第4章 水的离子交换处理

1、1. 离子交换树脂的结构及合成离子交换树脂的结构及合成 离子交换树脂是由离子交换树脂是由高聚物骨架和连结在骨架上的可交换基团高聚物骨架和连结在骨架上的可交换基团（简称功能（简称功能团）组成的。骨架具有庞大的空间网络结构，它是有许多低分子化合物（称团）组成的。骨架具有庞大的空间网络结构，它是有许多低分子化合物（称为单体）聚合而形成的不溶于水的高分了化合物，高分子链上有各种可交换为单体）聚合而形成的不溶于水的高分了化合物，高分子链上有各种可交换功能基团。根据单体的的种类树脂可分为苯乙烯系、丙烯酸系和酚醛系等。功能基团。根据单体的的种类树脂可分为苯乙烯系、丙烯酸系和酚醛系等。下面以苯乙烯系树酯为例讨

2、论。下面以苯乙烯系树酯为例讨论。苯乙烯系树脂的制备：苯乙烯系树脂的制备： 树脂制备过程可分为高分子聚合物骨架的制备和在高分子聚合物骨架上树脂制备过程可分为高分子聚合物骨架的制备和在高分子聚合物骨架上引入可交换的基团的两个反应阶段。苯乙烯系树脂是以苯乙烯和二乙烯苯为引入可交换的基团的两个反应阶段。苯乙烯系树脂是以苯乙烯和二乙烯苯为单体共聚而合成的高分子聚合物骨架。单体共聚而合成的高分子聚合物骨架。聚苯乙烯就是苯乙烯系树脂的高分子骨架，也称白球。聚苯乙烯就是苯乙烯系树脂的高分子骨架，也称白球。二乙烯苯在高聚物中起的是空间架桥作用二乙烯苯在高聚物中起的是空间架桥作用，使聚合物形成网状交联，聚合物，使

3、聚合物形成网状交联，聚合物中二乙烯苯的含量愈多，白球的网状结构就愈坚固。中二乙烯苯的含量愈多，白球的网状结构就愈坚固。我们通常把聚合物中二我们通常把聚合物中二乙烯苯的质量百分数叫做交联度。乙烯苯的质量百分数叫做交联度。如交联度为如交联度为7 7，就是指白球中二乙烯苯的，就是指白球中二乙烯苯的质量占质量占7%7%。白球制备出来以后，再将白球通过。白球制备出来以后，再将白球通过磺化反应、氯甲基反应和胺磺化反应、氯甲基反应和胺化反应，即可分别得到阴、阳离子交换树脂化反应，即可分别得到阴、阳离子交换树脂。下面就分别介绍。下面就分别介绍。二乙烯苯二乙烯苯苯乙烯苯乙烯CH=CHCH=CH2 2n nCHC

4、HCHCH2 2CHCHCHCH2 2 CH CH聚苯乙烯聚苯乙烯CHCHCHCH2 2 CH CH+ +过氧化苯甲酰过氧化苯甲酰CH=CHCH=CH2 2CH=CHCH=CH2 2mm苯乙烯树脂的制备苯乙烯树脂的制备苯乙烯阳树脂的制备苯乙烯阳树脂的制备磺化反应：磺化反应：CHCHCHCH2 2 CH CHCHCHCHCH2 2CHCH CH CH2 2SOSO3 3HHSOSO3 3HHCHCHCHCH2 2 CH CHCHCHCHCH2 2CHCH CH CH2 2+H+H2 2SOSO4 4 聚苯乙烯聚苯乙烯苯乙烯系磺酸型阳树脂苯乙烯系磺酸型阳树脂100100，AgAg2 2SOSO4

5、4聚苯乙烯聚苯乙烯高分子骨架高分子骨架的制备：的制备：苯乙烯阴树脂的制备苯乙烯阴树脂的制备氯甲基化反应氯甲基化反应：氨化反应：氨化反应：CHCHCHCH2 2氯球氯球 CH2CI三甲基胺三甲基胺+ (CH3)3 N CHCHCHCH2 2CI CH2N (CH3)3 苯乙烯季胺盐阴树脂苯乙烯季胺盐阴树脂 CH2CICHCHCHCH2 2聚苯乙烯聚苯乙烯+CH2OCH2CI氯甲醚氯甲醚CHCHCHCH2 2+CH3OH氯甲基聚苯乙烯（氯球）氯甲基聚苯乙烯（氯球）2 离子交换树脂的命名离子交换树脂的命名 离子交换树脂产品型号是根据国家标准离子交换树脂产品型号是根据国家标准GBl63179离子交换树

6、脂产离子交换树脂产品分类、命名及型号品分类、命名及型号而制定的。而制定的。 离子交换树脂的全名称由离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架（或基团）名称、基本名称分类名称、骨架（或基团）名称、基本名称依次排列组成。基本名称为离子交换树脂。大孔型树脂在全名称前加依次排列组成。基本名称为离子交换树脂。大孔型树脂在全名称前加“大孔大孔”两字。分类属酸性的，在基本名称前加两字。分类属酸性的，在基本名称前加“阳阳”字；分类属碱字；分类属碱性的，在基本名称前加性的，在基本名称前加“阴阴”字。字。 离子交换树脂产品的型号以三位阿拉伯数字组成。第一位数字代表产离子交换树脂产品的型号以三位阿拉伯数字组成。第一位数字

7、代表产品分类，第二位数字代表产品骨架组成，第三位数字为顺序号，品分类，第二位数字代表产品骨架组成，第三位数字为顺序号，用以用以区别功能基或交联剂的差异区别功能基或交联剂的差异。代号数字的意义见表。代号数字的意义见表3.5.1和和3.5.2 。代号代号0 01 12 23 34 45 56 6功能基功能基强酸性强酸性弱酸性弱酸性强碱性强碱性弱碱性螯合性螯合性两性两性氧化还原氧化还原表表3.5.1 3.5.1 分类代号分类代号表表3.5.1 3.5.1 骨架代号骨架代号代号代号0 01 12 23 34 45 56 6骨架类型骨架类型 苯乙烯系苯乙烯系 丙烯酸系丙烯酸系酚醛系酚醛系环氧系环氧系 乙

8、烯吡啶系乙烯吡啶系脲醛系脲醛系氯乙烯系氯乙烯系例如：例如：0010017 7( (凝胶型凝胶型) )苯乙烯系强酸阳离子交换树脂，交联度为苯乙烯系强酸阳离子交换树脂，交联度为7 7 。 1101104 4( (凝胶型凝胶型) )丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂，交联度为丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂，交联度为4 4。 D201D201大孔型苯乙稀系强碱性阴离子交换树脂。大孔型苯乙稀系强碱性阴离子交换树脂。3. 3. 离子交换树脂的特性离子交换树脂的特性 物理性能物理性能 ： (1)外观。外观。 (2)颗粒度。颗粒度。 (3)含水量。含水量。 (4)密度。密度。 1)湿真密度。湿真密度。 2)湿视密度。

9、湿视密度。 （3)机械强度。机械强度。 （5)耐热性。耐热性。化学性能：化学性能： (1)交换反应的可逆性交换反应的可逆性 (2)酸、碱性酸、碱性 (3)选择性。选择性。 (4)交换容量。交换容量。 1)全交换容量。全交换容量。 2)工作交换容量。工作交换容量。4、溶胀当将干的离子交换树脂浸入水中时，其体积变大，这种现象称为溶胀。 (1)溶剂：树脂在极性溶剂中的溶胀性比在非极性溶剂中的强。(2)交联度：交联度越高，溶胀能力越低。(3)活性基团：此基团愈易电离，树脂的溶胀性愈强。(4)交换容量：离子交换树脂的交换容量愈高，溶胀性愈强。(5)溶液浓度：电解质溶液浓度愈大，树脂的溶胀率就愈小。(6)

10、可交换离子的本质：可交换离子的水合离子半径愈大，其溶胀率愈大，故对于强酸和强碱性离子交换树脂，溶胀率大小的次序为： H+Na+NH4+K+Ag+ OH-HCO3-、CO32-SO42-Cl- 强酸性阳离子交换树脂由Na型变成H型，强碱性阴离子交换树脂由C1型变成OH型，其体积均增加约5。干真密度= g/ml湿真密度= g/ml湿视密度= g/ml 孔眼及缝隙）树脂的真体积（不包括干树脂质量湿树脂的真体积湿树脂质量湿树脂的堆积体积湿树脂质量图图3.6.2 3.6.2 树脂层交换层工作状况树脂层交换层工作状况 1 1失效层；失效层； 2 2工作层；工作层； 3 3尚未工作的树脂层尚未工作的树脂层工

11、作层的下一个区域是尚未工作的工作层的下一个区域是尚未工作的A A型树脂层，在离子交换进行过程中，这三层实际上无型树脂层，在离子交换进行过程中，这三层实际上无时不在变化，所以不可能找出明显的分界线，图中的分界线是为说明问题而大致划分的。时不在变化，所以不可能找出明显的分界线，图中的分界线是为说明问题而大致划分的。在交换过程中，工作层不断下移，当下移到交换柱底部最后一层时，此时出水中就有在交换过程中，工作层不断下移，当下移到交换柱底部最后一层时，此时出水中就有B B离离子，也就说子，也就说B B离子开始穿透，交换柱开始失效了。所以最后一层离子交换容量未能充分发离子开始穿透，交换柱开始失效了。所以最

12、后一层离子交换容量未能充分发挥，只起保证出水质量的作用，为保护层。挥，只起保证出水质量的作用，为保护层。如果保护层厚度大，则交换柱的工作交换容量就小；反之，交换柱的工作交换容量就大。如果保护层厚度大，则交换柱的工作交换容量就小；反之，交换柱的工作交换容量就大。在实际运行时，交换树脂分为几个区域，在实际运行时，交换树脂分为几个区域，上层全部转为上层全部转为B B型树脂，是失效层。型树脂，是失效层。失效层的下一个区域为工作层，失效层的下一个区域为工作层，水经过工作层时，离子交换反应就在这一层进行，水经过工作层时，离子交换反应就在这一层进行，在这一层中的树脂是在这一层中的树脂是A A型和型和B B型

13、的混合物，型的混合物，随着交换的进行，工作层树脂被随着交换的进行，工作层树脂被B B离子饱和，离子饱和，也就是说工作层变成了失效层，工作层又下移到也就是说工作层变成了失效层，工作层又下移到下一区域，下一区域， 可见交换柱中的工作层是自上而下可见交换柱中的工作层是自上而下不断移动的。不断移动的。图图3.6.23.6.2就是以就是以A A型树脂处理含型树脂处理含B B离子水离子水时，树脂交换层的工作状况。时，树脂交换层的工作状况。六、离子交换树脂的选择性顺序六、离子交换树脂的选择性顺序 在稀溶液中，强酸性阳离子交换树脂对常见阳离子的选择性顺序如下： Fe3+A13+Ca2+Mg2+K+ NH4+N

14、a+H+对于弱酸性阳树脂， 在稀溶液中，弱酸性阳离子交换树脂对常见阳离子的选择性顺序如下： H+Fe3+A13+Ca2+Mg2+K+Na+ 实际中只交换与HCO3-结合的Ca2+、Mg2+；强碱性阴离子交换树脂在稀酸溶液时的选择性顺序为： SO42-(+HSO4-) NO3-Cl- OH-HCO3-HSiO3- 弱碱性阴离子交换树脂在稀酸溶液时的选择性顺序为： OH-SO42-(+HSO4-) NO3-Cl- HCO3- 实际中只交换SO42-、 NO3-、Cl- 七、离子交换速度七、离子交换速度 1)水中Na+在水中扩散，到达树脂颗粒表面的边界水膜，如所示；2)Na+进入树脂颗粒内部的交联网

15、孔，并进行扩散，如所示；3)Na+与树脂内交换基团接触，并与交换基团上可交换的H+进行交换，如所示；4)被交换下来的H+在树脂颗粒内部交联网孔中向树脂表面扩散，如所示； 5)被交换下来的H+扩散通过树脂颗粒表面的边界水膜，进入水溶液中，如所示。八、影响阳离子交换速度的因素八、影响阳离子交换速度的因素(1)树脂交换基团：树脂交换基团的不同并不影响到交换速度。(2)树脂的交联度：树脂的交联度越大，网孔越小，则其颗粒内扩散越慢，交换速度就越慢。(3)树脂的颗粒：树脂颗粒越小，交换速度越快。但树脂颗粒太小会增大水流通过树脂层的阻力，且在反洗运行时容易流失。(4)溶液的浓度：溶液浓度是影响扩散速度的重要

16、因素，浓度越大，扩散速度越快。(5)水温：提高水温在2040，能同时加快内扩散和膜扩散。 (6)搅拌或提高流速。交换过程中的搅拌或提高水的流速，只能加快膜扩散，但不能影响内扩散。 (7)离子的本性：离子水合半径越大，内扩散越慢；离子电荷数越多，内扩散越慢。九、离子交换树脂的贮存九、离子交换树脂的贮存1、新树脂的贮存新树脂的贮存（1）防止树脂失水：防止树脂失水：新出厂的树脂尽可能的保存在10NaCl浓液中。（2）防止树脂受热、受冻：防止树脂受热、受冻：树脂贮存在温度540环境中。（3）防止污染：防止污染： 贮存时避免和铁容器、强氧化剂、油类和有机物接触，以防止污染和氧化降解。 此外，还应防止挤压

17、、磨察以防止破碎。2、旧树脂的贮存（使用中）旧树脂的贮存（使用中）（1）转型保管：转型保管：阳离子交换树脂应转为Na型，阴离子交换树脂应转为Cl型贮存。（2）湿法存放：湿法存放：在离子交换设备内，充满10NaCl水溶液。（3）防止霉变：防止霉变：必须定期换水或用水反冲洗，必要时也可用1.5的甲醛溶液浸泡。十、新树脂使用前的预处理十、新树脂使用前的预处理 进入一级除盐系统的水是经预处理、预脱盐的水，水中只含有少量进入一级除盐系统的水是经预处理、预脱盐的水，水中只含有少量的溶解性杂质。溶解性杂质包括阳离子、阴离子、少量胶体硅等。其中水的溶解性杂质。溶解性杂质包括阳离子、阴离子、少量胶体硅等。其中水

18、中的阳离子主要由中的阳离子主要由CaCa2 2+ +、MgMg2+2+、K K+ +、NaNa+ +和极少量的和极少量的AlAl3+3+、FeFe3+3+离离子组成，阴离子主要由子组成，阴离子主要由HCO3HCO3、SOSO4 42-2-、ClCl和少量的和少量的NONO3 3- -、HSiOHSiO3 3- -离子组成。离子组成。 当水通过强酸性当水通过强酸性HH型阳交换器时，水中所有的阳离子型阳交换器时，水中所有的阳离子都被强酸性都被强酸性HH型树脂吸收，活性基团上的型树脂吸收，活性基团上的HH+ +被置换到水中，被置换到水中，与水中的阴离子组合生与水中的阴离子组合生 成酸。其反应式：成酸

19、。其反应式：1. 阳离子交换阳离子交换器器1/2Ca 1/2SO1/2Ca 1/2SO4 4 1/2Ca 1/2H 1/2Ca 1/2H2 2SOSO4 4 1/2Mg NO1/2Mg NO3 3 + RH R 1/2Mg + HNO + RH R 1/2Mg + HNO3 3 CI HCI CI HCINaNa HCOHCO3 3 Na 1/2H Na 1/2H2 2COCO3 3 强酸性阳离子交换树脂交换反应：强酸性阳离子交换树脂交换反应：阳离子交换器的出水是酸性水。阳离子交换器的出水是酸性水。但当交换器运行失效时，其出水中就会有但当交换器运行失效时，其出水中就会有其它阳离子的泄漏，而在诸

20、多的阳离子中，首先漏出的阳离子是其它阳离子的泄漏，而在诸多的阳离子中，首先漏出的阳离子是Na+，故，故习惯上称之为习惯上称之为漏钠漏钠。当出水中的当出水中的Na+超过一个给定的极限值时，阳离子交换器被超过一个给定的极限值时，阳离子交换器被判失效，需停运再生后才能投入运行。判失效，需停运再生后才能投入运行。为什么阳交换器失效时，首先发生漏钠，而不是漏为什么阳交换器失效时，首先发生漏钠，而不是漏Ca2+或或Mg2+离子？离子？这是因为水这是因为水中各种阳离子与树脂中中各种阳离子与树脂中H+发生交换反应时，因树脂对各种阳离子的吸收有选择性，发生交换反应时，因树脂对各种阳离子的吸收有选择性，故被树脂吸

21、收的离子在交换器内有分层现象，根据树脂对被吸收离子的选择性顺故被树脂吸收的离子在交换器内有分层现象，根据树脂对被吸收离子的选择性顺序，最上层是最易被吸收的序，最上层是最易被吸收的Ca2+，次层以，次层以Mg2+为主，下层就是为主，下层就是Na+。强酸性阳树脂。强酸性阳树脂的选择性顺序为：的选择性顺序为：Fe3+A13+Ca2+Mg2+K+NH4+Na+ 排水装置排水装置压脂层压脂层200mm进水装置进水装置反洗空间反洗空间中间排液装置中间排液装置树脂层树脂层1600mm逆流再生阳离子交换器结构图逆流再生阳离子交换器结构图进水装置的作用进水装置的作用是均匀分布进水于是均匀分布进水于交换器的过水断

22、面上。另一个作用交换器的过水断面上。另一个作用是均匀收集反洗排水是均匀收集反洗排水。排水装置的作用排水装置的作用是均匀收集处理好是均匀收集处理好的水；另一个作用是均匀分配反洗的水；另一个作用是均匀分配反洗进水。进水。中间排液装置的作用中间排液装置的作用：中间排液装：中间排液装置对逆流再生离子交换器运行效果置对逆流再生离子交换器运行效果有较大影响，其作用是均匀排出再有较大影响，其作用是均匀排出再生液，防止树脂乱层、流失外，还生液，防止树脂乱层、流失外，还应有足够的强度，安装时应保证在应有足够的强度，安装时应保证在交换器内呈水平状态，交换器内呈水平状态，2. 阳离子交换器（阳床）阳离子交换器（阳床

23、）压脂层的作用压脂层的作用过滤掉水中的悬浮物过滤掉水中的悬浮物及机械杂质；使进水通过压脂层均及机械杂质；使进水通过压脂层均匀作用于树脂层表面；防止树脂在匀作用于树脂层表面；防止树脂在逆流再生中乱层。逆流再生中乱层。 图图3.7.2 3.7.2 交换器中离子分布情况交换器中离子分布情况 (a)(a)开始进水时开始进水时 (b)(b)交换器失效时交换器失效时当交换器不断进水，随离子交换的不断进行，由于当交换器不断进水，随离子交换的不断进行，由于水中的水中的CaCa2+2+比比MgMg2+2+、NaNa2+2+与树脂的亲合力更大，更与树脂的亲合力更大，更易被树脂吸收，所以水中的易被树脂吸收，所以水中

24、的CaCa2+2+离子可和已吸收了离子可和已吸收了MgMg2+2+的树脂进行交换反应，使的树脂进行交换反应，使CaCa型树脂层向下扩展，型树脂层向下扩展，而被置换下来的而被置换下来的MgMg2+2+一起与一起与NaNa+ +型树脂发生交换，型树脂发生交换，使使MgMg2+2+型树脂层下移而型树脂层下移而NaNa+ +的交换区域也逐渐下移。的交换区域也逐渐下移。在运行过程中，这三层不同型态的交换剂的高度在在运行过程中，这三层不同型态的交换剂的高度在不断地向下扩展，如图不断地向下扩展，如图3.7.23.7.2所示。所示。阳床整个制水周期阳床整个制水周期( (运行开始到交换器失效这段时间运行开始到交

25、换器失效这段时间) )中中电导率、钠离子浓度、酸度变化可用图电导率、钠离子浓度、酸度变化可用图3.7.33.7.3表示。表示。开始通水正洗时随水的不断通入，水质越来越好。因开始通水正洗时随水的不断通入，水质越来越好。因而电导率、酸度、钠离子快速下降（而电导率、酸度、钠离子快速下降（a a点前）。在点前）。在abab为为稳定制水过程，稳定制水过程，b b点后树脂开始失效。此时水中钠增加点后树脂开始失效。此时水中钠增加，氢离子减少而氢氧根增加，使酸度下降，电导率下，氢离子减少而氢氧根增加，使酸度下降，电导率下降。降。图图3.7.3 3.7.3 强酸强酸H H型阳离子交型阳离子交 换换 器典型出水曲

26、线器典型出水曲线ab运行时的交换情况运行时的交换情况无顶压逆流再生的操作步骤：无顶压逆流再生的操作步骤：1 1）小反洗。小反洗。只对压脂层进行反洗，冲洗掉积聚在压脂层上的污只对压脂层进行反洗，冲洗掉积聚在压脂层上的污染物。用水为该级交换器的进口水，流速树脂不乱层为宜，一染物。用水为该级交换器的进口水，流速树脂不乱层为宜，一直反洗至出水清澈为为止。直反洗至出水清澈为为止。2 2）放水放水。待树脂颗粒下沉后，放掉中间排液装置以上的水。待树脂颗粒下沉后，放掉中间排液装置以上的水。3 3）进再生液进再生液。将再生液放入交换器内，严格控制其流速和浓度。将再生液放入交换器内，严格控制其流速和浓度4 4）逆

27、流再生逆流再生。进完再生液，关闭再生液计量箱出口阀，按再生。进完再生液，关闭再生液计量箱出口阀，按再生液的流速和流量继续用稀释再生液的除盐水进行冲洗，直至出液的流速和流量继续用稀释再生液的除盐水进行冲洗，直至出水指标合格为止。关闭进水阀。水指标合格为止。关闭进水阀。5 5）小正洗小正洗。水从上部进入，控制适当的流速，洗去再生后压脂。水从上部进入，控制适当的流速，洗去再生后压脂层中残留的再生废液和杂质。小正洗用水为运行时的进口水。层中残留的再生废液和杂质。小正洗用水为运行时的进口水。 6 6）正洗正洗。用水自上而下进行正洗，直到出水水质合格，即可投。用水自上而下进行正洗，直到出水水质合格，即可投

28、入运行。入运行。树脂的再生树脂的再生压脂层压脂层进进水水再再生生液液出出水水逆流固定床制水和再逆流固定床制水和再 生流向图生流向图再生废液再生废液进进水水再再生生液液出出水水 交换器经过多周期运行后，下部树脂层也会受到一定程度的污染，必须定期对交换器经过多周期运行后，下部树脂层也会受到一定程度的污染，必须定期对整个树脂层进行大反洗，大反洗前先进行小反洗，在大反洗时流量应由小到大，逐整个树脂层进行大反洗，大反洗前先进行小反洗，在大反洗时流量应由小到大，逐步增大。从下步进水废液由上部的反洗排水阀排出步增大。从下步进水废液由上部的反洗排水阀排出。离子交换器的运行中技术经济指标有交换器的出水水质，工作

29、交换容量和相应的离子交换器的运行中技术经济指标有交换器的出水水质，工作交换容量和相应的再生剂再生剂 比耗，周期制水量及再生过程中消耗水量。比耗，周期制水量及再生过程中消耗水量。工作交换容量工作交换容量(q(qi i) )：在一个制水运行周期中，平均单位体积树脂进行交换所放出的离子在一个制水运行周期中，平均单位体积树脂进行交换所放出的离子量（量（mmol/mmol/）。计算式：）。计算式： q qi i=(A+S)V/V=(A+S)V/Vi i。式中，。式中，A A为平均进水碱度为平均进水碱度,mmol,mmol；为平均出水酸度为平均出水酸度,mmol,mmol；为从正洗合格开始制水到失效一周期

30、内的总制水量，；为从正洗合格开始制水到失效一周期内的总制水量，mm3 3;V;Vi i交换器内的树脂体积，交换器内的树脂体积， mm3 3。酸耗：酸耗：使交换剂恢复使交换剂恢复molmol的离子交换能力，所消耗的酸的的克数。的离子交换能力，所消耗的酸的的克数。酸耗（酸耗（g gmolmol）酸的克数）酸的克数周期制水量周期制水量(L)(L)（阳床出口平均酸度阳床进口平均（阳床出口平均酸度阳床进口平均碱度）碱度）(mol(mol) )。比耗：比耗：再生剂的实际酸耗与理论酸耗（酸的摩尔质量）的比值。在实际中常用平均比再生剂的实际酸耗与理论酸耗（酸的摩尔质量）的比值。在实际中常用平均比耗来表示。平均

31、比耗月或年的再生剂耗量（）耗来表示。平均比耗月或年的再生剂耗量（）制水量。制水量。水耗：水耗：每次再生所耗水的体积与树脂层体积之比。每次再生所耗水的体积与树脂层体积之比。出水水质：出水水质：是监督阳床出水的含钠量。是监督阳床出水的含钠量。运行时的技术经济指标运行时的技术经济指标2 . 2 . 除碳器除碳器 除碳原理除碳原理水通过阳离子交换器，水中的水通过阳离子交换器，水中的HCOHCO3 3- -与从树脂上交与从树脂上交换下来的换下来的H H+ +结合，形成结合，形成HH2 2COCO3 3极不稳定，随即分解生极不稳定，随即分解生成的成的COCO2 2：HH2 2COCO3 3 H H2 2O

32、+COO+CO2 2水中的水中的COCO2 2，可以看作是溶解在水中的气体，它的溶，可以看作是溶解在水中的气体，它的溶解度与气体分压的关系符合亨利定律，即在一定的温解度与气体分压的关系符合亨利定律，即在一定的温度下气体在液体中的溶解度与该气体在液面上的分压度下气体在液体中的溶解度与该气体在液面上的分压成正比。只要降低水面上成正比。只要降低水面上COCO2 2的分压力，溶于水中的的分压力，溶于水中的游离游离COCO2 2就能解吸出来。就能解吸出来。降低液面降低液面COCO2 2气体分压的常用方法有鼓风和抽真空两气体分压的常用方法有鼓风和抽真空两种种。 图图3.7.3 3.7.3 除碳器结构除碳器

33、结构除碳器工作时水从上部布水扳扳淋下，通过除碳器工作时水从上部布水扳扳淋下，通过填料层后，从下部排入水箱。空气从下部由填料层后，从下部排入水箱。空气从下部由风机引入，通过填料层后由顶部排出。风机引入，通过填料层后由顶部排出。在除碳器中因填料的阴挡作用，从上面流下在除碳器中因填料的阴挡作用，从上面流下来的水被分散成许多小股水流、微小滴或水来的水被分散成许多小股水流、微小滴或水膜，增大了空气与水的接触面积。膜，增大了空气与水的接触面积。因空气中因空气中COCO2 2含量很小（约含量很小（约0.03%0.03%），在水），在水中溶解达平衡时不到中溶解达平衡时不到0.45mg/L0.45mg/L，这样

34、水与，这样水与空气接触时，水中的空气接触时，水中的COCO2 2便会析出。便会析出。真空除碳真空除碳真空除碳通过真空泵或喷射器，从除碳器的真空除碳通过真空泵或喷射器，从除碳器的不同部位抽真空而达到除碳的目的。不同部位抽真空而达到除碳的目的。排水口排水口进气口进气口进水口进水口 o o o o o o o o 排气口排气口填料支撑填料支撑 扳扳填料层填料层布水扳布水扳鼓风除碳器的结构鼓风除碳器的结构 它的工作原理除了同上述的鼓风除碳所不同的是：在真空除碳过程中，它的工作原理除了同上述的鼓风除碳所不同的是：在真空除碳过程中，水中其它溶解气体水中其它溶解气体(如氧气如氧气)也同时被除去，这是鼓风除碳

35、所不能做到的。也同时被除去，这是鼓风除碳所不能做到的。 3. 阴离子交换器阴离子交换器(阴床阴床)1/2H1/2H2 2SOSO4 4 1/2SO 1/2SO4 4 HNO HNO3 3 NO NO3 31/2H1/2H2 2COCO3 3 +ROHR 1/2CO +ROHR 1/2CO3 3+2H+2H2 2O OHCl CIHCl CI1/2H1/2H2 2SiOSiO3 3 HSiO HSiO3 3阴离子交换实质上是阴树脂中的阴离子交换实质上是阴树脂中的OH与酸性水与酸性水(经过阳离子交换及除碳经过阳离子交换及除碳)中的负离子进行交换。所以在强碱性阴离子交换器内发生的反应为：中的负离子进

36、行交换。所以在强碱性阴离子交换器内发生的反应为： 图图3.7.4 3.7.4 强碱性强碱性OHOH型离子型离子 交换器出水水质变化交换器出水水质变化根据强碱阴树脂的交换规律，根据强碱阴树脂的交换规律，HSiOHSiO3 3- -集中集中在交换器中树脂的底部。所以当强碱性在交换器中树脂的底部。所以当强碱性OHOH型阴离子交换器失效时，型阴离子交换器失效时，HSiOHSiO3 3- -先漏出来，先漏出来，致使出水的硅含量升高致使出水的硅含量升高。因强碱因强碱阴树脂的选择性顺序为：阴树脂的选择性顺序为：SOSO4 42 2NONO3 3ClClOHOHFFHCOHCO3 3HSiOHSiO3 3压脂

37、层压脂层进水装置进水装置反洗空间反洗空间中间排液装置中间排液装置树脂层树脂层2500mm排水装置排水装置逆流再生阴离子交换器示意图逆流再生阴离子交换器示意图阴离子交换器与阳离子交换阴离子交换器与阳离子交换器一样是逆流再生工艺，其器一样是逆流再生工艺，其操作步骤与阳离子交换器相操作步骤与阳离子交换器相同。其交换器结构示意图与同。其交换器结构示意图与阳离子交换器也相同。阳离子交换器也相同。混合型离子交换器（混合床）除盐混合型离子交换器（混合床）除盐 1/2Ca 1/2Ca2+2+、1/2Mg1/2Mg2+2+、NaNa+ +RH +RRH +R，OH +OH + 1/2SO 1/2SO4 42 2

38、、CICI、HCOHCO3 3、HSiOHSiO3 3 Na 1/2SO Na 1/2SO4 4R 1/2Ca + RR 1/2Ca + R， CI + HCI + H2 2O O HCO HCO3 3 1/2Mg 1/2Mg HSiOHSiO3 3 由于阳、阴树脂混合均匀，所以阳、阴离子交换反应几乎是同时进行由于阳、阴树脂混合均匀，所以阳、阴离子交换反应几乎是同时进行的，置换出的的，置换出的H+和和OH立即生成水，都不会积累，消除了反离子作用，立即生成水，都不会积累，消除了反离子作用，交换反应进行得十分彻底，出水水质很好。交换反应如下：交换反应进行得十分彻底，出水水质很好。交换反应如下： 混

39、合床是圆柱型密闭容器。其内部有进水装置、排水装置、中部有再混合床是圆柱型密闭容器。其内部有进水装置、排水装置、中部有再生时排再生废液的中间排水装置等。为了便于阳、阴树脂分层，混合生时排再生废液的中间排水装置等。为了便于阳、阴树脂分层，混合床中阳树脂与阴树脂的湿真密度差应大于床中阳树脂与阴树脂的湿真密度差应大于0.150.20gcm3。国内混。国内混合床采用的阳、阴树脂的体积比为合床采用的阳、阴树脂的体积比为1：2。混合床结构示意图混合床结构示意图进水装置进水装置中间排液装置中间排液装置排水装置排水装置进碱装置进碱装置反洗空间反洗空间树脂层树脂层混合床是圆柱型密闭容器。其内部有进混合床是圆柱型密

40、闭容器。其内部有进水装置、排水装置、中部有再生时排再水装置、排水装置、中部有再生时排再生废液的中间排水装置等。为了便于阳、生废液的中间排水装置等。为了便于阳、阴树脂分层，混合床中阳树脂与阴树脂阴树脂分层，混合床中阳树脂与阴树脂的湿真密度差应大于的湿真密度差应大于0.150.20gcm3。国内混合床采用的阳、阴树脂的体积比国内混合床采用的阳、阴树脂的体积比为为1：2。经过一级复床处理后的水质，一般电导经过一级复床处理后的水质，一般电导率小于率小于0.2S0.2Scmcm，pHpH接近中性，含接近中性，含硅量硅量( (以以SiOSiO2 2计计) )在在20g20gL L以下。以下。混合床结构混合

41、床结构2、 顺流式固定床离子交换器的运行顺流式固定床离子交换器的运行 通常分为五步：反洗、进再生液、置换、正洗和制水。 （1）反洗：）反洗： 用水自下而上进行短时间的强烈反洗。反洗的目的是：松动交换剂层；清除交换剂上层中的悬浮物、碎粒和气泡。（2）再生）再生： 影响再生效果的因素：再生操作的方式，再生剂的种类、浓度、纯度、用量，再生液的流速、温度，交换剂的类型等。（3）置换：）置换： 当再生液进完后，树脂层中仍有正在反应的再生液，而树脂层面至计量箱之间的再生液则尚未进入树脂层。为了使这些再生液全部通过树脂层，须用水按再生液流过树脂的流程及流速通过交换器，这一过程称为置换。（4）正洗：）正洗：

42、离子交换器经再生后，为了清除其中过剩的再生剂和再生产物，应用清洗水按制水通过交换剂层的方向进行清洗。（5）交换：）交换： 清洗合格的阳离子交换器即可投入交换运行。 混床结构示意图和管路系统示意图2、单流混床离子交换器运行操作、单流混床离子交换器运行操作 （1）反洗分层）反洗分层 一般用水力筛分法对阴、阳树脂进行分层。为了便于分层，可在分层前先通入NaOH溶液，将阴树脂再生成OH型，阳树脂再生成Na型，使两者间的密度差增大，从而加快阴、阳树脂的分层。（2）再生再生 混床的再生通常有三种方法：体内再生、体外再生和阴树脂外移再生。 酸碱分别通过阳阴树脂再生示意图1阴树脂再生；2阴树脂清洗；3阳树脂再

43、生、阳树脂清洗；4阳、阴树脂各自清洗；5正洗（3）阴、阳树脂的混合）阴、阳树脂的混合 将水面下降到树脂层表面100150mm处。用0.10.15MPa，流量为2.03.0m3/(m2S)的压缩空气，混脂0.51.0min。（4）正洗）正洗 混脂后，用除盐水以1020m/h的流速进行正洗，直至出水合格后(如SiO2含量低于20g/L，电导率低于0.2S/cm)，方可投入运行。（5）制水）制水五、混床树脂 混床使用的树脂应机械强度高、颗粒大小均匀。阴、阳树脂的湿真密度差应大于15。混床中阳树脂的工作交换容量为阴树脂的23倍。目前国内采用的强碱性阴树脂与强酸性阳树脂的体积比通常为2:1。第三节第三节

44、 离子交换除盐系统离子交换除盐系统 一、一级复床系统1、运行原理、运行原理 l-强酸性H型交换器；2-除碳器；3-强碱性OH交换器；4-中间水箱；5-中间水泵R( NOH)2+H2SO4R( N)2SO4+2H2O R NOH+HClR NCl+H2O R NOH+H2CO3R NHCO3+H2OR NOH+H2SiO3R NHSiO3+H2O 2、运行监督运行监督 运行监督的项目主要有流量、交换器进出口压力差、进水水质和出水水质。（1）流量和进出口压力差）流量和进出口压力差 （2）进水水质）进水水质 进入除盐系统的水，其浊度应小于5mg/L(当H型交换器为顺流再生时)或2mg/L(当H型交换

45、器为逆流再生时)。此外，为了防止离子交换树脂氧化或被污染，还应满足以下条件：游离氯含量应在0.1 mg/L以下，铁含量应在0.3mg/L以下，化学耗氧量(KMn04法)应在2mg/L(O2)以下。（3）出水水质）出水水质 当阳床接近失效时，出水中Na+浓度增加，同时H+浓度降低，并因此出现出水酸度和电导率下降及pH值上升的现象。可靠的方法还是监测出水Na+浓度。 阴床一般用测定出水SiO2含量和电导率的方法对其出水水质进行监督。 3.7 3.7 一级除盐系统一级除盐系统一级化学除盐系统由阳离子交换器、除碳器和阴离子交换一级化学除盐系统由阳离子交换器、除碳器和阴离子交换器所组成，其组合方式分为单元制和母管制。器所组成，其组合方式分为单元制和母管制。OHOH H H C COHOH H H C CHHHCCOHOHOH单元制单元制母管制母管制图图3.7.1 3.7.1 一级复床除盐系统一级复床除盐系统1 1阳床水泵；阳床水泵