第八章 水的离子交换江苏苏特检院无锡分院 朱金华 联系电话：song1主要内容第一节 火电厂热力系统介绍 第二节 锅炉补给水处理概述 第三节、离子交换树脂 第四节、离子交换树脂污染原因、预防措施及再生方法 第五节、离子交换器及运行操作 第六节、离子交换树脂除盐处理 第七节、常见除盐系统工艺第八节、降低酸、碱耗的措施第九节、除盐处理有关计算 第十节、再生系统及防腐song2第一节、火电厂热力系统介绍一、火电厂生产过程示意图二、火电厂的分类（按蒸汽参数）与容量中低压: 3.8MPa，435℃, 6\12\25\50MW，高压： 9.8MPa， 540℃， 50\100MW，超高压:13.7MPa，535/535℃， 125\200MW， 亚临界：16.2MPa，540/540℃ ，300\600MW，超临界：24MPa，538/566℃ 600\800MW，超超临界电厂： 28MPa以上 我国现正研制1000MW级的超临界机组工程热力学将水的临界状态点定义为： 压力为22.115MPa, 温度为374.15℃三、热力发电厂水汽循环系统主要流程
直流锅炉水汽循环系统主要流程在发电厂中，锅炉、汽机及附属设备组成了热力系统，热力系统中的各 种热交换部件或水汽流经的设备，如锅炉的省煤器、水冷壁管、过热器、汽 轮机、各种加热器、除氧器和凝汽器等，统称为热力设备。 水和蒸汽是热力设备中的工质，在热力系统中循环运行。 水汽在热力系统循环过程中，总不免会有些损失，这些工质的损失是由 于热力系统某些设备的排汽放水，管道阀门的漏汽漏水，水箱等设备的溢流 或热水蒸发等原因造成的。为了维持热力系统正常水汽循环，要及时补充工 质的损失。 用来补充热力系统水汽损失的水叫做补给水。送进锅炉的水称为给水， 给水一般由凝结水、补给水、疏水组成。四、热力设备水汽系统中杂质的来源补给水 凝结水泄漏 生产返回水 疏水 给水系统金属腐蚀产物 药品不纯减温器运行不正常其它（金属腐蚀产物、安装检修遗留产物、破碎树脂、水处理中的微 生 物、细菌、连排运行不正常）防止氧化铁水垢产生为例说明 对补给水含铁量较高的，应进行混凝、澄清、过滤或专门的除铁工艺过程。 生产返回水含铁量较高时，应进行除铁处理。 疏水含铁量不合格时排放掉。凝结水应加覆盖过滤器或给水中加电磁过滤器。防止汽水系统的金属腐蚀。 做好停炉、停机的防腐措施。 加强炉内燃烧工况和水循环工况的管理，以防热负荷过高，及时清除炉内的 结焦和结渣，搞好正常排污。 炉内加配合剂处理。 各个环节水汽质量化验监督五、水中杂质对机组安全经济运行的危害1、在热力设备上形成水垢和水渣 危害：传热效率低，多耗燃料，引起爆管事故，减少管内的流通截面积， 破坏了水循环，增加了检修费用，发生垢下腐蚀，甚至使给水泵空转 （直流炉） 2、在蒸汽流通的设备管道中沉积盐类物质 危害：导热性降低，造成过热汽爆管，流通截面积减少，造成气轮机效率 降低，推力轴承烧毁，叶片和隔板磨损，增加汽轮机振动，沉积物造 成主汽门和调速汽门卡涩失灵，沉积物下产生腐蚀。 3、热力设备的侵蚀和腐蚀： 危害：锅炉水冷壁的酸碱腐蚀，造成水冷壁的爆管，汽轮机的叶片腐蚀， 会产生断裂，造成不可想象的事故，汽水管道和设备的腐蚀产物会形 成水垢和积盐，凝汽器铜管的腐蚀造成凝汽器漏泄。第二节、锅炉补给水处理概述song13一、天然水中杂质的危害不溶于水的颗粒物质 d&10-4mm悬浮物砂子、粘土、动植物腐 败物质，用滤纸可分离造成沉积物 危害 污染树脂 堵塞管道 使锅水化学腐 蚀 污染树脂 危害 使锅水起沫 汽水共沸 水渣（锅水中悬浮）处理胶体分子和离子的集合体 10-6&d&10-4mm矿物质胶体，动植物分 解产生的腐殖质混 凝 和 过 滤 （ 净 水 厂 ） 锅 炉 房 系 统 水 处 理危Ca、Mg 溶解盐 Fe Cl害危溶解 物质(离子 Na、K、 d&10-6mm) 害 --水垢（附着在受热 面内壁） 增加锅水含盐量 锅炉腐蚀、锅水 起沫锅炉腐蚀处理溶解气体(分子)O2、CO2二、锅炉水质处理补给水处理 锅炉对水质要求 锅炉水质处理 凝结水处理给水处理 锅内加药处理 锅炉停炉保养蒸汽品质要求song15三、锅炉补给水水处理工艺原水净化处理软化处理 水处理工艺软化降碱处理一级除盐一级复床 反渗透除盐处理 二级除盐一级复床 + 混床反渗透 + 混床 反渗透 + EDIsong 16四、锅炉补给水处理工艺的确定蒸汽品质锅炉结构 原水水质 节能减排 制水成本 操作、维护工作锅炉补给 水处理工艺确定song17五、锅炉给水质量标准（GB/T1）锅炉给水质量标准： 给水的硬度、溶解氧、铁、铜、钠、二氧化硅的含量和氢电导率，应符合表2的规定：过热蒸汽 氢电导率(25℃ )/ 硬度 溶解氧b 炉型 压力/ MPa 3.8~5.8 汽包 炉 5.9~12.6 &15.6 直流 炉a b铁铜 μg/L钠二氧化硅（μS/cm） 标准值 期望值 — ≤0.30 ≤0.15a ≤0.15 — — — ≤0.10 ≤0.10 ≤0.10μmol/L ≤ 2.0 — — — — —标准值 标准值期望值 标准值期望值 标准值期望值 标准值期望值 ≤15 ≤7 ≤7 ≤7 ≤7 ≤7 ≤50 ≤30 ≤20 ≤15 ≤10 ≤5 — — — ≤10 ≤5 ≤3 ≤10 ≤5 ≤5 ≤3 ≤3 ≤2 — — — ≤2 ≤2 ≤3 — — — — ≤5 ≤3 — — — — ≤2 ≤2 应保证蒸汽 二氧化硅符 合标准 ≤20 ≤15 ≤10 ≤10 ≤10 ≤512.7~15.6 ≤0.30 5.9~18.3 ≤0.15 &18.3没有凝结水精处理除盐装置的机组，给水的氢电导率应不大于0.30μS/cm。 加氧处理时，溶解氧指标按表4控制。液态排渣炉和原设计为燃油的锅炉，其给水的硬度、铁、铜的含量，应符合比其高 一级锅炉的规定。song 18六、控制给水指标意义硬度 溶解氧 铁离子形成水垢、水渣给水系统管道、省煤器腐蚀 形成氧化铁垢、垢下腐蚀铜离子钠离子 二氧化硅受热面、汽机叶片形成铜垢、腐蚀 钠盐在过热器、汽机叶片积盐 受热面、汽机叶片形成难溶的硅酸盐垢七、锅炉补给水质量标准锅炉过热蒸汽压力 二氧化硅/ /MPa 5.9~12.6 12.7~18.3 &18.3 a 必要时监测。song 20除盐水箱进水电导率(25℃)/ 除盐水箱进水电导率 （μS/cm） 标准值 期望值 — ≤0.10 ≤0.10 ≤0.40 ≤0.20 ≤0.20 ≤0.15 (25℃)/ （μS/cm）TOCa/ (μg/L) — ≤400 ≤200(μg/L) — ≤20 ≤10第三节、离子交换树脂song21离子交换剂的分类 天然 无机质 人造 碳质 有机质 离子交换树脂 阴离子型 合成沸石 磺化煤 阳离子型 弱酸性 强碱性 Ⅰ 羧酸基（－COOH） 型 ｛-N(-CH3)3｝OH 强酸性 磺酸基(-SO3H) 海绿砂Ⅱ 型 ｛－N(CH3)2｝OH 弱碱性 （－ (NH3)OH、 （＝NH2 ）OH 或（≡NH）OH 其他－氧化还原型、有机物清除型等1、离子交换树脂的结构性能（1）结构 固体球形颗粒 ，多孔网状结构； 不溶于水；具有离 子交换特性的有机 高分子聚电解质。song23(2) 组成母体(骨架)离子交 换树脂活性基团固定离子可交换离子 功能基反应 苯乙烯(单体) + 二乙烯苯(交联剂) H2SO4 母体母体 固定离子 可交换离子R —SO3 Hsong242、树脂分类（1）按选择性分阳离子交换树脂 离子交 换树脂 阴离子交换树脂强酸性阳离子交换树脂 R—SO3H 弱酸性阳离子交换树脂 R—COOH 强碱性阴离子交换树脂 R NOH弱碱性阴离子交换树脂 R—NH3OH（2）按结构分凝胶型 孔径5nm、少，溶胀度较大，水溶胀后呈凝胶状。 离子交 换树脂 孔径为20—100nm，溶胀度小，交换速度高 ，抗污染能力强。 孔大、均匀，抗有机污染能力强。song 25大孔型等孔型三、离子交换树脂的命名产品型号举例： 001×7 凝胶型苯乙烯系强酸阳离子交换树脂， 交联度为7%，产品旧型号“732” ； D311 大孔型丙烯酸系弱碱阴离子交换树脂，产品旧型号为“703”。第一位数字代表产品分类代号功能基0强酸性1弱酸性2强碱性3弱碱性4螯合性第二位数字代表产品骨架组成 代号 骨架 类型 0 苯乙 烯系 1 丙烯 酸系 2 酚醛 系 3 环 氧 系 4 乙烯吡 啶系 5 脲醛 系 6 氯乙 烯系四、离子交换树脂的主要性能1、物理性能：(1)外观—判别树脂类型、树脂污染程度 离子交换树脂一般均呈球形，是一种透明或半透明的物 质，依其组成不同颜色各异。 凝胶型树脂： 一般是透明或者半透明 大孔型树脂： 为不透明或者微透明 凝胶型苯乙烯树脂：阳树脂—浅黄色至近黄色 阴树脂—浅黄色，比阳树脂淡 树脂使用后颜色变化：浅黄色 红色 棕色 黑色 大孔型苯乙烯树脂：阳树脂—一般为淡褐色 阴树脂—可为白色至各种浅黄褐色 聚丙烯酸系树脂： 乳白色或浅黄色song 28水处理用离子交换树脂外观树脂类别 001×7 002 D001 D111 D113 201×4 201×7 常 见 外 观 树脂类别 D201 D202 D301 FB YB S-TR 常 见 外 观 棕黄色至棕褐色透明球状颗粒 棕黄色至棕褐色透明球状颗粒 浅棕色不透明球状颗粒 乳白色或浅黄色不透明球状颗粒 乳白色或浅黄色不透明球状颗粒 浅黄色或金黄色透明球状颗粒 浅黄色或金黄色透明球状颗粒 乳白色或浅灰色不透明球状颗粒 乳白色或浅灰色不透明球状颗粒 乳白色或浅黄色不透明球状颗粒 乳白色不透明球状颗粒 无色透明球状颗粒 黄色或浅褐色球状颗粒(2)粒度—判别离子交换树脂的粒径范围和不均匀程度的指标 水处理的树脂颗粒粒径：一般为0.3~1.2mm 细颗粒：0.4~0.6mm 大颗粒：08~1.0mm 电厂要求：a、颗粒均匀——布水均匀 b、细颗粒 ——强度高、交换容量大 树脂颗粒的大小对水处理工艺过程有较大影响： 颗粒大——交换速度慢、强度低易破碎 颗粒小——水通过树脂层的压力损失大song30(3)密度—单位体积树脂所具有的质量。g/ml 树脂的密度有以下几种表示方法：①湿真密度：树脂在水中经过充分膨胀后的密度。湿真密度=湿树脂的质量 克 / 毫升 湿树脂的真体积意义：影响树脂在水中的沉降性。此数值一般在1.04～1.3g/ml之间。阳树脂的湿真 密度通常比阴树脂的大些。 ②湿视密度湿视密度：树脂在水中充分膨胀后的堆积密度湿视密度=湿树脂的质量 克 / 毫升 湿树脂的堆体积意义：计算离子交换器中湿树脂的装载质量。离子交换树脂的湿视密度一般在 0.60～0.85g/ml之间。 ③干真密度：干燥状态下树脂本身的密度。干树脂质量 干真密度= 克 / 毫升 树脂的真体积song 31song32（4）含水率—含水原因：化合水、游离水和表面水。含水率通常以每克湿树脂（除去表面水分后）所含水的百分数来表示：湿树脂重 ? 干树脂重 含水率 ? ? 100% 湿树脂重一般树脂交联度在7%左右时，含水率为45～55%。树脂在使用过程中，如含水率 发生变化，说明树脂结构可能遭到破坏。对于含有一定活性基团的离子交换树脂来说，含水率可以反映树脂的交联度和孔 隙率的大小。含水率大，就表示孔隙率大，交联度低。含水率的意义：官能团极性越大，含水率越高（1）新树脂： 交联度越大，密度越大，含水率越低 树脂骨架破坏，交联度降低，含水率升高 （2）旧树脂：官能团脱落，亲水性下降，含水率下降song 33（5）溶胀性—树脂体积发生变化的性质绝对溶胀性：干树脂→湿树脂——体积变大。 相对溶胀性：湿树脂转型——体积发生变化。 树脂的溶胀性：与树脂的交联度、交换基团的电离度、水合离子半径及水溶液中 反离子浓度、树脂的交换容量等因素有关：① 交联度越小，溶胀率越大。 ② 活性基团电离↗，树脂的溶胀率↗，如强酸＞弱酸。 ③ 交换容量↗，其溶胀率↗。交换容量高意味着水合离子多，树脂必然溶胀程度大。 ④ 溶液浓度的影响：当溶液中电解质浓度↗，树脂的溶胀率↙。（渗透压加大，双电层被 压缩） ⑤ 可交换离子价数↗，溶胀率↙；可交换离子的水合能力↗，溶胀率↗。对于强酸性和强碱性离子交换树脂，溶胀率大小的次序为：H ? ? Na ? ? NH 4? ? K ? ? Ag ? OH ? ? HCO3? ? CO32? ? SO42? ? Cl ?强酸性阳树脂：由Na型转变为H型时，体积增加约5%～7% 强碱性阴树脂：由Cl型转为OH型时， 体积增加10%左右。 树脂的溶胀现象可以导致塑料、有机玻璃交换柱体的破坏，使用中必须注意。树脂 的交换和再生，经历成百上千次的缩胀变化，会促使树脂颗粒破裂。在生产中，减 少树脂的再生次数，可处长树脂的使用寿命。song 34song35（7）机械强度—耐磨力、抗渗透冲击性及物理稳定性机械强度低：树脂颗粒破裂，降低使用寿命。 一般：保证每年的耗损率不超过3～7%。 意义：影响其实用性能的指标。评价标准：磨后圆球率，渗磨圆球率。（8）热稳定性—耐热性，热分解、破裂通常： ①酚醛型阳树脂只能在常温下使用 ② Na型苯乙烯阳树脂可在＜120 ℃下使用 ③ H 型苯乙烯阳树脂可在＜100 ℃下使用 ④ OH苯乙烯强碱性阴树脂可在＜60 ℃下使用 ⑤ Cl苯乙烯强碱性阴树脂可在＜80 ℃下使用 ⑥弱碱性阴树脂可在＜80 ℃下使用 提高水温能同时加快内扩散和膜扩散，离子交换设备运行时，一般水温保持在 20~40℃。 当天气温度＜0℃，因孔眼中水分结冰，会使树脂颗粒因体积膨胀而破裂。 因此，在冬天应做好防冻措施。song 36(9)交联度—将树脂的骨架用交联法形成一个巨大分子网交联度（简写DVB）：是指交联剂在离子交换树脂内所占的质量百分数 例如，聚苯乙烯树脂的交联度为8%DVB，它的意义是这种树脂合成时单体中 苯乙烯占92%，二乙烯苯占8%。 低交联度为2%~4%，中交联度为7%~8%，高交联度为12%~20% 离子交换树脂的交联度与其许多性质 (溶解度、交换容量、膨胀性、选择性、含水 量，稳定性等)都有关系 A.树脂交联度愈低，树脂的交换容量、膨胀率、含水率等愈大，而强度降低 B.树脂交联度愈大，树脂的强度提高，而交换容量、膨胀率、含水率等降低。 C.对于同类型的树脂，交联度也影响交换容量：交联度小的树脂，交换容量大； 交联度大的树脂，交换容量反而小。 D.树脂交联度愈大，交换速度相应就慢。song37常用离子交换树脂基本性能型 型 态 号 001×7 淡黄至 颜 色 金黄色 透明 全交换容量 （毫摩尔/克） 工作交换容量 （毫摩尔/克） 湿真密度 （g/cm ） 1.2～1.3 0.75～ 0.85 含水量（%） 40～50 Na→H H→Na＋ 溶胀率（%） ＋1.8～ 7.5 允许pH值 允许温度（℃） 0～14 120 6～14 120 0～12 60～100 0～7 80～100 0～14 150 6～14 100 0～14 60～80 0 ～7 100 100～190 Cl→OH ＋12～20 Na→H ＋5 Cl→OH ＋15 OH→Cl ＋453凝 111 乳白色 透明胶型 201×7 淡黄至 金黄色 透明 301 透明 淡黄色 D001 灰褐或深 褐色不透 明 4.0大 D111 白色 不透明孔型 D201 白色至淡 黄色不透 明 3.0 D301 乳白色 不透明4.2～4.59.0～10.03.0～4.05～99.0≤4.01.5～2.02.0～3.51.0～1.21.0～2.01.0～1.4 1.23～2.0 1.17～ 1.19 0.70～ 0.85 40～450.5 1.05～ 1.10 0.65～ 0.75 50～600.9～1.1 1.05～ 1.07 0.65～ 0.70 55～651.1～1.2 0.70～ 0.80 40～601.0～1.1 0.65～ 0.75 40～501.0～1.1 0.65～ 0.75 40～601.27 0.80～ 0.85 50～55湿视密度（g/cm ）3song382、化学性能：（1）离子交换反应的可逆性离子交换反应的可逆性：使离子交换树脂可以反复使用的重要 性质 例如，氢型树脂在除盐阶段的反应是：2RH ? Ca 2? ? R2Ca ? 2H ?当交换树脂失效后，为了恢复其交换能力，可用酸进行再生， 反应是： R2Ca ? 2H ? ? 2RH ? Ca 2? 除盐时：由于交换下来的H+不断排走，使反应能不断向右进行 再生时：由于H+浓度大，交换出的Ca2+不断排走，使反应不断 向左进行song 39（2）酸、碱性离子交换树脂属于高分子电解质，它们在水中能发生电离。 H型阳离子交换树脂和OH型阴离子交换树脂的性能与电解质 酸、碱相同，在水中有电离出H+和OH–的能力。例如， H型树脂在水溶液中电离：? RSO3 H ? RSO3 ? H?（电离度大） （电离度小） （电离度大） （电离度小）RCOOH ? RCOO ? ? H ?OH型树脂在水溶液中电离： R? NOH ? R ? N? ? OH ?R ? NHOH ? R ? H ? ? OH ?由于树脂酸（碱）性强弱不同，使得不同类型离子交换树脂有效地进行离子交换 反应的pH值范围也有所不同。 各种类型树脂有效pH值范围树脂类型 有效pH值范围 强酸性阳离子 交换树脂 1～14 弱酸性阳离子 交换树脂 6～14 强碱性阴离子 交换树脂 1～12 弱碱性阴离子 交换树脂 0～7(3)中和与水解离子交换树脂的中和与水解性能和通常的电解质一样。 离子交换过程中可发生类似于电解质水溶液中的中和及水解 反应。 H型树脂与碱作用： R-SO3H + NaOH → R-SO3Na + H20 OH型树脂与酸作用：R-NH3OH + HCl → R-NH3Cl + H20 盐型树脂水解： R-NH3Cl + H20 → R-NH3OH + HCl3、离子交换树脂的交换容量交换容量 单位体积湿树脂(容量表示法)或单位重量干树脂(重量表示法)可发生交换的活 性基团数量。 容量表示法 EV ：mmol/ml、mol/l。 重量表示法 EW ：mmol/g、mol/kg。 EV = EW ×[湿比重×(1-含水率) 全交换容量： 单位体积或重量树脂中含可交换基团的总数。 离子交换树脂全交换容量的大小与树脂的种类和交联度有关。弱酸性(或弱碱 性)树脂比强酸性(或强碱性)树脂。对于同一种交换树脂来说，交联度一定时，它是 一个常数，可以用化学分析的方法测定。一般树脂出厂质量证明书中，大都用质量 单位来表示全交换容量。 工作交换容量： 工作交换容量（E工）：树脂在给定工作条件下所具有的交换能力。mmol/L或 mol/m3（∵树脂是装在容器内，在湿态下工作∴E工用体积交换容量表示)。 由于影响工作交换容量的因素很多，因此即使是相同的交换树脂，它也并非是 个常数。E工的测定：可在模拟离子交换树脂实际工作条件下测定，也可按下式计算：（C进 ? C出 ）V水 工作交换容量 ? V树脂式中 C进、C出—分别为进水离子浓度和出水离子浓度，mmol/L； V水—周期制水量，m3； V树脂—交换树脂的体积，m3 注意：E工表示树脂的工作交换容量时，注明工作条件、再生条件和终点控制标准。 一般为E工=60～70% E全。 它可以用下式计算：q工 = q ′v (R 初–R残) 式中：q工 ——树脂工作交换容量，mmol/L； q′v ——树脂体积全交换容量，mmol/L； R初 ——整个树脂层平均初始再生度； R残 ——整个树脂层平均残余再生度。 树脂的工作交换容量除了和树脂本身的性能有关以外，还和工作条件有关。工 作条件包括下列内容： 树脂开始工作的状态，即树脂的再生度。对给定的树脂层，再生度与再生前树 脂层的离子成分及分布情况有关，也与再生条件（再生剂种类、浓度、用量、再生 液温度、流速、配制再生液用水质量等）有关。影响工作交换容量的因素 1）影响R初的因素 它包括水源的成分、杂质浓度、温度、流速及对出水水质要求、树脂层高度、运行 方式、设备结构的合理性等。 A、树脂的酸碱性 弱型树脂对氢离子或氢氧根离子的亲和力最大，所以它的再生度比 较高；强型树脂则相反，再生度较低。Ⅱ型强碱树脂的碱性比Ⅰ型强碱树脂的弱，所 以在一般再生状况下，它的再生度较高，初始容量也较高。 B、再生剂用量 再生剂用量越大，树脂的再生度越高，但随着再生剂用量的增大，再 生度增加的幅度越来越小，最后趋于平稳。 C、再生剂纯度 树脂再生度与再生剂的纯度有关。从离子交换平衡可知，再生剂纯度 越高，再生度也越高。 D、再生液温度 再生液的温度会影响选择性系数和离子交换的速度，从而影响再生度 。强碱树脂的再生温度还会影响硅的聚结程度，从而影响其再生程度。 E、再生液流速 为了保证树脂和再生液有足够的接触时间，必须限制再生液流速。为 了防止在再生过程析出硫酸钙沉淀和产生胶体硅，又必须保证足够的再生液流速（为 此，往往降低再生液浓度，以保证足够的再生时间和再生流速）。 F、再生液浓度 在保证足够的再生时间，且不会析出沉淀和形成胶硅的情况下，较浓 的再生液对树脂获得较高的再生度是有利的。 G、失效树脂的离子组成 不同离子的选择性不同，在同样再生条件下，失效树脂的离 子组成不同，再生度也不同。（2）影响R残的因素1、水中离子总量 水中欲被去除的离子总量越大，工作层高度越高，残留再生度也越高。 2、水中离子组成 欲被去除的离子和树脂的亲和力越大，树脂残留容量就越低。这对再生不利，因此，对于一 定的工艺（如逆流、顺流）和一定的再生工况，水中反离子的组成在某一比例下有最大的交换容 量。同名离子（和欲被去除离子电荷相反的离子）中能和树脂上取代下来离子形成解离物质的离 子（如HCO3-、H+）比例越大，越有利于交换，残留容量就越小。 3、运行流速 根据离子交换速度可知，运行流速对弱型树脂的离子交换过程影响较大，其工作层高度随流 速的提高而增加，因而残留容量也随着增加。强型树脂的残留容量受流速影响较小。 4、运行水温 和运行流速一样，温度对弱型树脂的离子交换影响较大，运行水温越高，残留容量就越低。 (3)树脂层高度 从整个树脂层看，残留容量的分布是不均匀的。出水端处工作层内树脂的残留容量最多。在 一定条件下运行时，工作层高度和树脂层高度有关。因此，树脂层高度越大，工作交换容量就越 大。 (4)树脂的性质 除了树脂层高度以外，上述的每一项都和树脂本身的性质有关，它包括树脂的体积全交换容 量、选择性系数和动力学性质（这些均已在前面作过介绍）。影响工作交换容量的因素：①交换树脂的粒度。体积相同的同种离子交换剂，颗粒越小，其比表面积就越大，交换容量也就越大。但颗 粒过小，水流通过交换剂层的压力损失较大，将影响交换器出力。 ②交换剂层高度。交换树脂层越高，交换剂的利用率越高，工作交换容量越大。因此交换器的交换剂层高一 般不能低于0.8m。 ③原水水质。在同样的流速下，原水的含盐量、硬度及Na+含量增高，工作交换容量将下降。另外，交换器 交换终点的控制指标及标准，也会影响工作交换容量。 ④离子交换器的构造。交换器的布水分配是否均匀、交换器直径与交换剂层高的比例、再生的方式等都对工 作交换容量有一定的影响。一般直径与高度之比值小，工作交换容量大；逆流再生比流再生工作交换容量大 。 ⑤运行条件。运行时的流速和温度对工作交换容量影响很大：如交换树脂层高度为1.5m的交换器，当运行流 速由10m／h上升至30 m／h时，工作交换容量将降低10％～15％；提高温度，能加快离子交换速度，从而提 高工作交换容量。因此，在产水和再生过程中，适当地控制流速和提高温度，都将是有利的。 ⑥溶液的酸碱性。溶液的酸碱性对树脂反应过程有较大的影响。例如：对于阳离子交换树脂，当溶液的pH值 降低时，会使树脂的酸性基团活动性下降，其工作交换容量也会随之降低；而对于阴离子交换树脂，当溶液 的pH值降低时，却能加速树脂中碱性基团的离解，从而提高其工作交换容量。反之，若溶液的pH值增大，则 会降低阴树脂的工作交换容量。在除盐系统中，通常都将阴离子交换放在氢型离子交换之后，其原因之一， 便是为了提高阴树脂的工作交换容量。 ⑦再生程度。交换剂的再生程度，对其工作交换容量有很大的影响。如经充分再生，可得到最大的工作交换 容量。但在实际应用中，若为了使交换树脂充分再生，而耗费过多的再生剂，也是不经济的。一般应选择合 适的再生比耗，既能使交换树脂得到较好的再生，又不消耗过多的再生剂，这时的交换容量称为实用工作交 换容量。 ⑧交换树脂。交换树脂本身质量差，如运行中受悬浮物、有机物、Fe3+和残余氯污染等都会大大降低树脂的 工作交换容量；弱酸性(或弱碱性)树脂比强酸性(或强碱性)树脂工作交换容量大1～2倍。对重碳酸盐硬度和强 酸根阴离子高的原水，采用联合水处理工艺会提高工作交换容量，并大大延长运行周期。离子交换器在运行过程中，工作交换能力降低的主要原因 新树脂开始投入运行时，工作交换容量较高，随着运行时间的增加，工作交换 容量逐渐降低，经过一段时间后，可趋于稳定。出现以下情况时，可导致树脂工作 交换能力的下降。 （1）交换剂颗粒表面被悬浮物污染，甚至发生黏结。 （2）原水中含有Fe2+、 Fe3+、Mn2+等离子，使交换剂中毒，颜色变深。长期得不 到彻底处理。 （3）再生剂剂量小，再生不够充分。 （4）运行流速过大。 （5）树脂层太低，或树脂逐渐减少。 （6）再生剂质量低劣，含杂质太多。 （7）配水装置、排水装置、再生液分配装置堵塞或损坏，引起偏流。 （8）离子交换器反洗时，反洗强度不够，树脂层中积留较多的悬浮物，与树脂黏 结在一起，形成泥球或泥饼，使水偏流。5、离子交换树脂的选择性离子交换树脂吸着各种离子的能力不一，这种性能称为离子交换树脂的选择性。选择性：与水中离子种类、树脂交换基团的性能有很大关系，同时也受离子浓度和 温度的影响一般优先交换电荷高的离子，相同电荷离子中优先交换原子序数大的、水合半径小 的离子。 树脂在常温、低浓度水溶液中： * 离子电荷愈多，愈易被交换 * 原子序数愈大，即水合半径愈小，愈易被交换： Fe3+&Al3+&Ca2+&Mg2+&K+= NH4+ &Na+&Li+ SO42-&NO3-&Cl-&HCO3-&HSiO3* H＋和OH－的交换选择性与树脂交换基团酸、碱性的强弱有关。 对于强酸阳树脂：H+&Li+ 而对于弱酸阳树脂：H+&Fe3+song48常见离子的选择性交换次序如下：同种交换剂对水中不同离子选择性的大小，与水中离子的水合半径以及水中离 子所带电荷大小有关；不同种的交换剂由于交换换团不同，对同种离子选择性大小 也不一样。下面介绍四种交换剂对离子选择性的顺序： (1) 强酸性阳离子交换剂，对水中阳离子选择顺序： Fe3+&Al3+&Ca2+&Mg2+&K+&NH4+≈Na+&H+ (2) 弱酸性阳离子交换剂，对水中阳离子的选择顺序： H+&Fe3+&Al3+&Ca2+&Mg2+&K+& NH4+ ≈Na+ 从上述选择顺序来看，强酸性阳离子交换剂对H+的吸着力不强；而弱酸性阳离 子交换剂则容易吸着H+。所以，实际应用中，用酸再生弱酸性阳离子交换剂比再生 强酸性阳离子交换剂要容易得多。 (3) 强碱性阴离子交换剂，对水中阴离子的选择顺序： SO42－&NO3－&Cl－&OH－&F－&HCO3－&HSiO3－ (4) 弱碱性阴离子交换剂，对水中阴离子的选择顺序： HCO － 2 － OH & SO4 &NO3－&Cl－&HCO3－ 从阴离子交换剂的选择性来看，用碱再生弱碱性阴离子交换剂比再生强碱性阴 离子交换剂容易。弱碱性阴离子交换剂对交换HCO3－能力很差， 对HSiO3－不能交 换。因此，弱碱性阴离子交换剂用于除掉水中强酸根离子。 根据以上顺序可以看出，对于强酸性阳树脂，最先漏出的离子是Na+，对于强 酸性阴树脂，最先漏出的是HSiO3－，故一般通过监测钠离子和硅酸根的量来判断 交换器失效终点。 song 49? 36、根据锅炉水处理的要求选择离子交换树脂 考虑因素在采用离子交换法进行水处理时，其离子交换树脂的性能，对水处理过程有着 决定性的影响。因此，通常要根据原水中离子的组成和处理后水质的要求，通过技 术经济比较，合理地选择离子交换树脂，使树脂在生产中发挥最大的效能。根据锅 炉水处理的要求，离子交换树脂的选择一般从以下几方面进行考虑： ①树脂的交换容量和机械强度 交换容量越大，同体积的树脂所能交换的离子就越多，处理的水量相应地也就 越大，要尽量选择交换容量大的树脂。在同一类型树脂选择时，不应单纯追求交换 容量而忽视树脂的强度。 一般在同类型的阳离子交换树脂或阴离子交换树脂中，弱酸（碱）性阳（阴） 离子交换树脂，比强酸（碱）性阳（阴）离子交换树脂的交换容量要大，可是机械 强度一般却比较差。 对于同类型的树脂，交联度也影响交换容量，一般交联度小的树脂，交换容量 大；交联度大的树脂，交换容量反而小。②水处理设备的类型 ③出水水质⑤去除离子的性质 在离子交换水处理的过程中，根据原水中要去除的离子性质来选择树脂，既 可以充分利用树脂的性能，又可以使原水得到净化。 A、当只需要去除水中交换吸附性能比较强的离子时，应当尽量选用弱酸性或弱碱 性树脂。 例如：对原水进行软化处理时，如果原水中的碳酸盐硬度大（特别是碱性水） ，则选择弱酸型树脂进行软化处理就要经济得多。 因为：无论是强酸性树脂，还是弱酸性树脂，对原水中交换吸附性能强的阳 离子（如Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+）都有比较强的交换能力，而从选择性顺序可以 看出，当用酸再生阳离子交换树脂时，以再生弱酸性树脂最为容易，也最为经济 。在生产中，甚至可以用再生强酸性树脂后的废酸来再生弱酸性树脂。 B、当必须去除水中吸附性能比较弱的阳离子（如K+、Na+）或阴离子（如HCO3－ 、HSiO3-）时，用弱酸性或弱碱性树脂就很困难，甚至不可能进行交换反应，此时 必须选用强酸性或强碱性树脂。C、在处理高硬度或高盐分的原水时，在用强酸性树脂进行处理之前先进行弱酸型 树脂处理，而在用强碱性树脂进行处理之前先进行弱碱型树脂处理，这在生产中 是合理的，也是经济的。song 516、常用离子交换树脂选用的离子交换树脂主要有: 强酸阳离子交换树脂001×7 、001×7FC、001×7MB ; 强碱阴离子交换树脂201×7 、201×7FC、201×7MB ; 弱酸阳离子交换树脂D113 、D113FC ; 弱碱阴离子交换树脂D301 、D301FC; 大孔强酸阳离子交换树脂D001 ; 大孔强碱阴离子交换树脂D201 ; 多用于高速混床的国外进口树脂Amberlite252H、 Amberlite900SO4 、Dowex650C、Dowex550A 。song52第四节、离子交换树脂被污染的原因 预防措施及再生方法song531、离子交换树脂的预处理新的离子交换树脂为什么要预处理： （1）工业产品的树脂中，常含有一些过剩剂及反应不完全而生成的低聚物和某些重 金属离子，如在使用前不除去这些物质，就可能在使用初期污染出水质量。 （2）为贮存和运输安全方便，生产厂家都把强型树脂转变成（盐）型。例如，强酸 性树脂转变成（Na）型，强碱性阴树脂转变成（Cl）型。对弱型树脂大多（保持H或 OH）型。在使用前应进行转型处理：阳树脂转型为H+,阴树脂转型为OH-。 （3）新树脂在储存、运输中可能导致树脂失水、破碎。如果把已经失水干燥的树脂 直接进到水里，会导致树脂过度膨胀而开裂。 经预处理后，可以提高树脂的稳定性，预处理工作一般在交换器内进行，树脂 预处理的程序如下所述： 钠离子交换树脂：如果离子交换树脂没有失水，先反洗水，再正冲洗至硬度合格即 可。 注意：新的阳树脂出厂由H+转型为Na+，如果转型不彻底，很有可能有H+型 存在，出水有可能是酸性。如出水pH值＜7，可以用盐再生一次。 阳离子交换树脂： 饱和盐水浸泡10～20小时→清洗→2～4%NaOH浸泡4～8小时→清洗→5%盐酸浸 泡4～8小时→清洗→待用。 阴离子交换树脂： 饱和盐水浸泡18～20小时→清洗→5%盐酸浸泡4～8小时→清洗→2～4%NaOH浸 泡4～8小时→清洗→待用。song 542、离子交换树脂被污染的原因、预防措施及再生方法离子交换树脂具有化学稳定性好、机械强度高、交换能力大等优点，因而在锅 炉用水处理及除盐水、纯净水的生产中得到了广泛的应用。但在使用过程中，常出 现清洗水不断增加，出水水质差，周期性制水量不断下降，颜色变深，树脂交换容 量不断下降等现象。根据以上现象，可认定为树脂受到污染。如果不及时采取合理 措施使其再生，就会造成树脂失效，甚至报废，影响正常生产。 树脂的污染——离子交换树脂在使用过程中，由于有害杂质的浸入，使树脂的性能 明显变坏的现象，称为树脂的污染。 树脂的“中毒”——树脂的结构无变化，仅仅是树脂内部的交换孔道被杂质堵塞或 表面被覆盖、或交换基团被占用，致使树脂的交换容量明显降低、再生困难，这种 现象称为树脂的“中毒”。 树脂的“复苏”——通过适当的处理可以恢复树脂交换能力的处理过程，称为树脂 的“复苏”。 树脂的“老化”——树脂的结构遭到破坏，交换基团降解或交联结构断裂，树脂的 这种污染一般是无法进行复苏的，是一种不可逆转的污染，所以又称为树脂的“老 化”。 。 下面介绍树脂的常见的几种污染及复苏方法：song 551. 铁污染（1）污染原因 铁污染是离子交换树脂最常见的污染。铁可以通过不同的途径进入 离子交换装置。 例如，水源是含铁地下水或被铁污染的地表水，进水管道或交换器被腐蚀产生铁化 物，再生剂中含有铁杂质等。 铁污染一般有两种情况：最常见的是以胶态或悬浮铁化物形式进入交换器，由 于树脂的吸附作用，在其表面形成一层铁化物的覆盖层，而阻止水中的离子与树脂 进行有效的接触；另一是以亚铁离子进入交换器，与树脂进行交换反应，使Fe2+占据 在交换位置上，Fe2+离子容易被氧化成高价铁化合物，沉积在树脂内部，堵塞了交换 孔道。如果铁化物在树脂上附着时间愈长，就愈难以去除。 铁对强碱性阴树脂也同样会产生污染。这是由于水中含有大分子有机物时，容 易与铁形成螯合物，即所谓有机铁，它可以与阴树脂进行交换反应，集结在交换基 团的位置上，堵塞了树脂的交换孔道，使工作交换容量和再生交换容量下降，并增 加树脂破损的可能性。 在某种情况下，强碱性阴树脂的铁污染要比阳树脂严重。例如在化学除盐系统 中，阳树脂是用酸来再生的，这就起到了复苏作用。而阴树脂就没有这样的条件， 所以铁污染就愈来愈严重。song56（2） 铁污染鉴别方法 被铁污染的树脂从外观上看，颜色明显变深，甚至呈黑色。准确的鉴别方法是 测定水中的含铁量，其操作方法是将污染树脂用清水洗净，浸泡在食盐水中再生半 小时左右，倾去盐水，再用蒸馏水洗涤2～3次，从中取出一部分树脂放入试管或玻 璃瓶中，加入2倍于树脂体积的6mol/L盐酸，盖严振荡15分钟；取出酸液注入另一试 管中，滴入饱和的亚铁氰化钾溶液，从试液生成普鲁士蓝的颜色深浅（由淡蓝至棕 黑色），可以判断树脂被铁污染的程度。必须指出，铁污染仅仅降低了树脂的工作 交换容量，而对全交换容量几乎没有影响。所以只用测定树脂的交换容量方法，是 不能准确鉴别这种污染，因为在用此法测定中用过量食盐溶液再生时，铁已被解吸 ，树脂的交换容量一部分已得到恢复。 （3）复苏方法 树脂表面附着的铁化物，可采用连二亚硫酸钠Na2S2O4还原法，即 用4%的Na2S2O4溶液浸泡4～12小时，也可以配合EDTA、三乙酸铵和酒石酸等络合 剂进行综合处理。树脂内部积结的铁可用10%的盐酸浸泡5～12小时，或配合其它络 合剂协同处理。在处理过程中可辅以吹气、超声波及磁场等。 强碱性阴树脂用酸复苏前必须转变成氯型，这不仅是避免浪费酸量，更为重要的是 防止在交换器内发生中和反应时放热而损坏树脂。但弱碱性树脂无此问题。 （4）预防措施 加强水处理设备的防腐工作，避免铁的腐蚀产物进入交换器内。尤 其是食盐或酸的再生设备极易发生腐蚀，也是树脂被铁污染的主要途径，因此必须 采取有效的防腐措施。含铁地下水不能直接进入交换器，必须进行除铁处理。以自 来水为水源时，因流经较长的管线，也会携带一些铁的腐蚀产物，所以应设置过滤 器。碱再生剂一定要纯净。song 572、铝、钙污染（1）铝污染 天然水中铝的含量极微，如果应用铝盐进行水的混凝处理时，因沉淀 或过滤效果不好而进入交换器内的铝化物絮凝体容易覆盖在树脂的表面，使离子交 换过程受到限制。如果铝以离子形式进入交换器时，由于Al3+与树脂的交换基团有很 强地吸附能力，被紧紧地固定在交换位置上，用食盐溶液再生则难以去除。因此， 树脂的交换位置就会不断减少，工作交换容量也随之下降。 （2）钙污染 阳离子交换树脂用硫酸再生时，就有可能产生硫酸钙的污染。因硫酸 再生时，水中的SO42-和Ca2+的离子积几乎超过硫酸钙的溶度积，即[Ca2+][S042-]&Ksp 。但在交换器的正常操作条件下，如一定的再生剂的浓度、温度和流速的限制，可 以产生过饱和现象；然而，当这些条件发生变化时，就有可能产生硫酸钙的沉淀， 覆盖在树脂表面上。当再生完毕后，投入运行时，这些沉积物便不断地发生溶解， 产生Ca2+和S042-过早泄漏。这种污染称为硫酸钙污染。此外，石灰软化处理系统或 用硬水配制再生剂时，树脂还容易受到碳酸钙的污染。 （3）复苏方法 通常用10%的盐酸配合络合剂对污染树脂进行反洗。盐酸用量可按 每升树脂加300克浓盐酸（浓度为33%）计。当树脂污染严重时，可将盐酸用量增加 到500克/升树脂。song583、 油污染（1）原因及危害 润滑油、脂类及蛋白质等有机物，经常存在于地表水中。在水处 理系统中由于设备不严密也会渗入一些油脂。这种水进入交换器对阳树脂会产生污 染。油脂在树脂表面形成一层油膜，严重影响树脂的交换功能，降低交换容量，并 使树脂粘结在一起，导致树脂层水流不均匀，产生偏流和使出水水质变差。另外由 于树脂表面存在油膜，使树脂的浮力增大，造成反洗流失。 （2）鉴别方法 油脂污染的现象是树脂的颜色由棕变黑，类似于铁污染，所以从外 观上不易辨清。简易的鉴别方法是将树脂放入试管中，注入2倍于树脂体积的水，经 激烈振荡后，观察水面是否出现“彩虹”（油珠反射形成的光谱）来判断。 （3）复苏方法 用5～8%的NaOH溶液，或与Na2CO3的混合液，对交换器内的树脂 进行循环式反洗。如果将清洗液的温度提高到40℃或辅以压缩空气擦洗则更为有效 。必须指出，在碱洗除油前须将树脂转变为Na型，以免在树脂表面生成Mg(OH)2或 CaCO3沉淀，造成第二次污染。song594、硅污染（1）污染原因 阴离子交换树脂容易产生硅污染，造成这种污染的原因是由于阴离子交换 器再生过程控制不好，致使强碱性阴树脂吸着的可溶性硅化物HSiO3-水解成为硅 酸，逐渐聚合成胶体状态的硅化物。 HSiO3- + H20 --→ H2SiO3 + OHnH2SiO3 --→ [SiO2]n + nH2O 这些胶态化合物，堵塞了树脂内的交换孔道，使其交换容量降低。 使用强碱性阴树脂的再生废液去再生弱碱性阴树脂时，也可能使弱碱性阴树 脂遭到类似的污染。（2）污染现象 阴离子交换器除硅效率降低，在运行时有不断地漏硅现象。 （3）复苏方法 用5～8%NaOH溶液，在50～60℃条件下，对阴树脂进行再生。song605、 有机物污染（1）污染原因 由于水中的有机物是由生物肢体腐败后产生的富里酸、腐植酸和 丹宁酸等带负电基团的线型大分子，它们和水中的阴离子一样，能与强碱性阴树脂 发生交换反应。所不同的是这些线型的大分子一旦进入树脂内部，其带负电的基团 与阴树脂带正电的固定基团发生电性复合作用，紧紧地吸附在交换位置上；另外这 些线型有机物上通常带有多个基团，与树脂的多处交换位置复合，致使它们卷曲在 树脂内骨架的空间，采用一般的再生方法难以将它们从树脂的孔道中退出来，这种 现象称为“瓶颈效应”。因此产生不可逆转的有机物污染。 强酸性阳树脂很少发生有机物污染，而阳树脂被氧化而降解的产物—二乙烯苯 以及阳树脂机械破碎形成带负电基团的胶状物，可以使阴树脂受到污染。 （2）污染现象 污染树脂的有机物，大多带有羧酸基-COO-等弱酸基团，阴树脂用 碱(NaOH)再生时，就生成钠盐-COONa，当清洗再生后的树脂时，这种强碱弱酸盐 就不断地发生水解而释放Na+离子。 -COONa + H2O -COOH + Na+ + OH结果，使清洗水耗逐渐增多，运行时出水电导率增加，pH值降低至5.4～5.7，提早 漏硅，交换容量急剧下降。 （3）鉴别方法 将阴树脂装入带塞而留有气孔的小玻璃瓶中，加入蒸馏水振荡， 连续洗涤3～4次，以去除表面的附着物，最后倒尽洗涤水。换装10%食盐水，振荡5 ～10分钟后，观察盐水的颜色，按色泽判别污染程度见右表3-4。song 61（4）复苏方法 有机物污染的阴树脂常用 处理方法见下表3-5。表 3-5 有机物污染的阴树脂常用处理方法表 3-4 色 泽污染程度判定 污染程度 不污染 轻度污染 中度污染 重度污染 严重污染清澈透明 淡草黄色 琥珀色处理方法处 浓 度 ： 5 ～ 30%理条件备注棕色深棕或黑色盐酸用 量 ： 100 ～ 300 克 / 升 树 脂 温度：常温 浓 度 ： 10%有机铁污染时有效， 蛋白质污染时应加温食盐用 量 ： 100 ～ 400 克 / 升 树 脂 温 度 ： 40 ～ 70 ℃ 浓 度 ： NaCl 10% ； NaOH l ～ 3%食盐-苛 性 钠用 量 ： NaCl l00 ～ 300 克 / 升树 脂 NaOH 10 ～ 30 克 / 升 树 脂 温 度 ： 40 ～ 50 ℃ 浓 度 ： NaCl 8% ； NaOH 4% ； Na 3 PO 4 1%食盐-苛 性 钠 -磷 酸 三 钠用 量 ： NaCl 100 ～ 300 克 / 升树 脂 NaOH 50 ～ 150 克 / 升 树 脂 Na 3 PO 4 10 ～ 30 克 / 升 树 脂 温 度 ： 40 ～ 50 ℃Na 3 PO 4 有 利 于 取 代 树 脂 中 沉 积 的 SiO 2次氯酸钠浓 度 ： 0.5 ～ 1%( 常 温 )严重污染时采用song62实践证明，用氯化钠和氢氧化钠混合溶液处理被有机物污染的树脂，效果 较好。用次氯酸钠处理，对恢复树脂的颜色和交换容量有较显著的效果，但它 对树脂有较强的氧化作用，所以一种树脂只能处理1～2次。并且在处理过程中 ，要对浓度、温度及处理时间要严加控制。 由于氯化钠和氢氧化钠混合配制的溶液会生成大量氢氧化镁的沉淀，所以 用此法处理后应再用盐酸进行处理。对于有机物污染轻微的树脂，用氯化钠和 氢氧化钠处理时，树脂容易漂浮在处理液的上层，影响处理效果，操作时应加 注意。 定期用氯化钠溶液或氯化钠和氢氧化钠混合溶液处理被有机物污染的树脂 ，可延长树脂的使用寿命。树脂处理的间隔时间参见表3-6。表 3-6 污染程度 轻 中 严 微 等 重 有机物污染阴树脂处理间隔时间 处理间隔 6 ～ 12 个 月 45 ～ 60 天 25 个 星 期 10 个 周 期 处 理 方 法NaCl 和 NaOH 溶 液 处 理 ， 最 后 用 HCl 处 理 NaCl 和 NaOH 溶 液 处 理 ， 最 后 用 HCl 处 理 NaCl 和 NaOH 溶 液 处 理 ， 最 后 用 HCl 处 理 用 热 NaCl 溶 液song636、 微生物污染（1）污染原因 离子交换树脂有助长微生物生长的作用，所以树脂较长时间停用时， 微生物就能大量繁殖。另外，树脂在使用过程中截留和浓缩了某些有机物、氨和硝酸 盐等，为微生物生长活动提供了营养。这种污染会使树脂层的孔隙减小，水流阻力增 大，甚至堵塞排水管道，使出水受到严重污染。（2）鉴别方法 树脂的流动性变差，表面有发霉现象，用手触摸时有发粘的感觉。 （3）复苏方法 用数倍于树脂体积的1%甲醛溶液，先以慢流速通过，再用1倍体积 保持接触4～8小时，然后按正常操作清洗。还可用5%次氯酸钠溶液浸泡盐型树脂1.5 小时，最后彻底洗净使用。但此法对树脂有破坏作用，唯不得已时才使用。7、 活性余氯污染（1）污染原因 自来水中残留的余氯是造成强酸性阳树脂结构破坏的主要原因。 （2）污染现象 树脂的外观颜色变浅，透明度增加，体积增大，强度降低，易破碎 。但树脂的全交换容量并没有降低。 （3）危害 这种污染是不可逆转的，由于树脂大量破碎，树脂层的阻力增大，出水 水质变差。阳树脂的溶出物进入锅炉后，使炉水的耗氧量增加,分解产生酸腐蚀。如 果与强碱性阴树脂组成除盐系统时，还容易污染阴树脂。所以，被活性余氯污染严重 的树脂，就将要全部报废。 （4）预防措施 在阳床前设置活性炭过滤器，或向自来水中投加亚硫酸钠。song 64第五节、离子交换器及运行操作song65一、设备分类及工作原理火力发电厂水处理中应用最广泛的是固定床离子交换器。 所谓固定床是指交换剂在一个容器内先后完成制水、再生等过程的设备。 习惯上，将离子交换器称为床。直径较小的则称为交换柱。 固定床离子交换器按水和再生液的流动方向分为：顺流再生式、对流再生式（包 括逆流再生和浮床式）和分流再生式； 按交换器内树脂种类和状态分为：单层床、双层床、双室双层床、满室床及混合 床； 按设备的功能有分为：阳离子交换器（包括钠离子交换器和氢离子交换器）、阴 离子交换器和混合离子交换器。 本节主要介绍常用化学除盐设备的基本原理、工作过程和工艺特点。二、常用的床型分类：song67三、根据设计条件进行技术经济比较后选定床型：1、需经常间歇运行或供水量不稳定的场合不宜采用浮动床或移动床。 2、在采用强酸、强碱性树脂的一级复床除盐系统中。 （1）顺流再生固定床： 当进水含盐量小于150毫克/升(约相当予总阳离子含量小于2毫克当量/升、或总 阴离子含量1毫克当量/升)时，单组设备的产水量可不受限制。 （2）浮动床和移动床： 适用于进水含盐量150～300毫克/升(相当于总阳离子含量2～4毫克当量/升或总 阴离子含量1～2.5毫克当量/升)，及单组设备产水量大于100米3/时。当单组设备产水 量小于100米3/时(大于30米3/时)时，允许进水含盐量小于500毫克/升。 （3）逆流再生固定床： 在进水含盐量150~500毫克/升(相当于总阳离子含量2～7毫克当量/升或总阴离子 含量1～4毫克当量/升)的范围内，单组设备产水量不受限制。3、在装填强酸性树脂的一级钠离子交换软化水系统中，有关床型的适用进水水质 条件大致如下： (1)顺流再生式固定床。 当进水总硬度小于4毫克当量/升时，单组设备产水量不受限制。当进水总硬度 为4～7毫克当量/升时，单组设备产水量应小于30米3/时。 (2)浮动床、移动床： 适用于进水总硬度小于9毫克当量/升以及单组设备产水量大的(大于30米3/时)场 合。 (3)逆流再生固定床： 在进水总硬度7～10毫克当量/升的范围内，单组设备产水量不受限制。 4、弱酸、弱碱树脂一般选用顺流再生的离子交换设备。 5、有下列情况之一时上述条件应另作分析比较。 1)一级复床除盐系统用弱、强树脂串联运行，或采用双层床、双室双层浮动床。 2)一级复床除盐系统不采用二床三塔式(阳床一除二氧化碳器一阴床)系统。 3)一级钠离子交换剂用磺化煤。 4)有预软化或预脱盐的水处理系统，如采用电渗析一离子交换、反渗透一离子交 换联合水处理工艺等。四、逆流再生离子交换器1、逆流再生离子交换器结构进水装置水垫层中排装置压脂层9110324 5 6交换层 7 8song1、顶压阀； 2、放空阀； 3、小反洗阀； 4、中间排水阀；5、大反洗阀； 6、进再生剂阀 7、出水阀； 8、底下排水阀；9、进水阀； 10、顶上排水阀石英砂垫层70（1）进水装置a-大喷头式；b-漏斗式；c-多孔板拧排水帽式；d-十字管式要求：布水均匀，减少对水垫层的扰动 a.大喷头式： 形式：多孔管外包滤网和开细缝隙。 材料：不锈钢或工程塑料。 b.漏斗式 优点：结构简单；缺点：易偏流。 c.多孔板拧排水帽式 优点：布水均匀；缺点：构造复杂。 d.十字管式 形式：十字管开孔外包滤网和管壁开细缝隙。 材料：不锈钢或工程塑料。song 71（2）中间排液装置： 要求： 能均匀排出再生液，防止树脂乱层或流失；有足够的强度；水平状态。 常用中排装置：图7-9 常用中排装置 （a）母管支管式；（b）插入式；（c）支管式 a、母管支管式： 常用形式。母管与支管可处于同一平面，也可不同平面（如母 管在上、下）。为防止树脂流失，支管可开细缝或多孔管外包滤网（内18目，外 40～60目）。 b、插入管式 插入树脂层的支管长度与压脂层厚度相同。 c、支管式 一般用于小直径的交换器 d、材料：一般采用316不锈钢song 72（3）底部排水装置a、多孔板装排水帽式 与进水装置中的多孔板拧 排水帽式相同。 一般用在Φ1000mm以下交换 器 水帽材料：工程塑料 聚氯乙烯 聚丙烯图7-5 常用的底部排水装置 a-多孔板装排水帽式；b-石英砂垫层式song73b、石英砂垫层式 优点：布水均匀。 支撑石英砂垫层的是穹形多孔板。 要求：SiO2＞99% 推荐石英砂垫层的级配与层高见下表：(4)水垫层 树脂表面到出水装置间的反洗空间。 作用 : 保证树脂层反洗时有膨胀的余地； 防止反洗时小颗粒树脂被带出； 防止进水直冲树脂层（缓冲作用：作为床层体积变化的缓冲高度； 可使水流或再生液分配均匀） 水垫层高度：树脂层高的50%～100%。(5)压脂层 作用： 运行中：滤掉水中悬浮物及浊质，防止污染树脂层； 再生中：当顶压空气（或水）通过时，可产生一个均匀地作用于下面树脂 的力，防止树脂向上移动或松动的作用。 材料：与下面树脂层相同的树脂。 高度：中排上0.2m。 (6)树脂层 高度：一般＞1500mm, h ＞Φ（ Φ+500） （7）视镜孔 在压脂层上面song 752、逆流再生离子交换器的再生操作逆流再生床与顺流再生床的运行操作没有区别，其再生操作因防止乱层的方法 不同而异。如图所示（气顶压法）说明再生操作。(a)小反洗；(b)放水；(c)顶压；(d)进再生液；(e)逆流冲洗；(f)小正洗；（g）正洗（1）小反洗（见图a） 目的：保持树脂层不乱，冲掉运行时积聚在压脂层中的污物。 对象：只对中排管以上的压脂层进行反洗。 用水：离子交换器入口水。流速：10 ～ 15m/s,按压脂层膨胀50%～60%控制。 目标：出水澄清，一般15～20min。song 76（2）放水（见图b） 时机：小反洗结束，树脂层下沉后。 放水量：中排装置以上的水。 （3）顶压（见图c） 气顶压、水顶压和无顶压 目的：防止乱层。 位置：顶部进入压缩空气。 气压：0.03～0.05MPa。 要求：压缩空气应经除油净化。 （4）进再生液（见图d） 在顶压的情况下，再生液由交换器的下部进入，中排装置排出废液及气。再生时应注 意再生液的浓度和流速。（ν：3~5m/s,阳床h≥45min，阴床h≥60min ）, 注意：配制再生液用水为：氢离子交换器用除盐水或其出水，阴离子交换器用除盐水 。再生液酸的质量分数（如盐酸）2%左右，碱（如烧碱）3%左右 （5）逆流置换（见图e） 目的：充分利用再生管路、系统内的再生液；清除床层内的反离子。 方法：关闭计量箱的出口门，按原再生液的流速、流程继续用水置换。 终点控制：如果是强酸性阳离子交换树脂的交换器，排出水酸度应小于5mmol/L，含 钠小于200μg/L。如果是强碱性阴离子交换树脂的交换器，排出水的电导率小于 15μS/cm，或是碱度c(Bx-)小于0.5mmol/L 时间：30～40min。 用水量：1.5～2.0倍树脂体积。 song 77 注意：置换结束时，先关进水阀，在停顶压，防止乱层。（6）小正洗（见图f） 目的：清除压脂层中残留的再生液。 方法：上部进水，中排排液。 时间：10～15min。 流速：8～10m/h。 用水：运行进水。 阳床：正洗至出水： 硬度～0?mol／L， 酸度&{原水中[Cl]+[SO42-]+O.2mmol／L}， （7）正洗（见图g） Na+&500?g／L时 目的：进一步清除树脂层中的离子。 阴床：正洗至出水：HSi03-&100?g／L， 碱度&100?mol／L 方法：上部进水，下部排水。 终点：阳离子交换器出水钠离子浓度稳定并小于200 μg/L，阴离子交换器出水电导率 小于10 μS/cm，硅（以SiO2计)小于100 μg/L为止。 （8）大反洗 交换器经过15 ～20周期运行后，（阴床可以25 ～30周期），也可以根据下部树脂 积污程度，如再生剂比耗上升或者出水水质下降来确定定期进行大反洗的间隔时间， 大反洗后再生剂量比平时增加20%～30%，反洗流速由小到大，防止中排损坏。 3、无顶压逆流再生 气顶压和水顶压再生作用：保持树脂层稳定；缺点：需增加系统和设备。 无顶压逆流再生方式：交换器顶部对空排气打开，压脂层内及上部积水全部排空。 关键：控制好流速：（ν：2m/s）流速快易引起乱层。song 784、固定逆流再生离子交换器的几种再生操作方法比较操作方式 气顶压法 条 件 优 点 缺 点 ①压缩空气压力 29-49kPa，压力稳定，不 间断 ②气量 0.2-0.3m /(m ?min) ③ 再生液流速 3-5m/h 水顶压法 ①水压 19.6-39.2kPa ②压脂层厚 300mm ③ 顶压水量为再生液 流量的 1-1.5 倍 低流速法 右 无顶压法 ①中排液装置小孔流 速应不大于 0.1m/s ②压脂层厚 280mm， 再生 时处于干的状态 ③ 再生流速 2-3m/h 再生液流速 2-3m/h 左 单 ①操作简便 ②外部管系简单 ③ 不需要任何顶压 系统，投资省 设备及辅助系统简 不易控制。 再生 时间较长 再生时间稍长 操作简单 再生废液量大， 增加废水中和处理 的负担3 2①不易乱层，稳定性 好 ②操作容易掌握 ③ 耗水量少需设置净化压 缩空气系统
5、逆流再生应注意的几个问题：（1)压实层一定要维持在150~200mm厚度，不然就起不到过滤、顶压作用 （2）压缩空气要净化，以防止油脂类污染树脂 （3）再生剂的质量要好 （4）配再生剂的水及置换水的水质要好，以免影响树脂的再生程度，特别是对保护 层的影响 （5）应防止气泡混入树脂中。 （6）中排装置必须加固。6、逆流再生离子交换器的工艺特点： 与顺流再生工艺相比，逆流再生工艺具有以下优点： （1）对水质适应性强 当进水含盐量较高或 比值较大而顺流工艺达不到水质要求时，可采用逆流再生 工艺。 （2）出水水质好 由逆流再生离子交换组成的除盐系统，强酸H型交换器出水Na+含量低于 100? g/L，一般在20～30 ? g/L；强碱OH交换器出水SiO2低于100? g/L，一般在10～20 ? g/L，电导率通常低于2? s/cm。 （3）再生剂比耗低 一般为1.5左右。视水质条件的不同，再生剂用量比顺流再生节约50%～100%， 因而排废酸、废碱量也少。 （4）自用水率低 一般比顺流的低30%～40%。 但逆流再生设备和运行操作更复杂一些，对进水浊度要求较严，一般浊度应 ≦2mg/L，以减少大反洗次数。7、离子交换器周期制水量明显降低的可能原因有哪些 1）离子交换树脂破碎，或者流失，树脂层高度不够； 2）离子交换树脂受到了严重污染，工作交换容量大大降低； 3）离子交换树脂再生度不够； 4）再生时发生偏流； 5）离子交换树脂发生了乱层现象； 6）离子交换树脂结板结块； 7）原水水质发生了较大的变化。 8、影响交换器再生效果的主要因素 影响再生效果的因素很多，主要有下列几点： （ 1）再生方式。逆流再生的效果比顺流再生好。 （2）再生剂用量。用量过少，再生度低；用量过大，再生度不会显著增加，经济性 却降低。再生剂用量要恰到好处。 （3）再生液浓度。浓度过低，再生效果不好；浓度过高，再生剂与树脂的接触时间 减少，再生效果也不好。如用食盐为再生剂时，其浓度为5％~10％较为合适。 （4）再生液流速。维持适当的流速，实质上就是使再生液与交换剂之间有适当的接 触时间，以保证再生时交换反应充分进行，并使再生剂得到最大限度的利用。 （5）再生液温度。再生液温度对再生效果的影响也很大，适当提高再生液温度，可 加快离子的扩散速度，提高再生效果。 （6）再生剂的纯度。如果再生剂质量不好，含有大量杂质离子，就会降低再生程度 ，且出水水质也会受影响。五、浮动床 浮动床式离子交换器一般简称浮床。浮床运行时水流自下而上，同时将整个树脂层 托起，离子交换反应是在水向上流动的过程中完成。树脂失效后，停止进水，使整 个树脂层下落，再生时，再生液流动方向自上而下。1、浮床的运行过程 制水→落床→进再生液→置换→下流清洗→成床、上向流清洗，再转入制水。 上述过程构成浮床的一个运行周期。 落床: 当运行至出水水质达到失效标准时，停止制水，靠树脂本身重力从下部起逐层下 落，在这一过程中同时还起到疏松树脂层，排除气泡的作用。 进再生液: 一般采用水射器输送。先启动再生专用水泵（也称自用水泵），调整再生流速； 再开启再生计量箱出口门，调整再生液浓度，进行再生。置换： 待再生液进完后，关闭计量箱出口门，继续按再生流速和流向进行置换，置换水量约为树脂 体积的1.5～2倍。 下流清洗: 置换结束后，开清洗水门，调整流速至10～15m/h进行下流清洗，一般需15～30 min。 成床 、上流清洗： 用进水以20～30m/h的较高流速将树脂层托起，并进行上流清洗，直至出水水质达到标准时 ，即可转入制水。 2、浮床树脂的体外清洗 由于浮床内树脂是基本装满的，没有反洗空间，故无法进行体内反洗。当树脂需要反洗时， 需将部分或全部树脂移至专用清洗装置内进行清洗。经清洗后的树脂送回交换器后再进行下一个 周期的运行。清洗周期取决于进水中悬浮物含量的多少和设备再工艺流程中的位置，一般是10～ 20个周期清洗一次。 清洗方法有下述两种： 水力清洗法 它是将约一半的树脂输送到体外清洗罐中，然后在清洗罐和交换器串联的情况下进行水反洗 ，反洗时间通常为40～60 min。 气—水清洗法 它是将树脂全部送到体外清洗罐中，先用净化的压缩空气擦洗5～10 min，然后再用水以7～ 10m/h流速反洗至排水透明为止。该法清洗效果好，但清洗罐容积要比交换器大一倍左右。清洗 后的再生，也应象逆流再生交换器那样增加50%～100%的再生剂用量。3、浮床的工艺特点 浮床成床时，为了使成床保持原床层状态，水流不宜缓慢上升，应使其流速突然 增大。在制水过程中，应保持足够的水流速度，不得过低，以避免出现树脂层下落的 现象。为了防止低流速时树脂层下落，可在交换器出口设回流管。此外，浮床制水周 期中不宜停床，尤其是后半周期，否则会导致交换器提前失效。 由于浮床制水时和再生时的液流方向相反，因此，与逆流再生离子交换器一样， 可以获得较好的再生效果，再生后树脂层中的离子分布，对保证运行时出水水质也是 非常有利的。 浮床除了具有对流再生工艺的优点之外，还具有水流过树脂层时压头损失小的特 点。这是因为它的水流方向和重力方向相反，在相同流速条件下，与水流从上至下的 流向相比，树脂层的压实程度较小，因而水流阻力也小，这也是浮床可以高流速运行 和树脂层可以较高的原因。 浮床体外清洗需增加设备和操作操作更为复杂，为了不使体外清洗次数过于频繁 ，因此对进水浊度要求严格，一般应≤2mg/L。六、双层床和双室床双层床和双室床都是属于强、弱型树脂联合应用的离子交换装置。 双层床：强、弱树脂分层装填在同一个交换器中。 双室床：强、弱树脂分室装填在同一个交换器中。 流向： 运行：先弱后强； 再生：先强后弱。图7-12 双层床结构示意图图7-13 阳双层床结构示意图1-弱型树脂层；2-强型树脂层；3-中间排水装置song 87图7-14 双室床结构示意图 双层床优缺点： 优点：属逆流再生工艺，具备逆流再生工艺的特点，且设备简单； 缺点：再生时，完全分层是很困难。 双室床优缺点： 优点：避免了双层床分层困难的现象； 缺点：设备复杂。song 88采用弱型—强型树脂的联合工艺后:阳树脂的平均工作交换容量提高至1330～ 1670 mol/m3 酸比耗降至1.02～ 1.12; 阴树脂的平均工作交换容量提高至700 mol/m3 以上, 碱比耗降至1.5 左右。还减少了再生系统的废酸碱排放量, 从而改善了环境污染, 大幅 度节约了废水处理费用。对于以日益污染的水源水质和高含盐量地下水作为原水的 离子交换系统, 具有较好的经济效益。表1 不同进水水质的阳双层床树脂装填高度计算结果表2 不同进水水质的阴双层床树脂装填高度计算结果song91因为弱酸树脂在离子交换过程中只能与水中的碳酸盐硬度进行离子交换, 而且其 交换过程会随树脂的失效度的增加而增加离子泄漏; 所以, 当原水采用地表水为水源 时, 其碳酸盐硬度含量通常不高, 弱酸树脂的计算用量较少, 从而影响弱酸树脂的再生 效果。且弱酸树脂的价格几乎为强酸树脂的4倍, 因而限制了阳双层床的选用。 根据表1的计算结果, 只有当原水中碳酸盐硬度占总阳离子含量60%以上时, 采用 阳双层床才能获得较好的效益。弱碱树脂的工交容量为强碱树脂的3倍, 但价格仅高 出约30% ;同时, 能被弱碱树脂去除的强酸阴离子往往占进水离子组成的绝大部分, 而 需要用强碱树脂去除的硅离子和其它弱酸阴离子含量都较低, 因此阴双层床往往能发 挥极好的效果。 双层床的再生： 双层床树脂的再生过程与逆流再生固定床的再生基本相同。为保证下层强型树脂 的再生度, 再生成败的关键是防止再生中树脂乱层。为此, 可按逆流再生的操作控制树 脂的再生。阴双层床中, 由于弱碱树脂的某些工艺特性, 在运行和再生过程中往往出现 一些影响实际运行效果的问题, 其中比较突出有: (1) 上层的弱碱树脂粒径一般控制在0.3～0.6mm, 其湿真密度又较低, 反洗时易跑树脂 。而且, 弱碱树脂失效时体积有25%左右的膨胀度,这就进一步降低了反洗空间高度, 致 使清洗困难。 (2) 再生时碱液由下向上流动, 首先与强碱树脂接触, 置换下的硅化合物进入弱碱树脂 层时,由于弱碱树脂对O H-的优先吸着, 使废碱液的pH迅速降低, 而硅化合物在低pH条 件下会以胶态状硅酸分子析出而积聚在弱碱树脂层内, 在下一周期运行中, 这些胶态的 硅酸分子又逐渐排出, song 92使出水含硅量增高, 造成运行周期提前结束。(3) 进行无顶压逆流再生时, 弱碱树脂转型收缩, 在树脂压实层下产生水垫空间, 造成 树脂乱层, 影响了再生效果。 上述问题可以通过改进再生工艺加以解决,即在传统的逆流再生进碱前, 增加悬 浮进碱操作步骤。将总进碱量的一半以较低的浓度和在不顶压条件下以较高的流速 通过树脂层, 从交换器顶部排出废液。这时, 上流的碱液可以将树脂托起形成悬浮状 态, 人为造成树脂颗粒产生一定幅度的扰动。这样, 一方面有利于树脂的松动和反洗, 并使树脂较好分层; 同时能使上层弱碱树脂提前接触碱液, 当含有大量硅化合物的碱 液进入时, 避免了弱碱树脂因吸着OH-而使胶体硅析出和沉积。 弱碱树脂在悬浮进碱时已提前初步再生, 在逆流进碱时, 可减少因树脂转型收缩 产生水垫空间而发生树脂乱层的可能。此外, 还能在一定程度上有效利用压实层树脂 的交换容量。悬浮进碱结束后,再将剩余碱液按无顶压逆流再生工艺进行树脂再生。 采用这种两步法再生工艺后, 平均工作交换容量可提高至764mol/m3, 碱比耗可降 低至1.44。按运行统计结果, 双层床的弱碱树脂和强碱树脂的平均工作交换容量可分 别达到944.1mol/m3和400mol/m3song93七、混床（混合离子交换器）1、概述 混合离子交换器是用于初级纯水的进一步精制。一般设置于阴、阳离子交换器 之后，也可设置在电渗析或反渗透后串联使用。出水水质可达到SiO2≤0.02 mg/L，导 电度≤0.02? S/cm，处理后的高纯水可供高压钢炉、电子、医药、造纸、化工和石油 等工业部门。 2、工作原理 混合离子交换法，就是把阴、阳离子交换树脂放在同一个交换器中，将它们混 合，所以可看成是由无数阴、阳交换树脂交错排列的多级式复床。水中所含盐类的 阴、阳离子通过该交换器，则被树脂交换，而得到高纯度的水。 在混床中，由于阴、阳树脂是相互均匀的，所以其阴、阳离子交换反应几乎同 时进行。或者说，水的阳离子交换和阴离子交换是多次交错进行的。经H型交换所产 生的H+和OH-都不能积累起来，基本上消除了反离子的影响，交换进行得比较彻底 。 混合床采用体内再生法。再生时利用两种树脂的比重不同，用反洗使阴、阳离 子交换树脂完全分离，阳树脂沉积在下，阴树脂浮在上面，然后阳树脂用盐酸（或 硫酸）再生，阴树脂用烧碱再生。song943、混合离子交换器结构进水装置反洗空间进碱装置中间排液装置 树脂层排水装置1—放空气管；2—观察孔；3—进水装置；4—多孔板；5—档水板；6—滤布 层；7—中间排水装置；8—进压缩空气装置song95song964、树脂的选择 a、阴阳树脂混合比例 合理的树脂混合比例，对于混床的出水水质、周期制水量和制水成本都有 较大的影响。不同型号的树脂工作交换容量不同，不同的进出口水质要求也有 不同的树脂混合比例。确定树脂混合比例的原则：阴阳树脂同时失效。 一般强酸性阳树脂与强碱性阴树脂混合比例为：1:2 b、阴阳树脂的分层率混床再生前阴阳树脂的分层率对混床出水水质和制水周期影响很大，分层 不好会“交叉污染”。提高树脂分层率措施： ①阳树脂与阴树脂的湿真密度差应大于0.15~0.20 ②树脂粒度均匀，一般为0.3~0.5mm范围，不然影响分层效果 ③树脂强度高，不易破碎，分层、混床摩擦大 ④选择抗污染能力强的树脂，最后选用混床专用树脂（树脂型号后面加FC）song 97
混床再生比耗与出水质量关系： 再生剂耗量/Kg.m-3 H2SO4 243 162 130 113 HCl 198 132 106 92 NaOH 162 81 49 32 出水电导率/μs/cm I型树脂 0.07 0.167 0.25 0.34 II型树脂 0.10 0.25 0.40 0.405、混床运行时应注意： a、阴阳床的分层要控制好 先小流速使树脂层松动，在加大流速到10~15m/h； 停止反洗同时进行排水 可以二次三次，或者阳树脂转为Na型（阳Na/阴OH=0.83/0.71) b、避免交叉污染 注意树脂层高度，阳树脂高度不能低于中排，可以超过20~50mm 注意缓冲水的情况，先开顶压水，流量与再生液相当 c、阴阳树脂混合要均匀 如果床底残留阳树脂，树脂缓慢释放H+适当混床初期出水偏酸性第六节、离子交换树脂除盐处理一、水的含盐量1、水的含盐量指标： （1）含盐量：含盐量是表示水中各种溶解盐类的总合，由水质全分析的结果，通过 计算求出。含盐量有两种表示方法：一是摩尔表示法，即将水中各种阳离子（或阴离 子）均按带一个电荷的离子为基本单位，计算其含量（mmol/L），然后将它们（阳离 子或阴离子）相加；二是重量表示法，即将水中各种阴、阳离子的含量以mg/L为单位 全部相加。 由于水质全分析比较麻烦，所以常用溶解固体近似表示，或用电导率衡量水中含盐 量的多少。 （2）溶解固体：溶解固体是将一定体积的过滤水样，经蒸干并在105~110℃下干燥至 恒重所得到的蒸发残渣量，单位用毫克/升（mg/L）表示。它只能近似表示水中溶解 盐类的含量，因为在这种操作条件下，水中的胶体及部分有机物与溶解盐类一样能穿 过滤纸，许多物质的湿分和结晶水不能除尽，碳酸氢盐全部转换为碳酸盐。 （3）电导率：表示水中离子导电能力大小的指标，称作电导率。由于溶于水的盐类 都能电离出具有导电能力的离，所以电导率是表征水中溶解盐类的一种代替指标。水 越纯净，含盐量越小。电导率越小。 水的电导率的大小除了与水中离子含量有关外，还和离子的种类有关，单凭电导 率不能计算水中含盐量。在水中离子的组成比较稳定的情况下，可以根据试验求得电 导率与含盐量的关系，将测得的电导率换算成含盐量。电导率的单位为微西/厘米（ μS/cm）。2、水中阴、阳离子主要阳离子： Fe3+（ Fe2+） 、Al3+、Ca2+、Mg2+、K+、NH4+、Na+ 主要阴离子： SO42－、NO3－、Cl－、HCO3－、HSiO3－ 阴、阳离子毫克当量总数： 根据物质是电中性的原则，正负电荷的总和相等。因此水中各种阳离子和各种阴 离子的毫克当量总数必然相等。 即：我们现在锅炉水质分析基本单元为一价，单位是mmol/L,则：1mmol/L=1me/L 关键掌握：水质全分析及校核例：某处地面水水质分析结果如下表试验查分析的正确性1．阳、阴离子毫克当量总数的校核2．含盐量与溶解固体的校核毫克/升（mg/L）与毫克当量/升（me/L）换算系数表song1073、除盐水的水质指标（1）除盐水：通过不同水处理工艺系统，除去悬浮物和无机阴、阳离子等水中杂 质后所得的成品水的统称 （2）除盐水水质指标： 一级除盐水：电导率：＜10μS/cm SiO2：＜100μg/L 二级除盐水：电导率：＜0.2μS/cm SiO2：＜20μg/L 除盐水处理关键：除硅song 1084、去除天然水中胶体硅的方法：无论是经凝聚澄清的或经接触过滤后的或未经任何凝聚处理的原水，通过 过滤器、阳床和阴床后，在各个阶段都可不同程度地去除胶体硅。下表明：当 原水含胶体硅较多，不经凝聚只经过滤后的除盐水中残留胶体硅较大，反之当 原水胶体硅较少也不经预处理，只经过滤和除盐，也可能将胶体硅除到相当少 的程度。水中胶体硅含量(毫克／升) A 水 源 B水源 硫酸铝投加量(毫克／升)6～8 20 30水处理过程C水源原 水 澄清水 过滤水 阳床出水 阴床出水 混床出水1.08 O．94 O．72 0.295 O.2980.36 0.29 0.23 0.023 0.0370.26 0.18 0.14 0.009 O.0111.83 1.0 0.96 O.46 O.4I2.72 1.88 2.0 1.24 1.221.76 1.58 0.4 0.069 0.004注；1、A水源为自来水，进离子交换柱前用凝聚接触过滤。 2、B水源为地下水，经过滤后进离子交换柱。 3、C水源为水库水，投加0.2毫克当量／升硫酸铝，经凝聚、澄清，过滤后进入离子交换柱。 4、离子交换柱内均用001×7与201 x 7树脂。天然水中硅酸化合物的形态： (1)呈分子、离子状态的。 (2)呈不安定的胶体状态的。 (3)吸附状态。 (4)较安定的粗粒。 其中分子、离子状态的称为活性硅(或可溶性硅)，其余三者统称为非活性硅(或 不溶性硅)。 (1)分子、离子态硅化合物：溶解于水中，其微粒大小在1毫微米以下，呈真溶 液。它可以通过强碱性阴离子交换树脂除去，一般预处理中可不除去。 (2)呈不安定的胶体硅：微粒大小变动于1微米～1毫微米之间，呈胶体分散体系 ，最稳定的胶体颗粒直径在100～800埃之间，但由于凝胶型树脂内微孔直径为20 ～40埃，比胶体硅小得多，因此不能除去胶体硅。 (3)吸附状态和比较安定的粗粒状态的硅酸化合物：天然水中含有铁、铝氧化物 颗粒，钙、镁等碳酸盐颗粒以及悬浮的有机物颗粒时，能将水中的硅酸吸附在这 些颗粒表面上。呈吸附状态的硅酸化合物，一般可经过滤除去，但当水中含有多 量有机物时，常存在较安定的粒度非常小的悬浮物，即使外观较透明，其硅含量 也多，过滤法不易除掉。去除天然硅的方法： 镁剂除硅 凝聚澄清 接触凝聚 用活性炭去除水中胶体硅 覆盖过滤器除胶体硅去除胶体硅方法的选择： (1)当以地面水为水源，胶体硅含量高时，可用镁剂除硅或凝聚澄清，将预软化、 除硅与除去浊度相结合。 (2)当以饮用水或井水为水源时。 1)可采用接触凝聚除胶体硅和有机物，或采用活性炭除胶体硅或有机物。 2)当用微孔过滤(如覆盖过滤)作为预处理手段除有机物时，可将除胶体硅与除有 机物相结合。 3)在复床除盐系统中选用大孔阴树脂，可以提高系统除胶体硅的效果。二、 离子交换除盐原理 1、化学除盐原理水的化学除盐是水中所含各种离子和离子交换树脂进行化学反应而被除去的过程 当水中的各种阳离子和H型离子交换树脂反应后，水中的阳离子就只含从H离子 交换树脂上交换下来的氢离子： (HCO3)2 (HCO3) 2RH + Ca(Mg,Na2) Cl2 → R2Ca(Mg,Na2) + H2 Cl2 SO4 SO4 SiO3 (HSiO3)2 而水中的各种阴离子与OH型离子交换树脂反应后，水中的阴离子就只含从阴树 脂上交换下来的氢氧根离子： SO4 Cl2 CO3 SiO3 SO4 Cl2 (HCO3)2 + 2H2O (HSiO3)22ROH + H2→ R2这两种离子互相结合而生成水，从而实现了水的化学除盐。2、化学除盐系统设备的设置原则最简单的化学除盐系统为： 原水→H型阳离子交换器→除碳器→强碱OH型阴离子交换器→除盐水 2.1 H离子交换器设在强碱OH离子交换器之前 其原因为：（1）阴离子交换树脂失效再生时，是用NaOH再生的，如果阴床放在前面，那么再生剂中的 OH －再生时，被吸附的阴树脂上，在运行时，遇到水中的阴离子Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋等产生反应， 其结果是生成CaOH）2、Mg(OH)2、Fe(OH)3、Ca(HSiO3)2等的沉淀，附着的阴树脂的表面，阻 塞和污染树脂，阻止其继续进行离子交换，而且难以清除。 （2）阴离子交换树脂的交换容量比阳离子交换树脂低得多，又极易受到有机物的污染，因此， 如果阴床放在阳床之前，势必有更多机会遭受到有机污染，交换容量还会更低，对除盐水处理 不利。 （3）除盐水处理最难点之一是除去水中的硅酸根HSiO3-，是由强碱阴离子交换树脂去除的。但 是硅酸根HSiO3-在碱性水中是以盐型NaHSiO3存在的，而HSiO3-在酸性水中是以硅酸（HSiO3） 形式存在的。强碱阴离子交换树脂对于硅酸的交换能力要比酸盐的交换能力大得多，即最好是 在酸性水的情况下进行交换，而阳离子交换塔的出水刚好是呈酸性的水，因此，阴床设置在阳 床之后，对去除水中的硅酸根十分有利。 （4）离子交换树脂的交换反应有可冷子管现象存在。这是反离子作用，所以要有很强的交换势 ，离子交换才比较顺利进行。把交换容量大的强酸阳树脂放在第一级，交换下来的H＋迅速与水 中的阴离子生成无机酸，再经过阴离子树脂交换下来的OH－，使H＋与OH－生成H2O，消除了反 离子影响，对阴离子交换反应十分有利。 （5）阳离子交换器的酸性出水可以中和水中的碱度（HSiO3-），生成的HSiO3可通过除碳器除 去。所以阳床在前能够减轻阴床的负荷。2.2 除碳器应设在H离子交换器之后、强碱OH离子交换器之前 在H型阳离子交换后，水中存在大量的H+，并水中HCO3- 结合生成难解离的H2CO3。它可以 用真空脱碳器或大气式除碳器有效地将水中 以CO2形式除去，以减轻强碱OH交换器的负担和降 低碱耗。当原水碱度≤0.6mmol/L时可不设。 水中碳酸的平衡关系如下式所示： H＋ + HCO3- ≒ H2CO3 ≒ CO2 ↑ +H2O 水中H＋浓度越大，平衡越易向右移动。当水的pH值低于4.3时，水中的碳酸几乎全部以游 离的CO2形式存在。水中游离的CO2可以看作是溶解在水中的气体，它在水中的溶解度符合亨利 定律，只要降低水面上CO2的分压就可除去CO2。除碳器就是利用这个原理除去CO2的。 2.3 经过一级化学除盐后，水中几乎不含游离CO2或 ，因此在二级除盐系统中不再设置除碳器 。 2.4 为实现水的深度除盐，除采用多级阳、阴离子交换反应的系统外，还可采用一级除盐系统 加混床。在混床内，实现了无穷多级的阳、阴离子交换反应，由于反离子作用极小，这种反应 相当彻底，出水质量较好。对于除硅要求高的水也应采用带混床的除盐系统。 2.5 当原水水质差，一级除盐系统的交换器运行周期短，酸、碱耗大时，可以采用强、弱型树 脂联合应用工艺。该工艺发挥了弱型树脂交换容量高，再生效率高的特点，扩大了化学除盐适 用的水质范围。 当原水中强酸阴离子含量较高时，在系统中增设弱碱OH交换器，利用弱碱树脂交换容量大 、容易再生等特点，提高系统的经济性。弱碱OH交换器应放在强碱OH交换器之前。 当原水碳酸盐硬度比较高时，在除盐系统中增设弱酸H交换器，弱酸H交换器应置于强酸交 换器之前。除盐设备的进水质量要求： 为保证化学除盐系统的安全、经济运行，进入化学除盐系统的原水水质应达到表 2-2 要求。 表 2-2 化学除盐系统进水水质参考指标 项 浊 目 度 对流再生设备： ＜2FTU ＜0.1mg/L 要 求 值 顺流再生设备： ＜5FTU 项 铁 化学耗氧量 目 要 求 值 一级除盐设备： ＜0.3mg/L 混合床： ＜0.1mg/L CODMn：＜2 mg/L游离氯化学除盐系统的出水水质： 化学除盐系统的原水水质如表 2-3 所示 表 2-3 除盐水水质指标 项 目 一级除盐水 ＜10 （25℃） SiO2（? g/L） ＜100 ＜20 混床出水 ＜0.2电导率（? S/cm）3、树脂层中的离子交换过程（1）、阳床工作特性 阳床的作用是除去水中H＋离子以外的所有阳离子。当其运行出水钠离子浓度升 高时，树脂失效，须进行再生。 阳床运行时，水由上而下通过强酸性H型树脂层，因树脂层对各种阳离子的选择 性不同，被吸着的离子在树脂层中产生分层，其分布状况如下图所示。在运行过程 中，Ca＋、Mg＋、Na＋三层树脂层的高度均会不断向下扩展，直到树脂失效。实际 上各层界面并不是很明显的，有程度不同的混层现象发生。(a) (b) 逆流再生阳床树脂层态分布示意 （a）运行至失效时；（b）再生后song116如图所示为阳床经再生投入运行后的出水特性。当阳床再生后冲洗时，出水中各种 杂质的含量迅速下降，待出水水质达到一定标准（如含钠量≤100ug/L）时，就可投 入运行，此后水质基本保持稳定。当运行一定程度时，如图中b点，漏钠量增大，酸 度降低，树脂进入失效状态。阳床出水特性 阳床失效的监督最好采用钠度计（pNa计），当阳床出水含钠量大于500ug/L时， 说明阳床已经失效。 强酸性阳离子交换剂，对水中阳离子选择顺序： Fe3+&Al3+&Ca2+&Mg2+&K+&NH4+≈Na+&H+song 117（2）、阴床工作特性阴床中强碱性OH型交换树脂可以和水中除OH-离子外的各种阴离子进行交换， 把它们从水中除去。由于树脂对离子的选择性不同，阴床运行中被吸着的离子也会 发生分层，其分布状况如图5－3所示。(a) (b) 逆流再生阴床树脂层态分布示意 (a)运行至失效时；（b）再生后阴床运行时，一般出水pH值为7～9之间，SiO2含量小于100ug/L，电导率小于 10uS/cm。 因为阴床设在阳床的后面，所以阴床的出水水质受阳床出水水质的影响很大。song 118阴床出水特性 (a)阳床未失效时 (b)阳床失效时阳床未失效时： 阴床的出水特性如上图（a）所示。当运行通过水量到b点时，SiO2含量上升， pH值下降，电导率先微降后再上升。电导率的变化是因为H＋和OH-要比其它离子易 导电，当出水中这两种离子的总含量很小时，有一电导率最低点。在b点前由于OH－ 含量较大使水的电导率较大；在b点之后由于H＋含量增加而使水的电导率增大。 强碱性阴离子交换剂，对水中阴离子的选择顺序： SO42－&NO3－&Cl－&OH－&F－&HCO3－&HSiO3－song 119阳床失效时： 阴床的出水特性如上图（b）所示。阳床失效时漏钠量增大，这些钠离子通过 阴床后转化成氢氧化钠，使阴床出水pH值迅速上升，连续测定阴床出水pH值，可 以区分是阳床还是阴床失效。 阴床失效的监督最好用SiO2 含量和电导率来判断，当然用出水pH值也可以进 行分析判断。 强碱性阴树脂的除硅特性强碱性OH型交换剂可以用来和水中各种阴离子进行交换，它对各种阴离子的选 择性为： SO42－&NO3－&Cl－&OH－&F－&HCO3－&HSiO3－ 由此可知，它对于强酸阴离子的吸着能力很强，对于弱酸阴离子则吸着能力较 小。对于很弱的硅酸，它虽然能吸着其HSi03-但吸着能力很差。 ROH+NaHSi03 RHSi03+NaOH 此时，由于出中有大量的反离子OH，交换反应不彻底，所以除硅的作用往往不完全 。现在普遍采用的办法是先将水通过强酸性H型交换剂，使水中各种盐类都转变为 相应的酸，也就是降低水的pH值。这样，在用强碱性OH型交换剂处理时，由于交 换产物中有电离度非制小的H2O，就可防止水中OH-干扰song 120用强碱性阴树脂进行除硅的特点，有以下几方面： (1)对再生剂的要求:再生剂必须是强碱性,纯度高 (2)对进水pH值的要求：进水pH值较低 (3)对进水中Na+含量的要求：H型漏Na+现象时，则通过阴离子交换器显碱性 (4)对进水中各种阴离子含量的要求：进水中含有H2CO3时，则由于HCO3-的吸着性能 和HSiO3-的相似 (5)进水硅酸含量和出水残留硅酸含量：对强碱性阴树脂除硅交换容量的影响 （6）再生程度、再生剂的温度； 此外，再生程度、水流速度对强碱性阴树脂除硅也有一定影响。song1213、混床工作特性 混床的除盐原理:在同一个交换器中，将阴、阳离子交换树脂按照一定的体积比 例进行填装，在均匀混合状态下，进行阴、阳离子交换，从而除去水中的盐分，称为 混合床除盐处理。 混合床的阴、阳离子交换树脂在交换过程中，由于是处于均匀混合状态，交错排 列，互相接触，可以看做是由许许多多的阴、阳离子交换树脂而组成的多级式复床， 可相当于级。因为是均匀混合，所以，阴、阳离子的交换反应几乎是同时进 行的，所产生的H＋和OH－随即合成H2O，交换反应进行得很彻底，出水水质好。阴、 阳离子几乎全部除尽，出水电导率可达&0.2μ S/cm，SiO2可达&20μg/L。混合床的阳树 脂用RH表示，阴树脂用ROH表示，其工作原理可用下列反应式表示： Ca2+ 2 SO42＋ RH＋ROH＋ Mg2+ ClNa+ HCO3K+ HSiO31 2 1 2 1Ca ==R Mg ＋ R Na K1 2 1 21 2SO4 Cl ＋ H2O HCO3 HSiO3混合床中的树脂失效之后，应先将阴、阳树脂进行分离，然后分别进行再生。song122混合床中阴、阳树脂的正确选择是确保出水水质和提高再生水平的关键，因此， 树脂的选择应当遵循以下原则： （1）为了保证阴、阳树脂在再生时分层良好，就要有一定的相对密度差。要 求湿真相对密度阳树脂比阴树脂大15%-20%，至少不得小于10%。 （2）当出水水质要求高时，混合床中的树脂必须选用强酸性阳树脂和强碱性 阴树脂相配合。如果用强酸性阳树脂和弱碱性阴树脂匹配，或是弱碱性阳树脂和 强碱性阴树脂相匹配时，则出水水质就会降低。 （3）由于混合床的交换流速比较高，有时超过50m/h，树脂的磨损较为严重， 必须选用高强度和耐磨性能好的阴、阳树脂。特别是阳树脂，如果磨损破碎后， 会使树脂分层造成困难，也影响出水水质和周期制水量。 混合床的除盐处理可以单独使用，例如用于处理回收的锅炉蒸汽凝结水等。 但在高参数的锅炉中，由于锅炉补给水的用量较大，水质要求又高，所以，往往 作二级除盐使用，即在一级复床除盐系统的后面，串联混合床除盐处理，以进一 步纯化水质。 混合床的阴、阳树脂分层不明显的主要原因有： （1）阴、阳树脂的密度相差太小，难以分离 （2）反洗分层时的流速太低，树脂的膨胀高度不够； （3）阳树脂粉碎严重，密度减小，混杂在阴树脂里，难以分离； （4）与树脂的失效程度有关，失效程度大的，分层就容易，失效程度小的 难以分层。这是由于在进行离子交换时，树脂吸附不同的离子之后，密度也各不相同，因 此，沉降的速度也不相同。例如对于阳树脂，不同型的密度排列为： pH&pNH4&pCa&pNa&pK&Ba 对于阴树脂不同型的密度排列为： pOH&pCl&pCO3&pHCO3&pNO3&pSO4 由此可见，阴树脂中的pSO4的密度较大，在失效时就沉降下来了。如果此时阴 树脂未失效，因pH小，则H型树脂浮在阳树脂上部，两者密度相差小，就难以分层 。此外，H型阳树脂与OH型阴树脂接触，它们电离出的H＋和OH－结合成水，而带 负电的R－SO3－与带正电的R≡ N＋发生静电相吸，所以难以分离。 对树脂分层不明显的处理方法是： （1）在选择树脂时要考虑到所选择的阴、阳树脂有较大的相对密度差异，至少 相差10%以上。例如选用强碱性201×7树脂（即717树脂）的视密度为0.65-0.75g/mL ；强酸性001×7树脂（即732树脂）视密度为0.75-0.85g/mL，相差12.5%，大于10% ，可以配用。 （2）控制大反洗的分层速度至10m/h，树脂的膨胀率要保持在50%以上。 （3）为提高分层效果，在分层之前通以10%质量分数NaOH（至少6%），使阳 树脂转变为Na型，阴树脂转变为OH型，用以加大两者的相对密度差，同时还可以 消除发生静电相吸的现象，达到分层较好的目的。 有时一次分层不明显，还需多次。4、弱酸性阳离子交换器工作特性 （1）弱酸性阳离子交换树脂 此树脂不能与中性盐所分解的离子起离子交换反应 （中性盐即强酸阴离子如SO42-、Cl-、NO3-等所形成的盐类），只能同弱酸盐类（ 亦即碳酸氢盐碱度）起离子交换反应，例如与水中常见的弱酸盐类碳酸氢盐的反 应如下： Ca Ca R（COOH）2+ Mg （HCO3）2 R（COO）2 Mg + 2H2CO3 Na2 Na2 交换之后，不产生强酸。弱酸性树脂在失效之后容易进行再生，酸的耗量也 低，通常约为理论值的1.1倍左右。因此比较经济，排废酸造成污染也比较小。song1255、弱碱性阴离子交换器的工作特性 弱碱性阴树脂的工艺特性： 弱碱性阴树脂只能吸着SO4-、Cl-、NO3-等强酸根，对弱酸根HC03-的吸着能力弱 ，对更弱的酸根HSiO3-不能吸着。不仅如此，而且弱碱性OH型树脂对于这些酸根的 吸着是有条件的。那就是吸着过程只能在酸性溶液中进行，或者说只有当这些酸根 成酸的形态时才能被吸着。 OH－& SO42－&NO3－&Cl－&HCO3－ 用弱碱性阴树脂处理水时，此水的pH值有一定的限制，一般只能在水的pH&9的 情况下进行交换。 弱碱性树脂极易用碱再生，不论是用强碱如NaOH、KOH和弱碱Na2CO3、 NH4OH都可以。 弱碱性阴离子交换树脂，常和强碱性阴树脂联合使用，甚至还可以用强碱性树 脂再生之后的废液来再生，所以耗碱量很低。另外，弱碱性阴树脂由于交联度低、 孔隙大，因此，所吸附的有机物质可以在再生时被清洗出去。而一般凝胶型强碱性 阴树脂交联度高、孔隙小则不能。弱碱性阴树脂和强碱性阴树脂的机械强度相差很 大，前者远远低于后者。 弱碱性阴树脂常应用于原水中强酸性阴离子及有机物质含量比较高的除盐系统 。song1266、除CO2器 水一般均含有重碳酸盐，这种水经过RH树脂层时，发生如下反应： 2RH+Ca(HCO3)2→R2Ca+2H2CO3 2RH+Mg(HCO3)2→R2Mg+2H2CO3 水中其它重碳酸盐也发生类似反应，致使水中重碳酸盐转变为碳酸。除CO2器主要 用于除去水中的这部分碳酸。 （1）除CO2的原理。含有重碳酸盐的水经过RH树脂处理后，它的pH值一般在4.3以 下。在这种情况下水中H2CO3能分解为水和二氧化碳： H2CO3 → CO2+H2O 这种CO2可以看作是溶于水的气体。当水面上的CO2压力降低或向水中鼓风时，溶 于水中的CO2就会从水中逸出。根据它的这个性质，可以采用真空法或鼓风法来除去 水中的CO2。 除CO2器运行时，水从圆柱体上部进入，经配水管和