深入分析离子交换设备的工作原理

    离子交换设备是水的软化和除盐处理最常用的基本技术。具有处理程度高、出水水质好、技术成熟设备简单、价格适宜等特点，在日常生活中得到了广泛的应用。那么什么是离子交换？离子交换设备又是如何工作的？

一、离子交换设备的基本原理

    1、离子交换软化的基本原理   离子交换软化除盐的基本原理是：用Na型强酸性阳离子交换树脂中的Na+ 交换去除水中的Ca2+、Mg2+ 硬度，饱和的树脂再用5％～8％的食盐NaCI溶液再生。原水经过树脂的软化，水中的致硬离子Ca2+、Mg2+ 被全部去除，替换成非致硬的Na+ 离子，但是处理后水的含盐量（以mol为单位）没有降低。
    2、离子交换除盐的基本原理   先用H型强酸性阳离子交换树脂中的H+ 交换去除水中的所有金属阳离子（以符号Mm+代表），饱和的树脂用3％～4％的盐酸HCI溶液再生。再用OH型强碱性阴离子交换树脂中的OH- 交换去除水中的除OH- 外的所有阴离子（以符号Nn-代表），饱和的树脂用2％～4％的NaOH溶液再生。最后所产生的H+ 与OH-合并为水分子。原水经过离子交换除盐处理后，水中的各种离子都被去除掉了。
    3、离子交换树脂   离子交换树脂具有离子交换能力，水处理中所使用的离子交换剂有：离子交换树脂、磺化煤、钠沸石等，是目前所用的主要离子交换树脂。
    离子交换树脂由树脂母体（骨架）和交换基团构成。离子交换树脂在生成过程中先采用凝胶法生成树脂母体小球。树脂母体小球为具有空间网架多孔结构的高分子聚合物的小球。例如苯乙烯系树脂小球。树脂小球上再引入不同的交换基团，使其具有交换功能，成为离子交换树脂。例如：苯乙烯系树脂小球在浓硫酸中加热到100℃，以1％硫酸银为催化剂，把聚乙烯树脂苯环上的部分H+ 置换为磺酸基团（—RO3H），就得到强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂。在苯乙烯系树脂上加入季氨基，则得到强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂。

二、离子交换设备的再生原理

    1、碱液再生系统  阴离子交换树脂的再生剂为烧碱，即氢氧化钠。
氢氧化钠产品有固体和液体两种，液体浓度为30％～40％，使用较为方便，其再生系统与设备盐酸再生系统相同。为了提高阴离子树脂的再生效果，再生时多对碱液加热使用（在喷射器后用蒸汽加热）。若采用固体烧碱（NaOH含量95％以上），则先将其溶解成30％～40%的碱液后再用。
    2、盐液再生系统  盐液再生系统用于Na型阳离子交换器的再生，以盐（NaCI）作为再生剂。饱和盐液浓度约为23％～26％，树脂再生液中NaCI的浓度控制5％～8％。
    3、酸液再生系统  阳离子交换树脂要作酸再生，可以用盐酸或硫酸。盐酸应稀释为3％～4％送入离子交换柱中。
    用硫酸作再生剂时，因硫酸的浓度高（96％左右），用量少，并且由于碳钢耐浓硫酸，可以直接用碳钢容器存放，防腐问题小。但对再生液的配置浓度必须严格控制，否则会在树脂中产生CaSO4沉淀析出物。在实际生产中，多采用分步再生法，即先用低浓度高流速的硫酸再生液再生，然后逐步提高硫酸浓度，降低流速。再生液的浓度视原水中Ca2+ 的含量和所占水中阳离子的比例，计算或调试确定。
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