深入分析離子交換設備的工作原理

    離子交換設備是水的軟化和除鹽處理最常用的基本技術。具有處理程度高、出水水質好、技術成熟設備簡單、價格適宜等特點，在日常生活中得到了廣泛的應用。那麽什麽是離子交換？離子交換設備又是如何工作的？

一、離子交換設備的基本原理

    1、離子交換軟化的基本原理   離子交換軟化除鹽的基本原理是：用Na型強酸性陽離子交換樹脂中的Na+ 交換去除水中的Ca2+、Mg2+ 硬度，飽和的樹脂再用5％～8％的食鹽NaCI溶液再生。原水經過樹脂的軟化，水中的致硬離子Ca2+、Mg2+ 被全部去除，替換成非致硬的Na+ 離子，但是處理後水的含鹽量（以mol為單位）沒有降低。
    2、離子交換除鹽的基本原理   先用H型強酸性陽離子交換樹脂中的H+ 交換去除水中的所有金屬陽離子（以符號Mm+代表），飽和的樹脂用3％～4％的鹽酸HCI溶液再生。再用OH型強堿性陰離子交換樹脂中的OH- 交換去除水中的除OH- 外的所有陰離子（以符號Nn-代表），飽和的樹脂用2％～4％的NaOH溶液再生。最後所產生的H+ 與OH-合並為水分子。原水經過離子交換除鹽處理後，水中的各種離子都被去除掉了。
    3、離子交換樹脂   離子交換樹脂具有離子交換能力，水處理中所使用的離子交換劑有：離子交換樹脂、磺化煤、鈉沸石等，是目前所用的主要離子交換樹脂。
    離子交換樹脂由樹脂母體（骨架）和交換基團構成。離子交換樹脂在生成過程中先采用凝膠法生成樹脂母體小球。樹脂母體小球為具有空間網架多孔結構的高分子聚合物的小球。例如苯乙烯係樹脂小球。樹脂小球上再引入不同的交換基團，使其具有交換功能，成為離子交換樹脂。例如：苯乙烯係樹脂小球在濃硫酸中加熱到100℃，以1％硫酸銀為催化劑，把聚乙烯樹脂苯環上的部分H+ 置換為磺酸基團（—RO3H），就得到強酸性苯乙烯係陽離子交換樹脂。在苯乙烯係樹脂上加入季氨基，則得到強堿性苯乙烯係陰離子交換樹脂。

二、離子交換設備的再生原理

    1、堿液再生係統  陰離子交換樹脂的再生劑為燒堿，即氫氧化鈉。
氫氧化鈉產品有固體和液體兩種，液體濃度為30％～40％，使用較為方便，其再生係統與設備鹽酸再生係統相同。為了提高陰離子樹脂的再生效果，再生時多對堿液加熱使用（在噴射器後用蒸汽加熱）。若采用固體燒堿（NaOH含量95％以上），則先將其溶解成30％～40%的堿液後再用。
    2、鹽液再生係統  鹽液再生係統用於Na型陽離子交換器的再生，以鹽（NaCI）作為再生劑。飽和鹽液濃度約為23％～26％，樹脂再生液中NaCI的濃度控製5％～8％。
    3、酸液再生係統  陽離子交換樹脂要作酸再生，可以用鹽酸或硫酸。鹽酸應稀釋為3％～4％送入離子交換柱中。
    用硫酸作再生劑時，因硫酸的濃度高（96％左右），用量少，並且由於碳鋼耐濃硫酸，可以直接用碳鋼容器存放，防腐問題小。但對再生液的配置濃度必須嚴格控製，否則會在樹脂中產生CaSO4沉澱析出物。在實際生產中，多采用分步再生法，即先用低濃度高流速的硫酸再生液再生，然後逐步提高硫酸濃度，降低流速。再生液的濃度視原水中Ca2+ 的含量和所占水中陽離子的比例，計算或調試確定。
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