電化學(xué)水處理講義一水的除鹽處理

第一節(jié)離子交換樹(shù)胸

水中能電離的雜質(zhì)可用離子交換法除掉，這種方法是用離子交換劑進(jìn)行的。離子交換劑包括天然涕石、

人造鋁硅酸鈉、磺化酶和離子交換樹(shù)脂等四類(lèi)，其中離子交換樹(shù)脂在水處理中應(yīng)用得比較廣泛。因此，在

討論離子交換法前，先對(duì)離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)做一些介紹,

一、樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)

離了交換樹(shù)脂是一種不溶于水的高分了化合物，外觀上是一些直徑為0.3~1.2亳米的淡黃色或咖啡色的小

球。微觀上是一種立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的骨架；骨架上聯(lián)結(jié)著交換基團(tuán)，交換基團(tuán)中含有能解離的離子，圖13-5

是一種離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)示意圖。下面簡(jiǎn)單的介紹樹(shù)脂網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的孔隙和交換基團(tuán)。

H

HI

圖13-5H型離子交換樹(shù)脂結(jié)陶示意

1.樹(shù)脂孔隙。樹(shù)脂內(nèi)部的網(wǎng)架形成樹(shù)脂中許多類(lèi)似毛細(xì)孔狀的溝道，即樹(shù)脂的孔隙。實(shí)際上這些孔隙

非常小，一般常用樹(shù)脂的孔隙直徑為20~40埃（1埃=10造厘米），而且同一顆粒內(nèi)的孔隙也是不均勻的?？?/p>

隙中充滿著水分子，這些水分子也是樹(shù)脂孔隙的一個(gè)組成部分。水和交換基團(tuán)解離下來(lái)的離子組成濃度很

高的溶液，離子交換作用就是在這樣溶液條件下進(jìn)行的。

樹(shù)脂孔隙的大小，對(duì)離子交換運(yùn)動(dòng)有很大影響，孔隙小不利于離子交換運(yùn)動(dòng)，以致半徑大的離子不能

進(jìn)入樹(shù)脂內(nèi)，也就不能發(fā)生交換作用。

樹(shù)脂網(wǎng)狀骨架部分不溶于水，在交換反應(yīng)時(shí)也是不變的，一般用英文樹(shù)脂的第一個(gè)字母R來(lái)表示不變

的這一部分。

2.交換基團(tuán)。交換基團(tuán)是由能解離的陽(yáng)離子（或陰離子）和聯(lián)結(jié)在骨架上的陰離子（或陽(yáng)離子）組成。例

如，橫酸基交換基團(tuán)一SO：H,，季胺基交換基團(tuán)一N（CH3）1OH-等，其中H+或OFF是能解離的并

在反應(yīng)中發(fā)生交換的離子；一SO二或一N（CH3）-是聯(lián)結(jié)在骨架上的離子，即R—SO］或R—N（CH，，它

們?cè)诜磻?yīng)中是不變的。

在書(shū)寫(xiě)某種離子交換樹(shù)脂時(shí)，一般只寫(xiě)出樹(shù)脂骨架符號(hào)R和交換基團(tuán)中能解離的離子本身符號(hào)，如RH

或ROH等。

二、樹(shù)脂的分類(lèi)

離子交換樹(shù)脂的分類(lèi)，一般按交換基團(tuán)能解離的離子種類(lèi)分為陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和陰離子交換樹(shù)脂。

1.陽(yáng)高子交換樹(shù)縻。交換基團(tuán)能解離的高子是陽(yáng)離子的，叫做陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。在使用時(shí)通常是游離

酸型即RH型，而且各種RH解離出H.能力的大小不同。所以，其中又分為強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和弱酸性

陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。

2.陰離子交換樹(shù)脂。交換基團(tuán)能解離的離子是陰離子的，叫做陰離子交換樹(shù)脂。使用時(shí)通常是游離堿

型即ROH型，而且各種ROH解離出0H能力的大小不同。所以，其中又分為強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂和弱堿性

陰離子交換樹(shù)脂。

3.此外，離子交換樹(shù)脂按其孔隙結(jié)構(gòu)上的差異，又有大孔型網(wǎng)脂和凝膠型(或微孔型)之分。目前生產(chǎn)

一種孔隙直徑為2001000埃的樹(shù)脂，稱為大孔樹(shù)脂；而把一般孔徑在40埃以下的樹(shù)脂，稱為凝膠型樹(shù)脂。

三、化學(xué)性質(zhì)

離子交換樹(shù)脂的化學(xué)性反有：離子交換、催化、絡(luò)鹽形成等。其中用于電廠水處理的，主要是利用它

的離子交換性質(zhì)。所以，這里僅介紹離子交換反應(yīng)的可逆性、選擇性和表示交換能力大小的交換容量。

1.離子交換反應(yīng)的可逆性。當(dāng)離子交換樹(shù)脂遇到水中的離子時(shí)，能發(fā)生離子交換反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)果，樹(shù)

脂的骨架不變，只是樹(shù)脂中交換基團(tuán)上能解離的離子與水中帶同種電荷的離子發(fā)生交換。例如，用8$左右

的食鹽水，通過(guò)RH樹(shù)脂后，出水中的K濃度增加，Na.濃度減小。這說(shuō)明食鹽水通過(guò)RH樹(shù)脂時(shí)，樹(shù)脂中的

H進(jìn)入水中，食鹽水中的Na.交換到樹(shù)脂上。這一反應(yīng)為：

RH+NaClTRNa+HCI

或RH+NaJRNa+H'

如果用端左右的鹽酸通過(guò)已經(jīng)變成RNa的樹(shù)脂后，山水中的Na'濃度增加，H.濃度減小。說(shuō)明樹(shù)脂中的

Na.進(jìn)入水中，而鹽酸中的印交換到樹(shù)脂上。這一反應(yīng)為：

RNa+HClTRH+NaCI

或RNa+H'-+RH+Na*

對(duì)照兩個(gè)反應(yīng)我們知道：離子交換反應(yīng)是可逆的。這種可逆反應(yīng)，可用可逆反應(yīng)式表示：

RH+NaCI~~RNa+HCI

或RH+Na=BRNa+H

2.離子交換反應(yīng)的選擇性。這種選擇性是指樹(shù)脂對(duì)水中某種離子所顯示的優(yōu)先交換或吸著的性能。

同種交換劑對(duì)水中不同離子選擇性的大小，與水中離子的水合半徑以及水中離子所帶電荷大小有關(guān)；

不同種的交換劑由于交換換團(tuán)不同，對(duì)同種離子選擇性大小也不一樣。下面介紹四種交換劑對(duì)離子選擇性

的順序：

(1)強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換劑，對(duì)水中陽(yáng)離子選擇順序：

Fe^AINH：^Na出

(2)弱酸性陽(yáng)離子交換劑，對(duì)水中陽(yáng)離子的選擇順序：

__________________________QFJxiDCaD暗〉K〉NH：=Na*

從上述選擇順序來(lái)看，強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換劑對(duì)H.的吸著力不強(qiáng)；而弱酸性陽(yáng)離子交換劑則容易吸著

所以，實(shí)際應(yīng)用中.用酸再生弱酸性陽(yáng)離子交換劑比再生強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換劑要容易得多。

(3)強(qiáng)堿慢陰離子交換劑，對(duì)水中陰離子的選擇順序：

SO"NOW刈>0H>F>HCO注HSiO?

(4)弱堿性陰離子交換劑，對(duì)水中陰離子的選擇順序：

0H>SO；->NO；>CI->HCQ；

從陰離子交換劑的選擇性來(lái)看，用堿再生弱堿性陰離子交換劑比再生強(qiáng)堿性陰離子交換劑容易。但是

弱堿性陰離子交換劑吸著HCO：很弱，不吸著HSiOg。因此，弱堿性陰離子交換劑用于除掉水中強(qiáng)酸根

離子。

3.交換劑的交換容量。交換容量是商子交換劑的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)。它定量地表示出一種樹(shù)脂能交換

離子的多少。交換容量分為全交換容量和工作交換容量。

（1）全交換容量。全交換容量是指離子交換劑能交換離子的總數(shù)量。這一指標(biāo)表示交換劑所有交換基

團(tuán)上可交換離子的總量。同一種離子交換劑，它的全交換容量是一個(gè)常數(shù)，常用亳克當(dāng)量/克來(lái)表示,

（2）工作交換容量。工作交換容星就是在實(shí)際運(yùn)行條件下，可利用的交換容量。在實(shí)際離子交換過(guò)程

中，可能利用的交換容量比全交換容量小得多，大約只有全交換容量的60~705。某種樹(shù)脂的工作交換容量

大小和樹(shù)脂的具體工作條件有關(guān)，如水的pH值、水中離子濃度、交換終點(diǎn)的控制標(biāo)準(zhǔn)'樹(shù)脂層的高度和水

的流速等條件，都影響樹(shù)脂的工作交換容量。工作交換容量常用亳克當(dāng)量/亳升來(lái)表示。

四、新樹(shù)脂處理

新樹(shù)脂處理前，需先用水使樹(shù)脂充分膨脹，，然后用5%稀鹽酸對(duì)其中無(wú)機(jī)雜質(zhì)（主要鐵的化合物）除

去，用2%氫氯化鈉有機(jī)雜質(zhì)，,如果樹(shù)脂脫水，則先要用10用濃食鹽進(jìn)行浸泡膨脹再進(jìn)行處理。

第二節(jié)離子交換除鹽

在離子交換法的水處理中，根據(jù)除掉水中離子種類(lèi)不同，分為離子交換法除鹽（化學(xué)除鹽）和離子交換

法軟化（化學(xué)軟化）兩種。其中使用比較廣泛的是化學(xué)除鹽，所以我們著重討論化學(xué)除鹽的原理'設(shè)備及運(yùn)

行；對(duì)于化學(xué)軟化只作概括介紹。

一、化學(xué)除鹽

化學(xué)除鹽法就是將RH樹(shù)脂和R0H樹(shù)脂分別（或混合）放在兩處1或一個(gè)）離子交換器內(nèi)，用RH樹(shù)脂除掉水

中的金屬離子，用R0H除掉水中的酸根，使水成為純水。

1.原理?；瘜W(xué)除鹽原理主要有兩個(gè)交換反應(yīng)，一個(gè)是除鹽反應(yīng)，一個(gè)是再生反應(yīng)。

（1）除鹽。當(dāng)含鹽水流過(guò)RH樹(shù)脂層時(shí)，水中的金屬離子與RH樹(shù)脂中的印發(fā)生交換反應(yīng)。水中的Na\

Ca，Mg”……等離子擴(kuò)散到樹(shù)脂的網(wǎng)孔內(nèi)并留在其中，而網(wǎng)孔內(nèi)的H.則擴(kuò)散到水中。結(jié)果，水中除了少數(shù)

殘余的金屬離子外，陽(yáng)離子換成了HL這個(gè)過(guò)程用下列反應(yīng)式表示：

RH+WTRNa+H*

2RH+Ca?-*R.Ca+2H'

2RH+Mg”TR：Mg+2H.

經(jīng)過(guò)RH樹(shù)脂處理后的水，再通過(guò)R0H樹(shù)脂層時(shí)，水中的酸根離子與R0H發(fā)生交換反應(yīng)。水中的Cl\

SO：、HSiOJ……等離子擴(kuò)散到樹(shù)脂網(wǎng)孔內(nèi)并留在其中，而網(wǎng)孔的0H則擴(kuò)散到水中。結(jié)果，水中除了

少數(shù)酸根外，陰離子換成0H?這個(gè)過(guò)程用下列反應(yīng)式表示：

ROH+CI-4RCI+0H-

2R0H+SO：TRS04+20H

ROH+HSiO^->RHSiO3+OH

水中的H.與0H相線路合變成不：

H+0HTHQ

水經(jīng)過(guò)RH陽(yáng)樹(shù)脂和R0H陰樹(shù)脂處理后，水中的金屬陽(yáng)離子被交換成H:酸根陰離子被交換成0H相結(jié)

合成水，原水中的鹽類(lèi)被除去。這樣處理后的水叫做除鹽水。

（2）再生。RH樹(shù)脂和R0H樹(shù)脂，經(jīng)過(guò)交換后，分別轉(zhuǎn)變?yōu)镽Na、R￡a、R2Mg……和RCI、Rg、RHSiOj……

等新型樹(shù)脂。這些新型樹(shù)脂不能再起除鹽作用，這種現(xiàn)象叫做樹(shù)脂的失效。使失效的樹(shù)脂重新恢復(fù)成最初

類(lèi)型的樹(shù)脂的過(guò)程，叫做再生。再生是根據(jù)離子交換反應(yīng)的可逆性進(jìn)行的。例如：

RH+Na+^iRNa+H，

再生

ROH+CI-RC1+OH'

再生

即反應(yīng)向右進(jìn)行是除鹽，向左進(jìn)行是再生。而反應(yīng)究竟向哪個(gè)方向進(jìn)行與離子的性質(zhì)和溶液中離子濃度有

關(guān)。在溶液中反應(yīng)方向主要決定于離子被樹(shù)脂的選擇性，當(dāng)溶液中某種離子濃度增大到一定范圍時(shí)，反應(yīng)

就可以按人們指定的方向進(jìn)行。在上述反應(yīng)中分別增加H.濃度和0H濃度，反應(yīng)就向再生方向進(jìn)行。這一可

逆反應(yīng)，提供了失效樹(shù)脂再生的條件。RH陽(yáng)樹(shù)脂失效后采用一定濃度的酸溶液再生，ROH陰樹(shù)脂失效后采

用一定濃度的堿溶液再生。使樹(shù)脂再生的藥劑如酸、堿等，稱為再生劑（或還原劑）。

在生產(chǎn)中，RH的再生液一般用「5冬的鹽酸或「2$的硫酸；ROH的再生液一般用3~4冬的氫氮化鈉溶液。

2.設(shè)備和運(yùn)行

（1）復(fù)床。水處理使用的離子交換器有多種形式，其運(yùn)行方式也各不相同，常見(jiàn)的有復(fù)床除鹽和混床除

鹽。下面先介紹復(fù)床除鹽的設(shè)備結(jié)構(gòu)和運(yùn)行步驟。

復(fù)床就是把RH樹(shù)脂和ROH樹(shù)脂分別裝有兩個(gè)交換器內(nèi)組成的除鹽系統(tǒng)。裝有RH樹(shù)脂的叫做陽(yáng)離子交

換器；裝有ROH樹(shù)脂的叫做陰離子交換器。

1）設(shè)備結(jié)構(gòu)。離子交換器的主體是一個(gè)密閉的圓柱形殼體，體內(nèi)設(shè)有進(jìn)水、排水和再生裝置，如圖

13-60

進(jìn)水裝置多采用喇叭口形，水沿喇叭口周?chē)芟?，以便使水分布均勻?/p>

排水蕓苦，近年來(lái)多采用穹形多孔板加石英砂墊層的方式，也有用排水帽的。

進(jìn)再生液裝置有輻射型、圓環(huán)形和支管形，如圖13-7所示。

圖13-6離子交換器結(jié)構(gòu)圖13-7離子交換器再生裝置

1一放空氣管；2一進(jìn)水漏斗；3一再生裝置；1一輻射型；2—圓環(huán)型；3—支管型

4一縫式濾頭；5—混凝土

2）運(yùn)行步驟。交換器的運(yùn)行分為四個(gè)階段：交換除鹽、反洗、再生和正洗。

①交換除鹽。在除鹽運(yùn)行階段，被處理的水洗經(jīng)過(guò)陽(yáng)離子交換器，再進(jìn)入陰離子交換器，除鹽后的水

送入除鹽水箱。陽(yáng)離子交換器內(nèi)裝入一定量的RH樹(shù)脂，在陽(yáng)離子交換器內(nèi)水中的金屬離子與RH樹(shù)脂中的

H.交換，金屬被交換在樹(shù)脂上：陰離子交換器內(nèi)裝入一定量的ROH樹(shù)脂，在陰離子交換器內(nèi)，水中的酸根

離子與ROH樹(shù)脂中的0H交換，酸根離子被交換在樹(shù)脂上。經(jīng)過(guò)兩種交換處理后的水，送入除鹽水箱。交換

器運(yùn)行若干小時(shí)后，出水含鹽量增加，水的導(dǎo)電度增大。當(dāng)運(yùn)行到出水導(dǎo)電度明顯增大并達(dá)到一定值時(shí)，

說(shuō)明交換劑已經(jīng)失效，不能生產(chǎn)出合格的水。在生產(chǎn)，為了便于用導(dǎo)電度表監(jiān)視樹(shù)脂是否已經(jīng)失效，一般

是讓陽(yáng)樹(shù)脂先失效。樹(shù)脂失效后，停止運(yùn)行進(jìn)行再生。

②反洗。樹(shù)脂再生前需要反洗。這是因?yàn)樽儞Q是在較大壓力下進(jìn)行的，樹(shù)脂顆粒間壓得很緊，這樣在

樹(shù)脂層內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一些破碎的樹(shù)脂；此外，在陽(yáng)離子交換樹(shù)脂層表面幾厘米的厚度內(nèi)還會(huì)積累一些水中懸浮

物，這些破碎的樹(shù)脂是懸浮物都不利于交換劑的再生。所以，反洗的目的就是用清水松動(dòng)交換劑層，潔除

樹(shù)脂層內(nèi)的懸浮物、破碎樹(shù)脂和氣泡等。反洗水經(jīng)底部反洗進(jìn)水門(mén)進(jìn)客店交換器內(nèi)，自下而上的流過(guò)樹(shù)脂

層，再進(jìn)入上部漏斗由排水門(mén)排入地溝。反洗時(shí)，要求樹(shù)脂層膨脹30~40$,使樹(shù)脂得到充分清洗。反洗一

直進(jìn)行到出水澄清為止。為了防止樹(shù)脂被沖走，應(yīng)先慢慢開(kāi)大反洗進(jìn)水門(mén)，然后慢慢開(kāi)大排水門(mén)。使用的

反洗水不應(yīng)污染樹(shù)脂。

③再生。再生是一項(xiàng)重要的操作過(guò)程。再生開(kāi)始前，打開(kāi)空氣門(mén)和排水門(mén)，放掉交換器內(nèi)一部分水，

使水位降到樹(shù)脂層上10~20厘米處，關(guān)閉排水門(mén)。然后將一定濃度的再生液送進(jìn)交換器內(nèi)，由再生裝置將

再生液均勻分布大整個(gè)樹(shù)脂層上，并將交換器內(nèi)的空氣經(jīng)空氣管排出。當(dāng)交換器內(nèi)的空氣排完再生液充滿

筒體后，并閉空氣門(mén)，打開(kāi)排水門(mén)，此時(shí)再生液流過(guò)

樹(shù)脂層，并與失效的陽(yáng)離子（或陰離子）樹(shù)脂發(fā)生離子

交換反應(yīng)，使失效樹(shù)脂得到再生。再生過(guò)程中的廢液

從排水門(mén)排走。

④正洗。待樹(shù)脂中再生后的廢液基本排完，樹(shù)脂

中仍有殘留的再生劑和再生產(chǎn)物，必須把它們洗掉，

交換器方能重新投入運(yùn)行。正洗時(shí)，清水沿運(yùn)行路線

進(jìn)入交換器，由排水門(mén)排入地溝。正洗開(kāi)始時(shí)，排出

的廢液中仍有再生劑和再生產(chǎn)物，隨著正洗的進(jìn)行，

出水中的再生劑和再生產(chǎn)物逐漸減少，同時(shí)除鹽的交

換反應(yīng)也開(kāi)始發(fā)生，當(dāng)排出的乂基本符合水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，

即可關(guān)閉排水門(mén)，結(jié)束正洗，投入運(yùn)行或備用。

交換器從除鹽T反洗T再生T正洗的全過(guò)程叫做

一個(gè)運(yùn)行周期。

（2）混床。經(jīng)過(guò)復(fù)床除鹽的水，僅適用一般高壓

鍋爐的補(bǔ)給水，仍不能滿足高參數(shù)鍋爐的給水水質(zhì)要

求。為此，可以將復(fù)床除鹽水再通過(guò)混床處理，以提

出水

高水質(zhì)的純度。

圖I3-8混合床離子交換器結(jié)構(gòu)

混床就是把陽(yáng)、陰離子交換樹(shù)脂放在同一個(gè)交換

1一放空氣管：2—觀察孔：3—進(jìn)水裝置;

器內(nèi)，并在運(yùn)行前兩種樹(shù)脂充分混合均勻。

4—多孔板；5一檔水板：6一濾布層：

1）混床的除鹽原理。一般制取高純度的除鹽水，7—中間排水裝置

均采用RH與ROH樹(shù)脂，即H-OH型混床。在這種混床內(nèi)可以把樹(shù)脂層內(nèi)的RH與ROH樹(shù)脂顆?？醋鰹榛旌辖?/p>

錯(cuò)排列的，這樣的混床就相當(dāng)于許多級(jí)復(fù)床串聯(lián)在一起，有利于下列反應(yīng)：

RH+Na'TRNa+H*

ROH+HSiOJTRHSiO,+OH

H+OHTHQ

由于RH與ROH樹(shù)脂顆粒交錯(cuò)排列，生成的印和OH很快能結(jié)事成難解離的水，使除鹽反應(yīng)進(jìn)行得比較

徹底。因此，HOH型混床的出水水質(zhì)純度很高。

2）設(shè)備結(jié)構(gòu)。一般采用的混床有固定式體內(nèi)再生混床和固定式體外再生混床。這里介紹內(nèi)再生混床設(shè)

備，如圖13-8。

這種離子交換器是一個(gè)圓柱形密閉容器，交換器上部設(shè)有進(jìn)水裝置，下部有配水裝置，中間裝有陽(yáng)、

陰樹(shù)脂再生用的排液裝置，中間排液裝置的上方設(shè)有進(jìn)堿裝置。

3）再生?；齑彩前殃?yáng)、陰樹(shù)脂混合裝在同一個(gè)交換器內(nèi)運(yùn)行的，所以運(yùn)行操作與一般固定床不同，特

別是混床的再生操作差別很大。當(dāng)混床樹(shù)脂失效再生時(shí)，首先應(yīng)把混合的陽(yáng)、陰樹(shù)脂分層，然后才能分別

通過(guò)酸、堿再生液進(jìn)行再生，這是混床操作的特點(diǎn)。

再生方法分為體內(nèi)再生法和體外再生法。本節(jié)介紹體內(nèi)再生法，其步驟為：反洗分層、再生和正洗。

①反洗分層。混床內(nèi)保、陰樹(shù)脂間的比重差是混床樹(shù)脂分層的重要條件。陽(yáng)樹(shù)脂的濕真比重為

1.231.27,而陰樹(shù)脂的濕真匕重為由于陽(yáng)、陰樹(shù)脂比重的不同，當(dāng)混床樹(shù)脂反洗時(shí)，在水流

作用下樹(shù)脂會(huì)自動(dòng)會(huì)層，上層是比重較小的陰樹(shù)脂，下層是比重較大的陽(yáng)樹(shù)脂。陽(yáng)、陰樹(shù)脂的比重差越大，

分層越迅速、徹底；比重差小，分層比較困難。樹(shù)脂的比重與失效樹(shù)脂轉(zhuǎn)型有關(guān)，失效樹(shù)脂轉(zhuǎn)型不同，其

比重也各不相同，不同型式的陽(yáng)樹(shù)脂，它們的比重順序?yàn)椋?/p>

/H</NH4</Ca</Na</K</fta

不同型式陰樹(shù)脂的比重順序?yàn)椋?/p>

r0H</ci<rcoy</HCO3</NO5</SO4

y—表示比重，7右下角的符號(hào)表示樹(shù)脂的類(lèi)型。

為了提高樹(shù)脂分層效果，有時(shí)在分層前向混床內(nèi)通入NaOH,使陽(yáng)樹(shù)脂轉(zhuǎn)換為比重較大的RNa樹(shù)脂，使

陰樹(shù)脂轉(zhuǎn)換為比重較小的ROH樹(shù)脂。這樣可以增大陽(yáng)、陰樹(shù)脂間的比重差，以達(dá)到提高分層效果的目的。

此外，反洗流速，也影響分層效果。一般反洗流速，應(yīng)控制在使整個(gè)樹(shù)脂層的膨脹率在50%以上。

②再生?；齑仓嘘?yáng)、陰樹(shù)脂分層后，就可以對(duì)上層的陰樹(shù)脂和下層的陽(yáng)樹(shù)脂分別進(jìn)行再生，亦可同時(shí)

進(jìn)行再生。以分別再生為例，說(shuō)明再生操作：

再生陰樹(shù)脂時(shí)，堿液從上部的進(jìn)堿管進(jìn)入，通過(guò)失效的陰樹(shù)脂層，使失效樹(shù)脂再生，其廢液由混床中

部排液裝置排出。此時(shí)應(yīng)特別注意防止堿液浸潤(rùn)陽(yáng)樹(shù)脂層。為此，在再生陰樹(shù)脂的同時(shí)將清水按酸再生液

的途徑，從底部不斷送入。當(dāng)陰樹(shù)脂再生完畢后，繼續(xù)向陰樹(shù)脂層進(jìn)清水，清洗陰樹(shù)脂層中的再生廢液，

清洗至排水的氫氧堿度為0.5亳克當(dāng)量/升時(shí)為止。

再生陽(yáng)樹(shù)脂時(shí)，酸液從下面通過(guò)底部配水裝置進(jìn)入失效樹(shù)脂層，使失效的陽(yáng)樹(shù)脂再生，其廢液從混床

中部的排液裝置排出。此時(shí)應(yīng)注意防止酸液浸潤(rùn)陰樹(shù)脂層。為此，在再生陽(yáng)樹(shù)脂同時(shí)將清水按堿再生液的

途徑從上部進(jìn)入。當(dāng)陽(yáng)樹(shù)脂再生完畢后，繼續(xù)向陽(yáng)樹(shù)脂層進(jìn)清水：清洗陽(yáng)樹(shù)脂中的再生廢液，清洗至排水

的酸度為0.5亳克當(dāng)量/升時(shí)為止。

③正洗。正洗就是用清洗水從上部進(jìn)入，通過(guò)再生后的樹(shù)脂層由底部排出。

首先進(jìn)行混合前正洗，當(dāng)正洗到排水的導(dǎo)電度在15微姆/厘米以下時(shí)，停止混合前正洗，然后從混床

交換器底部進(jìn)入壓縮空氣，把兩種樹(shù)脂混合均勻，進(jìn)行混合后的大流量正洗（流速約為20米"寸左右）至出

水合格，投入運(yùn)行或備用。

混床的出水純度雖然很高，但樹(shù)脂交換容量的利用低、樹(shù)脂磨損大、再生操作復(fù)雜。因此，它適用處

理含有微量鹽的水，如經(jīng)過(guò)一級(jí)復(fù)床處理的除鹽水和凝結(jié)水等。汶樣可以延長(zhǎng)混床的運(yùn)行周期，減少再生

次數(shù)。

二、化學(xué)軟化

含有較多Ca”和Mg?.的水，叫做硬水。降低水中Ca??和的含量或把水中Ca?.和M葭基本全部除掉的

工作叫做軟化。經(jīng)過(guò)軟化后的水叫做軟水。

化學(xué)軟化的反應(yīng)原理、設(shè)備及其運(yùn)行步驟基本上與復(fù)床除鹽用似，不同的是軟化只是除掉水中的Ca?-

和Mg。軟化所用的交換劑是RNa或RH。如果交換劑為RNa時(shí)，再生液為5~10席的食鹽水。軟化和再生反

應(yīng)式如下:

2RN嚅.繇溫+2Na+

軟化水的含鹽量比除鹽水中的含鹽量高，所以軟化水只能做中'低壓鍋爐或蒸發(fā)器的補(bǔ)給水。

第三節(jié)除COz器

河水和井水一般均含有重碳酸鹽，這種水經(jīng)過(guò)RH樹(shù)脂層時(shí)，發(fā)生如下

反應(yīng)：

2RH+Ca（HCOJ?TR￡a+2H￡0,

2RH+Mg（HCOJ2-fR:Mg+2H2CO3

水中其它重碳酸鹽也發(fā)生類(lèi)似反應(yīng)，致使水中重碳酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓帷?/p>

除C0,器主要用于除去水中的這部分碳酸。

1.除CO?的原理。含有重碳酸鹽的水經(jīng)過(guò)RH樹(shù)脂處理后，它的pH值

一般在4.3以下。在這種情況下水中MCO,能分解為水和二氧化碳：圖13-9鼓風(fēng)除CO?器

1一脫氣塔；2一充填物（拉西環(huán)）;

H2co3^^H2O+CO2

3—中間水箱

這種CO?可以看作是溶于水的氣體。當(dāng)水面上的co；壓力降低或向水中

鼓風(fēng)時(shí)，溶于水中的co2就會(huì)從水中逸出。根據(jù)它的這個(gè)性質(zhì)，可以采用

真空法或鼓風(fēng)法來(lái)除去水中的co?。

2.鼓風(fēng)除COz器。鼓風(fēng)除COz器是一個(gè)圓柱形設(shè)備，如圖13-9所示。

除CO,器的圓柱體可用金屬、塑料或木料制成。如果用金屬制造，圓柱體的內(nèi)表面應(yīng)采取適當(dāng)防腐措施。

柱體內(nèi)一般裝在瓷環(huán)，瓷環(huán)的作用是使水與空氣能充分接觸。

除CO：器運(yùn)行時(shí)，水從底柱體上部進(jìn)入，經(jīng)配水管和瓷環(huán)填料后，從下部流入貯水箱?？諝鈩t由鼓風(fēng)

機(jī)從柱體底部送入，經(jīng)瓷環(huán)井與水充分接觸，然后由上部排出。由于空氣中CO?含量很少，它的壓力只占大

氣壓力的0.03$左右。所以當(dāng)空氣鼓進(jìn)柱體并與水接觸時(shí)，水里的CO?就會(huì)擴(kuò)散到空氣中去，當(dāng)水從上往下

流動(dòng)遇到從下向上的空氣時(shí)，水中絕大部分CO；即隨空氣帶走。水越往下流其中C0,越少，當(dāng)水流到柱體底

部時(shí)，殘余的C0,一般只有5~10亳克/升。

第四節(jié)降低酸、堿耗的措施

在對(duì)給水進(jìn)行化學(xué)除鹽的過(guò)程中，費(fèi)用最大的是樹(shù)脂再生用的酸或堿。降低再生用的、堿耗，是提高

化學(xué)除鹽經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主要途徑。

一酸、堿耗的計(jì)算方法

在計(jì)算化學(xué)除鹽的酸、堿耗時(shí)，常用單耗和比耗來(lái)表示。

1.單耗。再生劑的單耗是指除去水中1克當(dāng)量的離子，實(shí)際消耗再生劑的克數(shù)：

酸單樣=___________再生用純酸量：（克）_____________

一周期出水量（噸）x總陽(yáng)離子量（亳克當(dāng)量/升）

蹴單樣:___________再生用純堿量（克）_____________

周期出水量（噸）X總陰離子量（亮克當(dāng)量/升）

式中總陽(yáng)離子量;入口水堿度+出口水酸度；

總陰離子量二入口水酸度+—^+；

4460

這里CO?―陰離子交換器入口水中C07的含量，毫克/升；

SiO.——陰離子交換器入口水中SiO2的含量，亳克/升。

2.比耗。再生劑的比耗是指實(shí)際用的再生劑單耗與再生劑理論消耗量的比值：

出杼—再生劑單耗（克）

一再生劑理論耗量（克）

再生劑理論耗量，是指交換按等當(dāng)量進(jìn)行反應(yīng)所消耗的再生劑量。例如，要除去水中1克當(dāng)量的陽(yáng)離子,

消耗鹽酸的理論量應(yīng)為36.5克。如果它的單耗為54.75克，則其比耗為

鹽酸比耗=2晅

36.5克

=1.5

二降低酸、堿耗的措施

運(yùn)行中酸、堿耗的大小，與原水中鹽的種類(lèi)和數(shù)量、再生工藝,設(shè)備形式和樹(shù)脂性能等因素有關(guān)。目前，

在降低酸'堿耗方面主要采取以下幾種措施：

1.逆流再生。逆流再生是再生液的流向運(yùn)行時(shí)水的流向相反。這種再生方式，能使保護(hù)層樹(shù)脂（指運(yùn)

行時(shí)水流量后經(jīng)過(guò)的那一部分樹(shù)脂）再生徹底，再生液也得到了充分利用。這樣，可以降低酸和堿的消耗量.

提高出水水質(zhì)。

逆流設(shè)備在運(yùn)行時(shí)，被處理的水最后與再生徹底的保護(hù)層接觸，有利于提高出水水質(zhì)。另外，水在進(jìn)

入交換器時(shí)，首先接觸的是再生程度較差的樹(shù)脂，由于水中H\0T（或軟化處理時(shí)的Na）濃度小，反應(yīng)按除

鹽（或軟化）方向進(jìn)行，這就使再生程度較差的樹(shù)脂也能充分發(fā)揮作用。

目前，我國(guó)使用的逆流離子交換器有：逆流再生固定床和浮動(dòng)床等。

逆流再生固定床在運(yùn)行時(shí)，待處理的水由交換器上部進(jìn)入，經(jīng)過(guò)樹(shù)脂層后由下部流出。樹(shù)脂再生時(shí),

再生液由交換器下部進(jìn)入，經(jīng)過(guò)樹(shù)脂導(dǎo)的再生廢液，由上

部排出。

浮動(dòng)床在運(yùn)行時(shí)，要處理的水上交換器底部進(jìn)入，利

用水流的動(dòng)能使村脂以密實(shí)狀態(tài)向上托起稱為成床，水流

過(guò)床層由頂部排出。樹(shù)脂再生時(shí)，樹(shù)脂層下落，稱為落床。

落床后再生液由交換器上部進(jìn)入，經(jīng)過(guò)樹(shù)脂層的再生廢液

由底部排出,如圖13-10。（1）

表13-6內(nèi)列出我國(guó)某些電廠采用逆流交換器運(yùn)行的

圖1370浮動(dòng)床工作原理示意

經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和出水水質(zhì)。

⑴運(yùn)行狀態(tài)；（2）再生狀態(tài)

表13-6逆流與順流再生的酸、堿耗和出水水質(zhì)

酸、堿耗（克/克當(dāng)量）出水水質(zhì)

順流逆流順流逆流

漏Na'導(dǎo)電度（微漏Na'導(dǎo)電度

酸耗堿耗酸耗堿耗

（微克/升）姆/厘米）（微克/升）（微姆/厘米）

xxF82934555200~1000<10201.0

xxr8510042.555150~700no20~401.0^2.0

xxr92994668.4700~8001040~605

注：再生液采用的酸為鹽酸（HCI）,堿為氫氧化鈉（NaOH）。

2.設(shè)置前置式交換器。將一個(gè)強(qiáng)酸性（或強(qiáng)堿性）離子交換器設(shè)計(jì)成兩個(gè)，前后安裝。運(yùn)行時(shí)，原水先

通過(guò)前者，再通過(guò)后者。再生時(shí)，再生液先流經(jīng)后者，再流經(jīng)前者。這種水處理方式，由于采用了類(lèi)似逆

流再生的辦法，使酸、堿耗降

3.雙層床離子交換器。雙層床是將強(qiáng)酸性與弱酸性（或強(qiáng)堿性與弱堿性）離子交換樹(shù)脂，分層裝在固定

床交換器中。弱酸性（或弱堿性）樹(shù)脂裝在上層，強(qiáng)酸性（或強(qiáng)堿性）樹(shù)脂裝在下層。運(yùn)行時(shí)，水從上部流入

由下部排出；再生時(shí)，再生液從下部進(jìn)入失效樹(shù)脂層，由上部排出。由于弱酸（或弱堿）樹(shù)脂失效后很容易

再生，所以再生液從底部經(jīng)過(guò)強(qiáng)酸（強(qiáng)堿）樹(shù)脂后的稀溶液對(duì)弱酸:弱堿）樹(shù)脂還能起再生作用。這樣，再生

劑得到了充分的利用，降低了酸、堿耗。例如，某廠的陽(yáng)雙層床的HCI酸耗平均為43.7克/克當(dāng)量，出水

漏Na.為40~80微克/升，硬度為0;另一電廠的陰雙層床的NaOH堿耗約為45克/克當(dāng)量，出水導(dǎo)電度為3~4

微姆/厘米，SiO?為10微克/升左右。從這些數(shù)據(jù)可以看出，雙層床酸、堿耗比順流再生單層床的酸、堿耗

低得多，出水水質(zhì)也有所提高。

4.廢再生液回收。當(dāng)使用順流固定床交換器時(shí)，再生強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性樹(shù)脂的廢液，其酸、堿濃度在

2、左右，應(yīng)將這種廢液回收到專設(shè)的容器內(nèi)，供下次初步再生使用。注意，開(kāi)始排出的廢液中因再生產(chǎn)物

較多，不宜利用；當(dāng)再生產(chǎn)物含量高峰過(guò)后，廢液方可回收備用＜

第五節(jié)鍋爐補(bǔ)給水的處理系統(tǒng)

前面已經(jīng)討論了除掉水中各類(lèi)雜質(zhì)的原理、設(shè)備和方法；了解到把天然水凈化為鍋爐補(bǔ)給水的過(guò)程，

這個(gè)過(guò)程是由各種水處理方法和設(shè)備聯(lián)合蛆成的水處理系統(tǒng)。某電廠應(yīng)采用何種水處理系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)本廠

對(duì)給水水質(zhì)要求和原水水質(zhì)情況等具體條件決定。電廠常用的幾種基本水處理系統(tǒng)及其適用范圍列于表

13-5中。

表13-5鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)

水處理系統(tǒng)適用范圍

河水的懸浮物含量大于20至

克/升，硅化物較多，含鹽量不

高的原水

用于高壓及高壓以下鍋爐的

補(bǔ)給水處理

1一配水器；2—空氣分離器；3—澄清器；4一清水箱；5—機(jī)械過(guò)濾

器

含強(qiáng)酸陰離子較多的原水

用于中、低壓爐堿蒸發(fā)器的訃

給水處理

含重碳酸鹽堿度較大的原水

用于中、低壓爐或蒸發(fā)器的訃

給水處理

堿度、含鹽量、硅酸含量均不

高的清水

用于超高壓爐或直流爐的沖

給水處理

堿度及so：、Cl含量較高的

清水

用于高壓爐的補(bǔ)給水處理

SO：和CI含量高的清水

用于超高壓爐或直流爐的補(bǔ)

給水處理

第四節(jié)混合離子交換器

混合離子交換器是用于初級(jí)純水的進(jìn)一步精制。一般設(shè)置于陰、陽(yáng)離子交換器之后，也可設(shè)置在電

滲析或反滲透后串聯(lián)使用。出水水質(zhì)可達(dá)到Si0240.02mg/L,導(dǎo)電度＜0.0216/cm,處理后的高純水可供

高壓鋼爐、電子、醫(yī)藥、造紙、化工和石油等工業(yè)部門(mén)。

二、工作原理

混合離子交換法，就是把陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂放在同一個(gè)交奧器中，將它們混合，所以可看成是由無(wú)

數(shù)陰、陽(yáng)交換樹(shù)脂交錯(cuò)排列的多級(jí)式復(fù)床。水中所含鹽類(lèi)的陰、陽(yáng)離子通過(guò)該交換器，則被樹(shù)脂交換，而

得到高純度的水。

在混床中，由于陰、陽(yáng)樹(shù)脂是相互均勻的，所以其陰、陽(yáng)離子交換反應(yīng)幾乎同時(shí)進(jìn)行。或者說(shuō)，水的

陽(yáng)離子交換和陰離子交換是多次交錯(cuò)進(jìn)行的。經(jīng)H型交換所產(chǎn)生的印和0H都不能積累起來(lái)，基本上消除了

反離子的影響，交換進(jìn)行得比較徹底。

混合床采用體內(nèi)再生法。再生時(shí)利用兩種樹(shù)脂的比重不同，用反洗使明、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂完全分離，

陽(yáng)樹(shù)脂沉積在下，陰樹(shù)脂浮在上面，然后陽(yáng)樹(shù)脂用鹽酸(或硫酸；再生，陰樹(shù)脂用燒堿再生。

三、技術(shù)數(shù)據(jù)表

設(shè)備名稱混合離子交換器

運(yùn)行流速(m/h)40?60

流速(m/h)10

反洗

時(shí)間(min)15

再生藥劑HCLNaOH

四、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述：

1.進(jìn)水裝置

在交換器上部設(shè)有進(jìn)水裝置，使水能均勻分布。

2.再生裝置

在陰離子交換樹(shù)脂上方設(shè)有進(jìn)液母管，進(jìn)液母管采用母支管彩式，支管采用加強(qiáng)型T型繞絲管。陰離

子交換樹(shù)脂再生用堿液即由該進(jìn)液母管送入。再生陽(yáng)離子交換樹(shù)脂用的酸液由底部排水裝置進(jìn)入，再生酸、

堿廢液均由中排口排出。

3.中排裝置

中排裝置設(shè)置在陰、陽(yáng)樹(shù)脂的分界面上，用于排泄再生時(shí)酸,堿廢液和沖洗液，型式為雙母管式或支

管母管式，支管采用加強(qiáng)型T型繞絲管。

4.排水裝置

均采用多孔板上裝設(shè)水帽，多孔板采用鋼襯膠。

另外，在陰陽(yáng)樹(shù)脂分界面外、樹(shù)脂表面處及最大反洗膨脹高度處各設(shè)視鏡一個(gè)，用以觀察樹(shù)脂表面及

反洗樹(shù)脂的情況。

筒體上部設(shè)樹(shù)脂輸入口，在筒體下部近多孔板處設(shè)樹(shù)脂卸出口。樹(shù)脂的輸入和卸出均可采用水力輸送。

五、運(yùn)行及再生操作

程序控制表:

進(jìn)

餅

中

進(jìn)

壓

反

反

IF排

洗

間

堿

酸

水

縮

洗

\\閥門(mén)名稱洗

氣控制指標(biāo)

排

排

口

口

口

空

排

進(jìn)口

水

水

水

水

氣

k1k8k9k10

口

口

口

口

進(jìn)

k3口

狀態(tài)步驟\k4k5k6參考數(shù)據(jù)

k7

1運(yùn)行VV一流速40~60m/h

2反洗分層一一VV—一——一—流速10m/hx15min

3沉降—一一—V一—一一V5~10min

4強(qiáng)迫沉降V一——V一—一一—

5預(yù)噴射一一一——V—VV—1min

6再生一——一一V一VV一流速5m/h

7置換——一——V—VV—流速5m/h

8清洗V—V——V————

9排水————V————V放水至樹(shù)脂層表面上100mm左右處

壓力0.1?0.12MPa,

10混合