11 四、新树脂处理
及运行；对于化学软化只作概括介绍。
一、化学除盐
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(2) 工作交换容量。工作交换容量就是在实际运行条件下，可利用的交换容量。在实际离子交换过程中，可能利用的交换容量比全交换容量小得多，大约只有全交换容量的60~70%。某种树脂的工作交换容量大小和树脂的具体工作条件有关，如水的pH值、水中离子浓度、交换终点的控制标准、树脂层的高度和水的流速等条件，都影响树脂的工作交换容量。工作交换容量常用毫克当量/毫升来表示。
新树脂处理前，需先用水使树脂充分膨胀，，然后用5%稀盐酸对其中无机杂质（主要铁的化合物）除去，用2%氢氧化钠有机杂质，。如果树脂脱水，则先要用10%浓食盐进行浸泡膨胀再进行处理。
第二节 离子交换除盐
在离子交换法的水处理中，根据除掉水中离子种类不同，分为离子交换法除盐(化学除盐)和离子交换法软化(化学软化)两种。其中使用比较广泛的是化学除盐，所以我们着重讨论化学除盐的原理、设备
化学除盐法就是将RH树脂和ROH树脂分别(或混合)放在两处(或一个)离子交换器内，用RH树脂除掉水中的金属离子，用ROH除掉水中的酸根，使水成为纯水。
1．原理。化学除盐原理主要有两个交换反应，一个是除盐反应，一个是再生反应。
(1) 除盐。当含盐水流过RH树脂层时，水中的金属离子与RH树脂中的H发生交换反应。水中的Na、Ca、Mg??等离子扩散到树脂的网孔内并留在其中，而网孔内的H则扩散到水中。结果，水中除了少数残余的金属离子外，阳离子换成了H。这个过程用下列反应式表示：
RH+Na→RNa+H 2RH+Ca→R2Ca+2H 2RH+Mg→R2Mg+2H
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经过RH树脂处理后的水，再通过ROH树脂层时，水中的酸根离子与ROH发生交换反应。水中的Cl、SO4、HSiO3??等离子扩散到树脂网孔内并留在其中，而网孔的OH则扩散到水中。结果，水中
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–
2??除了少数酸根外，阴离子换成OH。这个过程用下列反应式表示：
水中的H与OH相线路合变成水：
H+OH→H2O
水经过RH阳树脂和ROH阴树脂处理后，水中的金属阳离子被交换成H，酸根阴离子被交换成OH相结合成水，原水中的盐类被除去。这样处理后的水叫做除盐水。
(2) 再生。RH树脂和ROH树脂，经过交换后，分别转变为RNa、R2Ca、R2Mg??和RCl、R2SO4、RHSiO3??等新型树脂。这些新型树脂不能再起除盐作用，这种现象叫做树脂的失效。使失效的树脂重新恢复成最初类型的树脂的过程，叫做再生。再生是根据离子交换反应的可逆性进行的。例如：
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ROH+Cl→RCl+OH 2ROH+SO4→R2SO4+2OH
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2?ROH+HSiO3→RHSiO3+OH
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RH+Na RNa+H+ 再生 +除盐
– ROH+Cl RCl+OH –除盐再生
即反应向右进行是除盐，向左进行是再生。而反应究竟向哪个方向进行与离子的性质和溶液中离子浓度
有关。在溶液中反应方向主要决定于离子被树脂的选择性，当溶液中某种离子浓度增大到一定范围时，反应就可以按人们指定的方向进行。在上述反应中分别增加H浓度和OH浓度，反应就向再生方向进行。这一可逆反应，提供了失效树脂再生的条件。RH阳树脂失效后采用一定浓度的酸溶液再生，ROH阴树脂失效后采用一定浓度的碱溶液再生。使树脂再生的药剂如酸、碱等，称为再生剂(或还原剂)。
在生产中，RH的再生液一般用4~5%的盐酸或1~2%的硫酸；ROH的再生液一般用3~4%的氢氧化钠溶液。
2．设备和运行
(1)复床。水处理使用的离子交换器有多种形式，其运行方式也各不相同，常见的有复床除盐和混床除盐。下面先介绍复床除盐的设备结构和运行步骤。
复床就是把RH树脂和ROH树脂分别装有两个交换器内组成的除盐系统。装有RH树脂的叫做阳离子交换器；装有ROH树脂的叫做阴离子交换器。
1) 设备结构。离子交换器的主体是一个密闭的圆柱形壳体，体内设有进水、排水和再生装置，如图13-6。
进水装置多采用喇叭口形，水沿喇叭口周围淋下，以便使水分布均匀。 排水装置，近年来多采用穹形多孔板加石英砂垫层的方式，也有用排水帽的。 进再生液装置有辐射型、圆环形和支管形，如图13-7所示。
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图13-6 离子交换器结构 图13-7 离子交换器再生装置 1—放空气管；2—进水漏斗；3—再生装置； 1—辐射型；2—圆环型；3—支管型 4—缝式滤头；5—混凝土
2) 运行步骤。交换器的运行分为四个阶段：交换除盐、反洗、再生和正洗。
① 交换除盐。在除盐运行阶段，被处理的水洗经过阳离子交换器，再进入阴离子交换器，除盐后的水送入除盐水箱。阳离子交换器内装入一定量的RH树脂，在阳离子交换器内水中的金属离子与RH树脂中的H交换，金属被交换在树脂上；阴离子交换器内装入一定量的ROH树脂，在阴离子交换器内，水中的酸根离子与ROH树脂中的OH交换，酸根离子被交换在树脂上。经过两种交换处理后的水，送入除盐水箱。交换器运行若干小时后，出水含盐量增加，水的导电度增大。当运行到出水导电度明显增大并达到
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13 运行进行再生.
一定值时，说明交换剂已经失效，不能生产出合格的水。
在生产，为了便于用导电度表监视树脂是否已经失效，一般是让阳树脂先失效。树脂失效后，停止
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② 反洗。树脂再生前需要反洗。这是因为变换是在较大压力下进行的，树脂颗粒间压得很紧，这样在树脂层内会产生一些破碎的树脂；此外，在阳离子交换树脂层表面几厘米的厚度内还会积累一些水中悬浮物，这些破碎的树脂是悬浮物都不利于交换剂的再生。所以，反洗的目的就是用清水松动交换剂层，清除树脂层内的悬浮物、破碎树脂和气泡等。反洗水经底部反洗进水门进客店交换器内，自下而上的流过树脂层，再进入上部漏斗由排水门排入地沟。反洗时，要求树脂层膨胀30~40%，使树脂得到充分清洗。反洗一直进行到出水澄清为止。为了防止树脂被冲走，应先慢慢开大反洗进水门，然后慢慢开大排水门。使用的反洗水不应污染树脂。
③ 再生。再生是一项重要的操作过程。再生开始前，打开空气门和排水门，放掉交换器内一部分水，使水位降到树脂层上10~20厘米处，关闭排水门。然后将一定浓度的再生液送进交换器内，由再生装置将再生液均匀分布大整个树脂层上，并将交换器内的空气经空气管排出。当交换器内的空气排完再生液充满筒体后，并闭空气门，打开排水门，此时再生液流过树脂层，并与失效的阳离子(或阴离子)树脂发生离子交换反应，使失效树脂得到再生。再生过程中的废液从排水门排走。
④ 正洗。待树脂中再生后的废液基本排完，树脂中仍有残留的再生剂和再生产物，必须把它们洗掉，交换器方能重新投入运行。正洗时，清水沿运行路线进入交换器，由排水门排入地沟。正洗开始时，排出的废液中仍有再生剂和再生产物，随着正洗的进行，出水中的再生剂和再生产物逐渐减少，同时除盐的交换反应也开始发生，当排出的水基本符合水质标准时，即可关闭排水门，结束正洗，投入运行或备用。 交换器从除盐→反洗→再生→正洗的全过程叫做一个运行周期。
(2) 混床。经过复床除盐的水，仅适用一般高压锅炉的补给水，仍不能满足高参数锅炉的给水水质要求。为此，可以将复床除盐水再通过混床处理，以提高水质的纯度。
混床就是把阳、阴离子交换树脂放在同一个交换器内，并在运行前两种树脂充分混合均匀。
1) 混床的除盐原理。一般制取高纯度的除盐水，
图13-8 混合床离子交换器结构 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
均采用RH与ROH树脂，即H-OH型混床。在这种混床内可以把树脂层内的RH与ROH树脂颗粒看做为混合交错排列的，这样的混床就相当于许多级复床串联在一起，有利于下列反应：
RH+Na→RNa+H
ROH+HSiO3→RHSiO3+OH
H+OH→H2O
由于RH与ROH树脂颗粒交错排列，生成的H和OH很快能结事成难解离的水，使除盐反应进行得比较彻底。因此，HOH型混床的出水水质纯度很高。
2) 设备结构。一般采用的混床有固定式体内再生混床和固定式体外再生混床。这里介绍内再生混床
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设备，如图13-8。
这种离子交换器是一个圆柱形密闭容器，交换器上部设有进水装置，下部有配水装置，中间装有阳、阴树脂再生用的排液装置，中间排液装置的上方设有进碱装置。
3) 再生。混床是把阳、阴树脂混合装在同一个交换器内运行的，所以运行操作与一般固定床不同，特别是混床的再生操作差别很大。当混床树脂失效再生时，首先应把混合的阳、阴树脂分层，然后才能分别通过酸、碱再生液进行再生，这是混床操作的特点。
再生方法分为体内再生法和体外再生法。本节介绍体内再生法，其步骤为：反洗分层、再生和正洗。 ① 反洗分层。混床内阳、阴树脂间的比重差是混床树脂分层的重要条件。阳树脂的湿真比重为1.23~1.27，而阴树脂的湿真比重为1.06~1.11。由于阳、阴树脂比重的不同，当混床树脂反洗时，在水流作用下树脂会自动会层，上层是比重较小的阴树脂，下层是比重较大的阳树脂。阳、阴树脂的比重差越大，分层越迅速、彻底；比重差小，分层比较困难。树脂的比重与失效树脂转型有关，失效树脂转型不同，其比重也各不相同，不同型式的阳树脂，它们的比重顺序为：
?H??NH4??Ca??Na??K??Ba
不同型式阴树脂的比重顺序为：
?OH??Cl??CO3??HCO3??NO3??SO4
?——表示比重，?右下角的符号表示树脂的类型。
为了提高树脂分层效果，有时在分层前向混床内通入NaOH，使阳树脂转换为比重较大的RNa树脂，使阴树脂转换为比重较小的ROH树脂。这样可以增大阳、阴树脂间的比重差，以达到提高分层效果的目的。
此外，反洗流速，也影响分层效果。一般反洗流速，应控制在使整个树脂层的膨胀率在50%以上。 ② 再生。混床中阳、阴树脂分层后，就可以对上层的阴树脂和下层的阳树脂分别进行再生，亦可同时进行再生。以分别再生为例，说明再生操作：
再生阴树脂时，碱液从上部的进碱管进入，通过失效的阴树脂层，使失效树脂再生，其废液由混床中部排液装置排出。此时应特别注意防止碱液浸润阳树脂层。为此，在再生阴树脂的同时将清水按酸再生液的途径，从底部不断送入。当阴树脂再生完毕后，继续向阴树脂层进清水，清洗阴树脂层中的再生废液，清洗至排水的氢氧碱度为0.5毫克当量/升时为止。
再生阳树脂时，酸液从下面通过底部配水装置进入失效树脂层，使失效的阳树脂再生，其废液从混床中部的排液装置排出。此时应注意防止酸液浸润阴树脂层。为此，在再生阳树脂同时将清水按碱再生液的途径从上部进入。当阳树脂再生完毕后，继续向阳树脂层进清水，清洗阳树脂中的再生废液，清洗至排水的酸度为0.5毫克当量/升时为止。
③ 正洗。正洗就是用清洗水从上部进入，通过再生后的树脂层由底部排出。
首先进行混合前正洗，当正洗到排水的导电度在1.5微姆/厘米以下时，停止混合前正洗，然后从混床交换器底部进入压缩空气，把两种树脂混合均匀，进行混合后的大流量正洗(流速约为20米/时左右)至出水合格，投入运行或备用。
混床的出水纯度虽然很高，但树脂交换容量的利用低、树脂磨损大、再生操作复杂。因此，它适用处理含有微量盐的水，如经过一级复床处理的除盐水和凝结水等。这样可以延长混床的运行周期，减少再生次数。
二、化学软化
含有较多Ca和Mg的水，叫做硬水。降低水中Ca和Mg的含量或把水中Ca和Mg基本全部除掉的
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电厂化学水处理讲义
