離子交換設備

離子交換設備
離子交換設備是一種傳統的、工藝成熟的脫鹽處理設備，其原理是在一定條件下，依靠離子交換劑（樹脂）所具有的某種離子和預處理水中同電性的離子相互交換而達到軟化、脫堿、除鹽等功能。用于深度脫鹽處理，產水電阻率動態可達到18MΩ·cm。無論是鍋爐用水的軟化，脫堿軟化，脫鹽水，純水，超純水的制備均需采用離子交換法來進行。其類別有單床、復床、混合床之分，水處理方法也根據具體情況可采用順流法，逆流再生浮床法等。
◆離子交換原理及再生劑選用
1、鍋爐用水軟化
此方法只將水的硬度降到一定程度而總含鹽量不變，系單純的鈉離子交換，沒有降低堿度的作用，軟化水的殘余硬度與所采用的方法有關，一般在0.03-0.18毫克當量/升之間。
其反應式如下：

水中非碳酸鹽硬度
 
樹脂被鈣鎂離子飽和而失效后，形成鈣鎂型。用5-10%的NaCl（食鹽）進行再生仍可恢復為鈉型。其反應式如下：

2、純水的制備
所謂純水的制備系將原水中的鹽類，游離酸堿等全部除去的水處理方法，以此方法制得的純水比蒸餾水要純好多倍，其反應式如下：
陽離子交換樹脂≡≡≡
R(SO3H)2+Ca(HCO3)2→R(SO3)2Ca+2H2CO3
R(SO3H)+NaCl→RSO3Na+HCl
陰離子交換樹脂
R≡NHOH+HCl→R≡NHCl+H2O
R≡NHOH+H2CO3→R≡NH(HCO3)+H2O
樹脂失效后用酸堿再生，其反應式如下：
陽離子交換樹脂
R(SO3)2Ca+2HCl→R(SO3H)2+CaCl2
       RSO3Na+HCl→RSO3H+NaCl
陰離子交換樹脂
R≡NHCl+NaOH→R≡NHPH+NaCl
R(NH)2SO4+2NaOH→R(NHOH)2+Na2SO4
◆離子交換設備操作
1、鍋爐軟化水
A、順流式
（1）樹脂裝柱：一般裝交換柱有效高度的2/3.（逆洗展開率約以50%計）
（2）反洗：也稱逆洗，其目的為松弛樹脂，排除細小的顆粒物質主要懸浮等，以利于再生操作的進行。反洗操作為自下而上的沖洗。首先打開排氣閥，再開近水閥門，否則交換柱會因壓力過大而受損。反洗強度以不沖出樹脂為原則，反洗終點以出水清亮為度。
（3）再生也稱還原或復蘇，配5-10%NaCl（食鹽）溶液，順流再生。首先在樹脂層表面上保留10-20cm水層，鹽水以慢速流入，廢液從下口排出，保持一定液面控制一定流速。再生時間在30分鐘左右即可。樹脂不需要浸泡，否則會造成可逆條件使再生不完全。5-10%NaCl再生劑用量一般為1.5-2倍樹脂體積量。
（4）正洗：也稱淋洗。主要目的是將樹脂顆粒間殘存的鹽液及再生還原生成物質洗干凈。正洗開始時流速要慢．此時仍是再生的繼續，困濃鹽液繼續下移，后期可略加快．正洗終點以出水達到鍋爐給水標準即可。
（5）運行：一般運行流速可控制15～30米/時，運行中應定時分析化驗軟水硬度以保證產水質量。
B、逆流式
逆流再生交換器，有一中排管，管上有壓墊層，此管用以小反洗及排廢再生液之用。每十次小反洗可進行一次大反洗。再生時，再生液從底部進入，從中排管排出．樹脂受壓墊層作用，再生時不亂層。底部沒完全失效的樹脂可獲得充分的再生，再生劑的作用比較合理，消耗可比順流式降低25％左右。
具體操作原理基本與順流式同。
C、逆流再生浮動床式
   　　浮床為逆流式的改進，交換器內用樹脂裝滿，再生時先將部分樹脂   轉移于體外罐，反洗后返回交換器進行逆流再生、淋洗、運行等操作，此法可以保持樹脂不亂層，設備利用搴高，再生劑消耗低，出水質量穩定。
2、純水
A、復床法制取純水
此法為較古老的方法，出水純度雖然不如混合床，但再生方法簡單易行，所以還廣泛的被采用，尤其是配合混合床使用更為普遍，在大型水處理中陽床后面加一個脫氣塔(也稱脫碳)將CO2除去．可以減輕陰床樹脂負擔，延長陰樹脂使用周期，從而可以節約再生劑NaOH的用量。是有一定意義的?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?nbsp;                復床新裝的陰陽襯脂為交換柱有效高度的2／3，陰陽樹脂的比例一般為l：l。
（1）逆洗：(反洗)水從下口進人，上口排出，反洗強度先慢后快，后加大反洗強度以沖不出樹脂為原則。反洗終點以出水清亮為度。
（2）再生：陽柱用4-5%鹽酸順流通過，用量為樹脂體積的2-3倍，保持一定液面，控制一定流速，大約半小時流完全部酸液。
陰柱用4-5%NaOH，如用工業NaOH必須用純水配置，不能用自來水配置，因為自來水中鈣鎂離子形成沉淀影響再生效果。堿液用量為樹脂體積的3-5倍。冬季可加溫堿液經40攝氏度可提高再生效果。堿液順流通過 ，保持一定液面，控制一定流速。在一小時之內流完全部堿液。
（3）淋洗：陽柱以自來水淋洗，順流通過，采用慢流速，洗至pH=2-3，以氨緩沖液鉻黑T指示劑檢查無鈣鎂離子即可。
陰柱以陽柱的氫離子交換水淋洗，開始可用少量水淋洗，以使堿液向下推移，也為再生的繼續，然后用陽柱水淋洗，以使堿液向下推移，也為再生的繼續。然后用陽柱水淋洗，終點控制為出水pH8-10，水樣以1：1硝酸中和成酸性后，用5%AgNO3檢查無氯離子即可。復床出水水質不會太高，搞電阻率可達100萬歐姆/厘米即可串入混合床，可制得高純水。
乙、混合床制取純水
此法為一個交換柱內有強酸性陽離子交換樹脂，同時也有強堿陰離子交換樹脂，是在混合均勻的情況下將原水（或復床水）順流通過，而得到純度很高的純水。此法是比較現金的方法，是數萬級復床在工作，所以制得的純水質量很高，是制取高純水的嘴尖方法。
樹脂在柱內的高度為交換柱的有效高度的2/3，在此2/3的樹脂層內，其中有1/3為強酸性陽離子交換樹脂在下部，強堿陰離子交換樹脂為2/3，在上部。陰陽樹脂的比例剛好為2/1（體積比）。
在陰陽樹脂交界處略向下一些有一進酸管，用以陽樹脂再生進酸時，控制酸的界面在陰陽樹脂交界處之下。具體操作如下：
1.逆洗分層
水從底部進入，上口排出，樹脂要均勻地松弛膨脹開來，可加大水流速以沖不出樹脂為原則，洗至出水清亮為度。
反洗的目的為使陰陽離子分層，陽樹脂比重為1.06-1.11，兩種樹脂比重差別較大，所以通過逆洗也可以排除一些雜質異物，保證下一周期的正常運行。逆洗畢，放水，放到樹脂層表面10厘米以上。
2.強堿性陰離子交換樹脂再生
再生劑為4-5%NaOH，用量為樹脂體積的3-5倍。從上口進入，控制一定流速，維持液面順流通過，通過陽樹脂而排出，通堿時間不少于1小時。
當堿液通完后，進行淋洗附在陰樹脂上的堿液時，淋洗先用純水正淋洗，自上而下順流通過，慢速淋洗，大約10分鐘左右改為反洗，可以用自來水進行反洗，水通過陽樹脂（Na交換水）洗陰樹脂，出水pH大約為10左右。為控制淋洗水堿度，可控制在20毫克當量/升一下即可。如用純水淋洗，可洗至pH=7-8，反洗時間約為20分鐘左右。
淋洗完排水可排到陰陽樹脂交界處以下1-2厘米，準備陽樹脂再生。
3.強酸性陽離子交換樹脂再生
再生劑為4-5%鹽酸，用酸量為陽樹脂體積的2-3倍。酸液從酸再生管加入，從下口排出，此法應嚴格控制酸的液面，始終在陰陽樹脂交界處（下一點），切不可上溢到陰樹脂層，否則會使剛再生為OH型的陰樹脂變為Cl型而失效。維持一定流速，在半小時內流完。
4.淋洗陽樹脂
仍從進酸管進水，控制液面在陰陽樹脂交界處，淋洗水量為陽樹脂體積的4-6倍，慢流速洗至pH=2-3.如測定酸度可控制在5毫克當量/升以下。如用純水淋洗可洗至pH=6-7.
6.反洗
淋洗陽樹脂可進行一次反洗，水從下口進入上口排出，洗水pH大約為9左右，即反洗5-10分鐘，反洗畢，排水，保持液面在樹脂層表面以上15厘米左右，準備下一步混合。
7.混合
混合的目的是使兩種樹脂充分均勻混合，混合的辦法有兩種，一是用壓縮空氣自底部進氣，上中排除；二是用真空泵進行混合，自上口抽真空，打開下口閥門進氣，用空氣拌動陰陽樹脂達到充分混合的目的。
混合畢應立即排水（將樹脂表面15厘米以上的水層排掉），因為混合后兩種樹脂懸浮于水中，若人氣自由落層，陽樹脂重陰樹脂輕，必然會出現再次分層的現象，所以采取立即排水的方法，借助排水向下的動力，迫使樹脂來不急分層而落層。水放至樹脂表面時即可停止。
8.運行
以復床或反滲透產水緩慢地注入交換柱中，注滿后即可打開下口進行運行出水。
出水開始時渾濁，當水質清亮時檢查水質情況，如合格即可正式運行；如不合格應停止出水，停數小時后再運行，出水水質將大為提高。
注：以上以小型交換柱為例，時間條件可隨之變化。
◆離子交換樹脂的存貯
1.離子交換樹脂應在一述型態下保存，樣樹脂(Na)型，陰樹脂氯（Cl）型。
2.離子交換樹脂應在存貯與運輸過程中應保持水分，防止脫水，脫水后的干樹脂不得直接浸入水中，應先浸入濃度大于10%的食鹽溶液中，使其緩慢且充分膨脹后，方能逐漸用水稀釋。
3.離子交換樹脂存貯運輸過程中溫度不得超過40攝氏度。以防止微生物繁殖，導致樹脂霉變。
◆新樹脂預處理方法
1.工業性生產的離子交換樹脂出廠時難免有一些雜質，使用前應用清水沖洗，洗至樹脂清亮為止。
2.用4%NaOH交替處理，在酸堿之間用大量水淋洗，如此反復處理三次。即：酸一水，堿一水，反復進行，每次酸堿用量為樹脂體積的2倍，在交換柱中動態進行，如在容器中處理應采用少量多次的方法。
3.最后一次處理，陽樹脂應用酸轉成H型，所有酸量加倍，水洗用純水；陰樹脂應用堿轉成OH型，所以用堿量應加倍，水洗時用純水。
4.如為醫藥食品等工業，處理前最好用乙醇浸泡，然后再用酸堿處理。處理后的新樹脂經過一個周期運行后的第一次再生，酸堿用量應為正常用量的1.5-2倍。
◆離子交換運行、再生中應注意的問題：
1.逆流再生后出水水質比順流再生出水水質高，再生劑單耗低于順流再生。
2.再生劑質量應高、純度高的再生劑再生效果明顯好得多。
3.再生用水的質量應高。
4.切忌陽樹脂混入陰樹脂中，否則出水匯Na量會增加而降低于順流再生。
5.冬季進水溫度低時。應加熱再生劑的液體溫度。堿液在30-40攝氏度。
6.反沖洗時，應緩慢開啟反洗反洗進水閥逐漸提高進水量。水的濁度低時盡量減少反沖洗次數。
7.順流再生劑濃度約4%左右，逆流再生劑濃度約2%左右為好。
 
我公司生產的成套離子交換器的選型參數圖表請參見附頁