A：顺流再生，再生液流动方向与软化时水流方向相同；新再生液首先遇到的是CA最高树脂层，再生下来的废液中会CA浓度大，而且要穿过全部树脂层排出去，而在树脂层的最下部的树脂内还有CA没有用完，这样就浓度CA水从底部流过，势必会将这没有用完的NA也变成了R2CA，为了将底部的R2CA全部洗出来，要再多消耗再生剂。
再生结束时，底部树脂层中的树脂上有残余的CA，即有R2CA存在，而且越到下层会越多。这样会在软化过程中，CA容易泄漏，为了保证水质，就要提前停止运行。真正的工作交换容量就小了。
B：逆流再生：
软化结束时，如大图所示：
再生：新再生液从下而上，首先遇到的是有残余NA的树脂，再生得比较充分，再生向上，遇到的是R2CA成份。越来越大的树脂层，可以充分利用剩余的再生。因此其优点是，一再生得到工作交换容量比顺流再生高，再生剂的消耗量也少。
但是要保持逆流再生的优点，必须保持树脂层中R2CA的分布不变，如果树脂乱了层，R2CA的分布与上回变动上面的优点就无法做到。
为了使树脂在再生过程中不乱层，有在树脂上层填塑料小球，在再生前的反冲洗时，只反冲上层小球，以排除表面上载面下来的悬污染法，而下层树脂不动，反冲洗后，由下部注入再生液，进行再生。
⑶再生剂用量：一般而言增加再生剂用量，可以提高再生程度，提高工作交换容量，但再生液用量增加会增加再生剂比耗，
顺流再生，NA型树脂：再生剂实际比耗为理现量的2－3.5倍。 强酸性H树脂：再生剂用量为理现值的2－5倍。 弱酸性H树脂：再生剂用量只需要稍大于理现用量。 ⑷再生剂浓度：
当再生剂用量一定时，增大再生剂浓度，可以提高再生程度，从而提高工作交换容量，再生剂浓度高到一定值时，树脂的交换容量可达到一个最高值，以后再继续提高再生剂浓度，树脂的工作交换容量反而降低。所以再生剂浓度有了最佳范围。
强酸性NA型树脂，食盐再生液的浓度采用5－10％ 强酸性H型树脂，如用HCL再生，其浓度可采用5－10％
如果H2SO4再生，为防止CASO4在树脂中沉淀，一般采用1－2％浓度范围 ⑸再生液在交换器内的流速
流速大小反映再生剂与树脂接触的时间长短。再生液流速低，再生程度高，流速快了，由于接触时间短，要达到同样的再生效果，再生剂用量全部增加，但流速也不宜过慢，过慢不利于交换离子的扩散。一般为4－8米／时。别外提出水温也可提高的再生程度。 3. 固定床离子交换器的运行：
顺流再生交换器与逆流再生交换气在再生和在操作上有些差别，故分开介绍。
⑴树脂的装填
树脂颗粒应尽量均匀，不应有过多的粉粒，颗粒大小相差过大，反冲洗时，小颗粒会被冲洗出带走。 温法：装填前先向交换器中加水，然后再装树脂。
干法：将树脂均匀进装入交换器中，装至规定的层离后，从交换器的底部通入水至浸没树脂为止。两者都是为了尽量减少树脂层中夹带气体。加水总为了使树脂充分膨胀。一般的树脂出厂就已经是NA或H型的，不用再换型，在树脂中会有一些杂质和碎的树脂，装填完毕后要进行反冲洗，然后开始运行。
⑵离子交换器的运行。 二．顺流再生交换器的运行：
由交换、反洗、再生、正洗四个步骤。
交换：水中CA、MG与树脂上的NA或H交换，开始出水中的泄漏离子可将陈在0.035mmol／L以下，工作一定时间后（8小时以上）水质变差，当硬度达到限定值时，停止交换。 反冲：目的洗去树脂会在交换时载面下来的杂质和破碎颗粒，同时松动树脂层。 反冲强度：3升／平方米／秒／ 树脂膨胀率：40－50％
反洗到排水混污为止，一般要15－20分钟左右。
再生：按照设计确定再生剂，和再生衬网量和再生剂浓度，前已讲不多说。
正洗：再生结束，要清洗再生液和再生产物，用正洗，正洗最好用转化小，如原水硬度不高也可用原水洗，正洗流速6－8M/时
洗到什么时候结束：洗到出水的硬度合格为止。为了省一点反洗水量和树脂的交换容量，可以在0.05就停止正洗，出水合格前一点就停止正洗要求出水。
正洗水的后期出水中含有一定再生剂，可以回收，作为下一次再生时的反洗用水。
B：逆流再生离子交换器的运行：逆流再生交换器的运行在大的步骤上与顺流交换器是一样的，只是在再生操作上有些区别，主要是为了防止树脂乱层。
再生操作如下：小反冲：从中间排水管进水，上部排水，冲洗的是上部的压实层（小球） 放水：小反冲后，放掉中间排水管以上的水；
顶压：从顶部进压缩空气，气压：3－5M小头，空气中不会油 进再生液：从交换器的底部进行再生液上升流速4－7M/L。
⑥ 逆流清洗：停止再生后，在有顶压的情况下，用软化水逆流清洗。V＝4－7M／L ，清洗到出水合格
时为止。
⑦ 小反洗：停止逆流清洗和顶压。放尽交换器内的空气。从中向排水管进水，顶部排水进行小反洗，以
去除顶部压实层中的再生液，除尽为止。（也可接小正冲的方式进行）
⑧ 正洗：从顶部进行，底部出水，出水合格为止。逆流再生运行10－20个周期或更多一些周期后，进行
一次大反冲以去除树脂层中的杂度和破碎颗粒。大反洗后的第一次再生要加大再生剂用量。 ㈣ 连续式离子交换软化设备
固定床离子交换器存在以下缺点，①交换器内的树脂层只有一部分在工作，而其他部分在等着，等全部树脂失效后再示再生。因而利用效率低。
③ 预备在再生和反洗时必须停止工作。第三，树脂交换能力的利用上不均匀。为了克服以上缺点，发展
了连续式离子软化设备。连续式交换设备的特点是：树脂不是固定在一个设备内，而是分别交换，再生和清洗三个环节中不停地转移，打一枪换一地方，交换失效了马上再生，再生好了去清洗，清洗完又循环到交换岗位上工作，这样就充分利用了树脂，连续离子交换软化设备分移动床和流动床两大类： 1． 移动床： ⑴三塔式移动床： A：流程图 B：工作过程：
交换：底部进水，塔内树脂被水流承担起来，水流穿过树脂层进行离子交换，软化后的水从上部流出。进水后交换塔顶部的浮球阀受水压作用，自动关闭，使塔顶贮料斗中的，已经再生和清洗好的树脂不能落下来。
落床：当交换树脂失效后——即交换塔出水，水质到达限量指标时，停止进水，并进行排水，（不排干）。这时交换塔顶部的浮球阀，因为推动水的浮力而打开，贮料斗中的备用树脂就落入交换塔，而原来在塔底部的失效树脂同时也就落入进水管下面的输送斗里。这两个过程同时发生。这个过程称落床，落床用的时间很短，2分钟左右，两次落床的时间称一个大周期，一个周期约1小时左右。落床后继续进水进行离子交换，进水后，上部的浮球阀自动关闭。进水管下部输送斗内的失效树脂，在水压的作用下，被输送到再生塔顶的贮料斗中。
再生：再生塔的结构与树脂的进出方式与交换塔城体相同。在塔内，先进快速水流，将树脂层承担起来，再进再生液，此时由于塔顶部的水压，使塔顶的浮球阀关闭，再生液由下而上到了上部经连通管，将再生废液引入贮料斗，贮料斗中的失效树脂先经再生废液的预处理，废液被再利用一次后排出。树指是逆流向下的。
落床：下层树脂再生完成时，停止进水和进再生液，并排水（水位下降）塔上部的浮球阀打开，贮料斗中的失效树脂溶入再生塔内，同时，塔下层的再生好的树脂落入输送斗中内。再生水和再生液：塔上部的浮球阀关闭，下部输送斗内的再生好的树脂在水压的作用下，被送到清洗塔的上部，两次排放再生好的树脂之间的间隔时间称一个小周期，一个小周期大约10分钟左右，若小周期组成一个大周期，与交换塔的交换周期相适应。这种将一个交换周期的失效相脂分成几个小周期进行再生的方式称为多周期。多周期再生，树脂层在塔内是分层与再生液接触，而且是逆流的，越到下部接触的再生液越新鲜。这样再生充分，又充分利用再生液，降低了再生液的比耙。 缺点：操作复杂，树脂磨损率高，且设备多。
清洗塔；再生塔送来的树脂在清洗塔内逆流清洗 ，洗后的树脂借助水质差，连续断地流入交换塔上方的贮料斗。
⑵ 双塔与单塔移动床离子交换设备：
以三塔式的基础上，将再生塔和清洗塔会并成为再生清洗塔，那么整个系统便成为双塔式移动床了。 见右图：
单塔：将再生清洗塔再罗列再生塔之上就成了单塔移动床了。
双塔和单塔移动床中的再生都是单周期的。即变换塔一周期的树脂用量，也是再生塔一个周期的再生量，其周期相同。
移动床的优点：是树脂利用率高。 缺点是：操作比较复杂，三塔式设备多。
2. 流动床：流动床系统中，树脂是不断流动中，完成离子交换、再生、清洗过程的。在流动床中没
有周期和“起床”和“落床”的工序了。 ⑴．动式流动床
A：流程图：由交换池和再生清洗塔组成； B: 流程
离子交换：原水由池底经花管配水向上，而树脂没上部向下池中有三层孔板相隔，为使树脂和水流均匀分配，且孔板上的孔是锥形的，孔与高有比水略重的锥形塞，工作时靠上升的水流顶开。停止工作时塞子将孔盖住，不让树脂下满。
再生：树脂进塔座，由上向下，中间有十块孔板，主要是为均匀存水和树脂再生好的树脂，靠两塔之间的水位差流回交换池。 ⑵压力式流动床。
移动床和流动床虽然克服了固定床的缺点，但它们对水质变化的适应能力差，树脂川流不息磨损大，要求自动化程度高，管理复杂。推广受限制尚待进一步研究改进开发。 第四章 水的除盐与咸水淡化
高压锅炉的补水和某些电子工业的用水要求很高，安纯水不含盐，这就需要对进行除盐处理。 去除水中的盐有多种途径。其中最好彻底的是离子交换清。其他的方法有电渗析法，反渗透法，蒸镏水法等，但除盐率远不如离子交换法，下面进行讨论。
一．离子交换除盐 离子交换除盐的原理是：
将原水径H型阳离子交换，除去水中所有的阳离子，水中留下的为H与阴离子。 再将这种水经过OH型离子交换树脂结合，而OH进入水中，OH和原来水中的 H结合生成H20,水中的阴、阳离子都去除了，也就是除了水中的盐了。 H型阳树脂，在软化中已有介绍，下面介绍一下OH型阴树脂。
㈠ 阴离子交换树脂的特性： 1． 强碱性阴树指的特性：
① 能与各种阴离子进行交换
ROH+H2XO4——RHSO4+H2O—————⑴ 2ROH+H2SO4——R2SO4+2H2O―――――⑵ ROH+HCL——RCL+H2O————.⑶ ROH+H2 CO3 ——RHCO3 +H2O———⑷ ROH+H2 SIO3———RHSIO3 +H2O——⑸
⑴和⑵是同时进行的，如果树脂上的OH与主要的⑵式反应占优势。当水中的H2SO4浓度超过了树指中的OH浓度，则反应式为主要的。
因此，在交换点开始运行时，ROH+H2SO4+H20是树指全成了，R2S04RG，再与H2SO4进行交换时，就在R2S04+H2SO4——2RHSO4
强碱性阴树脂对水中的阴离子交换的选择性各有不同，一般为： SO4＞NO3＞C1＞OH＞F＞HCO3＞HSIO3
强碱性OH型树指对去除弱酸阴离子比较难，最难去除的是HSIO3
硝酸在天然水中很少存在，则是和SO4、CI、CO3混合在一起，在开始交换时，水中阴离子都与比强碱树脂进行交换，水中硅酸根也有所降低。随着树脂的逐渐饱和，对硅酸根的交换能力下降，甚至已被树脂交换上去的硅酸根也会被置换下来。
在酸性水中硅酸化合特以H2SIO3的形式存在，交换生成RHSIO3+H2O， ROH+H2SIO3——RHSIO3+H2O
有利于反应式向右进行。当水中酸性不够，H离子交换器有NA泄漏时，硅酸根常常会以NAHSIIO3形式存在，此时交换的情况如下： ROH+NAHSIL3可逆RHSIO3+NAOH
生成物中的OH对树脂的交换能力大于HSIO3，反应向左进行。
因此要除硅酸，必需先径强酸性H离子树脂，使水中各种盐都转成酸，在酸性条件下，用强碱性OH型阴树脂才能有较好的除硅效果。 ②强碱性阴树脂的再生：
一般只纯用NAOH再生，其溶液浓度为5—8％，并加热到49摄氏度。再生液的剂量应为350％，再生液流速应放慢，2床体积／小时。再生要彻底，才能提高除硅能力。 再生的反应式：
③强碱性阴树脂正洗，正洗是用阳离子树脂交换的出水，分两步。第一步洗到出水的总溶解固体等于进水的总溶解固体。为此，洗后水排除。第二步，正洗水可以回收，作为阳离子交换的进水，正洗到什么时候
工业用水处理技术
第一章 锅炉水处理
一、水中杂质与水质指标 1、 水中杂质：
自然界的水中都有杂质，他们以三种形态出现：
（1） 粗分散相：以0.1mm以上的颗粒分散于水中，在静水中大颗粒可以下沉，小颗粒可以悬浮在水中。
我们称为悬浮物，可用滤纸滤掉。
（2） 胶体物质：以0.1mm—0.001mm的颗粒尺寸分散于水中。它们的分子大，是许多分子集合成的个
体。它们互相使带电荷的，在水中是不沉淀的，稳定。也能用滤纸滤掉。
（3） 真溶液：以分子大小的形态分散在水中（尺寸在0.001mm以下），主要是钙、镁、钾、钠等盐类一
级气体（氧气、二氧化碳、氮气等），有时还有些酸、碱及有机物。盐类中的金属原子大都形成阳离子的有Ca、Mg、Na、K、NH，阴离子有Cl、SO2、NO3、CO3、HCO3
2、 水质指标 分单指标和技术指标 单指标：
单指哪一种物质或离子的含量。
技术指标：是以某种共同的特性为指标来表示一群杂质的含量。属这类技术指标有：
（1） 浊度：以悬浮物在水中会造成水的浑浊。通过特征来表示悬浮物的含量多少。它是一个光学指标，
用来间接反映水中悬浮物的含量：1mg／t的高岺土在水中形成的浊度为一度。
（2） 耗氧量：是反映水中有机物多少的指标。有机物种类繁多，不便一一测定其种类和数量（用一简
单的耗氧量来表示）。即如果将有机物用氧化剂将其氧化成无机物，折算成它所消耗的氧用来表示有机物的多少。
由于氧化剂有强弱之分，氧化有机物会有氧化完全与否的差异，在给出耗氧量这个指标时，要表明所用的氧化剂。一般有：高锰酸钾法和重铬酸钾法之分。后者的氧化力强，在测出的结果上会高出高锰酸钾法。
反映有机物的指标还有一个叫灼烧碱重，即水中悬浮物经过过滤滤除后进行干燥、将残留物在800摄氏度下灼烧，烧余量近似为含盐量。失重为有机物。该法不能准确反映有机物。
（3） 硬度：能产生水垢的水称有硬度的水，硬度是表示成垢物质多少的指标。使锅炉结垢的主要盐是：
钙盐与镁盐。它们主要分两种形式存在于水中。钙镁的重碳酸盐和碳酸盐Ca(HCO3)2，Mg(HCO3)2，MgCO3。由于他们会在水温升高到100摄氏度后分解形成沉淀，称其为暂时硬度。钙镁的其他盐类如CaCl2、MgCl2、CaSiO3。硬度的单位有用德国度的，1德国度＝10mg/e（CaO），用mm01／L（1／2 CaO）， 1mm01／L CaO＝28 mg/eCaO＝2.8度。
（4） 碱度：凡是能与酸反应的物质都呈碱性。碱度是指碱性物质的多少。也即能与多少酸产生中和的
数量。
有三种主要碱度：氢氧根碱度、碳酸根碱度、重碳酸根碱度
其他如磷酸根、碳酸根也呈碱性，由于水中含量很少，一般研究水质和水处理时忽略不计。测定碱度是用已知浓度的酸去滴定的，用的指示剂有两种酚酞和甲基橙。 用酚酞作指示剂只纯测出以下两个反应式： OH-+H+ H2O、CO32-H+ HCO3
酚酞由红色到反应终点呈无色，此时的碱度称酚酞碱度，此时水中的PH值为8.3
再向下滴定，要用甲基橙为指示剂。加指示剂后水呈黄色，用碱滴定，到终点，水呈红色，其PH值为4.2。
两次滴定所消耗的酸的总量计算出来的碱度称全碱度。如不测酚酞碱度，直接用甲基橙作指示剂测出全碱度，故全碱度又称全、。
碱度的单位用mmol/e，可以根据OH碱度、CO32-和HCO3- 碱度的含量计算出它们的mg/e。 水中氢氧根碱度与重碳酸根碱度不能同时存在，因为他们会产生如下反应： HCO3-+ OH- H2O + CO32-
（5） 含盐量：水中全部阴离子和阳离子的总和。用全化学分析测定比较繁琐。近似的表示含盐量可用
灼烧余量表示，但不精确。因为灼烧后有机物烧掉了，但还有烧余的碳，氧化物试验，在灼烧中一部分挥发了，碳酸盐的一部分会分解。
电导平常用来作含氧量的指标，水中含盐与电导率成比例关系，可以用来大致推断总溶解物质的含量。 单位：mg/e
（6） 溶解固形物：又称蒸发残渣。取滤过的澄清水，在105摄氏度烘箱内干燥后的残留物，是含盐量
和有机物含量的总和，如果水中有机物很少，可以用溶解固形物代替含盐量。在低压锅炉的水质标准中就半固溶解固形物作指标，而不是单用含盐量。
（7） 全固形物：水不经过滤，而测得的蒸发残渣，它是含盐量、有机物、悬浮物的总和。 3、 硬度与监督的关系
钙镁盐碱度与钠盐碱度
（1） 水中碱度都是OH-、CO32-、HCO3-的盐类，根据它们与不同的阳离子结合可将其分成钙镁盐
碱度与钠盐碱度：总碱度＝钙镁盐碱度＋钠盐碱度
（2） 硬度与碱度的关系：
水中暂时硬度，就是碳酸硬度Ca(HCO3)2，Mg(HCO3)2，他们也是钙镁盐碱度。
水中的永久硬度与钠盐碱度，能发生反应而生成沉淀，因此，他们不能在水中同时存在。钠
盐碱度有消除永久硬度的能力，故称“负硬度”。
综上所述：水中硬度与碱度必定遵从以下三条规律：
a、 暂时硬度就是钙镁盐碱度
b、 氢氧根碱度不能与重碳酸根碱度同时存在。 c、 永久硬度不能与钠盐碱度同时存在。
根据上述三条规律，我们只要知道水样的总碱度和总硬度，就可计算出水中的暂时硬度、永
久硬度和“负硬度”。 H—总硬度、M—总碱度
若H>M，永久硬度＝总硬度－总碱度、暂时硬度＝碱度、负硬度＝0 若H＝M，永久硬度＝0、碱度为钙镁盐碱度
若H 二、水中杂质对锅炉的危害 1、 沉积物：水中杂质会在锅炉内形成沉积物。它有两种形态，一种是牢固的粘着在金属表面的，称为水 垢（结垢）为盐类的结晶；另一种是以半分散的颗粒沉积，可以随水流动，称为泥渣，这种泥渣可以通过排污排除。锅炉中的沉积物以水垢的危害最大，他们附着在锅炉管壁，导热性能差（只有金属壁的1／30－1／50），会引起金属表面温度过高，使金属变软，导致强度降低，脱离以致破裂。而且由于导热差，要达到同样的火力燃料消耗增大。水垢过厚，还会引起管道堵塞。在水中有油时，还会生成油垢。水中的悬浮杂质也会在沉积物中出现。 2、 腐蚀：水中杂质会引起锅炉的金属本体产生腐蚀，如水中的氧气、氨。氨溶液以及溶解氧可引起铜及 铜合金的腐蚀。 苛性脆化：低碳钢、不锈钢和合金钢在拉应力超过属服点同时又在浓苛性钠溶液的接触条件下，会产生钢材的结晶颗粒边界发生脆化破裂。 腐蚀和苛性脆化都是会减低锅炉的使用寿命，甚至是发生破坏。腐蚀产生物混入水中，是水中杂度增加，加剧受热器上的结垢。高价铁的水垢会引起垢下腐蚀。 3、 发沫或汽水共腾的危害。 锅水不断浓缩，含盐量及碱度不断增高，达到一定值后，就容易在锅筒上部蒸发及产生泡沫、称为发沫，尤以水中有悬浮微粒、油及有机物时发沫现象更易发生。发沫严重时，可以使锅筒汽水不分，成为蒸汽和水泡沫的混合体，这种现象称汽水共腾。 发沫或汽水共腾的危害是： （1） 蒸汽把泡沫带走，也就带走了水，水中的杂质浓度大，会造成过热、总管路积盐甚至堵塞。 或者在汽轮机、热交换器中积盐。 （2） 会使水位显示不准，影响安全运行。 （3） 是过热器中过热温度下降。 三、锅炉给水及过水的水质标准 1、 标准的制订原则：为了防止锅炉由于结垢、腐蚀或发沫而影响锅炉的安全、经济运行，因此对锅炉给 水及锅谁都要求达到一定的标准。它与锅炉的种类和构造（如水管、火管锅炉、有无水冷壁、锅炉的压力高低），用户类别和要求有关（发电还是工业用气、工业用气是直接加热还是间接加热）。常考虑的指标为硬度、含氧量、PH值、含油量。它的指导思想是： （1） 要保证锅炉安全、正常运行，在正常使用年限内，锅炉不因腐蚀过于强烈引起强度损失过大 而不安全或腐蚀产物过多使运行产生故障。 （2） 全局考虑安全员经济的问题，既要安全也经济合理。 （3） 全局考虑给水标准中各项指标的制约关系。 （4） 制定锅水标准时，常常根据锅水中碱度、含盐量氧根浓度对蒸汽品质的影响。通过试验来确 定各项指标。 锅水浓度增加蒸汽质量也逐渐下降，当锅水浓度达到某一浓度时，蒸汽质量会急剧下降，这种突然恶化的转折点称“蒸汽恶化临界点”常常将它的锅水浓度降低25％作为过水的控制“标准” 2、 工业锅炉给水及锅水标准 国家标准局1979年批准了国际《低压锅炉水质标准》，1985年进行了修订，1991、96、01年都进行了修订。本次使用2001年修订的标准，规定了工业锅炉进行时的水质要求。锅炉方设计时应根据锅炉的参数、用途及水质选择运用的处理方法，并配备适当的水处理设备。标准适用于额定出口蒸汽压力的以水为介质的固定式蒸汽锅炉和汽水两用锅炉，也适用于以水为介质的固定式承压热水锅炉和常压热水锅炉。 （1） 蒸汽锅炉和汽水两用锅炉的给水常用锅外化学处理时的水质标准。 （2） 额定蒸发量<＝2t／h，且额定蒸汽压力小于等于1.0MP的蒸汽锅炉和汽水两用锅炉也可采用 锅内加药处理，但必须对结垢、腐蚀和水质加强监督，认真做好加药排污清洗工作。 （3） 承压热水锅炉 给水应进行锅外处理 对额定功率Q小于等于4.2mw水管架式承压的热水锅炉和常压热水锅炉，可采用锅内加药处理，但必须对结垢、腐蚀和水质加强监督，认真做好加药工作。 （4） 直流锅炉给水应采用锅外处理。蒸汽压为1.6MPa （6） 水质标准中的水质指标必须结合具体的锅炉运行条件进行控制。以保证控制住锅炉的结垢， 腐蚀及汽水共腾及发沫。 为了控制锅炉给水的水质，并积累锅炉实际运行效果的相关资料，必须进行经常性的水质分析工作。 水质分析项目和精度随锅炉压力高低而不同。对高压锅炉，油于是用纯水做给水，对于给水及过水水 离子交换反应是两个不同相中进行的，但它同样也服从当量和质量作用定律，并且也是可逆的。 以强酸性阳离子树脂RH对水中的NA+进行的交换为例： 9．离子交换的速度： 离子交换过程可分五步： ① 水中的CA向树脂表面扩散并通过树脂表面的水膜。 ② 通过水膜的CA继续在树脂孔隙中扩散，直到到达某一交换基因的位置。 ③ CA与树脂上的交换基因接触，和NA交换位置。 ④ 被交换下来的NA在树脂颗粒的孔隙内向颗粒表面扩散。 ⑤ NA扩散至颗粒表面，并通过边界水膜，进入水中，再向水中扩散。 第三步树脂上的离子与水中离的交换是离子间的反应，速度很快，第一步，第五步、第二步和第四步是扩散进程，速度慢，一般认为受①树脂本身的交联度②水中离子浓度③水的流速④树脂大小⑤水温等的影响⑥交换基因的性质等。 ㈡ 水的离子交换软化 1. 阳离交换树脂的交换特性：有三种类型的阳离子树脂可进行软化 ⑴钠型树脂的交换：其反应式如下： 从上述反应式可以看出，原水经NA型树脂软化后，水中的CA、MG离子被等量的NA代替，CA型树脂不仅能去除碳酸盐硬度，还能去除非碳酸盐硬度。离子交换后在水中的生成物除了少量残面的钙镁离子外，其余都转化成了钠盐，由于钠盐的溶解度都很大，且随着温度的提高，溶解度升高，这样的水就不会出现结垢现象了，达到软化的目的。 ⑵．强酸性H型树脂的离子交换 同样与MG盐也有上述类似反应的再重复。 上述各反应说明①强度性H型树脂的离子交换可去除碳酸盐硬度，而且在去除了HCO形成的碱度。 ②．同时强酸性H型离子交换树脂，也能去除非碳酸盐硬度，其生成特是为稀酸溶液。 ③．强酸性H型树脂，还与水中的NA反应，生成酸，但这部分交换反应不起软化作用。 ⑶．弱酸性H树脂的交换特性 目前应用得比较广泛的弱酸性H型树脂是丙烯酸型，它的交换基因是羚酸基（－COOH） 弱酸性树脂的离解度低，它只能去除碳酸盐硬度。 它不能去除非碳酸盐硬度，原因是：与非碳酸盐硬度反应后生成酸，这些酸是H2SO4或HCL离解度大，它们离解出来的H+会抑制弱酸树脂上的H+的离解，使离子交换不能进行下去。 弱酸性树脂虽有上述缺点，但它的交换容量大，如国产111＃弱酸性丙烯酸的阳离子交换树脂的总交换容量达9.32毫克当量／克，比普通强酸性树脂高出一倍，而且再生容易，用1克当量的酸再生可得0.9克当量以上的工作交换容量，而强酸性树脂，2克当量酸才能得1克当量的工作交换容量。合理地选用弱酸性树脂，有经济效益，还有排废酸的环境效益泥！ 2. 离子交换软化水的系统 用离子交换法来进行软化水，不是用一用就行的，应当根据要处理的水的水质来进行用哪一种树脂，用什么系统，达到什么目的。 ⑴NA离子交换软化系统 适合于原水碱度不高，不要求降低水中碱度，只要求降低水中CAMG离子的情况，原水经NA离子交换后，水中的CA、MG离子绝大部分被置换成NA，因而硬度降低了，但出水中的阴离子与原水中的一样，也即碱度不变。经过一级钠离子交换可使出水中的硬度降低到0.05毫克当量／升，可以作为低压锅炉的补给水用了。 对于中、高压锅炉补给水的硬度，要求在5微克当量／升以下，这时可以放二级NA离子软化系统 ⑵H――NA型并联离子交换系统 当原水中碱度比较高，不符合使用要求时，要降低碱度，要降碱度可以用化学法加酸的方法。 加酸处理的缺点是增加了水中的溶解固形物，对于锅炉补水不利，另一种方法是采用H――NA型联离子交换方法。 为了使水中保持一定碱度（不能没有碱度，为的是不让在锅内形成CASO4沉淀物，如果要生成CA盐沉淀，最好是生成CACO3↓、CACO3比CASO4好清理） 不能使酸碱正好达到中和的终点，而是保证水中有碱度，碱度的大小是要根据补水的要求而定。有了补给水对碱度的要求，即两种水混合后的碱度，我们设为A混，原水的碱度为A原，总水量为Q，我们在运行中如何来分配H型离子交换，和进NA型离子交换的水量比例。 H－—NA两型进水的分配比例： 设总水量为Q，进RH的小量为QH，进RNA的水量为QNA，原水的碱度A原，混合水的碱度为A混（也就是要求补给水中的碱度）用S代表原水中SO4、CL的含量和单位是（MMOL／L） 第一种情况，H离子交换器以泄漏NA为终点，在这种情况下，经H离子交换器后的强酸阴离子都变成了强酸 强酸量为：S·QH 经NA离子交换器后的水碱度不变，其碱量为A原QNA混合水中的碱度为Q A混。 第二种情况 H离子交换树脂，以泄漏硬度离子为运行终点，这时H离子交换器只是用来去除水中的硬度，对NA盐总体上或平均来说和原水中的含量没变。H离子交换器出水的酸只是与非碱酸盐硬度，HF相当： 本系统适合于需要去除一部分碱度，而且硬度比较离的情况，需要全部水都经RNA处理。 H－NA串联的水量分配计算方法同并联的方法。 在实际运行中，不论是并联还是串联系统，最后都可以增加一个缓冲的NA离子交换器，使系统的工作条件改善，即可以充分提高树脂层的工作交换容量，降低酸耗，水质也有保证。残面碱度可以保持在0.3－0.5mmol/L。 ⑷ 综合H－NA离子交换系统 在一个交换反应器中，放置两种交换树脂，上层为H型，但是弱酸性的，下层为NA型，强酸性的。两者是靠密度差分层的，（弱酸性的阳树脂密度小），两层树脂如何再生？先用硫酸再生H型树脂，然后进行中间正洗，接着进行食盐溶液再生，NACL再生时，不会将树脂上的置换下来，因为弱酸阳树脂的选择性顺序是H+﹥?﹥NA。 弱酸性阳离子的交换基因， 经弱酸阳离子交换后水中产生强酸，但能除碳酸盐硬度和碱度，这个水再经NA离子交换树脂时，除去永久硬度。 这种系统的优点设备简单，不产生强酸，对耐酸设备要求最少。但出水的残余碱度稍高：0.5－1mmo1／。两种树脂的比例计算同H、NA系统计算水流分配比例的算法。 ⑸对H－NA串联系统中的H离子树脂，采用不足酸量再生方式。 主要思想是对H离子树脂的再生，不采用过量的酸再生，而是用理放量的酸来再生，大家知道由于平衡常规总是大于1，即对逆反应，是不利的，用理现值来再生，肯定再生不完全，一定在后面交换层树脂上面有R2CA和R2MG。当再生结束后，重新开始工作后，上层树脂进行交换时： 但是，这里有个问题，上层离子交换产生的酸的浓度不会很高，不足以对下层树脂进行再生，除非下层树脂是弱酸性的。 因此，不足酸再生H树脂的办法只能用在弱酸性阳树脂，也有用在磺化煤上的，因为磺化煤的交换基因除了有－SO3H型，还有COOH型。 不是酸再生运行H树脂的好处是省酸耗。它可除碱但除硬不彻底，所以总是要与NA型离子交换串联使用，串联使用的出水碱度可在0.25－0.5mmol／L。硬度在0.03－0.05mmol／L。在工业锅炉房很少用。 ㈢ 固定床离子交换软化设备 离子交换设备可分固定床和连续床两大类 固定床设备的构造类似于压力滤罐，一般为钢制的圆罐，上下有碟形封头，能承受0.4－0.6MPA的压力。内装1.5－2.0高的离子交换树脂。树脂层表面到配水系统的高度为树脂层的40－80％即0.8－1.6m。 1. 树脂层的工作过程： 原水自上而下流过树脂层，水中的硬度离子如CA离子首先树脂层中的NA进行交换，这一层树脂失效了，水中的CA就渗到下一层进行交换，这样大致可将树脂层分为三个区。 ① 饱和区，即失效区 ② 第二区交换区，在这一区，水中硬度离子与树脂上的NA进行交换，使水中CA的浓度由CO O 这一区也称为工作区 ③ 第三区为未参加交换的树脂层 我们可用以用树脂的高度作纵坐标，用横坐标表示树脂的能和程度，画出下图： 如果进离交换器的水质不宽，进水速度稳定，那么可以想像饱和度曲线的不会变，随着时间的推移，饱和度曲线均匀地下降。当树脂工作层下端和整个树脂层的下端重合时，即CA开始泄漏时，交换器立即停止工作，要进行再生。 从以上讨论中可以看到两点：第一：为保证出水水质，树脂层的最下端就有一个保护层，它的厚度至少等于树脂工作层的高度。（即这一层的交换能力是不能用的）。第二：树脂工作的过程中，除了工作层在工作之外其他部分是闭置的，且树脂高度越大，闭轩的时间越长，工作层高度越大，对树脂的变换容量的利用率也越低。 2. 树脂的再生： ⑴ 再生原理 树脂在失效之后，必须通过再生使它恢复离子交换能力，对NA型树脂而言，再生就是用再生液，NACL使已经成为R2CA的树脂回复到RAN型。 如何使NA上树脂而将CA从树脂上交换下来，反应是遵守平衡规律的，只有加大溶深中的NA，才能使上述反应生成，RNA的方向移动。 因此在钠型离子再生时，一定要使再生液中的NA浓度很高才行。一般为8－10％的食盐水。 同样对H型树脂的再生，可以用HCL再生 再生物CACL溶解度很高，不会产生沉淀，而CASO4溶解度相对要小得多，如果CASO4浓度过高就会在树脂表面沉淀，堵塞树脂内的孔隙，所以用H2SO4再生时，浓度要控制好。 ⑵，再生方式 树脂再生有顺流再生和逆流再生两种 补保护膜用。PH＝5～7 聚磷酸钠与锌盐联合使用时，可以加快保护膜的形成，锌盐用量占取磷酸钠的8－10％。 锌取磷酸钠的8－10％ 锌盐本身也是阴极缓蚀剂，在阴极部位，锌盐与OH反应生成ZN（OH）2沉淀在阴极成膜但这种膜不太牢固，因此要与欺了缓蚀剂配合使用。 （3） 混合物缓蚀剂（吸附型） 混合它缓蚀剂，它的成膜作用是靠极性基团的吸附作用，极性基团能在清洁的金属表面形成单分子膜，一般认为就水基团吸附在金属表面，而疏水基团朝向水，这样开成一道叠壁，阻止阳极的反应，也阻止了阴极的反应。 属于这种吸附缓蚀剂的有（C16H32）2NH、C16H33NH2、（C18H37）NH2等烷基胺类。这类药剂在成膜初期投加量为15mg/L左右，在运行中只要保持n个mg/L。 3．污垢控制； 控制循环冷却水中的污垢，主要是控制水中的悬浮物，杀灭水中的微生物。 ⑴悬浮物的控制 ① 加混合剂，使悬浮物凝结成松散的矾花，沉在集水池底部，通过排污排除。 ② 加旁滤：取循环水量的1－5％进行循环水系统外的过滤，滤后水再回系统。 ③ 加分散剂 ⑵微生物控制：在旁滤中可以去掉一部分微生物，对于水中的藻类，可用防止光照的办法，来抵制它的繁殖。主要还是加药物杀灭、药剂有三类。 ① 氧化型的杀菌剂，主要是：次氯酸钠，次氯酸钙，氯（容易在循环系统中被吹失） ② 非氧化型杀菌剂 氯酸、五氯酸钠，三氯酸钠，硫酸铜 硫酸铜对控制澡类很有效，但铜离子与到铁沉积在铁表面会引起电化学腐蚀，因此，硫酸铜一般不单独使用，而是加整合剂，如EDTA将铜离子整合起来，使它现繁殖，又不沉积到金属表面。氯酸、三氯酸、五氯酸，使用的剂量较高， ③ 表面活性杀菌剂：表面活性剂的作用是吸附到微生物的体表现，破坏细胞膜引起微生物代谢和辅酶外 泄而死亡。季胺盐是阳离子型的表面活性杀菌剂。常用的有：二烷茎三甲基氯化铵 委胺盐的不足：用的剂量比较高而过高的剂量会引起泡沫，还会被水中还原性物质消耗。杀菌剂使用中应 注意的：A：各种杀菌剂不能单独杀死全部菌类，应选几种药配合使用。B:剂量要是够，剂量低了反而细菌生成，并且在保证细菌与药剂接触一定时间后，还有一定剩余浓度。 C：投药方式有三种：连续投、间歇投、瞬时投；瞬时投可以造成冲击性数量。D：为防止微生物的投药性，可以采用几种药轮换使用。 五．循环冷却水的综合处理 综合处理是指从补充水开始全面采取措施防止循环冷却水系统中的结垢，腐蚀问题。 包括从进水就控制补充水的水法，在系统中加旁滤，为了防腐，在系统启动前就对系统进行清洗，矛膜工作，业后在这行中采用复方药剂控制结垢与腐蚀和杀菌。 第三章 水的软化 一概述： ㈠水中阴阳离子间的组合关系 水中的阳离子主要是Ca2+、Mg2+、Na+（K+），还有广量的Fe2+ 水中的阴离子离子HCO3-、SO42-、CL-三种，还有极小的Sio32-。Fe2+和Sio32-在一般的水中很少，但由于中高压锅炉对Sio32-严格的要求。另外Fe2+在水中会产生黄色沉淀，会使水发黄，也是对很多生产和生活有害的，所以要给以关注。 在水中，阴离子与阳离子间的正负电荷是平衡的，阳离子综合＝阴离子综合，单位是 m克当量／L。 正负离子在水中是各自独立的，如果将水逐渐蒸发干时，正负离子会分别组合成化合物，先后从水中排出。 正负离子会优先组合出溶解度小的物质。正负离子的优先析出顺序是： 阳离子主要是Ca2+、Mg2+、Na+（K+）的顺序与阴离子组合 阴离子离子HCO3-、SO42-、CL-的顺序与阳离子组合 根据下面的水质资料，推测阳阳离子的组合 用作图法推判阴阳离子的组合关系 用一定比例的长度，将阴阳离子按先后顺序画条形图 有图解可得，上述水质在析出时的离子组合为： 正负离子在未析出以前，它们在水中是各自独立的，我们只是将其作为假装的组合物。 水中各种粒子所占的比例不同，就会有不同的正负离子组合物。 软化和除盐的途径 这种方法不能去除非碳镁盐硬度 ，如硫酸钙、盐酸钙。同时要加热。很少用了。 药剂法 离子交换法，用离子交换降水中的Ca2+Mg2+转换成Na+，而水中的阴离子不变，Na盐的溶解度很大，不会结垢。 除盐的途径：蒸发、电渗析、反渗透、离子交换 二．药剂软化 1. 石灰软化 石灰软化可以去除水中的碳酸盐硬度 水中的CO2去除是很有必要的，如果不去除上述反应的沉淀物还会重新溶于水 如果水中出现负硬度，即存在假想NAHCO3组合物，也会使上述反应的沉淀物重新组成CA（HCO3）2和MG（HCO3）2。必须使用古物石灰去除负硬度 石灰法软化石灰的用量除了用上述反应式计算理放用量外，还要有0.2－0.4毫克当量／升的过剩较加量，如果水中存在FE2＋离子，还要加上相应的毫克当量／升的CA（OH）2。 由于碳酸钙和氢氧化镁本身有一定溶解度，软化后剩余硬度比较高，水温5度可达1.5毫克当量／升，254－35度时剩余硬度0.5－0.75毫克当量／升，120度时为0.3－0.5毫克当量／升。 石灰只能降低碳酸盐硬度（暂时硬度）对于非碳酸盐硬度高的水可用石灰—纯碱法来软化 剩余硬度可以降到0.3－0.4毫克当量／升。 纯碱比较贵，只用于锅内处理 加药量计算 药剂软化常常是与离子交换软化配合使用，药剂处理作为硬度去除的预处理，以节省后续处理中的再生剂的消耗。 药剂处理中需要有一套溶药设备，投药设备和澄清过滤设备，需要占地也大。因此对于一般工业锅炉的用得较少，而对于火电厂用得比较多。 3 离子交换树脂的命名 ① 命名原创：全名由三部分组成：分类名称、骨架名称和基本名称排列组成。属于大孔型的树 脂，在全名称前加大孔两室以就区别。 ② 基本名称：称为离子交换树脂，如果是酸性的，在基本名称前加“阳”字，碱性的在基本名 称前加“阴”字。如：强酸性笨乙烯系阳离子交换树脂，强碱性季胺工型阴离子交换树脂为了区别同一产品不同品种，在全名称前标有型号，三们阿拉伯数字组成： 3.溶脱性： 干树脂浸入水中，体积会变大。这种现象称溶脱性。用溶脱率表示，溶脱率大小与树脂本身的交联度，交换基因的性质和周围溶液电介质浓度等因素有关。 交联小，溶脱率高，交换基因离解的溶脱率大，交换离子的水全半径大的溶脱率也大。 对于强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴树脂，交换离子不同其溶脱率大小的排序为： 强酸性阳树脂 NA型变成H型时，其体积要增加5％，而强碱性阴树脂CL型变成OH型其体积也要增加5％。脱缩多次对树脂来说容易使其碎裂。大孔型的溶脱率小。 4.机械强度与耐热性能，机械强度取决于变联度，交联高的强度大，但带来的是溶脱率大，孔隙小，影响离子交换速度。 一般大孔性树脂强度低，但使用寿命不比凝胶性树脂短，原因是它在交换和再生的离五换型过程中体积变化不大所致。 一般要求树脂要具有一定的机械强度，要求保证树脂的年耗损量不超过3－7％。 树脂的耐热性：阳树脂可耐100℃或更高；强碱性阴树脂可耐60℃；弱碱性阴树脂可耐80℃以上。当然太低的温度，如低于0℃度，使树脂冰冻会冻裂树脂。 5．酸碱性： 离子交换树脂可以认为是具有不溶性固态本体的多酸或碱，它可以离解出H+或OH+ 根据离子交换基因离解能力的大小，酸、碱性有强弱之分。 强酸性和强碱性树脂它们的离子的离解度大，且受水中的PH值的影响小。 而弱酸或弱碱树脂，它们的离子在水中的离解度小而且受PH值影响大，因此对于弱酸和弱碱性树脂，在使用时对水中的PH值都有一定的有效PH值范围。 6.离子交换树脂的选择性 离子交换树脂对水中的离子进行离子交换有对某种离子优先性，称之为选择性。这种选择性有一定的规律，它和离子交换基因的性能有关系，也受水中离子浓度和温度有关。 在常温和低浓度下，离子交换的优先顺序为 ① 离子价愈高（电荷愈多）愈优先交换。 ② 离子所带电荷相同时，原子序数愈大，优先（即水合离子小的优先） ③ 同是H+、OH的交换，它们与水中离子的优先选择性顺序与它们所在的交换基因，酸碱性强弱有很大 关系。 上述三条基本规律只运用于常温下，水中离子浓度很低的稀溶液中，当水中离子浓度很高时，选择性就会变化 ，甚至完全相反，失效树脂的再生就是这种情况。 7.交换容量，交换容量反映树脂的交换能力大小。有两种表示： ① 总交换容量：全部交换基因都进行了离子交换时所表现出来的能力，这个数值由厂家给出 ② 工作交换容量：树脂在实际工作条件下的交换容量，一般只有总交换容量的60－70％，它是由以下几 个因素决定的，交换终点的控制指标。树脂层高度，水流速度，树脂再生的程度等。 8.离子交换平衡 百度搜索“70edu”或“70教育网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，70教育网，提供经典综合文库工业用水处理技术在线全文阅读。
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