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離子交換水處理

    離子交換水處理是指采用離子交換劑，使交換劑中和水溶液中可交換離子產(chǎn)生符合等物質(zhì)的量規(guī)則的可逆性交換，導(dǎo)致水質(zhì)改善而交換劑的結(jié)構(gòu)并不發(fā)生實(shí)質(zhì)性(化學(xué)的)變化的水處理方式。在這種水處理方式中，只有陽離子參與交換反應(yīng)的，稱陽離子交換水處理;只有陰離子參與交換反應(yīng)的，稱陰離子交換水處理;既有陽離子又有陰離子參與交換反應(yīng)的，稱陽、陰離子交換水處理。由于原水的水質(zhì)千差萬別，而對(duì)出水水質(zhì)的要求又多種多樣，所以有許多種類型的離子交換及某組合的水處理方法，采用這些水處理方法而使原水軟化、除堿和除鹽。離子交換劑中參與交換反應(yīng)的離子是鈉離子Na+時(shí)，此方法稱為鈉(Na)型離子交換法，此交換劑稱為鈉(Na)型陽離子交換劑，相類似的，有氫(H)型離子交換法及氫(H)型陽離子交換劑等。

    鈉型離子交換法是工業(yè)鍋爐給水最通用的一種水處理方法。當(dāng)原水經(jīng)過鈉型離子交換劑時(shí)，水中的Ca2+、Mg2+等陽離子與交換劑中的Na+進(jìn)行交換，降低了水的硬度，使水質(zhì)得到軟化，故這種方法又稱為鈉離子交換軟化法。

(1)再生過程

    在鈉離子交換過程中，當(dāng)軟水出現(xiàn)了硬度，且殘留硬度超過水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時(shí)，則認(rèn)為鈉離子交換劑已經(jīng)失效。為了恢復(fù)其交換能力，就需要對(duì)交換劑進(jìn)行再生(或還原)。再生過程是使含有大量鈉離子的氯化鈉(NaCl)溶液通過失效的交換劑層恢復(fù)其交換能力的過程。

    此時(shí)，鈉離子又被離子交換劑所吸著，而交換劑中的鈣、鎂離子被置換到溶液中去。鈉型離子交換劑的再生過程可用如下反應(yīng)式表示：

    CaR2 + 2NaCl——2NaR + CaCl2

    MgR2 + 2NaCl——2NaR + MgCl2

    生產(chǎn)中多采用食鹽(NaCl)溶液作為再生劑。因?yàn)槭雏}比較容易得到，而且再生過程中所形成的產(chǎn)物(CaCl2、MgCl2)是可溶性鹽類，很容易隨再生液排出去。再生用食鹽，大都采用工業(yè)用鹽，其中雜質(zhì)含量不宜過多，食鹽溶液需澄清過濾后使用。通常認(rèn)為，10%食鹽溶液的硬度不應(yīng)超過40mmol/L，懸浮物不應(yīng)大于2%。離子交換劑再生時(shí)，一般要用經(jīng)過澄清的8～10%的鹽溶液。總的再生接觸時(shí)間隨離子交換樹脂交聯(lián)度的不同而變化，對(duì)于一般交聯(lián)度7%左右的強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂，再生劑和樹脂總的接觸時(shí)間最低應(yīng)保證45min 以上。

(2)交換過程

    碳酸鹽硬度(暫硬)軟化過程：

    Ca(HCO3)2 + 2NaR——CaR2 + 2NaHCO3

    Mg(HCO3)2 + 2NaR——MgR2 + 2NaHCO3

非碳酸鹽硬度(永硬)軟化過程：

    CaSO4 + 2NaR——CaR2 + Na2SO4

    CaCl2 + 2NaR——CaR2 + 2NaCl

    MgSO4 + 2NaR——MgR2 + Na2SO4

    MgCl2 + 2NaR——MgR2 + 2NaCl

    也可以用綜合上述反應(yīng)式的離子式表示：

    Ca2+ + 2NaR——CaR2 + 2Na+

    Mg2+ + 2NaR——MgR2 + 2Na+