小，难以分离）阴、阳树脂的密度相差太小，难以分离（2

52、）反洗分层时的流速太低，树脂的膨胀高度不够；）反洗分层时的流速太低，树脂的膨胀高度不够；（3）阳树脂粉碎严重，密度减小，混杂在阴树脂里，难以分离；）阳树脂粉碎严重，密度减小，混杂在阴树脂里，难以分离；（4）与树脂的失效程度有关，失效程度大的，分层就容易，失效程度小的）与树脂的失效程度有关，失效程度大的，分层就容易，失效程度小的难以分层。难以分层。 这是由于在进行离子交换时，树脂吸附不同的离子之后，密度也各不相同，因这是由于在进行离子交换时，树脂吸附不同的离子之后，密度也各不相同，因此，沉降的速度也不相同。例如对于阳树脂，不同型的密度排列为：此，沉降的速度也不相同。例如对于阳树脂，不同型的密度排

53、列为：pHpNH4pCapNapKBa对于阴树脂不同型的密度排列为：对于阴树脂不同型的密度排列为：pOHpClpCO3pHCO3pNO3 SO42NO3ClHCO3 用弱碱性阴树脂处理水时，此水的pH值有一定的限制，一般只能在水的pH5molL 酸度酸度原水中原水中Cl+SO42-+O.2mmolL阴床的终点控制：出水化验：电导率、硅酸根（以阴床的终点控制：出水化验：电导率、硅酸根（以SiO2计）、碱度、计）、碱度、pH 终点：电导率终点：电导率5S/cm,硅酸根（以硅酸根（以SiO2计计)100g/L终点控制器控制：以电导率与制水量的乘积为信号的终点控制终点控制器控制：以电导率与制水量的乘积

54、为信号的终点控制5、阴床出水电导率始终较高原因：、阴床出水电导率始终较高原因：阴床经过再生后投入运行，但电导率始终较高，要使其降下来也比较难，发阴床经过再生后投入运行，但电导率始终较高，要使其降下来也比较难，发生此种情况的原因可能是：生此种情况的原因可能是：（1）阳床的出水）阳床的出水Na含量太高，当超过含量太高，当超过500g/L时，阴床出水电导率升高比较时，阴床出水电导率升高比较明显。明显。Na高，可能是阳床产生偏流泄漏高，可能是阳床产生偏流泄漏Na+，或是制水周期将结束，树脂将要失，或是制水周期将结束，树脂将要失效引起的。效引起的。（2）阴床前设有脱碳器的，要检查一下脱碳效率。有时可能由

55、于）阴床前设有脱碳器的，要检查一下脱碳效率。有时可能由于CO2未能去未能去除，水中除，水中HCO3含量高，增加了阴床的负荷，致使电导率升高。此外，还要检查含量高，增加了阴床的负荷，致使电导率升高。此外，还要检查一个周围的空气，是否受到污染，因为这些污染物质，可由鼓风机吸入溶于水中一个周围的空气，是否受到污染，因为这些污染物质，可由鼓风机吸入溶于水中。如是氨厂，有时大气中有可能含氨，当鼓风机吸入后，在除碳器中溶于水，因。如是氨厂，有时大气中有可能含氨，当鼓风机吸入后，在除碳器中溶于水，因而使水中而使水中NH4增加，以致影响阴床出水电导率的升高。增加，以致影响阴床出水电导率的升高。（3）阴床用）阴

56、床用NaOH再生后，没有置换好，或是正洗不彻底，再生后，没有置换好，或是正洗不彻底，Na+残留于阴树脂残留于阴树脂中，当制水时释放于水中，也会使出水的电导率升高。中，当制水时释放于水中，也会使出水的电导率升高。（4）由于疏忽，阴床混入了阳离子交换树脂，在阴床再生时，变成钠型树脂）由于疏忽，阴床混入了阳离子交换树脂，在阴床再生时，变成钠型树脂混杂在阴树脂中，而在制水时放出混杂在阴树脂中，而在制水时放出Na+，因此，阴床的出水电导率始终较高。，因此，阴床的出水电导率始终较高。其中以（其中以（2）法控制，比较合理也比较简单，但电导仪、硅酸根表要可靠。）法控制，比较合理也比较简单，但电导仪、硅酸根表要

57、可靠。此外，阳床的终点控制也有用此外，阳床的终点控制也有用pNa表示的，以控制表示的，以控制Na小于小于200 g/L；有的正；有的正在研制以电导率与制水量的乘积为信号的终点控制器。混合床还有以进出水的压差在研制以电导率与制水量的乘积为信号的终点控制器。混合床还有以进出水的压差来控制的，但是，压差与交换流速、树脂的性能有关，要根据具体情况通过试验确来控制的，但是，压差与交换流速、树脂的性能有关，要根据具体情况通过试验确定，当压差超过一定值时，即停止运行，进行再生处理。定，当压差超过一定值时，即停止运行，进行再生处理。6、阴床再生效率低的主要原因有：、阴床再生效率低的主要原因有：（1）再生时碱液

58、的温度比较低，黏度大，化学活动性能差，再生效果差。但）再生时碱液的温度比较低，黏度大，化学活动性能差，再生效果差。但是加温也要适中，加温过高会使阴树脂的交换基团分解，树脂也会变质失效。因此是加温也要适中，加温过高会使阴树脂的交换基团分解，树脂也会变质失效。因此，将碱加温的温度范围是：对强碱性阴树脂（，将碱加温的温度范围是：对强碱性阴树脂（I型）型）35-50，强碱性阴树脂（，强碱性阴树脂（型型）30-40；对于弱碱性阴树脂以；对于弱碱性阴树脂以25-30为宜。在上述温度下，最容易置换阴树脂为宜。在上述温度下，最容易置换阴树脂中的中的HSiO3-，并可提高阴树脂的工作交换容量，再生液温度每提高，

59、并可提高阴树脂的工作交换容量，再生液温度每提高1，工作交换，工作交换容量可以提高容量可以提高0.6%，去硅效果可提高，去硅效果可提高1.7%。（2）再生液中的杂质较多，如果碱液中）再生液中的杂质较多，如果碱液中NaCl、Na2CO3以及重金属等含量很高以及重金属等含量很高，也会使阴床的再生效率降低。有时候在贮存或运输的过程中，进入较多的铁质，也会使阴床的再生效率降低。有时候在贮存或运输的过程中，进入较多的铁质，会使阴树脂受到污染，也会使再生效率降低。会使阴树脂受到污染，也会使再生效率降低。（3）阴树脂的有机污染、聚合胶体硅的沉积等很难以再生来消除，因此再生）阴树脂的有机污染、聚合胶体硅的沉积等

60、很难以再生来消除，因此再生的效率低。的效率低。（4）再生时，碱液的浓度低，再生的流速过慢，都会降低再生效果。）再生时，碱液的浓度低，再生的流速过慢，都会降低再生效果。（5）阴树脂的化学稳定性较差，易受氧化剂的侵蚀，尤其是季铵型的强碱性）阴树脂的化学稳定性较差，易受氧化剂的侵蚀，尤其是季铵型的强碱性阴树脂的季铵被氧化为叔、仲、伯胺，使交换基团降解，碱性减弱，再生效果差。阴树脂的季铵被氧化为叔、仲、伯胺，使交换基团降解，碱性减弱，再生效果差。(二）、阳强除碳阴强混床阳强除碳阴强混床式二级除盐系统工艺1、适用范围：（1）进水总阳离子量小于10mmol/L,强酸性阴离子总量小于1.53.0mmol/L