水质工程（给水处理）讲义第十一章水的软化 H一Na离子交换脱碱软化法 (一)Na离子交换软化法 、a离子交换软化法是最简单的一种软化方法，反应如下： 2RNa+Ca(HCO.),R.Ca+2NaHCO. 2RNa+CaSO, R.Ca+2Na.S0, 2RNa+MgC12 R.Mg+2NaCl 该法的优点是处理过程中不产生酸性水。再生剂为食盐，设备和管道防腐设 施简单。 Ca (HCO.) Mg (HCO NaHCO, 原水 CaSo. Na.SO MgSO NaCl CaCl. 离子交换软化方法示意图 (二)H离子交换软化法 2RHCa0Hc0),→ RCa+2C0.+2H.0 2RH+Mg (HC0,)1←+ RMg+2C0,+2H.0 2RH+CaSO, R.Ca+H.SO, 2RH+MgCl. RMg+2HC1 RH+NaCl RNa+HCI 由此可见，原水中碳酸盐硬度在交换过程中形成碳酸，因此除了软化外还能去 除碱度，非碳酸盐硬度在交换过程中，除软化外，形成相应的酸。因此，Ⅱ离子交 换出水为酸性， 般总是和N离子结合使用，或与其它措施（如加碱中和）相结 合 ,H一Na并联交换法 (三)H一Na离子交换脱碱软化法 H一Na串联交换法 NaHCO Ca (HCO.). Na.SO. NaCl 脱气 Mg (HCO.) 原水 Co. 软化水 a-SO. 第11贞共48贞
水质工程（给水处理）讲义第“十一章水的软化 CaCl MgC1. H一Na并联离子交换脱碱软化法示意图 8.3离子交换装置及运行条件 一、固定床离子交换软化装置 顺流式 「单层床 固定床 双层床 离子交换装置 ·逆流式 ·混合闲 ·移动床 连续宋 流动床 (一)顺流再生固定床 树脂型号「Na离子交换器 承受压力4~6Kg/cm H离子交换器 ·构造：上部配水管系、树脂层、下部配水管系；树脂层高度1.5m~2.0m, 从树脂表血到上部配水管系的高度为树脂层高度的40~80%。 ·固定床运行操作过程：交换、反冲洗、再生、正洗四个步骤。其中后三个步 骤为再生工序 ·顺流再生固定床的特点： (1)优点：构造简单、运转方便。 (2)缺点： 1)在通常条件下，虽然再生剂单位耗量已二、三倍于理论值，但再生效果仍 不理想。 2)树脂上部再生程度高，而越是下部，再生效果越差。 3)在软化工作期间，出水剩余硬度较高。 4)在软化后期，由于树脂下半部原先再生不好，交换能力低，难以吸附原水 中所有钙镁离子，出水剩余使度提前超标，导致交换器过早失效，降低了工作效率。 因此，顺流再生固定床只适用于设备出力小、原水硬度或含盐量较低的场合。 第12贞共48贞
水质工程（给水处理）讲义第十一章水的软化 (二)逆流再生固定床 凡是再生时再生液流向与交换时水流流向相反的均属逆流（对流）再生工艺 再生液向上流、交换时水流向下流一一逆流再生固定床 再生液向下流、交换时水流向上流一一浮动床 1、再生过程及特点 再生时，再生液首先接触饱和程度低的底部树脂，然后再生饱和程度较高的中 层树脂，最后接触饱和程度最高的上层树脂，这样再生液被充分利用，再生剂用量 显著降低，并且又能保证底部树脂得到充分再生。 软化时，处理水在经过相当软化后再于这一层树脂接触，进行交换反应，从而 提高了出水水质，也避免了交换器提前失效，这个优点在处理高硬度水时更为突出。 以氢型阳离子交换树脂与含钠盐的水进行交换反应为例，有离子交换平衡出发， 从理论上讨论逆流再生所以能降低泄露的原因。 R+NaC1←+RNa+HC1 选择系数可写成： KRN.IUH [RHIN:] 以C表示水中阳离子总浓度，则[们=C。-[a],代入上式得： [RV][C】 心1+k哥 C 式中：[W]一一经过再生后树脂中仍旧残留着的部分 [M一一经过再生后恢复了交换能力的部分 [a]一一离子交换（初期）的出水泄漏量 从上式看出，离子交换器的漏钠量与原水中的阳离子总浓度成正比关系，显然 当[N和C,越小，KY越大，则泄漏量[a]就越小。在特定情况下，当C,和KY 为定值时，再生后底层树脂的组成[、[a]直接彪响着[a],在逆流再生时， 底层树脂接近于完全再生，从而使该处[M最大和[R阳]最小，因而出水漏钠量大 大降低。反之，在顺流条件下，由于底层树脂再生不彻底，所以出水漏钠量就要 大得多。 2、逆流再生的操作方式及步骤 逆流再生的关键：无论是软化或再生过程，都不能使交换层乱床，否则就失 第13贞共48贞
水质工程（给水处理）讲义第十一章水的软化 去了逆流再生的意义。 (再生液向下流、水流向上流—浮动床法 1) 气顶压法：再生前，顶部送压(0.3~0.5Kg/cm),正常再生，可 操作 以做到粒径分布的层次不乱。 方式 一(1)在树脂层表面安装有中间排水装置，以便排出 再生液 向上流的再生液和清洗水。 向下流 与普通罐 C(2)在中间排水装置的上面，装填一层厚约15cm的 水流 的区别 树脂或比重轻于树脂略重于水的惰性树脂（压 向上流 脂层。作用：使压缩空气比较均匀的从中间排 水装置逸出，另一方面也起了顶过滤的作用。 水顶压法：装置及工作原理与气顶压法相同。 2)逆流再生操作步骤： 、小反洗：从中间排水装置引进反洗水，冲洗压脂层。 b、 放水：将上部排水装置的水放掉 c、顶压：从交换器顶部进压缩空气，使气压维持在0.3~0.5Kg/cm. d、进再生液：从交换器底部进再生液，上升流速约5m/h e、 逆向清洗：用软化水逆流清洗(v=5~7m/h),直到排出水符合要求。 、正洗：顺向消洗到出水水质合格为止。 3、与顺流再生比较，逆流再生具有如下优点： 1)再生剂单位耗量可降低20%以上： 2)出水质量显著提高 3)原水水质适用范围大为扩大，对于含盐量较大，硬度较高的水，仍能保 证出水水质： 4)再生液中再生剂浓度明显降低，一般不超过1%： 5)树脂工作交换容量有所提高。 (三)固定床软化设备的设计计算 1、离子交换器工作交换容量Eop的确定 离子交换器计算的基本公式是下述物料衡算近似关系式： hE。=QT (21-36) 式中：F一一离子交换器截面积，m 第14贞共48贞
水质工程（给水处理）讲义第十一章水的软化 H一一树脂层高度，m E,一一树脂工作交换容量，mmol/L Q一一软化水水量，m/h T一一软化工作时间，即从软化开始到出现硬度泄漏的时间，h H,一一原水硬度以c(1/2Ca*+1/2Ng")表示，mmo1/L 说明： 1)式(21-36)左边表示交换器在给定工作条件下具备的实际交换能力，式 右边表示实际吸附的水中硬度总量。 2)计算(21一36)的关键是确定E0p值的问题 下图表示阳离子交换器软化水剩余硬度与出水量的关系曲线 原水硬度 出水章 b点一一硬度泄漏点 e点一一交换器的能力几乎全部耗尽 面积abedca-一一表示具体工作条件下交换器总的交换能力，除以树脂体积等 于树脂的饱和交换容量Es 面积abdca-一一为交换器的工作交换能力，除以树脂体积即等于树脂工作交 换容量Eop 则有：Eop<Es<Et 注意：1)树脂全交换容量仅与树枝本身性能有关，相当于活性基团的总数。 2)树脂饱和交换容量取决于再生条件 3)树脂工作交换容量除了再生条件外，还与设备具体情况以及工作条件 有关。 E©印最好由实际情况根据实验确定，也可参照有关设计手册所提供的数据计 算：此外，Eop还有如下表达方式 Eop=nEt (21-34) 第15贞共48贞