南平離子交換器

1. 離子交換的設備

主要類型有：①攪拌槽（見傳質設備），適用於處理粘稠液體。當單級交換達不到要求內時，可用容多級組成級聯。②固定床離子交換器,也稱離子交換柱,是用於離子交換的固定床傳質設備，應用最廣。③移動床離子交換器，是用於離子交換的移動床傳質設備，由於技術上的困難尚未得到工業應用。

2. 什麼是離子交換系統

離子交換器是利用抄陰、陽離子交換樹脂的交換吸附性能，去除水中的各種陰、陽離子，達到脫鹽的目的。離子交換器按單台設備分類有陽床、陰床、混床，在水處理應用中，以多種組合形式組成多種除鹽系統，以達到設計要求。離子交換器是制備高純水的必備設備，廣泛應用於醫葯、化工、電子、電鍍、鍋爐等領域，與反滲透、電滲析組合處理後的水質電阻率可達到1～18M .CM。電除離子系統（EDI） EDI（Electrodeionization）技術將電滲析技術和離子交換技術有機地結合在一起，可有效地去除水中微量的電解質離子雜質，連續24小時製取高品質純水，具有安裝簡單、作維護方便、無需酸鹼再生、不污染環境等優點。 工作原理EDI膜堆是由夾在兩個電極之間一定對數的單元組成。在每個單元內有兩類不同的室：待除鹽的淡水室和收集所除去雜質離子的濃水室。淡水室中用混勻的陽、陰離子交換樹脂填滿，這些樹脂位於兩個膜之間：只允許陽離子透過的陽離子交換膜及只允許陰離子透過的陰離子交換膜。
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3. 離子交換樹脂和離子交換器的區別

什麼是離子交換樹脂？

離子交換是一種可逆的化學反應回，其中從溶液中除去溶解的離子並答用相同或類似電荷的其他離子替換。離子交換樹脂本身不是化學反應物，而是促進離子交換反應的物理介質。樹脂本身由形成烴網路的有機聚合物組成。整個聚合物基質是離子交換位點，其中帶正電離子（陽離子）或帶負電離子（陰離子）的所謂「官能團」固定在聚合物網路上。這些官能團容易吸引相反電荷的離子。

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4. 鍋爐水處理已使用樹脂（離子）交換器，就不需要用葯劑了嗎

根據專業的鍋爐水處理公司（溫州市南星環保有限公司）長期實踐證明：鈉離子交換器是對鍋爐給水進行爐外水處理，和鍋爐爐內處理時完全不同的概念。它對改善鍋爐給水水質非常有必要的，但是，它不能代替鍋爐的爐內水處理。
⑴樹脂交換器就是鈉離子交換器，給水在經過鈉離子交換器的時候，交換器里的鈉離子將給水中的鈣鎂離子替換下來，從而降低給水的硬度，可以部分阻垢，但不能達到除垢的效果。
⑵用樹脂交換器里的鈉離子在被置換完了以後，就要將鈉離子交換器進行反洗，補充鈉離子，不然，鈉離子交換器就失去了作用。
⑶如果使用地下水，它的含硅量較高，容易導致樹脂中毒失效，更換樹脂的成本增高。因此，不能依賴用離子交換器。
鍋爐防垢除垢劑是鍋爐爐內水處理的葯劑，它不但能完全阻止鍋爐生垢，還能將鍋爐的老垢剝離，同時還能起到調節鍋爐PH值和鹼度，防止鍋爐被腐蝕。

5. 離子交換設備的離子交換設備

離子交換設備介紹
離子交換的基本原理：
採用離子交換方法，可以把水中陽、陰離子去除。以氯化鈉（NaCl）代表水中無機鹽類，水質除鹽的基本反應式：
1.陽離子交換柱：R-H+Na+=R–Na+H+2.陰離子交換柱：R–OH+Cl-=R–Cl+OH-
陽、陰離子交換柱串聯以後稱為復合床，其總的反應式：
R-H+R-OH+NaCl=R-Na+R-Cl+H2O
由此得出，水中的NaCl已分別被樹脂上的H+和OH-所取代，而反應生成物為H2O，故達到了去除水中鹽的作用。
3.混合離子交換柱（混床）：將陽、陰床尚未交換的剩餘鹽類進一步除去，由於通過混合離子交換後進入水中的H+和OH-立即生成電離度很低（H2O），幾乎不存在陽床或陰床交換時產生的逆交換現象，使交換反應進行得十分徹底，因而混合床的出水水質優於陽、陰離子交換柱串聯組成的復床所能達到的水質，能製取純度相當高的成品水。
4.離子交換設備是通過離子交換樹脂在電解質溶液中進行的，可去除水中的各種陰、陽離子，是制備高純水工藝流程中不可替代的手段。離子交換器分為陽離子交換器、陰離子交換器等。 當原水通過離子交換柱時，水中的陽離子和水中的陰離子（HCO-等離子）與交換柱中的陽樹脂的H+離子和陰樹脂的OH-離子進行交換，從而達到脫鹽的目的。陽、陰混柱的不同組合可使水質達到更高的要求。
應用領域：
1）水處理-離子交換設備
水處理領域離子交換樹脂的需求量很大，約占離子交換樹脂產量的90%，用於水中的各種陰陽離子的去除。離子交換樹脂的最大消耗量是用在火力發電廠的純水處理上，其次是原子能、半導體、電子工業等。
2）食品工業
離子交換樹脂可用於製糖、味精、酒的精製、生物製品等工業裝置上。例如：高果糖漿的製造是由玉米中萃出澱粉後，再經水解反應，產生葡萄糖與果糖，而後經離子交換處理，可以生成高果糖漿。離子交換樹脂在食品工業中的消耗量僅次於水處理。
3）制葯行業
制葯工業離子交換樹脂對發展新一代的抗菌素及對原有抗菌素的質量改良具有重要作用。鏈黴素的開發成功即是突出的例子。
4）合成化學和石油化學工業
在有機合成中常用酸和鹼作催化劑進行酯化、水解、酯交換、水合等反應。用離子交換樹脂代替無機酸、鹼，同樣可進行上述反應，且優點更多。如樹脂可反復使用，產品容易分離，反應器不會被腐蝕，不污染環境，反應容易控制等。
甲基叔丁基醚（MTBE）的制備，就是用大孔型離子交換樹脂作催化劑，由異丁烯與甲醇反應而成，代替了原有的可對環境造成嚴重污染的四乙基鉛。
5）環境保護
離子交換樹脂已應用在許多非常受關注的環境保護問題上。許多水溶液或非水溶液中含有有毒離子或非離子物質，這些可用樹脂進行回收使用。如去除電鍍廢液中的金屬離子，回收電影製片廢液里的有用物質等。
6）濕法冶金及其他
離子交換樹脂可以從貧鈾礦里分離、濃縮、提純鈾及提取稀土元素和貴金屬。

6. 離子交換水處理的裝置有多少分類

離子交換水處理的裝置主要有固定床和連續床兩大類.固定床中又有單級、多級、復合、混合、雙層和雙流等類型.連續床中又分為移動床和流動床兩種類型.
固定床是離子交換處理中最簡單的軟化水的方法.該方法在水處理運行中的幾個基本過程（交換、反洗、再生、清洗）間歇反復地在同一裝置中進行,而離子交換樹脂本身不移動和流動.具有操作簡單,所需設備少,水質穩定等優點.
單床是固定床中最簡單的一種方式.常用的鈉型陽離子交換器即屬這一方式.
多床是用同一種離子交換劑,兩個或兩個以上的單床串聯使用的方式.當單床處理水質達不到要求時可採用多床.
復床是將兩種不同的離子交換劑的交換器串聯使用,用於水的除鹽.
混合床是將陰陽離子交換樹脂置於同一柱內,相當於多級陰陽離子柱串聯起來.處理水質量較高.
雙層床是在一個交換柱中裝有兩種樹脂 （弱酸與強酸、弱鹼與強鹼型）,上下分層不混合.
雙流床主要用於處理凝結水,可提高水質.
固定床離子交換的缺點是,樹脂用量多而利用率低,運行不連續.為提高樹脂利用率及管理自動化,二十世紀六十年代出現了連續式離子交換裝置.可分移動床式和流動床式.
所謂移動床是指將交換劑裝於交換塔中,原水從下部進入塔內,軟水從塔上部流出.這樣自下而上的流動,交換一定時間（一般為45～60分鍾）後停止交換,而將交換塔中一定容量的失效交換劑送至再生塔中還原.同時從清洗塔向交換塔上部補充相同容積的已還原清洗的交換劑,約10分鍾後,交換塔又開始工作.因交換塔上部始終有剛加入的新交換層,故出水水質穩定.交換劑及還原液的利用率都比固定床高.其缺點是交換劑磨損較大,耗電量較多.
所謂流動床是完全連續工作的,它在進行交換的同時不斷從交換塔內向外輸送失效的離子交換劑,並且不斷向交換塔內輸送再生後的交換劑.流動床的優點是出水質量高,並且比較穩定；設備簡單,操作方便；需交換劑量少.只是在新設備投入運行時,需要一定時間進行調整.

7. 離子交換器的工作原理

工作原理就是離子的交換。
運行時：陽樹脂(H-R)+(M+)-->：(M-R)+(H+)
陰樹脂(OH-R)+(X-)-->：(X-R)+(OH-)
其中M+為金屬離子，X-為陰離子。
再生過程為其逆過程。
離子交換器的失效控制
離子交換除鹽水處理最簡單的流程為 陽床-陰床 組成的一級復床除鹽系統。有的一級復床除鹽系統採用單元制，即每套一級復床除鹽系統包括 陽床、（除碳器）、陰床各一台，在離子交換除鹽運行過程中，無論是陽床還是陰床先失效，都是同時再生；還有的一級復床除鹽系統採用母管制，即陽床與陽床或陰床與陰床是並聯運行的，哪一台交換器失效就再生哪一台。
1 檢測和控制原理
強酸性陽樹脂對水中各種陽離子的吸附順序為：Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>Na+>H+. ；由此可知，水中金屬離子Na+被吸附的能力最弱，所以當離子交換時樹脂層的各種離子吸附層逐漸下移，H+.最後被其他陽離子置換下來，當保護層穿透時，首先泄漏的是最下層的Na+；因此監督陽離子交換器失效是以漏鈉為標準的；其反應方程為（A代表金屬陽離子,R為樹脂基團）：
An+ +nRH=RnA+n H+
HCO3- + H+ =H2O+CO2↑
強鹼性陰樹脂對水中各種陰離子的吸附順序為：SO42->NO3->Cl->OH->HCO3->HSiO3- 。由此可知，HSiO3-的吸附能力最弱，所以當離子交換時樹脂層的各種離子吸附層逐漸下移，OH-.被其他陰離子置換下來，當保護層穿透時，首先泄漏的是最下層的HSiO3-；因此監督陰離子交換器失效是以漏硅為標準的；其反應方程為（B代表酸根陰離子，R為樹脂基團）：
Bm- +mROH=RmB+mOH-
2 控制點和控制方法
由於母管制系統包含了單元制系統,而且它具有能充分使用樹脂、提高交換器的出水能力、降低酸鹼消耗等優點，我們在研究中主要討論以這種結構為基礎的離子交換除鹽水處理系統。
以成都生物製品研究所蛋白分離車間純水站為例，該系統為母管制水處理系統，系統的結構為：砂濾-活性炭過濾-粗濾-陽床- 一陰-二陰-混床-精濾-純水罐，系統產水能力為5 t/h，在系統的失效控制研究中，我們提出單元失效控制概念，也就是充分利用了母管制制水系統的優點對系統進行失效控制。
（1）RO對各有機溶質的去除率大於NF膜。（2）不同有機溶質的去除率不相同，有的甚至相差很大（例如，RO和NF膜對乙酸的吸光度去除率分別為95.34%、81.45%，而對苯胺的吸光度去除率則分別為61.50%、46.82%）。
3 出水水質
原水經一級復床除鹽後，電導率（25℃）低於10μS/cm，水中硅含量低於100μg/L。

8. 離子交換的基本原理和裝置運行方式

離子交換的基本原理和裝置運行方式

藉助於固體離子交換劑中的離子與稀溶液中的離子進行交換，以達到提取或去除溶液中某些離子的目的，是一種屬於傳質分離過程的單元操作。離子交換是可逆的等當量交換反應。下面一起來了解一下離子交換的基本原理和裝置運行方式：

1.1離子交換的基本原理

水處理中主要採用離子交換樹脂和磺化煤用於離子交換。其中離子交換樹脂應用廣泛，種類多，而磺化煤為兼有強酸型和弱酸型交換基團的陽離子交換劑。

離子交換樹脂按結構特徵，分為：凝膠型、大孔型和等孔型;

按樹脂母體種類，分為：苯乙烯系、酚醛系和丙烯酸系等;

按其交換基團性質，分為：強酸型、弱酸型、強鹼型和弱鹼型。

⑴離子交換樹脂的構造

是由空間網狀結構骨架(即母體)與附屬在骨架上的許多活性基團所構成的不溶性高分子化合物。活性基團遇水電離，分成兩部分：固定部分，仍與骨架牢固結合，不能自由移動，構成所謂固定離子，活動部分，能在一定范圍內自由移動，並與其周圍溶液中的其他同性離子進行交換反應，稱為可交換離子。

⑵基本性能

①外觀

呈透明或半透明球形，顏色有乳白色、淡黃色、黃色、褐色、棕褐色等，

②交聯度

指交聯劑占樹脂原料總重量的百分數。對樹脂的許多性能例如交換容量、含水率、溶脹性、機械強度等有決定性影響，一般水處理中樹脂的交聯度為7%～10%.

③含水率

指每克濕樹脂所含水分的百分率，一般為50%，交聯度越大，孔隙越小，含水率越少。

④溶脹性

指干樹脂用水浸泡而體積變大的現象。一般來說，交聯度越小，活性基團越容易電離，可交換離子的水合離子半徑越大，則溶脹度越大;樹脂周圍溶液電解質濃度越高，樹脂溶脹率就越小。

在生產中應盡量保證離子交換器有長的工作周期，減少再生次數，以延長樹脂的使用壽命。

⑤密度

分為干真密度、濕真密度和濕視密度

⑥交換容量

是樹脂最重要的性能，是設計離子交換過程裝置時所必須的數據，定量地表示樹脂交換能力的大小。分為全交換容量和工作交換容量。

⑦有效PH范圍

由於樹脂的交換基團分為強酸強鹼和弱酸弱鹼，所以水的PH值對其電離會產生影響，影響其工作交換容量。弱鹼只能在酸性溶液中以及弱酸在鹼性溶液中有較高的交換能力。

⑧選擇性

即離子交換樹脂對水中某種離子能優先交換的性能。除與樹脂類型有關外，還與水中濕度和離子濃度有關。

⑨離子交換平衡

離子交換反應是可逆反應，服從質量作用定律和當量定律。經過一定時間，離子交換體系中固態的樹脂相和溶液相之間的離子交換反應達到平衡，其平衡常數也稱為離子交換選擇系數。降低反應生成物的濃度有利於交換反應的進行。

⑩離子交換速率

主要受離子交換過程中離子擴散過程的影響。

其他性能：如溶解性、機械強度和耐冷熱性等。離子交換樹脂理論上不溶於水，機械強度用年損耗百分數表示，一般要求小於3%～7%/年。另外，溫度對樹脂機械強度和交換能力有影響。溫度低則樹脂的機械強度下降，陽離子比陰離子耐熱性能好，鹽型比酸鹼型耐熱好。

⑶樹脂層離子交換過程

以離子交換柱中裝填鈉型樹脂，從上而下通以含有一定濃度鈣離子的硬水為例，以交換柱的深度為橫坐標，以樹脂的飽和度為縱坐標，可繪得某一時刻的飽和度曲線。就整個交換過程而言，樹脂層的變化可分為三個階段。

1.2離子交換裝置運行方式

離子交換裝置按運行方式不同，分為固定床和連續床

⑴固定床的構造與壓力濾罐相似，是離子交換裝置中最基本的也是最常用的一種型式，其特點是交換與再生兩個過程均在交換器中進行，根據交換器內裝填樹脂種類及交換時樹脂在交換器中的.位置的不同，可分為單層床、雙層床和混合床。

單層床是在離子交換器中只裝填一種樹脂，如果裝填的是陽樹脂，稱為陽床;如果裝填的是陰樹脂，稱為陰床。

雙層床是離子交換器內按比例裝填強、弱兩種同性樹脂，由於強、弱兩種樹脂密度的不同，密度小的弱型樹脂在上，密度大的強型樹脂在下，在交換器內形成上下兩層。

混合床則是在交換器內均勻混雜的裝填陰、陽兩種樹脂，由於陰、陽樹脂混雜，因此原水流經樹脂層時，陰、陽兩種離子同時被樹脂所吸附，其產物氫離子和氫氧根離子又因反應生成水而得以降低，有利於交換反應進行的徹底，使得出水水質大大提高。但其缺點是再生的陰、陽樹脂很難徹底分層。於是又發明了三層混床新技術，保證在反洗時將陰、陽樹脂分隔開來。

根據固定床原水與再生液的流動方向，又分為兩種形式，原水與再生液分別從上而下以同一方向流經離子交換器的，稱為順流再生固定床，原水與再生液流向相反的，稱為逆流再生固定床。

順流再生固定床的構造簡單，運行方便，但存在幾個缺點：在通常生產條件下，即使再生劑單位耗量二至三倍於理論值，再生效果也不太理想;樹脂層上部再生程度高，而下部再生程度差;工作期間，原水中被去除的離子首先被上層樹脂所吸附，置換出來的反離子隨水流流經底層時，與未再生好的樹脂起逆交換反應，上一周期再生時未被洗脫出來的被去除的離子，作為泄漏離子出現在本周期的出水中，所以出水剩餘被去除的離子較大;而到了了工作後期，由於樹脂層下半部原先再生不好，交換能力低，難以吸附原水中所有被去除的離子，出水提前超出規定，導致交換器過早地失效，降低了工作效率。因此，順流再生固定床只選用於設備出水較小，原水被去除的離子和含鹽量較低的場合。

逆流再固定床的再生有兩種操作方式：一是水流向下流的方式，一是水流向上流的方式，逆流再生可以彌補順流再生的缺點，而且出水質量顯著提高，原水水質適用范圍擴大，對於硬度較高的水，仍能保證出水水質，所以目前採用該法較多。

總起來說，固定床有出水水質好等優點，但固定床離子交換器存在三個缺點：一是樹脂交換容量利用率低，二是在同設備中進行產水和再生工序，生產不連續，三是樹脂中的樹脂交換能力使用不均勻，上層的飽和程度高，下層的低。

為克服固定床的缺點，開發出了連續式離子交換設備，即連續床。

⑵連續床又分為移動床和流動床

移動床的特點是樹脂顆粒不是固定在交換器內，而是處於一種連續的循環運動過程中，樹脂用量可減少三分之一至二分之一，設備單位容積的處理水量還可得到提高，如雙塔移動床系統和三塔移動床系統。

流動床是運行完全連續的離子交換系統，但其操作管理復雜，廢水處理中較少應用。

9. 什麼是浮床

浮床又稱為離子交換器，是純水處理中不可缺少的一部分，根據離子交換器的交換模式可分為固床和浮床！
離子交換器
離子交換器分為：鈉離子交換器、陰陽床、混合床等種類，根據交換模式的不同可分為固床和浮床，小型的離子交換器又稱為離子交換柱，離子交換柱外殼一般採用硬聚氯乙烯(PVC)、硬聚氯乙烯復合玻璃鋼(PVC-FRP)、有機玻璃(PMMA)、有機玻璃復合透明玻璃鋼(PMMA-FRP)、鋼襯膠(JR)、不銹鋼襯膠等材質。
主要用途
主要用於鍋爐、熱電站、化工、輕工、紡織、醫葯、生物、電子、原子能及純水處理的前道處理，工業生產所需進行硬水軟化、去離子水制備的場合，還可用於食品葯物的脫色提純，貴重金屬、化工原料的回收，電鍍廢水的處理等，同時也是大型場所中央凈水設備之一！
混合床
混床是將陰陽離子交換樹脂按一定混合比例裝填在同一個離子交換器內，由於混合離子交換後進入水中的H離子與OH離子立即生成電離度很低的水分子，可以使交換反應進行得十分徹底。混床一般設置於一級復床之後，對水質的進一步純化處理。當水質要求不高時，也可以單獨使用。
鈉離子交換器
鈉離子交換器即軟化器是用於去除水中鈣離子、鎂離子，製取軟化水的離子交換器。組成水中硬度的鈣、鎂離子與軟化器中的離子交換樹脂進行交換，水中的鈣、鎂離子被鈉離子交換，使水中不易形成碳酸鹽垢及硫酸鹽垢，從而獲得軟化水。
有機玻璃離子交換器
有機玻璃離子交換裝置耐腐蝕、無色透明、適用於食品、醫葯、製糖及電子工業小規模純水制備。碳鋼襯膠離子交換裝置具有制水量大、強度高、成本低等特點，適用於大型鍋爐軟化水及大規模純水制備。 純凈水是普通水經過電滲析，使水中原有的礦物質含量極大的降低，同時消毒滅菌，這樣的水就成為了「純凈水」。