離子交換法的基本原理

離子交換法是水的軟化和除鹽處理最常使用的處理基本技術(shù)。具有處理程度高、出水水質(zhì)好、技術(shù)成熟、設(shè)備簡(jiǎn)單、管理方便、價(jià)格適宜等特點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。在生活飲用水的處理中，離子交換技術(shù)主要用于以高硬度地下水為水源水的生活飲用水軟化處理，也可以用于高含鹽量水源水的生活飲用水除鹽處理。但不如反滲透法或電滲析法經(jīng)濟(jì)。

離子交換法的基本原理

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(tuán)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?yàn)榫哂锌臻g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(tuán)，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(tuán)（—RO3H），就得到強(qiáng)酸性苯乙烯系陽(yáng)離子交換樹脂。在苯乙烯系樹脂上加入季氨基，則得到強(qiáng)堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂。

水的軟化處理主要使用強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂，水的除鹽處理主要使用強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂和強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂。

② 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(qiáng)酸性陽(yáng)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。

③ 離子交換除鹽的基本原理   先用H型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂中的H+ 交換去除水中的所有金屬陽(yáng)離子（以符號(hào)Mm+代表），飽和的樹脂用3％～4％的鹽酸HCI溶液再生。再用OH型強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂中的OHˉ交換去除水中的除OHˉ外的所有陰離子（以符號(hào)Nnˉ代表），飽和的樹脂用2％～4％的NaOH溶液再生。最后所產(chǎn)生的H+ 與OHˉ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。

離子交換再生

① 鹽液再生系統(tǒng)  鹽液再生系統(tǒng)用于Na型陽(yáng)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％。

② 酸液再生系統(tǒng)  陽(yáng)離子交換樹脂要作酸再生，可以用鹽酸或硫酸。鹽酸應(yīng)稀釋為3％～4％送入離子交換柱中。

用硫酸作再生劑時(shí)，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(duì)再生液的配置濃度必須嚴(yán)格控制，否則會(huì)在樹脂中產(chǎn)生CaSO4沉淀析出物。在實(shí)際生產(chǎn)中，多采用分布再生法，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(yáng)離子的比例，計(jì)算或調(diào)試確定。

③ 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(shè)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(shí)多對(duì)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。