饮用水深度处理技术—离子交换树脂 Date:2011-12-12 00:12:00 　Author: 　Hits:3096

饮用水深度处理技术—离子交换树脂

      离子交换法是水的软化和除盐处理最常使用的处理基本技术。具有处理程度高、出水水质好、技术成熟、设备简单、管理方便、价格适宜等特点，得到了广泛的应用。在生活饮用水的处理中，离子交换技术主要用于以高硬度地下水为水源水的生活饮用水软化处理，也可以用于高含盐量水源水的生活饮用水除盐处理。但不如反渗透法或电渗析法经济。

(1)离子交换法的基本原理

      ① 离子交换树脂 离子交换树脂具有离子交换能力，水处理中所使用的离子交换剂有：离子交换树脂、磺化煤、钠沸石等，是目前所用的主要离子交换树脂。

离子交换树脂由树脂母体（骨架）和交换基团构成。离子交换树脂在生成过程中先采用凝胶法生成树脂母体小球。树脂母体小球为具有空间网架多孔结构的高分子聚合物的小球。例如苯乙烯系树脂小球。树脂小球上再引入不同的交换基团，使其具有交换功能，成为离子交换树脂。例如：苯乙烯系树脂小球在浓硫酸中加热到100℃，以1％硫酸银为催化剂，把聚乙烯树脂苯环上的部分H⁺ 置换为磺酸基团（—RO₃H），就得到强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂。在苯乙烯系树脂上加入季氨基，则得到强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂。

水的软化处理主要使用强酸性阳离子交换树脂，水的除盐处理主要使用强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂。

      ② 离子交换软化的基本原理 离子交换软化除盐的基本原理是：用Na型强酸性阳离子交换树脂中的Na⁺ 交换去除水中的Ca²⁺、Mg²⁺ 硬度，饱和的树脂再用5％～8％的食盐NaCI溶液再生。原水经过树脂的软化，水中的致硬离子Ca²⁺、Mg²⁺ 被全部去除，替换成非致硬的Na⁺ 离子，但是处理后水的含盐量（以mol为单位）没有降低。

      ③ 离子交换除盐的基本原理 先用H型强酸性阳离子交换树脂中的H⁺ 交换去除水中的所有金属阳离子（以符号M^m+代表），饱和的树脂用3％～4％的盐酸HCI溶液再生。再用OH型强碱性阴离子交换树脂中的OHˉ交换去除水中的除OHˉ外的所有阴离子（以符号Nⁿˉ代表），饱和的树脂用2％～4％的NaOH溶液再生。最后所产生的H⁺ 与OHˉ合并为水分子。原水经过离子交换除盐处理后，水中的各种离子都被去除掉了。

（2）离子交换再生

      ① 盐液再生系统盐液再生系统用于Na型阳离子交换器的再生，以盐（NaCI）作为再生剂。饱和盐液浓度约为23％～26％，树脂再生液中NaCI的浓度控制5％～8％。

      ② 酸液再生系统阳离子交换树脂要作酸再生，可以用盐酸或硫酸。盐酸应稀释为3％～4％送入离子交换柱中。

用硫酸作再生剂时，因硫酸的浓度高（96％左右），用量少，并且由于碳钢耐浓硫酸，可以直接用碳钢容器存放，防腐问题小。但对再生液的配置浓度必须严格控制，否则会在树脂中产生CaSO₄沉淀析出物。在实际生产中，多采用分布再生法，即先用低浓度高流速的硫酸再生液再生，然后逐步提高硫酸浓度，降低流速。再生液的浓度视原水中Ca²⁺ 的含量和所占水中阳离子的比例，计算或调试确定。

      ③ 碱液再生系统阴离子交换树脂的再生剂为烧碱，即氢氧化钠。

氢氧化钠产品有固体和液体两种，液体浓度为30％～40％，使用较为方便，其再生系统与设备盐酸再生系统相同。为了提高阴离子树脂的再生效果，再生时多对碱液加热使用（在喷射器后用蒸汽加热）。若采用固体烧碱（NaOH含量95％以上），则先将其溶解成30％～40%的碱液后再用。

（3）树脂的预处理

在离子交换树脂的工业产品中，常含有少量的有机低聚物及一些无机杂质。在使用初期会逐渐溶解释放，影响出水水质或产品质量。因此，新树脂在使用前必须进行预处理，具体方法如下：

      ①树脂装入交换器后，用洁净水反洗树脂层，展开率为50%～70%直至出水清洗、无气味、无细碎树脂为止。

      ② 用约2倍树脂体积的4%～5% HCI溶液，以2m/h的流速通过树脂层。全部通入后，浸泡4～8小时，排去酸液，用洁净水冲洗至出水呈中性，冲洗流速为10%～20m/h。

      ③ 用约2倍树脂体积的2%～5% NaOH溶液，按上面进HCI溶液的方法通入和浸泡，排去碱液，用洁净水冲洗至出水呈中性，冲洗流速同上。酸、碱溶液若能重复进行2～3次，则效果更佳。

经预处理后的树脂，在第一次投入运行时应适当增加再生剂用量，以保证树脂获得充分的再生。

      ④ 长期停用而放置在交换器内的树脂，为防止微生物（如藻类、细菌等）对树脂的不可逆污染，树脂在停用前须彻底反洗，以除去运行时积聚的悬浮物质，并注意定期冲洗和换水。