离子交换水处理

    离子交换水处理是指采用离子交换剂，使交换剂中和水溶液中可交换离子产生符合等物质的量规则的可逆性交换，导致水质改善而交换剂的结构并不发生实质性(化学的)变化的水处理方式。在这种水处理方式中，只有阳离子参与交换反应的，称阳离子交换水处理;只有阴离子参与交换反应的，称阴离子交换水处理;既有阳离子又有阴离子参与交换反应的，称阳、阴离子交换水处理。由于原水的水质千差万别，而对出水水质的要求又多种多样，所以有许多种类型的离子交换及某组合的水处理方法，采用这些水处理方法而使原水软化、除碱和除盐。离子交换剂中参与交换反应的离子是钠离子Na+时，此方法称为钠(Na)型离子交换法，此交换剂称为钠(Na)型阳离子交换剂，相类似的，有氢(H)型离子交换法及氢(H)型阳离子交换剂等。

    钠型离子交换法是工业锅炉给水最通用的一种水处理方法。当原水经过钠型离子交换剂时，水中的Ca2+、Mg2+等阳离子与交换剂中的Na+进行交换，降低了水的硬度，使水质得到软化，故这种方法又称为钠离子交换软化法。

(1)再生过程

    在钠离子交换过程中，当软水出现了硬度，且残留硬度超过水质标准规定时，则认为钠离子交换剂已经失效。为了恢复其交换能力，就需要对交换剂进行再生(或还原)。再生过程是使含有大量钠离子的氯化钠(NaCl)溶液通过失效的交换剂层恢复其交换能力的过程。

    此时，钠离子又被离子交换剂所吸着，而交换剂中的钙、镁离子被置换到溶液中去。钠型离子交换剂的再生过程可用如下反应式表示：

    CaR2 + 2NaCl——2NaR + CaCl2

    MgR2 + 2NaCl——2NaR + MgCl2

    生产中多采用食盐(NaCl)溶液作为再生剂。因为食盐比较容易得到，而且再生过程中所形成的产物(CaCl2、MgCl2)是可溶性盐类，很容易随再生液排出去。再生用食盐，大都采用工业用盐，其中杂质含量不宜过多，食盐溶液需澄清过滤后使用。通常认为，10%食盐溶液的硬度不应超过40mmol/L，悬浮物不应大于2%。离子交换剂再生时，一般要用经过澄清的8～10%的盐溶液。总的再生接触时间随离子交换树脂交联度的不同而变化，对于一般交联度7%左右的强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，再生剂和树脂总的接触时间最低应保证45min 以上。

(2)交换过程

    碳酸盐硬度(暂硬)软化过程：

    Ca(HCO3)2 + 2NaR——CaR2 + 2NaHCO3

    Mg(HCO3)2 + 2NaR——MgR2 + 2NaHCO3

非碳酸盐硬度(永硬)软化过程：

    CaSO4 + 2NaR——CaR2 + Na2SO4

    CaCl2 + 2NaR——CaR2 + 2NaCl

    MgSO4 + 2NaR——MgR2 + Na2SO4

    MgCl2 + 2NaR——MgR2 + 2NaCl

    也可以用综合上述反应式的离子式表示：

    Ca2+ + 2NaR——CaR2 + 2Na+

    Mg2+ + 2NaR——MgR2 + 2Na+