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的基本技術。具有處理程度高、出水水質(zhì)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。那么什么是離子交換？離子交換設備又是如何工作的？
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(jīng)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，但是處理后水的含鹽量(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。后所產(chǎn)生的H+ 與OH-合并為水分子。原水經(jīng)過離子交換除鹽處理后，水中的各種離子都被去除掉了。
(1)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(gòu)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(wǎng)架多孔結(jié)構(gòu)的高分子聚合物的小球。例如苯乙烯系樹脂小球。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：苯乙烯系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(huán)上的部分H+ 置換為磺酸基團(—RO3H)，就得到強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂。在苯乙烯系樹脂上加入季氨基，則得到強堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂。
3、離子交換設備的再生原理
(1)堿液再生系統(tǒng)
陰離子交換樹脂的再生劑為燒堿，即氫氧化鈉。
氫氧化鈉產(chǎn)品有固體和液體兩種，液體濃度為30%～40%，使用較為方便，其再生系統(tǒng)與設備鹽酸再生系統(tǒng)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(在噴射器后用蒸汽加熱)。若采用固體燒堿(NaOH含量95%以上)，則先將其溶解成30%～40%的堿液后再用。
(2)鹽液再生系統(tǒng)
鹽液再生系統(tǒng)用于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的濃度控制5%～8%。
(3)酸液再生系統(tǒng)
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，并且由于碳鋼耐濃硫酸，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制，否則會在樹脂中產(chǎn)生CaSO4沉淀析出物。在實際生產(chǎn)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，然后逐步提高硫酸濃度，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(diào)試確定。

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