水处理离子交换水的离子交换原理.doc

水的离子交换原理 第一节 离子交换除盐原理、 水的离子交换除盐就是顺序用H型阳离子交换树脂将水中各种阳离子交换成H+,用 OH型阴离子交换树脂将水中各种阴离子交换成OH-，进入水中的H+和OH-离子组成水分子H2O;或者让水经过阳阴混合离子交换树脂层，水中阳、阴离子几乎同时被H+和OH-离子所取代。这样，当水经过离子交换处理后，就可除尽水中各种的无机盐类。该工艺中发生的H离子交换反应和OH离子交换反应以及树脂再生过程中发生的反应如下： (1)氢离子交换反应式： (HCO3) (HCO3) 2RH + Ca(Mg,Na2) Cl2 → R2Ca(Mg,Na2) + H2 Cl2 SO4 SO4 再生反应式为： 2HCl Cl2 R2Ca(Mg,Na2) + → 2RH + Ca(Mg,Na2) H2SO4 SO4 (2)氢氧根离子交换反应式为： SO4 SO4 Cl2 Cl2 2ROH + H2 CO3 → R2 (HCO3)2 + 2H2O SiO3 (HsiO3)2 再生反应式： SO4 SO4 Cl2 Cl2 R2 (HCO3)2 + 2NaOH → 2ROH + Na2 CO32- (HSiO3)2 SiO3 进入离子交换器的水中一般都含有大量的碳酸氢盐。它是天然水中碱度的主要组成部分。当水经H离子交换后，碳酸氢盐转化成了碳酸，连同水中原来含有的碳酸，可用除碳器一起除去。这样可以减轻阴离子交换器的负担降低消耗。 水中碳酸的平衡关系如下式所示： H＋ + HCO3- ≒ H2CO3 ≒ CO2 +H2O 水中H＋浓度越大，平衡越易向右移动。当水的pH值低于4.3时，水中的碳酸几乎全部以游离的CO2形式存在。水中游离的CO2可以看作是溶解在水中的气体，它在水中的溶解度符合亨利定律，只要降低水面上CO2的分压就可除去CO2。除碳器就是利用这个原理除去CO2的。 第二节 树脂层中的离子交换过程 一、阳床工作特性 阳床的作用是除去水中H＋离子以外的所有阳离子。当其运行出水钠离子浓度升高时，树脂失效，须进行再生。 阳床运行时，水由上而下通过强酸性H型树脂层，因树脂层对各种阳离子的选择性不同，被吸着的离子在树脂层中产生分层，其分布状况如下图5-1所示。在运行过程中，Ca＋、Mg＋、Na＋三层树脂层的高度均会不断向下扩展，直到树脂失效。实际上各层界面并不是很明显的，有程度不同的混层现象发生。 (a) (b) 图5-1 逆流再生阳床树脂层态分布示意 （a）运行至失效时；（b）再生后 图5－2所示为阳床经再生投入运行后的出水特性。当阳床再生后冲洗时，出水中各种杂质的含量迅速下降，待出水水质达到一定标准（如含钠量≤100ug/L）时，就可投入运行，此后水质基本保持稳定。当运行一定程度时，如图5－2中b点，漏钠量增大，酸度降低，树脂进入失效状态。 图5-2阳床出水特性 阳床失效的监督最好采用钠度计（pNa计），当阳床出水含钠量大于500ug/L时，说明阳床已经失效。 二、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，其分布状况如图5－3所示。 (a) (b) 图5-3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