水的离子交换处理

第二节水的离子交换处理

水在进行混凝—石灰软化和过滤处理后，已除去悬浮物和胶态杂质，硬度和碱度也有一定程度的降低，但作为锅炉补给水，还远远达不到要求，必须进行深度处理。目前火力发电厂普遍采用的离子交换处理可以制得纯度很高的水。

水的离子交换除盐

水的离子交换软化和除碱

离子交换装置及其运行

再生系统

水的其他除盐方法Flash水的离子交换除盐

水的离子交换软化和除碱，一般只适用于高压以下的锅炉，随着高温高压锅炉的迅速发展，单纯的软化、除碱已不能满足锅炉和机组对水质的要求和安全运行，而必须把水中的溶解盐全部除尽。这样，就发展了离子交换除盐工艺。离子交换除盐原理

水的离子交换除盐(又叫化学除盐)，在火电厂中普遍采用的是：将预处理后的清水，通过H型阳离子交换器，使阳离子转换成H+，然后通过除碳器除去二氧化碳，再通过OH型阴离子交换器使阴离子转换成OH－，并立即与H+结合成水。

这样，就得到含盐量极低的纯水。Flash一、离子交换的基本知识（一）、离子交换树脂的结构及命名离子交换树脂的合成过程一般分为两个阶段：高分子聚合物骨架的制备和在高分子聚合物骨架上引入活性基团的反应。即首先将单体（进行高分子聚合的主要原料）制备成球状颗粒的高分子聚合物，然后在这种高分子聚合物上进行有机高分子反应，使之带上所需要的活性基团。也有一些离子交换树脂是由已具备活性基团的单体经过聚合，或在聚合过程中同时引入活性基团，直接一步制得的。如丙烯酸系树脂。离子交换树脂离子交换树脂的结构

离子交换树脂是一类带有活性基团的网状结构高分子化合物。在它的分子结构中，可以人为的分为两个部分：一部分称为离子交换树脂的骨架；另一部分时代有可交换离子的活性基团。活性基团也由两部分组成：一是固定部分，二是活动部分。离子交换树脂的分类

（1）按活性基团的性质分类可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。此外，按活性基团的性质还可分为鳌合性、两性以及氧化还原性树脂（2）按离子交换树脂的孔型分类

A凝胶型树脂

B大孔型树脂（3）按单体种类分类按合成树脂的单体种类不同，离子交换树脂还可以分为苯乙烯系，丙烯酸系等2、离子交换树脂的特性物理性质

(1)外观

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。

(2)颗粒度

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；颗粒小，水通过树脂层的压力损失大。用于水处理的树脂颗粒粒径一般为0.3~1.2mm。

(3)含水量

(3)密度

树脂的密度有以下几种表示方法：

①干真密度：干燥状态下树脂本身的密度。②湿真密度：树脂在水中经过充分膨胀后的密度。

③湿视密度：树脂在水中充分膨胀后的堆积密度。

(4)孔径、孔度、孔容和比表面积

孔径表示微孔的大小孔度是指单位体积离子交换树脂内部孔的容积孔容是指单位质量离子交换树脂内部孔的容积。比表面积是指单位质量的离子交换树脂具有的比表面积。一般比表面积越大，越有利于交换。（5）含水率

树脂的含水率是指单位质量的湿树脂（除去表面的水分）所含水量的百分数。一般在50%左右。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。

（6）溶胀性

将干的离子交换树脂浸入水中时，其体积变大的现象称为树脂的溶胀性。溶胀：干的离子交换树脂侵入水中时，其体积会膨胀，这种现象叫溶胀。可逆树脂侵入水中体积增大，干燥缩小离子交换树脂有两种溶胀现象不可逆新树脂浸入水中溶胀后干燥体积不会恢复到原来当树脂由一种离子型转为另一种离子型时，其体积就会发生改变，体积改变的百分数称树脂转型体积改变率。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。例如当以含有硬度的水通过H型离子交换树脂时，反应式为：

(2)酸、碱性

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。

(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。

如H型离子交换树脂和碱溶液会进行中和反应：水解反应如：具有弱酸性或弱碱性基团的离子交换树脂的盐型容易水解。

(4)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。

(5)交换容量

离子交换树脂的交换容量表示其可交换离子量的多少。有两种表示法：质量表示法(单位质量树脂吸着能力)和体积表示法(单位体积吸着能力)。在表示交换容量时，为了统一起见，一般阳离子交换树脂以Na型为准(也有以H型为准的)，阴离子交换树脂以Cl型为准。①全交换容量(Q)

此指标表示离子交换树脂中所有活性基团的总量。②中性盐分解容量

树脂能与中性盐进行交换反应的交换容量。表示强碱基团量的多少。③弱酸（碱）基团交换容量

两者之差三、除盐系统

如果经预处理后的清水，仅仅需要除去Ca2+、Mg2+（即软化），可以采用钠离子交换法。如果不仅要求除去Ca2+、Mg2+，还要求除去碱度，则采用氢—钠离子交换法。钠离子交换法

钠离子交换过程如下式表示：钠离子交换剂层中离子分布示意见图3-9。

水通过一个钠离子交换器叫一级钠离子交换，出水残留硬度可满足低压锅炉要求，如果要求进一步降低残留硬度，可采用二级钠离子交换，即将两个钠离子交换器串联。图3-9钠离子交换剂层中离子分布示意2、除碳器

除碳器的作用是除去CO2。原水中碳酸盐碱度，经过H离子交换，即转化为H2CO3并存在平衡

pH下降，平衡右移，有利于H2CO3的分解。由于H型交换器出水pH较低，使CO2从水中游离，如果我们能降低水面上CO2的分压，即可使CO2从水中逸出，这就是除碳器的工作原理。常用的鼓风式除碳器的结构如图3-13。图3-13

鼓风式除碳器H-OH离子交换法如果既要去除水中阳离子又要去除水中阴离子，则可以用氢—氢氧离子交换法。

2H2CO32RHCO32ROH+2HCl —2RCl+2H20

H2SO4R2SO42H2SiO32RHSiO3离子交换除盐系统一级复床除盐

将预处理后的清水，一次顺序通过H型和OH型交换器的系统叫一级复床除盐系统，如图3-14。

一级复床除盐系统的运行监督，是分别监督H型和OH型交换器的出水。混合床除盐

混合床是在一个交换器内，把已再生好的H型和OH型离子交换树脂按一定比例混合均匀，所以混床就相当于一个多级复床。混床的优势在于水的阳、阴离子交换是交错进行，出水水质好而且水质稳定；由于交换未期，出水电导率上升很快，终点容易判断；运行周期也较长。缺点是树脂的损耗大；再生操作比较复杂。图3-14

一级复床除盐系统常见的化学除盐主系统及其选择

采用阳、阴离子交换器组成主系统时，通常参照下面的原则：

(1)第一个交换器应是H型交换器。

(2)弱酸性阳树脂；适用于处理碱度大或碳酸盐硬度大的水。

(3)弱碱性阴树脂；是用于处理强酸阴离子含量大的水。

(4)除硅必须采用强碱性阴树脂。

(5)水质要求高时应设混床。

(6)除碳器应置于强碱性阴树脂之前，以保证除硅效果。①离子交换器结构

交换器是一个