水的除鹽處理

*節 離子交換樹脂

    水中能電離的雜質可用離子交換法除掉，這種方法是用離子交換劑進行的。離子交換劑包括天然沸石、人造鋁矽酸鈉、磺化煤和離子交換樹脂等四類，其中離子交換樹脂在水處理中應用得比較廣泛。因此，在討論離子交換法前，先對離子交換樹脂的結構和性質做一些介紹。

一、樹脂的結構 

離子交換樹脂是一種不溶於(yu) 水的高分子化合物，外觀上是一些直徑為(wei) 0.3~1.2毫米的淡黃色或咖啡色的小球。微觀上是一種立體(ti) 網狀結構的骨架；骨架上聯結著交換基團，交換基團中含有能解離的離子，圖13-5是一種離子交換樹脂的結構示意圖。下麵簡單的介紹樹脂網狀結構的孔隙和交換基團。

圖13-5  H型離子交換樹脂結構示意

    1．樹脂孔隙。樹脂內(nei) 部的網架形成樹脂中許多類似毛細孔狀的溝道，即樹脂的孔隙。實際上這些孔隙非常小，一般常用樹脂的孔隙直徑為(wei) 20~40埃(1埃=10-8厘米)，而且同一顆粒內(nei) 的孔隙也是不均勻的。孔隙中充滿著水分子，這些水分子也是樹脂孔隙的一個(ge) 組成部分。水和交換基團解離下來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行的。

    樹脂孔隙的大小，對離子交換運動有很大影響，孔隙小不利於(yu) 離子交換運動，以致半徑大的離子不能進入樹脂內(nei) ，也就不能發生交換作用。

    樹脂網狀骨架部分不溶於(yu) 水，在交換反應時也是不變的，一般用英文樹脂的*個(ge) 字母R來表示不變的這一部分。

    2．交換基團。交換基團是由能解離的陽離子(或陰離子)和聯結在骨架上的陰離子(或陽離子)組成。例如，磺酸基交換基團—，季胺基交換基團—等，其中或是能解離的並在反應中發生交換的離子；—或—是聯結在骨架上的離子，即R—或R—N(CH3)+，它們(men) 在反應中是不變的。

    在書(shu) 寫(xie) 某種離子交換樹脂時，一般隻寫(xie) 出樹脂骨架符號R和交換基團中能解離的離子本身符號，如RH或ROH等。

二、 樹脂的分類 

離子交換樹脂的分類，一般按交換基團能解離的離子種類分為(wei) 陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂。

    1．陽離子交換樹脂。交換基團能解離的離子是陽離子的，叫做陽離子交換樹脂。在使用時通常是遊離酸型即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(wei) 強酸性陽離子交換樹脂和弱酸性陽離子交換樹脂。

    2．陰離子交換樹脂。交換基團能解離的離子是陰離子的，叫做陰離子交換樹脂。使用時通常是遊離堿型即ROH型，而且各種ROH解離出OH-能力的大小不同。所以，其中又分為(wei) 強堿性陰離子交換樹脂和弱堿性陰離子交換樹脂。

    3．此外，離子交換樹脂按其孔隙結構上的差異，又有大孔型樹脂和凝膠型(或微孔型)之分。目前生產(chan) 一種孔隙直徑為(wei) 200~1000埃的樹脂，稱為(wei) 大孔樹脂；而把一般孔徑在40埃以下的樹脂，稱為(wei) 凝膠型樹脂。

三、物理性質 

離子交換樹脂的物理性質很多，下麵隻介紹常見的幾種。

    1．粒度。樹脂顆粒的大小，對樹脂的交換速度、樹脂層中水流分布的均勻程度、水通過樹脂層的壓力降和反洗時樹脂的流失等，都有很大影響。樹脂顆粒大，離子交換速度小；顆粒小，水流阻力大，而且反洗時容易發生樹脂流失。因此，顆粒的大小應適當，常用的樹脂顆粒為(wei) 20~40目，國產(chan) 離子交換樹脂的顆粒為(wei) 16~50目(粒徑為(wei) 1.2~0.3毫米)。

    2．比重。樹脂的比重對樹脂的用量計算和混合床使用樹脂的選擇很重要。樹脂比重的表示有以下幾種：

    (1) 幹真比重。幹真比重就是樹脂在幹燥狀態下其本身的比重。

    此處所指的幹樹脂的體(ti) 積，既不包括顆粒與(yu) 顆粒之間的空隙，也不包括樹脂本身的網架孔隙。測幹樹脂體(ti) 積時是將一定重量的幹樹脂，浸入某種不使樹脂膨脹的液體(ti) (如甲苯)中，測量其排出液體(ti) 的體(ti) 積，此體(ti) 積即為(wei) 該一定重量幹樹脂的體(ti) 積。幹真比重一般為(wei) 1.6左右。

    (2) 濕真比重。濕真比重是樹脂在水中經過充分膨脹後，樹脂顆粒的比重。

    這裏的濕樹脂體(ti) 積是指顆粒在濕狀態下的體(ti) 積，包括顆粒中的網孔，但不包括顆粒與(yu) 顆粒之間的空隙。濕真比重決(jue) 定了樹脂在水中的沉降速度。因此，樹脂的濕真比重對樹脂的反洗強度和混床再生前樹脂的分層有很大影響。濕真比重一般為(wei) 1.04~1.3左右。

    (3) 濕視比重。濕視比重是指樹脂在水中充分膨脹時的堆積比重。

    濕視比重用來計算交換器內(nei) 裝入一定體(ti) 積樹脂時，所需濕樹脂的重量。濕視比重一般為(wei) 0.6~0.85。

    3．溶脹性。樹脂的溶脹性是指樹脂由幹態變為(wei) 濕態，或者由一種離子型轉換成為(wei) 另一種離子型時，所發生的體(ti) 積變化。前者稱為(wei) 溶脹，後者稱為(wei) 體(ti) 積溶脹。

    4．樹脂溶脹度的大小與(yu) 合成樹脂用的二乙烯苯的數量有關(guan) 。同一種樹脂如果浸入不同濃度的電解質溶液中，其溶脹度也不同；溶液濃度小，其溶脹度大；溶液濃度大，其溶脹度就小。

    因此，當把幹樹脂開始濕潤時，不宜用純水浸泡，一般飽和和食鹽水浸泡，以防止樹脂因溶脹過大而碎裂。

    樹脂體(ti) 積溶脹度的大小與(yu) 可交換離子的水合離子半徑大小有關(guan) ，樹脂內(nei) 可交換離子的水合離子半徑越大，其溶脹度越大。

    由於(yu) 樹脂轉型時其體(ti) 積發生變化，所以轉型前後兩(liang) 種樹脂的濕真比重也隨之發生變化。當轉型後的樹脂體(ti) 積增大時，其濕直比重減小；當轉型後的樹脂體(ti) 積縮小時，其濕真比重增大。這一性質在混床樹脂分層時作用很大。

    由於(yu) 樹脂轉型時發生體(ti) 積變化，也能使樹脂在交換和再生過程中發生多次脹、縮，致使樹脂顆粒破碎。從(cong) 這種情況來看，應盡量減少樹脂的再生次數，延長使用時間。

    5．機械強度。樹脂的機械強度是指樹脂經過球磨或溶脹後，裂球增加的百分數。

    機械強度好的樹脂，應呈均勻的球形，沒有內(nei) 部裂紋，有良好的抗機械壓縮性以及很低的脆性，在失效和再生時具有足夠的抗裂能力。

    6．耐熱性。各種樹脂所能承受的溫度有一定的高極限，超過這個(ge) 限度樹脂就會(hui) 發生迅速降解，交換容量降低，使用壽命減少。

    一般陽樹脂可耐100℃左右，陰樹脂中強堿性樹脂可耐60℃左右，弱堿性樹脂可耐80℃左右。此外，鹽型樹脂比氫型或氫氧型樹脂耐熱性好些。

四、 化學性質 

離子交換樹脂的化學性質有：離子交換、催化、絡鹽形成等。其中用於(yu) 電廠水處理的，主要是利用它的離子交換性質。所以，這裏僅(jin) 介紹離子交換反應的可逆性、選擇性和表示交換能力大小的交換容量。

    1．離子交換反應的可逆性。當離子交換樹脂遇到水中的離子時，能發生離子交換反應。反應結果，樹脂的骨架不變，隻是樹脂中交換基團上能解離的離子與(yu) 水中帶同種電荷的離子發生交換。例如，用8%左右的食鹽水，通過RH樹脂後，出水中的H+濃度增加，Na+濃度減小。這說明食鹽水通過RH樹脂時，樹脂中的H+進入水中，食鹽水中的Na+交換到樹脂上。這一反應為(wei) ：

RH+NaCl→RNa+HCl

或RH+Na+→RNa+H+

    如果用4%左右的鹽酸通過已經變成RNa的樹脂後，出水中的Na+濃度增加，H+濃度減小。說明樹脂中的Na+進入水中，而鹽酸中的H+交換到樹脂上。這一反應為(wei) ：

RNa+HCl→RH+NaCl

或RNa+H+→RH+Na+

    對照兩(liang) 個(ge) 反應我們(men) 知道：離子交換反應是可逆的。這種可逆反應，可用可逆反應式表示：

RH+NaCl      RNa+HCl

或RH+Na+     RNa+H+

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

    同種交換劑對水中不同離子選擇性的大小，與(yu) 水中離子的水合半徑以及水中離子所帶電荷大小有關(guan) ；不同種的交換劑由於(yu) 交換換團不同，對同種離子選擇性大小也不一樣。下麵介紹四種交換劑對離子選擇性的順序：

    (1) 強酸性陽離子交換劑，對水中陽離子選擇順序：

Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+>≈Na+>H+>Li+

    (2) 弱酸性陽離子交換劑，對水中陽離子的選擇順序：

H+>Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+>≈Na+>Li+

    從(cong) 上述選擇順序來看，強酸性陽離子交換劑對H+的吸著力不強；而弱酸性陽離子交換劑則容易吸著H+。所以，實際應用中，用酸再生弱酸性陽離子交換劑比再生強酸性陽離子交換劑要容易得多。

    (3) 強堿性陰離子交換劑，對水中陰離子的選擇順序：

>>Cl>OH->F->>

    (4) 弱堿性陰離子交換劑，對水中陰離子的選擇順序：

OH->>>Cl->

    從(cong) 陰離子交換劑的選擇性來看，用堿再生弱堿性陰離子交換劑比再生強堿性陰離子交換劑容易。但是弱堿性陰離子交換劑吸著很弱，不吸著。因此，弱堿性陰離子交換劑用於(yu) 除掉水中強酸根離子。

    3．交換劑的交換容量。交換容量是離子交換劑的一項重要技術指標。它定量地表示出一種樹脂能交換離子的多少。交換容量分為(wei) 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量。這一指標表示交換劑所有交換基團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(ge) 常數，常用毫克當量/克來表示。

(2) 工作交換容量。工作交換容量就是在實際運行條件下，可利用的交換容量。在實際離子交換過程中，可能利用的交換容量比全交換容量小得多，大約隻有全交換容量的60~70%。某種樹脂的工作交換容量大小和樹脂的具體(ti) 工作條件有關(guan) ，如水的pH值、水中離子濃度、交換終點的控製標準、樹脂層的高度和水的流速等條件，都影響樹脂的工作交換容量。工作交換容量常用毫克當量/毫升來表示。

第二節 離子交換除鹽

    在離子交換法的水處理中，根據除掉水中離子種類不同，分為(wei) 離子交換法除鹽(化學除鹽)和離子交換法軟化(化學軟化)兩(liang) 種。其中使用比較廣泛的是化學除鹽，所以我們(men) 著重討論化學除鹽的原理、設備及運行；對於(yu) 化學軟化隻作概括介紹。

一、化學除鹽 

化學除鹽法就是將RH樹脂和ROH樹脂分別(或混合)放在兩(liang) 處(或一個(ge) )離子交換器內(nei) ，用RH樹脂除掉水中的金屬離子，用ROH除掉水中的酸根，使水成為(wei) 純水。

    1．原理。化學除鹽原理主要有兩(liang) 個(ge) 交換反應，一個(ge) 是除鹽反應，一個(ge) 是再生反應。

    (1) 除鹽。當含鹽水流過RH樹脂層時，水中的金屬離子與(yu) RH樹脂中的H+發生交換反應。水中的Na+、Ca2+、Mg2+……等離子擴散到樹脂的網孔內(nei) 並留在其中，而網孔內(nei) 的H+則擴散到水中。結果，水中除了少數殘餘(yu) 的金屬離子外，陽離子換成了H+。這個(ge) 過程用下列反應式表示：

RH+Na+→RNa+H+

2RH+Ca2+→R2Ca+2H+

2RH+Mg2+→R2Mg+2H+

     經過RH樹脂處理後的水，再通過ROH樹脂層時，水中的酸根離子與(yu) ROH發生交換反應。水中的Cl–、、……等離子擴散到樹脂網孔內(nei) 並留在其中，而網孔的OH–則擴散到水中。結果，水中除了少數酸根外，陰離子換成OH–。這個(ge) 過程用下列反應式表示：

ROH+Cl–→RCl+OH–

2ROH+→R2SO4+2OH–

ROH+→RHSiO3+OH–

水中的H+與(yu) OH-相線路合變成水：

H++OH-→H2O

水經過RH陽樹脂和ROH陰樹脂處理後，水中的金屬陽離子被交換成H+，酸根陰離子被交換成OH-相結合成水，原水中的鹽類被除去。這樣處理後的水叫做除鹽水。

    (2) 再生。RH樹脂和ROH樹脂，經過交換後，分別轉變為(wei) RNa、R2Ca、R2Mg……和RCl、R2SO4、RHSiO3……等新型樹脂。這些新型樹脂不能再起除鹽作用，這種現象叫做樹脂的失效。使失效的樹脂重新恢複成初類型的樹脂的過程，叫做再生。再生是根據離子交換反應的可逆性進行的。例如：

即反應向右進行是除鹽，向左進行是再生。而反應究竟向哪個(ge) 方向進行與(yu) 離子的性質和溶液中離子濃度有關(guan) 。在溶液中反應方向主要決(jue) 定於(yu) 離子被樹脂的選擇性，當溶液中某種離子濃度增大到一定範圍時，反應就可以按人們(men) 的方向進行。在上述反應中分別增加H+濃度和OH-濃度，反應就向再生方向進行。這一可逆反應，提供了失效樹脂再生的條件。RH陽樹脂失效後采用一定濃度的酸溶液再生，ROH陰樹脂失效後采用一定濃度的堿溶液再生。使樹脂再生的藥劑如酸、堿等，稱為(wei) 再生劑(或還原劑)。

    在生產(chan) 中，RH的再生液一般用4~5%的鹽酸或1~2%的硫酸；ROH的再生液一般用3~4%的氫氧化鈉溶液。

2．設備和運行

    (1)複床。水處理使用的離子交換器有多種形式，其運行方式也各不相同，常見的有複床除鹽和混床除鹽。下麵先介紹複床除鹽的設備結構和運行步驟。

    複床就是把RH樹脂和ROH樹脂分別裝有兩(liang) 個(ge) 交換器內(nei) 組成的除鹽係統。裝有RH樹脂的叫做陽離子交換器；裝有ROH樹脂的叫做陰離子交換器。

1) 設備結構。離子交換器的主體(ti) 是一個(ge) 密閉的圓柱形殼體(ti) ，體(ti) 內(nei) 設有進水、排水和再生裝置，如圖13-6。

    進水裝置多采用喇叭口形，水沿喇叭口周圍淋下，以便使水分布均勻。

    排水裝置，近年來多采用穹形多孔板加石英砂墊層的方式，也有用排水帽的。

    進再生液裝置有輻射型、圓環形和支管形，如圖13-7所示。

  圖13-6  離子交換器結構                             圖13-7  離子交換器再生裝置

1—放空氣管；2—進水漏鬥；3—再生裝置；           1—輻射型；2—圓環型；3—支管型

        4—縫式濾頭；5—混凝土     

2) 運行步驟。交換器的運行分為(wei) 四個(ge) 階段：交換除鹽、反洗、再生和正洗。

    ① 交換除鹽。在除鹽運行階段，被處理的水洗經過陽離子交換器，再進入陰離子交換器，除鹽後的水送入除鹽水箱。陽離子交換器內(nei) 裝入一定量的RH樹脂，在陽離子交換器內(nei) 水中的金屬離子與(yu) RH樹脂中的H+交換，金屬被交換在樹脂上；陰離子交換器內(nei) 裝入一定量的ROH樹脂，在陰離子交換器內(nei) ，水中的酸根離子與(yu) ROH樹脂中的OH交換，酸根離子被交換在樹脂上。經過兩(liang) 種交換處理後的水，送入除鹽水箱。交換器運行若幹小時後，出水含鹽量增加，水的導電度增大。當運行到出水導電度明顯增大並達到一定值時，說明交換劑已經失效，不能生產(chan) 出合格的水。

    在生產(chan) ，為(wei) 了便於(yu) 用導電度表監視樹脂是否已經失效，一般是讓陽樹脂先失效。樹脂失效後，停止運行進行再生。

表13-2 水處理用的主要離子交換樹脂性能

續表

   ② 反洗。樹脂再生前需要反洗。這是因為(wei) 變換是在較大壓力下進行的，樹脂顆粒間壓得很緊，這樣在樹脂層內(nei) 會(hui) 產(chan) 生一些破碎的樹脂；此外，在陽離子交換樹脂層表麵幾厘米的厚度內(nei) 還會(hui) 積累一些水中懸浮物，這些破碎的樹脂是懸浮物都不利於(yu) 交換劑的再生。所以，反洗的目的就是用清水鬆動交換劑層，清除樹脂層內(nei) 的懸浮物、破碎樹脂和氣泡等。反洗水經底部反洗進水門進客店交換器內(nei) ，自下而上的流過樹脂層，再進入上部漏鬥由排水門排入地溝。反洗時，要求樹脂層膨脹30~40%，使樹脂得到充分清洗。反洗一直進行到出水澄清為(wei) 止。為(wei) 了防止樹脂被衝(chong) 走，應先慢慢開大反洗進水門，然後慢慢開大排水門。使用的反洗水不應汙染樹脂。

    ③ 再生。再生是一項重要的操作過程。再生開始前，打開空氣門和排水門，放掉交換器內(nei) 一部分水，使水位降到樹脂層上10~20厘米處，關(guan) 閉排水門。然後將一定濃度的再生液送進交換器內(nei) ，由再生裝置將再生液均勻分布大整個(ge) 樹脂層上，並將交換器內(nei) 的空氣經空氣管排出。當交換器內(nei) 的空氣排完再生液充滿筒體(ti) 後，並閉空氣門，打開排水門，此時再生液流過樹脂層，並與(yu) 失效的陽離子(或陰離子)樹脂發生離子交換反應，使失效樹脂得到再生。再生過程中的廢液從(cong) 排水門排走。

    ④ 正洗。待樹脂中再生後的廢液基本排完，樹脂中仍有殘留的再生劑和再生產(chan) 物，必須把它們(men) 洗掉，交換器方能重新投入運行。正洗時，清水沿運行路線進入交換器，由排水門排入地溝。正洗開始時，排出的廢液中仍有再生劑和再生產(chan) 物，隨著正洗的進行，出水中的再生劑和再生產(chan) 物逐漸減少，同時除鹽的交換反應也開始發生，當排出的水基本符合水質標準時，即可關(guan) 閉排水門，結束正洗，投入運行或備用。

    交換器從(cong) 除鹽→反洗→再生→正洗的全過程叫做一個(ge) 運行周期。

    (2) 混床。經過複床除鹽的水，僅(jin) 適用一般高壓鍋爐的補給水，仍不能滿足高參數鍋爐的給水水質要求。為(wei) 此，可以將複床除鹽水再通過混床處理，以提高水質的純度。

    混床就是把陽、陰離子交換樹脂放在同一個(ge) 交換器內(nei) ，並在運行前兩(liang) 種樹脂充分混合均勻。

    1) 混床的除鹽原理。一般製取高純度的除鹽水，均采用RH與(yu) ROH樹脂，即H-OH型混床。在這種混床內(nei) 可以把樹脂層內(nei) 的RH與(yu) ROH樹脂顆粒看做為(wei) 混合交錯排列的，這樣的混床就相當於(yu) 許多級複床串聯在一起，有利於(yu) 下列反應：

RH+Na+→RNa+H+

ROH+→RHSiO3+OH

H++OH→H2O

    由於(yu) RH與(yu) ROH樹脂顆粒交錯排列，生成的H+和OH很快能結事成難解離的水，使除鹽反應進行得比較*。因此，HOH型混床的出水水質純度很高。

    2) 設備結構。一般采用的混床有固定式體(ti) 內(nei) 再生混床和固定式體(ti) 外再生混床。這裏介紹內(nei) 再生混床設備，如圖13-8。

    這種離子交換器是一個(ge) 圓柱形密閉容器，交換器上部設有進水裝置，下部有配水裝置，中間裝有陽、陰樹脂再生用的排液裝置，中間排液裝置的上方設有進堿裝置。

    3) 再生。混床是把陽、陰樹脂混合裝在同一個(ge) 交換器內(nei) 運行的，所以運行操作與(yu) 一般固定床不同，特別是混床的再生操作差別很大。當混床樹脂失效再生時，首先應把混合的陽、陰樹脂分層，然後才能分別通過酸、堿再生液進行再生，這是混床操作的特點。

    再生方法分為(wei) 體(ti) 內(nei) 再生法和體(ti) 外再生法。本節介紹體(ti) 內(nei) 再生法，其步驟為(wei) ：反洗分層、再生和正洗。

    ① 反洗分層。混床內(nei) 陽、陰樹脂間的比重差是混床樹脂分層的重要條件。陽樹脂的濕真比重為(wei) 1.23~1.27，而陰樹脂的濕真比重為(wei) 1.06~1.11。由於(yu) 陽、陰樹脂比重的不同，當混床樹脂反洗時，在水流作用下樹脂會(hui) 自動會(hui) 層，上層是比重較小的陰樹脂，下層是比重較大的陽樹脂。陽、陰樹脂的比重差越大，分層越迅速、*；比重差小，分層比較困難。樹脂的比重與(yu) 失效樹脂轉型有關(guan) ，失效樹脂轉型不同，其比重也各不相同，不同型式的陽樹脂，它們(men) 的比重順序為(wei) ：

    不同型式陰樹脂的比重順序為(wei) ：

    ——表示比重，右下角的符號表示樹脂的類型。

    為(wei) 了提高樹脂分層效果，有時在分層前向混床內(nei) 通入NaOH，使陽樹脂轉換為(wei) 比重較大的RNa樹脂，使陰樹脂轉換為(wei) 比重較小的ROH樹脂。這樣可以增大陽、陰樹脂間的比重差，以達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，應控製在使整個(ge) 樹脂層的膨脹率在50%以上。

    ② 再生。混床中陽、陰樹脂分層後，就可以對上層的陰樹脂和下層的陽樹脂分別進行再生，亦可同時進行再生。以分別再生為(wei) 例，說明再生操作：

    再生陰樹脂時，堿液從(cong) 上部的進堿管進入，通過失效的陰樹脂層，使失效樹脂再生，其廢液由混床中部排液裝置排出。此時應特別注意防止堿液浸潤陽樹脂層。為(wei) 此，在再生陰樹脂的同時將清水按酸再生液的途徑，從(cong) 底部不斷送入。當陰樹脂再生完畢後，繼續向陰樹脂層進清水，清洗陰樹脂層中的再生廢液，清洗至排水的氫氧堿度為(wei) 0.5毫克當量/升時為(wei) 止。

    再生陽樹脂時，酸液從(cong) 下麵通過底部配水裝置進入失效樹脂層，使失效的陽樹脂再生，其廢液從(cong) 混床中部的排液裝置排出。此時應注意防止酸液浸潤陰樹脂層。為(wei) 此，在再生陽樹脂同時將清水按堿再生液的途徑從(cong) 上部進入。當陽樹脂再生完畢後，繼續向陽樹脂層進清水，清洗陽樹脂中的再生廢液，清洗至排水的酸度為(wei) 0.5毫克當量/升時為(wei) 止。

    ③ 正洗。正洗就是用清洗水從(cong) 上部進入，通過再生後的樹脂層由底部排出。

    首行混合前正洗，當正洗到排水的導電度在1.5微姆/厘米以下時，停止混合前正洗，然後從(cong) 混床交換器底部進入壓縮空氣，把兩(liang) 種樹脂混合均勻，進行混合後的大流量正洗(流速約為(wei) 20米/時左右)至出水合格，投入運行或備用。

    混床的出水純度雖然很高，但樹脂交換容量的利用低、樹脂磨損大、再生操作複雜。因此，它適用處理含有微量鹽的水，如經過一級複床處理的除鹽水和凝結水等。這樣可以延長混床的運行周期，減少再生次數。

二、化學軟化

含有較多Ca2+和Mg2+的水，叫做硬水。降低水中Ca2+和Mg2+的含量或把水中Ca2+和Mg2+基本全部除掉的工作叫做軟化。經過軟化後的水叫做軟水。

    化學軟化的反應原理、設備及其運行步驟基本上與(yu) 複床除鹽相似，不同的是軟化隻是除掉水中的Ca2+和Mg2+，軟化所用的交換劑是RNa或RH。如果交換劑為(wei) RNa時，再生液為(wei) 5~10%的食鹽水。軟化和再生反應式如下：軟化水的含鹽量比除鹽水中的含鹽量高，所以軟化水隻能做中、低壓鍋爐或蒸發器的補給水。

第三節 除CO2器

    河水和井水一般均含有重碳酸鹽，這種水經過RH樹脂層時，發生如下反應：

2RH+Ca(HCO3)2→R2Ca+2H2CO3

2RH+Mg(HCO3)2→R2Mg+2H2CO3

    水中其它重碳酸鹽也發生類似反應，致使水中重碳酸鹽轉變為(wei) 碳酸。除CO2器主要用於(yu) 除去水中的這部分碳酸。

    1．除CO2的原理。含有重碳酸鹽的水經過RH樹脂處理後，它的pH值一般在4.3以下。在這種情況下水中H2CO3能分解為(wei) 水和二氧化碳：

    這種CO2可以看作是溶於(yu) 水的氣體(ti) 。當水麵上的CO2壓力降低或向水中鼓風時，溶於(yu) 水中的CO2就會(hui) 從(cong) 水中逸出。根據它的這個(ge) 性質，可以采用真空法或鼓風法來除去水中的CO2。

    2．鼓風除CO2器。鼓風除CO2器是一個(ge) 圓柱形設備，如圖13-9所示。

    除CO2器的圓柱體(ti) 可用金屬、塑料或木料製成。如果用金屬製造，圓柱體(ti) 的內(nei) 表麵應采取適當防腐措施。柱體(ti) 內(nei) 一般裝在瓷環，瓷環的作用是使水與(yu) 空氣能充分接觸。

除CO2器運行時，水從(cong) 圓柱體(ti) 上部進入，經配水管和瓷環填料後，從(cong) 下部流入貯水箱。空氣則由鼓風機從(cong) 柱體(ti) 底部送入，經瓷環並與(yu) 水充分接觸，然後由上部排出。由於(yu) 空氣中CO2含量很少，它的壓力隻占大氣壓力的0.03%左右。所以當空氣鼓進柱體(ti) 並與(yu) 水接觸時，水裏的CO2就會(hui) 擴散到空氣中去，當水從(cong) 上往下流動遇到從(cong) 下向上的空氣時，水中絕大部分CO2即隨空氣帶走。水越往下流其中CO2越少，當水流到柱體(ti) 底部時，殘餘(yu) 的CO2一般隻有5~10毫克/升。

第四節 降低酸、堿耗的措施

    在對給水進行化學除鹽的過程中，費用大的是樹脂再生用的酸或堿。降低再生用的、堿耗，是提高化學除鹽經濟運行的主要途徑。

一 酸、堿耗的計算方法

    在計算化學除鹽的酸、堿耗時，常用單耗和比耗來表示。

    1．單耗。再生劑的單耗是指除去水中1克當量的離子，實際消耗再生劑的克數：

式中  總陽離子量=入口水堿度+出口水酸度；

      總陰離子量=入口水酸度+；

這裏  CO2——陰離子交換器入口水中CO2的含量，毫克/升；

      SiO2——陰離子交換器入口水中SiO2的含量，毫克/升。

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

    再生劑理論耗量，是指交換按等當量進行反應所消耗的再生劑量。例如，要除去水中1克當量的陽離子，消耗鹽酸的理論量應為(wei) 36.5克。如果它的單耗為(wei) 54.75克，則其比耗為(wei)

二 降低酸、堿耗的措施 

運行中酸、堿耗的大小，與(yu) 原水中鹽的種類和數量、再生工藝。設備形式和樹脂性能等因素有關(guan) 。目前，在降低酸、堿耗方麵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行時水的流向相反。這種再生方式，能使保護層樹脂(指運行時水流量後經過的那一部分樹脂)再生*，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。

    逆流設備在運行時，被處理的水後與(yu) 再生*的保護層接觸，有利於(yu) 提高出水水質。另外，水在進入交換器時，首先接觸的是再生程度較差的樹脂，由於(yu) 水中H+、OH(或軟化處理時的Na+)濃度小，反應按除鹽(或軟化)方向進行，這就使再生程度較差的樹脂也能充分發揮作用。

    目前，我國使用的逆流離子交換器有：逆流再生固定床和浮動床等。

圖13-10  浮動床工作原理示意

(1) 運行狀態；(2) 再生狀態

    逆流再生固定床在運行時，待處理的水由交換器上部進入，經過樹脂層後由下部流出。樹脂再生時，再生液由交換器下部進入，經過樹脂導的再生廢液，由上部排出。

    浮動床在運行時，要處理的水上交換器底部進入，利用水流的動能使村脂以密實狀態向上托起稱為(wei) 成床，水流過床層由頂部排出。樹脂再生時，樹脂層下落，稱為(wei) 落床。落床後再生液由交換器上部進入，經過樹脂層的再生廢液由底部排出，如圖13-10。

    表13-6內(nei) 列出我國某些電廠采用逆流交換器運行的經濟指標和出水水質。

表13-6  逆流與(yu) 順流再生的酸、堿耗和出水水質

    注：再生液采用的酸為(wei) 鹽酸(HCl)，堿為(wei) 氫氧化鈉(NaOH)。

    2．設置前置式交換器。將一個(ge) 強酸性(或強堿性)離子交換器設計成兩(liang) 個(ge) ，前後安裝。運行時，原水先通過前者，再通過後者。再生時，再生液先流經後者，再流經前者。這種水處理方式，由於(yu) 采用了類似逆流再生的辦法，使酸、堿耗降低。

    3．雙層床離子交換器。雙層床是將強酸性與(yu) 弱酸性(或強堿性與(yu) 弱堿性)離子交換樹脂，分層裝在固定床交換器中。弱酸性(或弱堿性)樹脂裝在上層，強酸性(或強堿性)樹脂裝在下層。運行時，水從(cong) 上部流入由下部排出；再生時，再生液從(cong) 下部進入失效樹脂層，由上部排出。由於(yu) 弱酸(或弱堿)樹脂失效後很容易再生，所以再生液從(cong) 底部經過強酸(強堿)樹脂後的稀溶液對弱酸(弱堿)樹脂還能起再生作用。這樣，再生劑得到了充分的利用，降低了酸、堿耗。例如，某廠的陽雙層床的HCl酸耗平均為(wei) 43.7克/克當量，出水漏Na+為(wei) 40~80微克/升，硬度為(wei) 0；另一電廠的陰雙層床的NaOH堿耗約為(wei) 45克/克當量，出水導電度為(wei) 3~4微姆/厘米，SiO2為(wei) 10微克/升左右。從(cong) 這些數據可以看出，雙層床酸、堿耗比順流再生單層床的酸、堿耗低得多，出水水質也有所提高。

4．廢再生液回收。當使用順流固定床交換器時，再生強酸性或強堿性樹脂的廢液，其酸、堿濃度在2%左右，應將這種廢液回收到專(zhuan) 設的容器內(nei) ，供下次初步再生使用。注意，開始排出的廢液中因再生產(chan) 物較多，不宜利用；當再生產(chan) 物含量高峰過後，廢液方可回收備用。

第五節 鍋爐補給水的處理係統

    前麵已經討論了除掉水中各類雜質的原理、設備和方法；了解到把天然水淨化為(wei) 鍋爐補給水的過程，這個(ge) 過程是由各種水處理方法和設備聯合組成的水處理係統。某電廠應采用何種水處理係統，應根據本廠對給水水質要求和原水水質情況等具體(ti) 條件決(jue) 定。電廠常用的幾種基本水處理係統及其適用範圍列於(yu) 表13-5中。

表13-5  鍋爐補給水處理係統