- 品牌/商標：佰源
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佰源水處理設備公司為你解說關于離子交換設備
佰源離子交換有廣泛應用領域。在給水處理中，可用于水質軟化和脫鹽，制取軟化水、純水和超純水；在廢水處理中，可除去廢水中的某些有害物質，回收有價值化學品、重金屬和稀有元素；在國防、化工、生物制藥等方面，能有效地進行分離、濃縮、提純等功能。離子交換是靠交換劑自身所帶的能自由移動的離子與被處理的溶液中的離子通過離子擴散來實現(xiàn)的。推動離子交換的動力是離子間的濃度差和交換劑上的功能基對離子的親合能力，這就是離子交換的基本原理。
（一）離子交換劑的種類
佰源離子交換劑是實現(xiàn)交換功能的基本物質。離子交換劑根據其材料可分為無機離子交換劑和有機離子交換劑，又可分為天然離子交換劑和人工合成離子交換劑等。天然離子劑如粘土、沸石、褐煤等。人工合成離子交換樹脂有凝膠樹脂、大孔樹脂、吸附樹脂、氧化還原樹脂、螯合樹脂等。其交換能力又可分為強堿性、弱堿性、強酸性、弱酸性等多種類型。
（二）離子交換樹脂的基本特性
依其功能用途不同、原料性能不同，所制的樹脂特性也不相同。常用的凝膠樹脂的主要特性簡介如下。
1.樹脂的外觀與粒度
凝膠型陽樹脂為半透明的棕色或淡黃色的小球，陰樹脂顏色略深。樹脂粒度和均一度影響樹脂的性能，粒度越小表面積就越大；但粒度過細不僅增大液體在樹脂層內的阻力，而且也會影響樹脂的機械程度，降低使用壽命。通常樹脂小球直徑為0.2
2.樹脂的密度
樹脂密度分為干密度和濕密度。干密度是在溫度
（1）濕真密度是樹脂在水中充分膨脹后的質量與自身所占體積（不含樹脂顆粒之的空隙）之比值(g/cm3)。不同類型樹脂，濕真密度不同。即使同一類型的陽樹脂或陰樹脂，由于所含交換離子種類不同，濕真密度大小也不相同。
（2）濕視密度 濕視密度又稱堆積密度，是指樹脂在水中充分溶脹后，單位體積樹脂所具有的質量。濕視密度可用來計算離子交換柱內填充樹脂的所需量。
3.樹脂的交聯(lián)度
樹脂的骨架是靠交聯(lián)劑連接在一起的。交聯(lián)度是指交聯(lián)劑所占有的份數(shù)，一般用交聯(lián)劑占單體質量百分數(shù)來表示。例如，聚苯乙烯樹脂用二乙烯苯作交聯(lián)劑，其用量占單體總料量的8％時，則這種樹脂的交聯(lián)度為8％。
交聯(lián)度直接影響樹脂的性能。交聯(lián)度越高，樹脂的機械強度就越大，對離子的選擇性越強，但離子的交換速度就越慢。這是因為交聯(lián)度高，表明樹脂的結構緊密，孔隙率低，同時樹脂在水中溶脹率也低，因而水中的離子在樹脂內擴散速度小，影響了離子間的交換能力。
4、樹脂的穩(wěn)定性
(1)樹脂的熱穩(wěn)定性 樹脂的熱穩(wěn)定性與構成樹脂結構中的各部分成分密切相關。鹽型樹脂比酸型、堿型都穩(wěn)定。如鈉型碳化聚苯乙烯樹脂，能在
（2）化學穩(wěn)定性
①耐酸堿性能 一般無機離子交換劑是不耐酸堿的，只能在PH=6～7條件下使用。有機合成強酸、強堿性樹脂可在PH＝l～14中使用。弱酸陽樹脂可在PH＞4時使用，弱堿陰樹脂應在PH＜9時使用。一般樹脂的抗酸仕優(yōu)于抗堿性。無論是陽樹脂還是陰樹脂，當在堿的濃度超過1mol／L時，都會發(fā)生分解。
②抗氧化性能 各種氧化劑如氯、次氯酸、雙氧水、氧、臭氧等會對樹脂有不同程度的破壞作用，在使用前需要除去。不同類型的樹脂，受到損壞的程度不同。就其抗氧化的能力來講，交聯(lián)度高的樹脂優(yōu)于交聯(lián)度低的樹脂；聚苯乙烯類樹脂優(yōu)于酚醛類樹脂；鈉型樹脂優(yōu)于氫型樹脂；氯型樹脂優(yōu)于氫氧型樹脂。大孔樹脂優(yōu)于凝膠樹脂。
5 樹脂的選擇性與選擇系數(shù)
樹脂對不同的離子具有不同的親和能力，對親和能力強的離子優(yōu)先選擇，和它結合力強使之不易泄漏。但由于結合牢固，再生時，該離子被置換下來就很困難。
樹脂對離子親和能力的差異，取決于兩個方面。一是樹脂自身的性能，尤其是自身的交聯(lián)度。交聯(lián)度越大，對離子的選擇性就越大，其親和能力就越強。反之，就越弱。二是與溶液中離子的性質、組分和濃度有關。在常溫低濃度的水溶液中，存在如下的規(guī)律性。
(1)強酸陽離子交換樹脂 這種樹脂對溶液中價數(shù)越高的離子，親和能力越強。在同價數(shù)離子中，原子序數(shù)越大，親和能力就越強。
（2）弱酸陽離子交換樹脂 這種樹脂對氫離子選擇能力特別強，對多價離子的選擇能力也優(yōu)于低價離子。
（3）強堿陰離子交換樹脂 一般而言，強堿陰樹脂的選擇性是隨溶液中陰離子的價數(shù)增加而增大。
（4）弱堿陰離子交換樹脂 弱堿陰樹脂對離子的選擇規(guī)律，取決于溶液中的離子價態(tài)、水合離子半徑和離子結構。但弱堿陰樹脂對OH一離子具有更強的選擇性。弱
上述樹脂的選擇規(guī)律，只適于低濃度的水溶液中。在高濃度水溶液中（一般離子濃度在3mol/L以上），情況就比較復雜，甚至會出現(xiàn)相反的選擇順序。樹脂的再生就是利用高濃度的酸、堿、鹽來實現(xiàn)的。
同一種材料制備的樹脂，由于交聯(lián)度大小不同，對同一離子的選擇系數(shù)也不相同，交聯(lián)度越高，其選擇性越強。
6.樹脂的交換量
樹脂的交換量又稱作交換容量，是指單位質量或體積（g或mL）的離子交換樹脂所能夠交換出離子的物質的量（mol）。交換容量是代表樹脂質量的一項重要指標。
在樹脂結構中，交換功能基越多，可交換的離子就越多，交換容量就越大。交換容量在不同條件下具有不同的表達形式，其數(shù)值也不相同。全交換容量，是指每單位量的樹脂（g或L，在
（一）發(fā)生離子交換的可行性
當帶有A離子的樹脂RA，放人含有B離子的溶液之中后，A離子能否與B離子發(fā)生交換反應及反應程度的指標是樹脂的選擇系數(shù)。
（1）當KAB<1時，說明 RA型樹脂對 B離子選擇性高，離子交換過程可以進行。KAB》l，表明對B離子選擇性更高，交換過程進行更完全。
（2）當KAB＜1時，表明RA樹脂對A離子的選擇性要比對B離子的選擇性高，RA型樹脂不適用于對含有B離子的交換溶液。通常這種反應過程無法進行。
（3）當KAB=1時，表明RA型樹脂對A、B兩種離子的選擇能力相同，因而無法分開這兩種離子。
從上述可以看出，只有在種情況下，離子交換過程才能夠正常進行。
（二）影響離子交換速度的因素
從交換步驟看出，交換與被交換下來的離子，都要經過穿過樹脂表面膜層。在樹脂空隙內擴散、在功能基位置上進行交換這樣相同的三過程。實際上化學交換在瞬間即可完成，因而影響離子交換速度的因素，只能產生于離子在膜層擴散和在樹脂孔隙內擴散這兩千過程之中。
1.提高離子穿過膜層的速度的措施
（1）加快交換體系攪拌速度或提高溶液的過流速度，以減低樹脂表面的膜層厚度。
（2）提高溶液中的離子濃度。
（3）增大交換劑的表面積，即減小樹脂的粒度。
（4）提高交換體系的溫度，以加快擴散速度。
2 加快離子在樹脂空隙內擴散速度的措施
（1）降低凝膠樹脂的交聯(lián)度，增加大孔樹脂的致孔劑。以此提高樹脂的孔隙率、孔度和深度，有利于離子的擴散。
（2）提高交換體系溫度，以加快擴散速度。
（3）離子在孔隙內的擴散速度還與離子自身性質有關，離子價數(shù)越低或離子半徑越小，則其擴散速度越快。
（三）交換過程的平衡，樹脂的飽和與再生
離子在交換過程中，當樹脂功能基上可交換的離子與溶液中的離子大部分或絕大部分進行了交換，或者當交換柱的出流液中，殘存的離子濃度超過某一規(guī)定指標時，則可認為交換過程達到了平衡或樹脂巳飽和，需要進行再生，為下一個交換過程創(chuàng)造條件。
1.固定床樹脂的再生方式
（1）順流再生 在交換柱中，再生液與被處理的溶液流向相同。一般在交換柱的上部進液，底部排出。
（2）逆流再生 在交換柱中，再生液與被處理溶液流向相反。一般被處理溶液在交換柱頂進底出，而再生液則底進頂出。
（3）分流再生 再生液從交換柱的頂部、底部同時進，從交換柱的體側出。
（4）串聯(lián)再生 當兩個（或幾個）離子交換柱串聯(lián)使用時，被處理液由往頂進人底部，再由底部串人下一個往頂，以此串至后，從柱底排出。再生液則由后一個往頂進人底部排出，然后再串人下一個柱頂，直至交換柱底部排出。
（5）體外再生 在陰陽離于混合交換柱中，樹脂飽和后，兩種樹脂全部或只有陰樹脂移出交換柱，去進行再生。再生后的樹脂再移回到混合交換柱中。
2.再生劑的用量
再生劑用量與樹脂再生效果和運行費用密切相關。再生劑用量還同再生方式、樹脂類型和再生劑的種類有關。
3.再生液的濃度
再生液濃度與再生方式、樹脂類型有關。用硫酸作再生液時，建議分為三步逐次再生，再生效果較好。
4.再生液溫度
在樹脂允許的溫度范圍內，再生液溫度越高，再生效果就越好。為節(jié)省運行費用，一般均在常溫下再生。為了除去樹脂中一些有害物質或再生困難的高于，再生液可加熱到35～40。c。
5.再生液的流速
再生液流速涉及到再生液和樹脂的接觸時間，直接影響再生效果。在離子交換柱中，再生液的流速一般控制在4～
6.樹脂再生后的清洗
樹脂再生后，樹脂層內殘存一定量的再生劑，需用產品水（或去離子水）進行正洗或反洗，清洗水量可通過計算確定，在一般小型軟化或純水系統(tǒng)中，清洗水量約占總產品水量的10％～20％。也有采用清洗至出水pH為中性或接近于中性為止。
一個完整的離子交換系統(tǒng)，主要包括預處理單元、離子交換單元、再生單元和電控儀表等。對離子交換單元裝置簡介如下。
（一）離子交換單元裝置分類
根據離子交換柱的構造、用途和運行方式，離子交換單元裝置可按下圖分類。
（二）離子交換固定床體系
所謂固定床體系是指樹脂的交換和再生過程是在同一設備內，在不同時間內進行。因此再生時，交換程序就要停止運行固定床依據不同使用要求和水力流向，又分為以下幾種形式。
（1）單床和多床形式 是指在交換柱內，只裝填一種樹脂。如用于水質軟化只填充陽樹脂。只需一個交換柱為單床，多個這樣的交換柱串聯(lián)或并聯(lián)在一起稱為多床。
（2）復床形式 有的交換柱要填充陽樹脂，有的交換柱要填充陰樹脂，將兩種交換柱串聯(lián)在一起使用稱為復床。
（3）浮動床形式 被處理水自下而上，依靠水流的作用力將樹脂層托浮起來，成為懸浮狀態(tài)，故稱浮動床。浮動床的工藝操作程序如圖所示。
（4）雙層床形式 在逆流再生固定床內，依據一定配比裝填強、弱兩種樹脂，使密度小、粒度細的弱型樹脂在上層，密度大、顆粒粗的強型樹脂在下層。這種形式組成的裝置稱為雙層床。有陽雙層床，也有陰雙層床。其工作狀況見圖。
（三）連續(xù)式離子交換體系
連續(xù)式離子交換體系，是把交換與再生過程在不同設備內同時進行，因而制水過程基本上是不間斷的，故稱作連續(xù)式交換體系。
連續(xù)式離子交換體系可分為流動床和移動床。流動床內的交換樹脂在裝置內連續(xù)循環(huán)流動，失效樹脂在流動過程中，經再生、清洗設備后恢復交換能力，連續(xù)定量補充到交換柱的出水端，以達到不間斷地制水。移動床則是裝置內的樹脂呈周期性移動，失效樹脂在移動過程中，經再生、清洗設備后恢復交換能力，定期定量補充到交換柱出水端。除在補人樹脂時有短暫停水外，基本上連續(xù)供水。
連續(xù)式離子交換體系中，常見的多為移動床，如兩塔式移動床和三塔式移動床。
（1）兩塔式移動床工藝流程圖
（2）三塔式移動床工藝流程圖
（四）混合床離子交換體系
陽、陰離子交換樹脂按一定比例混合裝填到同一交換柱內，稱為混合床。它一般用在含鹽量較低的場合?；旌洗灿址譃轶w內再生混合床、陰樹脂移外再生混合床、體外再生混合床以及其他形式的混合床。
1.體內再生式混合床
這種形式的混合床是運行、再生同在一個交換柱內。操作比較方便。再生方式有三種：一種是堿液由柱頂進；流經陰、陽樹脂層后由底部排出，酸液由陽樹脂層頂部進，底部排出的兩步再生法；另一種是酸液流經陽樹脂、堿液流經陰樹脂，分別再生的兩步法；第三種是酸液、堿液同步分別流人陽、陰樹脂層進行再生的方法。三種再生方式的工藝程序，分別見圖。
2.陰樹脂外移再生式混合床
這種混合床再生時，依靠進水壓力將陰樹脂移到體外的再生往內，用堿液再生。陽樹脂留在混合床內用酸再生。再生工藝程序見圖。
3.體外再生式混合床
混合床的陽、陰樹脂均移到再生柱內進行再生，優(yōu)點是再生效果好，同時又避免再生劑對交換柱的污染。再生柱可以是一個，再生工序類似于體內再生；再生柱為兩個時，一十再生陽樹脂，另一個再生陰樹脂。兩柱再生工序詳見圖。
（五）離子交換設備
1.離子交換軟化設備
該設備主要是除去水中的鈣、鎂離子。交換柱內裝填鈉離子型陽樹脂，稱為鈉離子交換器?，F(xiàn)在市場上供有處理不同規(guī)模的系列產品。還有一種全自動的鈉離子交換設備，見圖。
2.離子交換除鹽設備
離子交換除鹽設備由陽離子交換柱和陰離子交換柱組成，根據處理水量和處理后出水水質的要求，可由多個陽柱和陰柱進行并聯(lián)或串聯(lián)。
3 離子交換精制純水設備
為了制取高純水和超純水，除采用復床預脫鹽外，還必須增加混床?；旌想x子交換設備的大小與數(shù)量，與制取純水量和出水的比電阻要求有關，根據設計選取產品。下圖為混合床設備構造圖。
4.離子交換廢水處理設備
離子交換廢水處理設備，主要用于處理電鍍廢水.如鍍鉻廢水、鍍鎳廢水、含氰廢水以及含銅廢水等，回收廢水中的金屬、化工原料和水資源重復利用。在影片洗印廢水中回收銀、CD－2、CD－3等貴重化學藥品。
確定離子交換設計N參數(shù)
1.確定進水和處理后出水的水質與水量
根據離子交換不同的處理目標，應確定相應的進水和出水水質指標。如用于軟化時，應確定進、出水的硬度指標；用于脫鹽時，應確定進出水的陽離子和陰離子濃度指標；對廢水而言，出水指標常常為國家或地方的排放標準。在制水工程中，處理水量應考慮到樹脂再生時附加的清洗水量。
2.確定離子交換柱在工況條件下的設計參數(shù)
確定工況條件的設計參數(shù)是十分復雜的，往往要通過試驗和參照相似的實際運行裝置作為參考。這些設計參數(shù)包括樹脂的工作交換容量、液體在往內的流速、再生劑耗量等有關參數(shù)。在無確切資料的情況下，離子交換脫鹽可利用國內現(xiàn)行各種設計規(guī)范提供的推薦數(shù)據。
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