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1、第三节第三节 离子交换水处理的基本原理离子交换水处理的基本原理什么是离子交换？什么是离子交换？ 离子交换就是水与交换剂作为交换的双方，水中的离子给了离子交换就是水与交换剂作为交换的双方，水中的离子给了 交换剂；交换剂； 交换剂上的离子给了水。交换剂上的离子给了水。 当交换剂给出的离子是钠离子时就称为当交换剂给出的离子是钠离子时就称为 钠离交换钠离交换 当交换剂给出的离子是氢离子时就称为当交换剂给出的离子是氢离子时就称为 氢离子交换氢离子交换 离子交换水处理的方法：离子交换水处理的方法： 1. 1. 钠离子交换法钠离子交换法 2. 2. 钠离子交换软化加酸法钠离子交换软化加酸法 3. 3. 部分
2、钠离子交换法部分钠离子交换法 4. 4. 氢离子交换法氢离子交换法 5 .5 .氢氢钠离子交换法钠离子交换法 6. 6. 氯氯钠离子交换法钠离子交换法 7. 7. 氨氨钠离子交换法钠离子交换法 一一 离子交换反应离子交换反应 1. 1. 钠离子交换法钠离子交换法 当原水通过钠离子交换剂层时，水中的当原水通过钠离子交换剂层时，水中的CaCa2+2+. .及及 Mg Mg2+2+与交换剂中的与交换剂中的NaNa+ +进行交换，使被处理的进行交换，使被处理的 水的硬度降低到符合国家标准，这就是钠离子水的硬度降低到符合国家标准，这就是钠离子 交换法。交换法。 （1 1）钠离子交换化学反应方程式：）钠离
3、子交换化学反应方程式： 与水中钙与水中钙 镁离子的反应如下：镁离子的反应如下： CaCa2+2+ + 2NaR 2Na + 2NaR 2Na+ + + CaR+ CaR Mg Mg2+ 2+ +2NaR 2Na+2NaR 2Na+ + + MgR + MgR式中：式中： NaR_ NaR_ 表示表示 钠离子交换剂钠离子交换剂 Na_ Na_ 表示交换剂中的交换离子表示交换剂中的交换离子 R_ R_ 表示交换离子以外的母体部分表示交换离子以外的母体部分（2 2 ） 钠离子交换的特点钠离子交换的特点 a. a. 可以降低或消除水中的硬度。可以降低或消除水中的硬度。 b. b. 处理后的水中碱度不变
4、。处理后的水中碱度不变。 c. c. 含盐量有所增加。含盐量有所增加。 d. d. 钠离子交换过程是按层次进行的。钠离子交换过程是按层次进行的。 e. e. 钠离子交换是一种可逆化学反应。钠离子交换是一种可逆化学反应。 2. 2. 部分钠离子交换法部分钠离子交换法 什么是部分钠离子交换法？什么是部分钠离子交换法？ 把一部分经过钠离子交换器出来的水，和一部分原水把一部分经过钠离子交换器出来的水，和一部分原水 混合后作为锅炉的给水送人锅炉。由于只有一部分水混合后作为锅炉的给水送人锅炉。由于只有一部分水 源水经过钠离子交换，所以这样的水处理系统称为部源水经过钠离子交换，所以这样的水处理系统称为部 分
5、钠离子交换法。分钠离子交换法。部分钠离子交换法的适用范围：部分钠离子交换法的适用范围： （ 1 1 ） 只有在允许进行锅内水处理的锅炉中只有在允许进行锅内水处理的锅炉中 方可采用。方可采用。 （2 2） 供水压力，供水量和水源水质相应比较供水压力，供水量和水源水质相应比较 稳定的原水可采用此方法。稳定的原水可采用此方法。 部分钠离子交换法的优点部分钠离子交换法的优点 （1 1）可以降低锅水碱度，减少锅炉排污率。）可以降低锅水碱度，减少锅炉排污率。 （2 2）需要的软化水量少了，降低投资数额。）需要的软化水量少了，降低投资数额。部分钠离子交换法的缺点：部分钠离子交换法的缺点： 部分钠离子交换法和
6、锅内水处理一样，不能部分钠离子交换法和锅内水处理一样，不能 完全防止锅内結生水垢。完全防止锅内結生水垢。 3. 3. 氢离子交换法氢离子交换法 （1 1）氢离子交换法的原理）氢离子交换法的原理 什么是氢离子交换法？什么是氢离子交换法？ 氢离子交换法是以交换剂上的氢离子氢离子交换法是以交换剂上的氢离子 与水中的钙镁等阳离子进行交换，这与水中的钙镁等阳离子进行交换，这 过程称为氢离子交换法。过程称为氢离子交换法。 氢离子交换的化学反应式如下：氢离子交换的化学反应式如下： CacoCaco3 3 +2HR =H+2HR =H2 2O+COO+CO2 2+CaR+CaR Mg(HCO Mg(HCO3
7、3) )2 2 +2HR=2H+2HR=2H2 2O+2COO+2CO3 3+MgR+MgR2 2 (2)(2)再生过程再生过程 用盐酸作再生剂器化学反应式如下：用盐酸作再生剂器化学反应式如下： CaR+HCl HR+CaClCaR+HCl HR+CaCl2 2 MgR+HCl HR+MgClMgR+HCl HR+MgCl2 2 A. A. 再生剂的选择及优缺点再生剂的选择及优缺点 A1. A1. 用盐酸作再生剂用盐酸作再生剂 优点是：操作简单，再生后树脂的交换容量比较高。优点是：操作简单，再生后树脂的交换容量比较高。 缺点是：用量大腐蚀性强，运输困难，配酸系统的缺点是：用量大腐蚀性强，运输困
8、难，配酸系统的 防腐要求比较高。防腐要求比较高。 A2A2用硫酸作再生剂用硫酸作再生剂 优点是：用量小，运输贮存比较方便配酸系统优点是：用量小，运输贮存比较方便配酸系统 比较简单。比较简单。 缺点是：再生后树脂的工作交换容量低，再生缺点是：再生后树脂的工作交换容量低，再生 到操作过程比较复杂。到操作过程比较复杂。 （ 3 3 ）氢离子交换的特点）氢离子交换的特点 ( A( A） 氢离子交换处理以后的水，不再含有碳酸盐氢离子交换处理以后的水，不再含有碳酸盐 和氢氧化物，在除去水中硬度的同时，原水和氢氧化物，在除去水中硬度的同时，原水 中的碱度也随之降低。中的碱度也随之降低。 ( b) ( b)
9、水中的非碳酸盐被酸所取代，故水呈酸性。水中的非碳酸盐被酸所取代，故水呈酸性。 （c) c) 经氢离子交换处理后的水虽然原水中部分阴经氢离子交换处理后的水虽然原水中部分阴 离子在交换过程中并不改变，然而重碳酸根离子在交换过程中并不改变，然而重碳酸根 生成了碳酸盐，通过脱气而去除，故可以起生成了碳酸盐，通过脱气而去除，故可以起 到除盐的作用。到除盐的作用。 （d) d) 由于氢离子交换的水酸度偏高，因此不能直由于氢离子交换的水酸度偏高，因此不能直 作为锅炉的给水，必须与其它方法配合使用。作为锅炉的给水，必须与其它方法配合使用。 三。 交换器内树脂的交换过程 钠离子交换过程是按 层次进行的失效层工作
10、层尚未工作层原水 入口软化水出口 影响工作层厚度的因素：影响工作层厚度的因素： 1. 1. 水通过离子交换器的速越大，工作层越厚。水通过离子交换器的速越大，工作层越厚。 2 2 进水中要除去的离子浓度和交换后水中残留浓度的比值越大，进水中要除去的离子浓度和交换后水中残留浓度的比值越大， 工作层越厚。工作层越厚。 3. 3. 离子交换剂的颗粒越大，工作层越厚。离子交换剂的颗粒越大，工作层越厚。三三. . 离子交换树脂的再生离子交换树脂的再生 再生的目的再生的目的使失效的离子交换树脂恢复其交换能力。使失效的离子交换树脂恢复其交换能力。 再生的方法再生的方法1.1.动态再生动态再生 2. 2. 静态
11、再生静态再生 A A 动态再生动态再生是指将一定浓度，一定量的再生液按一定的流速是指将一定浓度，一定量的再生液按一定的流速 注入交换器让其通过交换剂层，边注入边排放。注入交换器让其通过交换剂层，边注入边排放。 b b 静态再生静态再生是把一定浓度，一定量的再生液注入交换器内浸泡是把一定浓度，一定量的再生液注入交换器内浸泡 一定的时间然后将其排放掉。一定的时间然后将其排放掉。1.1.再生方式再生方式 （ 1 1 ）顺流再生）顺流再生 （2 2） 逆流再生逆流再生 a. a. 顺流再生：顺流再生： 再生时，再生液的水流再生时，再生液的水流 方向与交换过程的水流方向方向与交换过程的水流方向 相同。相
12、同。交换时的水流方向再生时的水流方向原水再生液软化水废再生液B.B.逆流再生：逆流再生： 再生时，再生液再生时，再生液 的水流方向与交换过的水流方向与交换过程的原水水流方向相程的原水水流方向相反。反。交换时水流方向再生时水流方向原水再生液排废再生液软水出口 2.2.再生剂的用量再生剂的用量 对于普通顺流再生的钠型交换器，再生剂的实际用量是理论的对于普通顺流再生的钠型交换器，再生剂的实际用量是理论的2323倍。倍。3.3.再生剂的浓度再生剂的浓度 a a 再生钠离子交换剂时，采用氯化钠溶液作为再生剂时，其浓度为再生钠离子交换剂时，采用氯化钠溶液作为再生剂时，其浓度为810%810% b. b.再
13、生强酸性阳离子交换剂时若采用盐酸作再生剂时，其浓度为再生强酸性阳离子交换剂时若采用盐酸作再生剂时，其浓度为510%510% 4. 4. 再生流速再生流速 （1 1）什么是再生流速？）什么是再生流速？ 单位面积单位时间通过再生液的流量称为再生流速。单位面积单位时间通过再生液的流量称为再生流速。 （2 2）最佳再生流速应该是：）最佳再生流速应该是： 35m/h .35m/h . 5.5.再生剂的纯度再生剂的纯度 我国工业食盐标准我国工业食盐标准 （ QB34464 QB34464 ） 指标名称指标名称 规规 定定 等等 级级 （ % % ） 优级优级 一等一等 二等二等 三等三等 氯化钠不少于氯化钠不少于 9393909085858080水溶物不多于水溶物不多于 0.40.40.50.50.650.651 1水溶性杂质不多于水溶性杂质不多于水分不多于水分不多于 6.再生液的温度采用氯化钠作再生剂其再生液的温度控制在4050为好。
