第三章 水的离子交换软化处理
离子交换软化原理
离子交换软化原理：
设计计算
中小型中低压锅炉用水、宾馆和冷却用水,同常须进行软化后使用。
软化即通过离子交换或其他方法去除水中钙、镁离子的过程。
软化后的用水，不产生钙、镁结垢，防止了锅炉、冷却循环管路的堵塞和热交换率的降低。
由于各种水源水硬度不同，采用离子交换进行软水时，离子交换树脂的失效周期会长短不一。
因此，为了便于生产管理和设备运行，须进设计计计算，从而确定软水设备的大小和型号。
1、罐体的确定
滤速选定为25m/h，水量设定为4T/h，进水硬度设定为 1meq/L
罐体直径的平方为：1.27(4/25)=0.2032,即直径为:0.4508(米),约合18英寸
因此,罐体选为18*65型。
2、再生周期的确定
18*65型罐体树脂装填量为158升，每升树脂交换量为 1000meq/L，即再生周期为：（158*1000）/（4*1*1000）=39.5(小时)
3、控制头选型
根据罐体选择控制头型号为: Fleck2750、Fleck9500、AutoTrol180
设备选型。
《水的离子交换处理》课件
制备和应用
离子交换树脂可通过聚合反应、 固化反应等方式制备。目前广泛 应用于水处理、制药等领域。
水的离子交换处理技术
基本过程
离子交换处理的基本过程包括水的预处理、树脂选择、离子交换吸附、树脂再生等。
主要工艺流程
离子交换处理技术的主要工艺流程包括单床工艺、多床工艺、混床工艺等。
应用范围和优势
离子交换处理技术可应用于饮用水、工业用水、海水淡化等领域，具有高效、环保、可靠等 优点。
பைடு நூலகம்
质的监测与管理
1
重要性和意义
水质的监测和管理是保障用水安全、合理利用水资源的重要手段。
2
方法和技术
水质的监测可通过采集水样、测定水质指标、分析水质污染源等方式进行。
3
未来发展方向
未来水质监测将引入更先进的技术和设备，提升监测精度和效率。
总结
离子交换处理技术的作用
离子交换处理技术在水的净化 和处理中发挥着重要作用。
离子交换处理技术的优缺 点
离子交换处理技术具有高效、 环保等优点，但存在成本较高 等缺点。
未来的发展趋势
未来离子交换处理技术将朝着 智能化、高效化方向发展。
Q&A
• 问：离子交换处理技术是否还存在着局限性？ • 答：离子交换处理技术存在着成本较高、树脂寿命有限等局限性，需
要不断完善和优化。 • 问：离子交换处理技术与其他净水技术相比，有何优劣之处？ • 答：离子交换处理技术相对于其他净水技术具有高效、环保等优点，
离子交换处理的原理是通
净化水质的技术。
水中的重金属离子、放射
过交换树脂上的离子与水
性物质和其他污染物，是
中的离子进行交换，使水
保障水安全的重要手段。
试验三离子交换软化-安徽建筑大学
二、原理
快滤池滤料层能截留粒径远比滤料孔隙小的水中杂质，主 要通过接触絮凝作用，其次为筛滤作用和沉淀作用，当过 滤水头损失达到最大允许水头损失时，滤池需进行冲洗。 为了保证滤后水质和过滤流速，当过滤一段时间后需要进 行反冲洗，使滤层在短时间内恢复截污能力。反冲洗的方 式多种多样，但其原理是一样的。反冲洗开始时承托层、 滤料层未完全膨胀，相当于滤池处于反向过滤状态。当反 冲洗速度增大后，滤料层完全膨胀，处于流态化状态。根 据滤料层膨胀前后的厚度便可求出膨胀率： L L0 e 100% L0
2. 反冲洗过程
将测量结果填入下表
五、注意事项
1. 反冲洗滤柱中的滤料时，不要使进水阀门 开启过大，应缓慢打开以防滤料冲出柱外。 2. 反冲洗时，为了准确地量出沙层的厚度， 一定要在沙面稳定后再测量。
六、成果整理
1. 过滤过程 1）将过滤时所测流量、测压管水头损失填 入下表； 2）根据表中数据绘出流速v与水头损失h的 关系曲线； 3）绘制流速与出水浊度关系图。
7. 打开1、2、5、10、8、12、14阀门，将蠕动泵 进水口投入进水池，保持蠕动泵转速20rpm不变 淋洗阴床15min。调节蠕动泵转速到120rpm，测 14﹟阀门出水，直到出水电导率小于200μS/cm。 8. 开始除盐实验。保持阀门开启顺序不变，调整蠕 动泵转速分别为70、 90rpm，每种转速运行5分 钟，测14﹟阀出水电导率及pH。 9. 结束实验。 注意：步骤6、7之间由于管路内有碱液，应打开 阀门1、3、6用原水清洗管路。
5. 悬浮物测定方法： 1将定量滤纸置于称量瓶内烘至恒重W1； 2将抽滤水样后滤纸放入称量瓶中，烘至恒重W2；3悬浮 物浓度
C W W2 W1 V V
布氏漏斗
给排水综合：水的软化处理有哪些基本方法.doc
给排水综合：水的软化处理有哪些基本方法软化处理的基本方法有三种。
（1）化学软化法就是在水中加入一些药剂，从而把水中的钙、镁离子转变为难溶的化合物，并使其沉淀析出。
如石灰软化法等。
（2）离子交换软化法利用离子交换剂活性基团中的H+、Na+等阳离子与水中的硬度成分Ca2+、Mg2+进行离子交换，从而除去Ca2+、Mg2+以达到软化的目的。
（3）热力软化法就是将水中热到100℃或100℃以上，在堵沸过程中，使水中的钙、镁的碳酸氢盐转变为CaCO3和Mg（OH）2沉淀去除。
热力软化法只能基本上除去碳酸盐硬度，而不能去除非碳酸盐硬度。
此外，还有电渗析软化法等，但通常使用的主要方法是离子交换软化法和化学软化法。
第三章水的软化(3)
运行过程
通水流速影响因素：
1、进水水质； 2、出水水质要求； 3、出水水量； 4、水流通过交换层的 阻力； 5、运操作方便、容易掌握； 每个周期都反洗，适应悬浮物较高的原水； 适合与原水含盐量不高，硬度不高的情况； 缺点： 再生后树脂底部仍然存在失效树脂，不适合 含盐量高，硬度大的条件； 为了保证出水质量，必须保证较高的再生度， 因而消耗再生剂较多，运行费用高。
移动床运行过程：
流动床交换系统
存在问题： 1、适应水质变化差； 2、树脂磨损大； 3、厂房高； 4、交换塔流速不宜太 高
排水装置
排水装置的作用：排水均匀、反洗时分配水均匀； 直径小于1m，常采用排水帽式； 直径较大的交换器，采用石英砂垫层。
石英砂垫层级配高度
颗粒 直径 /mm
1～2 2～4 4～8
层高/mm
交换器 1～2m 150 100 100 交换器 2～3m 200 100 150
颗粒直 径/mm
层高/mm
交换器 交换器 1～2m 2～3 150 200 200 700 250 900
8～16 16～32 总高度
再生液分配装置
直径小于500mm的交换器，通常不设独立的再生液分 配装置，直接使用进水装置； 直接大于500mm的交换器，另外设立再生液分配装置， 如下几种：
顺流再生离子交换器的运行
五个步骤：运行－反洗－再生－置换－正洗－运行
特点
工作方式：与逆流再生正好相反；运行时， 水自下而上将树脂托起，称为浮动；再生时， 水自上而下。 分类： 浮床：树脂全部托起并压实（目前采用较 多） 浮动床：树脂底部一部分呈流态化。
结构分析
底部进水装置： 石英垫层在运行流速 低于80m/h情况下，不 会出现乱层和垫层移 动。但是当进水浊度 较高时，大量悬浮物 进入石英层，无法清 洗，造成维修困难。
水软化原理
水软化原理
水软化是通过去除水中的硬度离子，减少水中的钙和镁离子含量，使得水变得更加软化的过程。
水中的钙和镁离子会导致水的硬度增加，而硬水不仅会对水质产生不良影响，还会影响到家用电器的使用寿命。
水软化的原理主要有两种：离子交换和反渗透。
离子交换是水软化处理中常用的方法之一。
在离子交换过程中，硬水通过一个含有阴离子交换树脂的交换柱，水中的钙和镁离子会与树脂表面上的钠离子发生交换反应，从而使得水中的钙和镁离子被去除或减少，而交换树脂上的钠离子则被释放出来，充当软化水的作用。
这种方法可以有效地去除水中的硬度离子，使得水变得更加软化。
反渗透是另一种常用的水软化方法。
反渗透是利用半透膜，通过水的渗透压差来实现水中的钙和镁离子的去除。
在反渗透过程中，水被迫通过一个半透膜，而其中的钙和镁离子则无法通过半透膜，从而实现水的软化。
这种方法可以去除水中的硬度离子以及其他杂质，得到更纯净的水。
无论是离子交换还是反渗透，都能够有效地去除水中的硬度离子，实现水的软化。
通过这些处理方法，人们可以得到更适合家庭和工业使用的水，延长水管、水器具的使用寿命，同时也减少对环境的污染。
离子交换软化实验
8、清洗完毕结束实验，交换柱内树脂应浸泡在水中。
9、测水样总硬度
以上所测数据分别记录与基本数据记录表和软化与除盐实验记录表中
五、实验数据记录与处理
原水样消耗EDTA的体积三个平行样V1=5.1mlV2=4.9mlV3=5.00ml
软化
t/min
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
80l/h
v/ml
0.00
0.00
0.40
0.60
0.80
0.20
1.70
1.70
2.60
2.60
3.00
4.00
5.00
六、注意事项
三、实验设备及材料
离子软化与除盐实验装置、量筒（100ml、10ml各1个）、滴定管、架（50ml酸式、50ml碱式各2个）、烧杯（500ml、50ml各1个）、三角烧瓶（250ml，2个）、容量瓶（500ml、50ml）各1个、移液管（50ml、25ml各1支）、干燥皿（1个）、EDTA标准溶液（0.02mol/L）、铬黑T指示剂、pH=10缓冲溶液、（NH）HCl标准溶液（0.1mol/L）、酚酞指示剂、（1%）甲基橙指示剂（0溶液再生。
（1）氢离子交换（阴离子型）:
交换过程：RH+HCl=RNa+H2O
再生过程：2R+2HCL=2RH+Na2Cl2
H2SO4 SO4
(2)氢氧根离子交换（阴离子型）
离子交换软化实验报告
1实验目的(1)熟悉顺流再生固定床运行操作过程；(2)加深对钠离子交换基本理论的理解。
2实验原理当含有钙离子或镁离子是造成水硬度的主为成分。
当含有钙离子或镁离子的水通过装有阳离子交换树脂的交换器时，水中的Ca2+及Mg2+便与树脂中的可交换离子（钠型树脂中的Na+,氢型树脂中的H+）交换，使水中的Ca2+和Mg2+含量降低或基本上全部去除，这个过程叫做离子交换树脂对水的软化。
钠离子交换用食盐（NaCl）再生，氢离子交换用盐酸或硫酸再生。
基本反应式如下:（1）钠离子交换软化再生（2）氢离子交换交换再生钠离子交换的最大优点是不出酸性水，但不能脱碱；氢离子交换能去除碱度，但出酸性水。
本实验采用钠离子交换。
3实验内容3.1实验设备与试剂表3-1 实验中所用试剂及说明仪器（试剂）数量或说明软化装置 1 套100 mL量筒 1 个秒表 1 块2000 mm钢卷尺 1 个测硬度所需用品若干食盐1000 g3.2实验装置实验装置如图3-1所示。
图3-1 离子树脂交换装置1—软化柱；2—阳离子交换树脂；3—转子流量计；4—软化水箱；5—定量投再生液瓶；6—反洗进水管；7—反洗排水管；8—清洗排水管；9—排气管3.3实验步骤(1)熟悉实验装置，搞清楚每条管路、每个阀门的作用；(2)测原水硬度，测量交换柱内径及树脂层高度；用100 mL吸管移取三份水样，分别加5mL NH3-NH4Cl缓冲溶液，2~3滴铬黑T 指示剂，用EDTA 标准溶液滴定，溶液由酒红色变为纯蓝色即为终点。
(3)将交换柱内树脂反洗数分钟，反洗流速采用15 m/h，以去除树脂层的气泡；(4)软化：运行流速采用15 m/h，每隔10 min测一次水硬度，测两次并进行比较；(5)改变运行流速：流速分别取20、25、30 m/h，每个流速下运行5 min，测出水硬度；(6)反洗：冲洗水用自来水，反洗结束将水放到水面高于树脂表面10 cm左右。
(7)根据软化装置再生钠离子工作交换容量（mol/L），树脂体积（L），顺流再生钠离子交换NaCl 耗量（100~120g/mol）以及食盐NaCl 含量（海盐NaCl 含量≥80～93%），计算再生一次所需食盐量。
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凡是大孔型树脂，在型号前面加“ ” 表示， 凡是大孔型树脂 ， 在型号前面加 “ D”表示 ， 凝胶型树脂 的交联度值，在型号后用“×”号连接阿拉伯数字表示 号连接阿拉伯数字表示。 的交联度值，在型号后用“×”号连接阿拉伯数字表示。 例如201 即为强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂， 例如 1×7即为强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂，交联度 111为大孔型弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂 为大孔型弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂。 为7%；D111为大孔型弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂。
交联剂是固定树脂形状和增强树脂机械强度的成分， 交联剂是固定树脂形状和增强树脂机械强度的成分， 常用的交联剂是二乙烯苯。 常用的交联剂是二乙烯苯。交联剂在离子交换树脂内 的百分含量称为交联度。 的百分含量称为交联度。
树脂内交联剂的含量（ g） * 100% 交联度 = 树脂的量（ g )
交换基团是连接在单体上具有活性离子的基团。 交换基团是连接在单体上具有活性离子的基团。 离子交换树脂是采用单体和交联剂共聚合， 离子交换树脂是采用单体和交联剂共聚合，生成凝胶状的 共聚物作为骨架，引入离子交换基团而合成的。 共聚物作为骨架，引入离子交换基团而合成的。 树脂内部形成不同的孔型结构， 树脂内部形成不同的孔型结构，常见的有凝胶型和大孔型 两种。凝胶型的孔径极小，一般在0.3nm以下 ， 它只能通 以下， 两种 。 凝胶型的孔径极小 ， 一般在 以下 过直径很小的离子， 过直径很小的离子，大孔型树脂常用于清除分子较大的杂 质。 国产离子交换树脂的牌号主要由三位阿拉伯数字组成， 国产离子交换树脂的牌号主要由三位阿拉伯数字组成，数 字从左到右的第一位代表产品交换基团的性质， 字从左到右的第一位代表产品交换基团的性质，为分类代 第二位代表骨架组成的骨架代号； 号；第二位代表骨架组成的骨架代号；第三位数字为顺序 用以区别交换基团或交联剂的差异。 号，用以区别交换基团或交联剂的差异。
第三章 水的离子交换软化处理
第一节 离子交换基础知识
离子交换是一类特殊的固体吸附过程， 离子交换是一类特殊的固体吸附过程 ， 它是由离子交换剂在 电解质溶液中进行的。 电解质溶液中进行的 。 凡是能够进行离子交换的物质都称为 离子交换剂。 离子交换剂。
一、离子交换树脂
1.离子交换树脂结构、孔型和牌号 离子交换树脂结构、 离子交换树脂结构 离子交换树脂主要是由单体、交联剂和交换基团三个部分组 离子交换树脂主要是由单体、 成。 单体是能聚合成高分子化合物的低分子有机物，是离子交换 单体是能聚合成高分子化合物的低分子有机物， 树脂的主要组成成分，也称为母体。 树脂的主要组成成分，也称为母体。
2. 离子交换树脂的性能
（1）离子交换树脂的物理性能 ） ①形状 ②粒度 ③颜色
ห้องสมุดไป่ตู้