第八章 软化和除盐 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 　　　　　　　８·１　水的硬度和含盐量 　　一　水的硬度 　　水的硬度主要是由于钙和镁的碳酸盐、重碳酸盐、氯化物及硝酸盐的存在而引 起的。如果水中含有铁盐或铝盐，也会产生硬度，不过，因为水中的铁盐或铝盐含 量较小故一般不予考虑。 　　水的硬度单位以度（或德国度）表示，　以一升水中含有钙盐和镁盐的总量相 当于１０ｍｇ的ＣａＯ（氧化钙）时，为一度。 　　有些国家如美国、英国、法国等，计算硬度时以每升水中碳酸钙的毫克含量表 示。１美国度相当于１升水中含有１ｍｇ的ＣａＣＯ3。 　　１法国度相当于１升水中含有１０ｍｇ的ＣａＣＯ3。 　　各种硬度单位的换算，见表８·１─１。 　　　　　　　　各种硬度单位的换算　　　　　　表８·１─１ ┏━━━━━┯━━━━━┯━━━━━┯━━━━━┯━━━━┯━━━━━┓ ┃硬度单位　│ｍｅｑ／Ｌ│德　国　度│美　国　度│英国度　│法国度　　┃ ┠─────┼─────┼─────┼─────┼────┼─────┨ ┃ｍｅｑ／Ｌ│　　１　　│　２．８　│　　５０　│　３．５│　５．０　┃ ┠─────┼─────┼─────┼─────┼────┼─────┨ ┃德　国　度│　0.3572　│　　１　　│　17．86　│　1．252│　1．786　┃ ┠─────┼─────┼─────┼─────┼────┼─────┨ ┃美　国　度│　0.02　　│　0．056　│　　１　　│　0.07　│　0．1　　┃ ┠─────┼─────┼─────┼─────┼────┼─────┨ ┃英　国　度│　0.2857　│　0．8　　│　14．28　│　１　　│　1．428　┃ ┠─────┼─────┼─────┼─────┼────┼─────┨ ┃法　国　度│　0．2　　│　0.56　　│　10.0　　│　0．7　│　　１　　┃ ┗━━━━━┷━━━━━┷━━━━━┷━━━━━┷━━━━┷━━━━━┛ 天然水的硬度，可由１度至几百度。一般地说地面水的硬度较低，　地下水的 硬度较高。天然水按硬度一般划分为五类，如表８. １─２。 水的硬度分类 表８. １─２ ┏━━━━━━━┯━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓ ┃　　　　　　　│　　　　　硬　　　　　　　　　　　　　　度　　　　　┃ ┃　名　　　称　├────────┬────────┬────────┨ ┃　　　　　　　│德　　国　　度　│　ｍｅｑ／Ｌ　　│　　ｍｇ／Ｌ　　┃ ┠───────┼────────┼────────┼────────┨ ┃极　软　水　　│　　　＜4．0　　│　　　＜1.43　　│　　＜71　　　　┃ ┠───────┼────────┼────────┼────────┨ ┃软　　　水　　│　　4.0～8.0　　│　1.43～2.86　　│　　71～143　　 ┃ ┠───────┼────────┼────────┼────────┨ ┃微　硬　水　　│　　8.0～16.0　 │　2.86～5.72　　│　143～286　　　┃ ┠───────┼────────┼────────┼────────┨ ┃硬　　　水　　│　16.0～30.0　　│　5.72～10.72　 │　286～535　　　┃ ┠───────┼────────┼────────┼────────┨ ┃极　硬　水　　│　　　＞30.2　　│　　　＞10.72　 │　　＞535　　　 ┃ ┗━━━━━━━┷━━━━━━━━┷━━━━━━━━┷━━━━━━━━┛ 　水的硬度，一般说来对人并无毒害作用，但硬度较高的水，在使用时可能产生 许多弊病。当硬度高的水供给锅炉和热水系统使用时，被加热后的水，在锅炉和管 道、设备中形成水垢，降低传热效率，耗费燃料，也使管道通水能力下降。　硬水 不适用于洗涤，因为硬水不易使肥皂产生泡沫，用于洗衣时，不仅耗费肥皂，还可 能在纺织品上产生沉淀变硬。影响衣物和织品的洗涤效果和使用。 　　硬水用于烹调时，蔬菜和肉类都不易煮烂，营养价值也会降低。 　　生活用水的硬度标准是很难确定的。有些人习惯于饮用软水，改饮硬水的初期 会觉得水质过硬而引起肠道不适，但一段时间后会自然消失。有资料介绍用硬水沏 茶，茶味不易泡出。我国有悠久的饮茶历史，有很深的茶道，不同的茶要用不同的 水泡制。因此，无法简单的说沏茶或饮水究竟是软水好还是硬水适宜。我国的饮用 水标准规定总硬度（以ＣａＣＯ3计）为４５０ｍｇ／Ｌ，范围相当宽， 只有极 硬的水是不附合标准的。 　　生活用热水最合适的暂时硬度一般为４.２～８. ４°Ｈ（德国度）。水的暂 时硬度过高，用来洗澡会使人感到不舒适，暂时硬度过低也会产生“洗不净”的感 觉。当水的暂时硬度为８. ４～１１. ２°Ｈ时，水垢仅在加热器中产生，而管网 中尚不会结垢；　当达到１１. ２～１４°Ｈ　时，管网中也会结垢。　暂时硬度 超过１５°Ｈ的水一般认为应在加热前进行软化处理。 　　二　水的含盐量 　　水中的盐类一般是指离解为离子状态的溶解固体。其阴离子和阳离子含量的总 和称为含盐量。 　　水质分析资料常常并不直接给出含盐量数值，只要将分析结果的各项离子浓度 （ｍｇ／Ｌ）相加即可得出含盐量的浓度（ｍｇ／Ｌ）。当然，分析结果须是经校 核的。 　　水的电导率与含盐量有关。水中含盐量越高，水的电导率也越高，水的纯度则 越差。反之，水中的含盐量愈少，电导率愈小， 水的纯度愈高。 电导率的单位为 ｓ/ｃｍ，其倒数为电阻率，电阻率的单位为Ω·ｃｍ。 　　除盐的目的是降低或去除水中绝大部分的盐类，即将水中容易去除的强电解质 去除或减少到一定程度，以获得电导率为１０～０. １（μｓ·ｃｍ）的除盐水。 进一步除去水中的电解质和胶体等物质，可获得电导率更低的纯水或高纯水。所以， 有时也将除盐水叫做初级纯水，将纯水叫做深度除盐水。通常以电导率和残余含盐 量对除盐水和纯水加以区别。如表８.１─３。 表８.１─３ ┏━━━┯━━━━━━━━━━━┯━━━━┯━━━━━┯━━━━━━━┓ ┃　　　│　　　　　　　　　　　│含盐量　│　电导率　│　电　阻　率　┃ ┃名　称│　含　　　　　　　义　│　　　　│（２５℃）│　（２５℃）　┃ ┃　　　│　　　　　　　　　　　│ｍｇ／Ｌ│μｓ／ｃｍ│　Ω·ｃｍ　　┃ ┠───┼───────────┼────┼─────┼───────┨ ┃除盐水│去除或减少水中的强电解│　1～5　│　10～１　│(0．1～1)×106┃ ┃　　　│质　　　　　　　　　　│　　　　│　　　　　│　　　　　　　┃ ┠───┼───────────┼────┼─────┼───────┨ ┃　　　│去除水中全部强电解质和│　　　　│　　　　　│　　　　　　　┃ ┃纯　水│部分弱电解质,如硅酸,　│　＜１　│　1～0.1　│(1～10)×106　┃ ┃　　　│CO2　　　　　　　　　 │　　　　│　　　　　│　　　　　　　┃ ┠───┼───────────┼────┼─────┼───────┨ ┃　　　│去除全部电解质及部分不│　　　　│　　　　　│　　　　　　　┃ ┃高纯水│离解的胶体物质，气体及│＜0．1　│　＜0．1　│＞10×106　　 ┃ ┃　　　│有机物　　　　　　　　│　　　　│　　　　　│　　　　　　　┃ ┠───┼───────────┼────┼─────┼───────┨ ┃超纯水│接近理论纯水　　　　　│　─　　│　──　　│　　──　　　┃ ┗━━━┷━━━━━━━━━━━┷━━━━┷━━━━━┷━━━━━━━┛ 三　软化水，除盐水和纯水在高层建筑中的使用 　　１　软化水 　　软水是相对硬水而言的，软化水的目的是降低或去除硬度。主要是去除水中的 钙、镁离子。 　　软水在高层建筑中主要用于饮水和热水供应系统的源水，洗衣房用水及锅炉的 补充水。高层建筑各种用水对硬度的要求应遵照有关规范的规定，当没有规范规定 时，可参照表８·１─４确定。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表８·１─４ ┏━━━━━━━─━━┯━━━━━━━━━━━┯━━━━━━━━━━━┓ ┃　　　　　　　　　　│　　最　　大　　值　　│　　　适　宜　值　　　┃ ┃　用　水　种　类　　├──┬────┬───┼───┬───┬───┨ ┃　　　　　　　　　　│德度│meq／L　│mg／L │德　度│meq／L│mg／L ┃ ┠──────────┼──┼────┼───┼───┼───┼───┨ ┃燃油锅炉　（总硬）　│　　│０．０３│　　　│　　　│　　　│　　　┃ ┠──────────┼──┼────┼───┼───┼───┼───┨ ┃热水＞９５℃（总硬）│　　│０．６　│　　　│　　　│　　　│　　　┃ ┃锅炉≤９５℃（总硬）│　　│３．５　│　　　│　　　│　　　│　　　┃ ┠──────────┼──┼────┼───┼───┼───┼───┨ ┃洗衣房　　　　　　　│2.8 │　１　　│５０　│　　　│　　　│　　　┃ ┠──────────┼──┼────┼───┼───┼───┼───┨ ┃生活热水　（暂硬）　│１４│　５　　│２５０│４．２│１．５│７５　┃ ┃　　　　　　　　　　│　　│　　　　│　　　│８．４│３．０│１５０┃ ┠──────────┼──┼────┼───┼───┼───┼───┨ ┃饮用水　　（暂硬）　│25.2│　９　　│４５０│　　　│　　　│　　　┃ ┗━━━━━━━━─━┷━━┷━━━━┷━━━┷━━━┷━━━┷━━━┛ 　　２　除盐水和纯水 　　除盐水和纯水在高层建筑中主要是用于各种实验室。　有时经过比较也用于锅 炉补充水和循环冷却水系统的补充水。 　　　　　　　　　　８·２　离子交换与交换树脂 　　一　离子交换法的应用 　　水质软化的方法主要有药剂法和离子交换法；除盐和纯水的制取工艺，可分为 蒸馏法，离子交换法，反渗透法和电渗析法等。在高层建筑中几乎不采用药剂法进 行软化水处理。因为使用药剂法进行软化水处理，占用的面积大，使用的药品数量 多，污染环境等因素，使它在高层建筑内的使用受到限制。在水质软化、除盐的众 多处理方法中，以离子交换法的出水质量高、供水水质安全可靠、操作技术易于掌 握和可以使用成套设备，管理方便等优点而被普遍采用。 本章着重介绍根据高层建筑对软化水和除盐水的水质要求，最常用的同时也是 最有效的离子交换系统和装置。 　　二　常用的离子交换剂 　　在庞大的离子交换剂家族中，天然无机离子交换剂如磺化煤等，目前已很少采 用。而有机合成离子交换树脂的生产和应用技术有了很大的发展，现在采用的离子 交换剂大多是这类产品。以下介绍的离子交换剂仅指有机合成离子交换树脂。 　　离子交换树脂，基本上分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类。 　　阳离子交换树脂，其分子含有形式为ＨＳＯ3磺酸或ＨＣＯ2的或羧酸性基团， 能吸收无机或有机阳离子，并能相互交换或与氢离子交换。 　　阴离子交换树脂，含有碱基团，能吸收无机或有机阴离子并能相互交换或与羟 离子ＯＨ－交换。 　　１　阳离子交换树脂 　　阳离子交换树脂含有酸基。强酸阳离子交换树脂带有ＨＳＯ3磺基， 弱酸阳离 子交换树脂带有ＨＣＯ2羧基。 　　阳离子交换树脂可用于软化。用于软化的钠离子交换剂一般是采用以ＮａＣｌ 溶液再生的强酸阳离子交换树脂。以Ｎａ─Ｒ表示。 　　含有硬度成份的水通过钠离子交换剂时，水中的钙、镁离子与交换剂的可交换 离子钠进行交换，钙、镁离子被交换剂所吸附，同时钠离子进入水中。反应方程如 下： 　　　　　Ｃａ（ＨＣＯ３）２┐ 　　　　　Ｍｇ（ＨＣＯ３）２│ 　　　　　ＣａＳＯ４　　　　│　　　　　　　　　ＮａＨＣＯ３　Ｃａ┐ 　　　　　ＭｇＳＯ４　　　　│＋２Ｎａ─Ｒ──→ＮａＣｌ　　＋　　│─Ｒ２ 　　　　　ＣａＣｌ２　　　　│　　　　　　　　　Ｎａ２ＳＯ４　Ｍｇ┘ 　　　　　ＭｇＣｌ２　　　　┘ 　　被处理水中的所有盐类均转变成了钠盐，从而去除了碳酸盐硬度和非碳酸盐硬 度。饱和后的离子交换剂，用ＮａＣＬ溶液再生，使其恢复交换能力后继续使用。 再生反应方程如下： 　　　　　Ｃａ┐　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｃａ┐ 　　　　　　　│─Ｒ２＋２ＮａＣｌ──→２Ｎａ─Ｒ＋　　│Ｃｌ２ 　　　　　Ｍｇ┘　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｍｇ┘ 阳离子交换树脂可以和阴离子交换树脂一起用于除盐。用ＨＣＬ或Ｈ2ＳＯ4再 生的阳离子交换树脂，以Ｈ─Ｒ表示。水中的阳离子与阳离子交换树脂中可交换的 氢离子交换，并被阳离子交换树脂吸附，进入水中的氢离子与阴离子交换树脂进入 水中的氢氧根离子结合成水分子。从而取得去除水中盐类的效果。 　　强酸阳离子交换树脂的主要产品为苯乙烯系（凝胶型或大孔型）强酸阳离子交 换树脂，如００１×７和Ｄ００１型。 　　００１×７型数强酸阳离子交换树脂的主要参数如下： 　　　　　功能基团：─ＨＳＯ3 　　　　　全交换容量: 4～4.2 ｅｑ／Ｌ 　　　　　外观：棕色至棕褐色球状颗粒，粒径 0.3～1.2 ｍｍ 　　　　　水份：45％～55％ 　　　　　湿真密度（20℃）:1.23～1.28 ｇ／ｃｍ3 　　　　　湿视密度：0.75～0.85 ｇ／ｃｍ3 　　　　　转型膨胀率:8～10 ％　（Ｎａ─→Ｈ） 　　　　　最高允许温度：100 ℃ 　　　　　适用ＰＨ值范围：0～14 　　　　　出厂型态:Ｎａ型 　　　　　工艺性能如表 9.2─1 表 9.2─1 　┏━━━━━━━━━━━━━━━┯━━━━━━━━┯━━━━━━━━┓ 　┃　再　　生　　方　　式　　　　│顺　流　再　生　│逆　流　再　生　┃ 　┠───────────────┼────────┼────────┨ 　┃运行流速　　　　（ｍ／ｈ）　　│　　10～25　　　│　　10～25　　　┃ 　┠───────────────┼────────┴────────┨ 　┃再生剂　　　　　　　　　　　　│　　　　　　ＮａＣＬ　　　　　　　┃ 　┠───────────────┼────────┬────────┨ 　┃再生液浓度　　　（％）　　　　│　　　５～10　　│　　　5～10　　 ┃ 　┠───────────────┼────────┼────────┨ 　┃再生液耗量　　　（ｇ／ｅｑ）　│　　100～120　　│　　80～100　　 ┃ 　┠───────────────┼────────┴────────┨ 　┃工作交换容量　　（ｍｅｑ／Ｌ）│　　　　　　　80～100　　　　　　 ┃ 　┗━━━━━━━━━━━━━━━┷━━━━━━━━━━━━━━━━━┛ 　　弱酸阳离子交换树脂的主要产品为丙烯酸系阳离子交换树脂，如１１０， １１１，１１６，Ｄ１１０，Ｄ１１１，Ｄ１１６等。其主要性能如下 　　　　　功能基团：─ＨＣＯ2 　　　　　全交换容量: 9～12 （ｅｑ／Ｌ） 　　　　　外观：白色不透明或半透明球状颗粒，粒径—0.3～1.2 （ｍｍ） 　　　　　水份：40～60％ 　　　　　湿真密度（20℃）:1.1～1.27 ｇ／ｃｍ3 　　　　　湿视密度：0.70～0.85 ｇ／ｃｍ3 　　　　　转型膨胀率:70％～80％　（Ｈ→Ｎａ） 　　　　　最高允许温度：100 ℃ 　　　　　适用ＰＨ值范围：4～14 　　　　　出厂型态:Ｈ型 弱酸阳离子交换树脂，是用Ｈ2ＳＯ4（或ＨＣｌ）　再生的含有─ＨＣＯ 2功 能基团的阳离子交换树脂。能吸附重碳酸盐的钙、镁、钠等离子，去除碳酸盐硬度 并释放出碳酸，从而去除碱度。但不能吸附硫酸盐、氯化物和硝酸盐中与阴离子相 平衡的阳离子，即不能去除非碳酸盐硬度。其反应方程如下： 　　　　　Ｃａ（ＨＣＯ３）２┐　　　　　　　Ｈ２ＣＯ３ 　　　　　Ｍｇ（ＨＣＯ３）２│　　　　　　　ＣａＳＯ４ 　　　　　ＣａＳＯ４　　　　│　　　　　　　ＭｇＳＯ４　Ｃａ┐ 　　　　　ＭｇＳＯ４　　　　│＋Ｈ─Ｒ──→ＣａＣｌ２＋Ｍｇ┤─Ｒ 　　　　　ＣａＣｌ２　　　　│　　　　　　　ＭｇＣｌ２　Ｎａ┘ 　　　　　ＭｇＣｌ２　　　　│　　　　　　　ＮａＣｌ 　　　　　ＮａＣｌ　　　　　┘ 　　弱酸阳离子交换树脂的再生性能优良，无论再生剂的性质、浓度、再生方式如 何，都能获得较高的再生效率，所需的再生剂比耗接近理论值，　其经济性较为优 越。尤其是在进水为碱度高、硬度高、中性钠盐含量不高的负硬水时，采用弱酸阳 （氢）离子交换树脂可以使出水的残余硬度和碱度降低，从而使出水含盐量大大减 少。对于弱酸阳（氢）离子交换时，逆流再生的优点就不能充分发挥了。　因而在 采用弱酸阳离子交换时，宜采用顺流再生固定床。其设计工艺参数一般可采用以下 数据： 　　　　　运行流速：15～30 ｍ／ｈ 　　　　　再生剂品种：ＨＣｌ或Ｈ2ＳＯ4 　　　　　再生剂耗量：ＨＣｌ为　40　ｇ／ｅｑ 　　　　　　　　　　　Ｈ2ＳＯ4为　60 ｇ／ｅｑ 　　　　　工作交换容量：1500～1800 ｍｅｑ／Ｌ 　　２　阴离子交换树脂 　　阴离子交换树脂分为弱碱型和强碱型两类。弱碱型能吸附强酸，但不能吸附很 弱的酸如碳酸和硅酸。而强碱型不仅能吸附强酸，也能吸附很弱的酸。强碱型能单 独从盐类中释放出碱。 　　　　　Ｒ─ＯＨ＋ＮａＣｌ─→Ｃｌ─Ｒ＋ＮａＯＨ 　　　　　　　　　　　　　　←─ 　　弱碱型阴离子交换树脂对水解多少有些敏感，表现为原已吸附在树脂上的阴离 子又被纯水所置换。 　　　　　ＣＬ─Ｒ＋Ｈ２Ｏ─→Ｒ─ＯＨ＋ＨＣｌ 　　　　　　　　　　　　　←─ 　　强碱型对这种现象则不敏感。强碱阴离子交换树脂有Ⅰ型和Ⅱ型两种。　Ⅰ型 的碱性强而容量低再生效果差。Ⅱ型的碱性弱而容量较高再生率也较高。 　　强碱阴离子交换树脂的主要产品有２０１×７，其主要参数如下： 　　　　　功能基团：─Ｎ（ＣＨ3）3 　　　　　全交换容量: 3 ｅｑ／ｌ 　　　　　外观：淡黄色至进黄色球状颗粒，粒径　0.3～1.2 ｍｍ 　　　　　水份：40～50％ 　　　　　湿真密度（20℃）:1.06～1.11 ｇ／ｃｍ3 　　　　　湿视密度：0.65～0.75 ｇ／ｃｍ3 　　　　　转型膨胀率:18～22 ％　（Ｃｌ─→ＯＨ） 　　　　　最高允许温度：80 ℃ 　　　　　适用ＰＨ值范：1～14 　　　　　出厂型态:Ｃｌ型 　　三　离子交换剂小结 　　１　分类 　　　　阳离子交换树脂─┬─强酸阳离子交换树脂 　　　　　　　　　　　　└─弱酸阳离子交换树脂 　　　　阴离子交换树脂─┬─强碱阴离子交换树脂─┬Ⅰ型强碱阴离子交换树脂 　　　　　　　　　　　　│　　　　　　　　　　　└Ⅱ型强碱阴离子交换树脂 　　　　　　　　　　　　└─弱碱阴离子交换树脂 　　２　主要性能 表 9.2─2 ┏━━━━┯━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┓ ┃　　　　│　　　　　有　机　合　成　离　子　交　换　树　脂　　　　　┃ ┃　性　　├──────────────┬──────────────┨ ┃　　　　│　阳　离　子　交　换　剂　　│　　阴离子交换剂　　　　　　┃ ┃　　　　├───────┬──────┼───────┬──────┨ ┃　　　　│　　　　　　　│　　　　　　│　强　碱　型　│　　　　　　┃ ┃　　　　│强　酸　型　　│弱　酸　型　├───┬───┤　弱　碱　型┃ ┃　能　　│　　　　　　　│　　　　　　│Ⅰ型　│Ⅱ型　│　　　　　　┃ ┠────┼───────┼──────┼───┴───┼──────┨ ┃功能基团│─ＨＳＯ３　　│─ＨＣＯ２　│─Ｎ（ＣＨ３）３　　　　　　┃ ┠────┼───────┼──────┼───────┼──────┨ ┃　　　　│吸附阳离子，相│　　　　　　│　　　　　　　│　　　　　　┃ ┃　吸附　│互交换或与氢离│　　　　　　├───────┼──────┨ ┃　交换　│子交换　　　　│能去除碳酸盐│能吸附强酸离子│能吸附强酸离┃ ┃　能力　│　能去除碳酸盐│硬度，不能去│也能吸附弱酸离│子不能吸附弱┃ ┃　　　　│硬度和非碳酸盐│除非碳酸盐硬│子　　　　　　│酸离子　　　┃ ┃　　　　│硬度　　　　　│度，能释放出│能从盐类中释放│　　　　　　┃ ┃　　　　│　　　　　　　│碳酸去除碱度│出碱　　　　　│　　　　　　┃ ┃　　　　│交换容量小　　│交换容量大　│交换容量小　　│交换容量大　┃ ┠────┼───────┼──────┼───────┴──────┨ ┃再生剂　│ＮａＣｌ(软化)│Ｈ2ＳＯ4　　│ＮａＣＯ3或ＮａＨＣＯ3　　　┃ ┃　　　　│Ｈ2ＳＯ4　　　│（或）ＨＣｌ│ＮａＯＨ　　　　　　　　　　┃ ┠────┼───────┼──────┼───┬───┬──────┨ ┃再生率　│　　低　　　　│　　高　　　│　低　│　高　│　　高　　　┃ ┠────┼───────┼──────┼───┼───┼──────┨ ┃　　　　│001×7　　　　│110,111,116,│201×7│D202　│301,D311　　┃ ┃主要产品│D001　　　　　│D110,D111,　│D201　│　　　│D301，D313　┃ ┃　　　　│　　　　　　　│D116　　　　│　　　│　　　│D302　　　　┃ ┠────┼───────┼──────┼───┴───┼──────┨ ┃产品出厂│　　　　　　　│　　　　　　│　　　　　　　│　　　　　　┃ ┃类　　型│　Ｎａ　　　　│　　Ｈ　　　│　　Ｃｌ　　　│　游离碱　　┃ ┗━━━━┷━━━━━━━┷━━━━━━┷━━━━━━━┷━━━━━━┛ 　　３　选择离子交换树脂的一般原则 　（１）选择交换容量大的树脂 　　一般同性（阳性或阴性）树脂中弱酸（碱）性树脂比强酸（碱）性树脂的交换 容量大；在同一类树脂中，一般交联度小的树脂比交联度大的树脂交换容量大。树 脂的实际工作容量应根据具体的工作条件经实验确定。 　（２）离子交换树脂的交换基团有游离酸（碱）型和盐型两种， 在脱盐和纯水 制取中，应选用游离酸（碱）型树脂。 　（３）根据对原水中欲去除离子的性质选择树脂。 　　一般当只需去除水中交换吸附性强的离子时，应尽量选择弱酸（碱） 性树脂； 当还需去除水中交换吸附性弱的离子时，则应选择强酸（碱）性树脂。 　（４）根据对出水水质的要求选择树脂 　　对只需部分除盐的除盐水制取系统，可选用强酸性阳离子交换树脂和弱碱性阴 离子交换树脂配合使用；对必须完全除盐的纯水或高纯水制取系统，则需选用吸附 力最强的　酸阳离子交换树脂和强碱阴离子交换树脂配合使用，以保证去除极难吸 附的离子，如ＳｉＯ2。 　（５）根据原水中其他杂质成分选择树脂。 　　当水中有机物较多或需去除离子的半径较大时，选用交联网孔直径大的的树脂， 即交联度小的树脂。 　　　　　　　　８.３　离子交换水处理工艺和离子交换装置 　　一　钠离子交换 　　１　离子交换 原水通过离子交换剂时，水中的钙，镁离子被离子交换剂所取代，并为交换剂 吸附，钠离子进入水中，　从而去除了水中的钙、镁离子成为软水。其反应方程式 为： 　　　　　Ｃａ＋＋＋２Ｎａ─Ｒ─→２Ｎａ＋＋Ｃａ─Ｒ2 　　　　　　　　　　　　　　　←─　 　　　　　Ｍｇ＋＋＋２Ｎａ─Ｒ─→２Ｎａ＋＋Ｍｇ─Ｒ2 　　　　　　　　　　　　　　　←─　 　　经过钠离子交换处理的水中所有的盐类均转变成钠盐。出水的残余硬度很低， 几乎为零，软化效果很稳定。 　　处理后出水的ＰＨ值和碱度均维持原值不变，但总含盐量有所增加。 　　对于硬度和碱度不太高的原水或对软化后水质的碱度要求不高的用水，采用单 级钠离子交换是简单而且有效的。 　　２　逆流再生 　　离子交换器是离子交换装置的主体设备，有固定床、浮动床、移动床和顺流再 生、逆流再生等型式。 　　由于逆流再生技术具有再生剂用量少、出水水质好等优点，是目前最普遍采用 的型式。钠离子交换器逆流再生的运行过程如下： 　　（１）交换──原水由交换器的上部进入，经过钠离子交换剂层，软水从底部 流出。当出水水质超过规定水质时，即停止运行。 　　（２）小反洗──反洗水从中间排液装置进入，对中间排液装置上部的压脂层 进行反洗。洗去运行时积存在表面层和中间装置的污物，从交换器上部排出。为了 彻底冲洗，必须有足够的冲洗强度，一般流速为１０ｍ／ｈ左右，反洗时间为１０ ～１５分钟。 　　（３）排水──关闭反洗的进水和排水阀，打开底部泄水阀排除反洗水。 　　（４）充气压顶──排水后从交换器顶部送入压缩空气，气压维持在０. ０３ ～０. ０５ＭＰａ，防止再生过程中出现乱层。对于小型的交换器，可不用充气压 顶而采用顶部注水稳定交换床的办法，再生液以低流速运行。 　　（５）再生──再生液从交换器底部进入，经交换层，由中间排液装置排出。 再生液为食盐（ＮａＣｌ）溶液，浓度为３％～６％，再生流速为３～５ｍ／ｈ。 此时，中间装置上部有充气压顶或注水压顶并随再生液一起从中间装置排出。 　　（６）置换清洗──再生完毕后关闭再生液阀门，从底部进软水进行置换，约 １０～２０分钟。一般按出水硬度小于０. ５ｍｅｑ／Ｌ或出水氯根为进水氯根加 ２０ｍｇ／Ｌ控制置换终点。 　　（７）小正洗──从上部进水，正洗压脂层，将压脂层内废再生液洗净，从中 间装置排出。小正洗流速为５～１０ｍ／ｈ，时间为５～１０分钟。 　　（８）正洗──停止中间装置排水，打开底部排水阀，进行正洗。正洗流速同 运行流速，以出水水质符合运行控制指标为终点，然后转入正常运行。整个逆流再 生过程结束。 　　逆流再生可获得较好的再生效果，再生剂可得到较高的利用率，因此自用水率 比顺流再生低３０％～４０％，再生剂耗量也比顺流再生约低２０％。 　　３　回程式离子交换器 　　逆流再生有许多优点，但运行操作比较复杂。再生和置换时需要压顶并须严格 控制流速，以保证树脂不发生乱层。为解决这个问题而产生了一种新的产品──回 程式离子交换器。 　　回程式离子交换器为立式圆柱型，与一般交换器外形相似，但内部装有一道竖 向隔板，软化和再生过程均为上部进上部出，但水流方向相反，仍采用逆流再生工 艺。由于中间竖向隔板将树脂层和保护层（压脂层）分隔在两侧，　无相互易位和 乱层的可能。所以它不用压顶，交换与再生流速无严格限制，操作简单而又具有逆 流再生的一切优点。 　　由于回程运行的特点，无论交换、再生、正洗或反洗，均为上部进上部出。因 此，水与再生液中的悬浮物等都不易积聚在树脂层的底层，容易清洗，省时省水。 　　目前此种产品的规格直径自５００～３０００ｍｍ，　小时产水量为１. ３～ ７９. ５ｍ3／ｈ。 　　４　组合式钠离子软化水装置 　　以单级钠离子交换柱和辅助设备，管道及阀门、仪表等组装成套，成为一个功 能齐全、完整的软化水装置。结构紧凑，操作方便，占地小，安装简便， 具有一 切成套装置的优点。 　　该装置有单柱和双柱两种型式，双柱型共用一套再生设备，　可以单柱交替运 行，也可以双柱并联运行。 　　这种组合式软化水装置，是专门为中、小型锅炉配套设计的。当原水硬度不超 过１０ｍｅｑ／Ｌ时，出水可保证达到≤０·０３ｍｅｑ／Ｌ的标准。　设计选用 该装置时应注意以下几点： 　　（１）原水水质应符合进水水质指标，详见软化水前处理部分。　原水硬度过 高，将缩短再生周期。 　　（２）进水压力应保持在０. １～０. ２ＭＰａ，　水压不足时应采取加压措 施，水压超过０. ２ＭＰａ时，应关小阀门减压。 　　（３）应配置软水箱一只，其容积按装置清洗用水量与清洗时间内软水用水量 之和设计。 　　二　纯水制取的单元装置 　　１　阳离子交换柱（阳床） 　　阳离子交换柱（阳床）去除水中的阳离子如钙、镁、钠、钾等，　交换后出水 呈酸性。　一般一级阳离子交换柱出水的ＰＨ值为２·５～４·５，　二级出水的 ＰＨ值为５～６。 　　２　阴离子交换柱（阳床） 　　阴离子交换柱（阳床）去除水中的阴离子如ＳＯ－－、ＳｉＯ3－－、 ＣＬ－ 等。当用ＮａＣＯ3或ＮａＨＣＯ3为再生剂时， 由于水中残存ＮａＨＣＯ3而形成 碱度，并生成ＣＯ2气体, 因此在使用ＮａＣＯ3或ＮａＨＣＯ3为再生剂的弱碱阴 离子交换器的后面，一般需设置ＣＯ2脱气装置。 　　无论是强碱或弱碱阴离子交换柱，在纯水制取系统中的位置总是在阳离子交换 柱之后。 　　阴离子交换柱在酸性介质中易于交换。原水通过阳床后出水承酸性，对阴离子 交换有利。如原水直接进入阴床，则阴离子不能彻底去除，因原水进入阴床后会产 生难溶的盐类，使交换能力降低。 　　其次，水中一般含有碳酸盐硬度，经阳床交换后，水中的碳酸可分解为ＣＯ 2 和水（Ｈ2Ｏ），而ＣＯ2可经脱气装置除去。如原水先经阴床， 水中的碳酸与阴 离子树脂交换，耗用其交换容量，且交换生成的碱还需阳床交换才能最后去除。这 又增加了再生剂的耗量。 　　３　混合离子交换柱（混合床） 　　混床是将阳离子树脂和阴离子树脂按一定比例混合装填于同一交换柱内的离子 交换装置。 　　原水通过混合床交换后，进入水中的氢离子和氢氧根离子立即生成电离度很低 的水分子，很少可能形成阳离子或阴离子交换时的反离子，可以使反应进行得十分 彻底。因此，混床出水水质高于复床所能达到的水质，能制取纯度相当高的纯水。 一般复床出水呈碱性，混床出水接近中性。用强酸树脂和强碱树脂装填的混合床出 水水质纯度最高，是纯水制取中广泛采用的一种单元装置。 　　混床出水水质稳定。当原水水质、运行流速等工作条件发生变化时，对混床出 水水质的影响不大。受影响的主要是工作周期的长短和总出水量。因此，混床通常 是设置在复床或电渗析器之后。 　　当交换柱停止工作后再投入运行时，开始出水的水质都会下降。但复床恢复到 停运前水质所需的时间长，混床所需时间短。 　　混床在交换后期出水的电导率上升很快，因此其交换终点明显，易于控制。 　　混床的缺点是其树脂的交换容量利用率较低，再生操作比较复杂，所需时间也 较长，一般需要２～４小时，树脂破坏率较大。 　　三　常用的软化水处理流程 　　１　单级钠离子交换 　（１）流程 　　原水→钠离子交换柱→出水 　（２）适用条件 　　原水碱度低，原水硬度≤６·５ｍｅｑ／Ｌ 　　出水硬度≤０. ０５ｍｅｑ／Ｌ 　（３）特点： 流程简单，操作方便，出水碱度不变，但硬度稍有增加。 　　２　弱酸氢─钠离子交换 　（１）流程 　原水→弱酸氢离子交换柱→除二氧化碳器→钠离子交换柱→软水 　（２）适用条件 　　适用于原水碱度较大、碳酸盐硬度较高，非碳酸盐硬度较低或有负硬度存在的 场合。 　　出水硬度≤０·０３ｍｅｑ／Ｌ 　　３　电渗析─钠离子交换 　（１）流程 　　原水→电渗析器→钠离子交换器→出水 　（２）适用条件 　　原水含盐量高（５００～４０００ｍｇ／Ｌ），总硬度高（４～１０ｍｅｑ／ Ｌ）总碱度不大的场合或进水总含盐量与进水总硬度变化较大的场合。 　　出水残余硬度与单级钠离子交换出水相同。可同时达到软化、脱碱、除盐的综 合效果。 　　四　常用的除盐水和纯水制取流程 　　１　单级复床和全自动复床纯水器 　（１）流程 　　原水─→阳离子交换柱─→阴离子交换柱─→出水 　（２）适用条件 　　原水含盐量≤３００ｍｇ／Ｌ 　（当原水中ＨＣＯ3－≥５０～１００ｍｍｇ／Ｌ时， 应在阳床与阴床之间增设 脱气装置） 　　出水电阻率为：０.１～１. ０ＭΩ·ｃｍ 　　２　二级复床流程 　（１）流程 　　原水→阳床→阴床→阳床→阴床→出水 　（２）适用条件 　　原水含盐量≤５００（ｍｇ／Ｌ）当≥５００（ｍｇ／Ｌ）时宜采用电渗淅或 反渗透作前处理。 　　出水电阻率为：０·５～２ＭΩ·ｃｍ 　　３　复床加混床流程 　（１）流程 　　原水→阳床→阴床→混床→出水 　（２）适用条件 　　原水含盐量：同上 　　出水电阻率可达　５～１０ＭΩ·ｃｍ 　　４　高纯水制取 　（１）流程 　　原水→精过滤→电渗淅（或反渗透）→复床→终端混床→超滤→出水 　（２）适用条件 　　原水含盐量≥５００～１０００ｍｇ／Ｌ 　　出水电阻率≥１０ＭΩ·ｃｍ 　　　　　　　　８·４　离子交换的水质预处理和后处理 　　一　水中有害成分对处理的影响 　　水中的机械杂质、微生物、有机物、活性氯和某些金属离子等，直接影响离子 交换和电渗析处理工艺的效果与长期安全运行。 　　１　水中有害成分对离子交换树脂的影响 　　水中的悬浮物附着在树脂的表面，将阻碍离子交换的进行，使树脂交换能力降 低。同时增加了树脂层的水流阻力和再生剂的耗量。 　　带有负电荷的胶体有机物和溶解性有机物，不仅附着在树脂表面，并可渗入到 树脂的网状结构内部，堵塞树脂的网状微孔。且与强碱基团结合，再生时生成有机 物的钠盐，分子体积增大，在微孔中不易被清洗干净。因此影响离子交换的正常于 行。 　　铁、锰离子极易生成氢氧化物沉淀，而且比钙、镁离子更易被树脂吸附，不易 被低浓度再生剂取代，而积累在树脂颗粒内部，降低树脂的交换能力，恶化出水水 质。 　　活性氯对树脂的危害很大，它使树脂的活性基团被氧化分解，长链断裂，树脂 体积膨胀并破碎。因而交换能力降低，水流阻力增大，出水ＰＨ　值降低。同时阳 离子树脂的溶出物还可污染强碱性阴离子树脂。 　　２　水中有害物质对电渗析的影响 　　水中的机械杂质在电渗析水流通道中堵塞，造成浓、淡水室两侧水压不平衡， 严重时使膜破坏。水中坚硬的砂粒会造成对膜的机械性损伤。进入电渗析的水中不 应有颗粒状物质。 　　水中的悬浮物在膜面上沉淀、粘附，成为离子迁移的一层障碍，使膜电阻增加， 水质恶化。 　　电渗析膜是细菌的有机养料，水中的细菌在膜上繁殖，也会造成上述同样的危 害。 　　水中带有极性的有机物被膜吸附后，使膜的极性改变，使膜的选择性降低，膜 电阻增加。 　　水中高价金属离子如铁、锰会使膜中毒；游离氯使阳膜被氧化，进水硬度高时 将导致极化和沉淀结垢。 　　二　水质预处理的标准 　　离子交换器和电渗析器的进水水质应满足表８. ４─１的要求。当进水不能满 足要求时，应进行相应的水质预处理。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表８. ４─１ 　━━┯━━━━━━━━━━━━━━━━━━┯━━━━━━┯━━━━━ 　序号│　　项　　　　　　　　　　　　目　　│离子交换　　│电渗析 　──┼──────────────────┼──────┼───── 　１　│浊度（度）　　　　　　　　　　　　　│逆流再生＜２│　１～３ 　　　│　　　　　　　　　　　　　　　　　　│顺流再生＜５│一般＜２　　 　２　│色度（度）　　　　　　　　　　　　　│　　＜５　　│ 　３　│水温（℃）　　　　　　　　　　　　　│　　＜４０　│　５～４０ 　４　│化学耗氧量（以Ｏ２计）（ｍｇ／Ｌ）　│　　＜２～３│　＜３ 　５　│游离氯（ｍｇ／Ｌ）　　　　　　　　　│　　＜０．１│　＜０．１ 　６　│铁（ｍｇ／Ｌ）　　　　　　　　　　　│　　＜０．３│　＜０．３ 　７　│锰（ｍｇ／Ｌ）　　　　　　　　　　　│　　──　　│　＜０．１ 　８　│表面活性剂（ｍｇ／Ｌ）　　　　　　　│　　＜０．５│　── 　━━┷━━━━━━━━━━━━━━━━━━┷━━━━━━┷━━━━━ 值得特别提出的是, 一般情况下即使用城市自来水作为原水，可满足上述要求， 但对于有电渗析或反渗透等膜处理的系统，仍要考虑保护性措施。因为城市给水管 网检修或安装新用户造成的暂时性的水质不合格，就可能危害膜处理的安全运行； 城市大规模的管网，由于日久而产生的细小铁锈，虽然数量很少，但已足够造成对 膜处理的威胁。这样的实例不少，值得注意。 　　一般电渗析的保护性预处理，多采用精过滤器。常用的精过滤器有以下三种， 可根据出水的不同用途选用。 　　　　　滤布过滤器：　　去除颗粒粒径　100～10 μｍ（微米） 　　　　　烧结陶芯过滤器：去除颗粒粒径　100～5 μｍ（微米） 　　　　　蜂房过滤器：　　去除颗粒粒径　100～5 μｍ（微米） 　　精过滤器的过水能力，应按实际处理水量的　１.５～３倍选择。精过滤器的 进水压力一般为0.15～0.3ＭＰａ，过滤器的水头损失一般为0.04～ 0.05ＭＰａ。 0～400毫米。蒸汽喷放时，气流沿着座位下的。