離子交換法是工業(yè)鍋爐給水軟化和脫堿處理中比較主要的基本方法。它是采用離子交換劑，使交換劑中和水溶液中可交換離子間發(fā)生符合某物質(zhì)的量規(guī)則的可逆性交換，導(dǎo)致水軟化脫堿，而使水質(zhì)改善，而交換劑的結(jié)構(gòu)不發(fā)生實(shí)質(zhì)性(化學(xué)的)變化。在這種過(guò)程中，只有陽(yáng)離子或陰離子參與交換反應(yīng)，或者二者同時(shí)參與交換反應(yīng)。
1.鈉離子交換
這是工業(yè)鍋爐給水比較通用的一種污水 處理方式。過(guò)程如下反應(yīng)式：
經(jīng)鈉離子交換后，軟化后的水殘留硬度Hc可降至0.03mmol/L以下，而堿度不變，含鹽量稍有增加。
鈉離子交換有單級(jí)鈉離子交換和雙級(jí)鈉離子交換二種工藝配置，前者適用于硬度和堿度都較低的原水，后者可用于硬度較高(大于10mmol/L)或含鹽較高(大于500mg/L)的原水。雙級(jí)鈉離子交換是將二個(gè)鈉離子交換器串聯(lián)使用，可提高軟水水質(zhì)和降低鹽耗，其特點(diǎn)是節(jié)省再生劑用量，充分利用級(jí)鈉離子交換器的交換容量，并提高了水質(zhì)的可靠性。
由于鈉離子交換水處理不能去除水中的堿度，所以對(duì)于某些堿度和硬度都高且有部分非碳酸鹽硬度的水來(lái)說(shuō)，可采用部分鈉離子交換處理，即一部分水經(jīng)過(guò)鈉離子交換器除硬而不除堿，另一部分水不經(jīng)過(guò)鈉離子交換器，直接進(jìn)入鍋爐，這部分水中的碳酸鹽硬度在部分水中堿度作用下進(jìn)行鍋內(nèi)軟化處理，采用此方法時(shí)，必須控制好軟水量與原水量之比，保證混合水中的堿度略大于硬度。
2.氫離子交換
氫離子交換過(guò)程反應(yīng)式如下：
原水經(jīng)氫離子交換后，水質(zhì)得到軟化，堿度低降，其變化如下。
(1)硬度除去。殘留硬度Hc可降至0.03mmol/L以下。
(2)水質(zhì)呈酸性。經(jīng)H型離子交換劑處理后的水質(zhì)，基本上呈酸性，其硬度大小隨離子交換層交換進(jìn)程而變化。
(3)含鹽量降低。碳酸氫根離子由于生成了碳酸，通過(guò)脫氣而除去，每消耗水中堿度1mmol/L，則水中可減少含鹽量61mg/L。
3.H+-Na+聯(lián)合離子交換
氫離子交換處理可以消除硬度和降低含鹽量，處理效果較好，但由于水質(zhì)呈酸性，不能直接用作鍋爐給水，反之，原水經(jīng)鈉離子交換后的軟水其監(jiān)督不變，往往堿度過(guò)大，導(dǎo)致鍋爐排污率過(guò)高，因此，將二種交換器的軟水以一定比例混合，就會(huì)發(fā)生中和反應(yīng)。
中和后產(chǎn)生的CO2可通過(guò)脫氣除去，這樣，酸度、堿度均降低，并使軟水含鹽量有所降低。
氫-鈉聯(lián)合離子交換水處理系統(tǒng)有并聯(lián)、串聯(lián)和綜合三種。
為了軟化脫堿還可采用銨-鈉聯(lián)合離子交換和氯-鈉聯(lián)合離子交換。
4.離子交換流程配置
在實(shí)際生產(chǎn)中，通常采用動(dòng)態(tài)離子交換方式，即以一定體積的原水、以一定的速度通過(guò)離子交換劑來(lái)進(jìn)行離子交換。裝置的類型分為固定床和連續(xù)床二大類。固定床是離子交換劑處于靜止態(tài)，原水的軟化脫堿和交換劑的再生均在同一裝置中進(jìn)行，其優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、適應(yīng)性強(qiáng)，出水水質(zhì)較好。缺點(diǎn)是：樹(shù)脂用量大、利用率低、再生和清洗時(shí)間長(zhǎng)。連續(xù)床是指離子交換劑層處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而原水的軟化和交換劑的再生在不同裝置中進(jìn)行，其優(yōu)點(diǎn)是：樹(shù)脂用量少、再生劑利用率高、處理水純度高、出水水質(zhì)穩(wěn)定、操作自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)效率高。缺點(diǎn)是：設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、樹(shù)脂損耗量大，一般適于低含鹽量和低硬度的水。固定床離子交換有如下不同組合方式：即單床、多床、復(fù)床、混床、雙層床。連續(xù)床離子交換又分為移動(dòng)床和流動(dòng)床兩種，移動(dòng)床是樹(shù)脂在交換塔、再生塔和清洗塔等不同裝置中分別完成交換、反洗、再生、清洗等過(guò)程，而定期移動(dòng);流動(dòng)床其離子交換過(guò)程不分周期連續(xù)地進(jìn)行;而樹(shù)脂在交換過(guò)程中呈流動(dòng)狀態(tài)。
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