阴阳离子的置换用去离子水系统
混床的结构及工艺原理
汽机分场:王振海
混床的定义：
混床是混合离子交换柱的简称，是针对离子交换技术所设计的设备
壹
混床的结构
目
贰
混床的优点
录
肆
叁
混床的工艺原理
混床的运行操作
现在做离子水的工艺大致可分为三种：
第一种：采用阳阴离子交换树脂取得的去离子水，一般 通过之后， 出水电导率可降到10us/cm以下，再经过混床就可以达到1us/cm以 下了。但是这种方法做出来的水成本极高，而且颗粒杂质太多，达 不到理想的要求。目前已较少采用了。
混床的定义：
混床是混合离子交换柱的简称，是针对离子交换技术所设计的
下面先了解离子交换的相关知识。
离子交换
借助于固体离子交换剂中的离子与稀溶液中的离子进行交换，以达 到提取或去除溶液中某些离子的目的，是一种属于传质分离过程的 单元操作。离子交换是可逆的等当量交换反应。 以离子交换剂上的可交换离子与液相中离子间发生交换为基础的分 离方法。广泛采用人工合成的离子交换树脂作为离子交换剂，它是 具有网状结构和可电离的活性基团的难溶性高分子电解质。 离子交换反应是可逆的，而且等当量地进行 离子交换树脂可以再生。将交换耗竭的离子交换树脂和适当的酸、 碱或盐溶液发生交换，使树脂转化为所需要的型式，叫做再生。这 类酸、碱或盐就叫再生剂。 设备 离子交换过程常在离子交换器中进行。离子交换器类似压力滤 池，外壳为一钢罐；离子交换通常采用过滤方式，滤床由交换剂构 成，底部为附有滤头的管系 。
离子交换设备应用
离子交换分离广泛用于：①水的软化、高纯水的制备、环境废水的 净化。②溶液和物质的纯化，如铀的提取和纯化。③金属离子的分 离、痕量离子的富集及干扰离子的除去。④抗菌素的提取床是混合离子交换柱的简称，是针对离子交换技术所设计的设备。 所谓混床，就是把一定比例的阳、阴离子交换树脂混合装填于同一 交换装置中，对流体中的离子进行交换、脱除。由于阳树脂的比重 比阴树脂大，所以在混床内阴树脂在上阳树脂在下。一般阳、阴树 脂装填的比例为1：2，也有装填比例为1：1.5的，可按不同树脂酌 情考虑
去离子水设备去离子水设备工艺原理
去离子水设备工艺原理前言随着科技的发展，现代工业生产对水质的要求越来越高。
传统的自来水经过沉淀、过滤等工艺处理后，虽然能达到一定的卫生指标，但其中仍然含有大量的杂质、矿物质、微生物等，无法满足现代工业生产对水质的要求。
为此，去离子水设备应运而生。
本文将介绍去离子水设备的工艺原理以及常用的原水处理方法。
去离子水设备工艺原理什么是去离子水去离子水是指去除了水中所有溶解的无机盐和有机离子的水，它的电导率通常小于10μs/cm。
去离子水的制备过程包括预处理、反渗透、电离交换和混床净化等不同的阶段。
在预处理阶段，原水需要进行污染物沉淀、过滤等处理；在反渗透阶段，通过高压泵将原水推入反渗透膜中，将水中的溶质和溶剂分离；在电离交换阶段，将反渗透后的水经过阴阳离子交换树脂进行进一步处理，去除还存在的离子杂质；在混床净化阶段，则是对经过上述前三个阶段处理后的水进行混床处理，达到更高的纯度要求。
原水处理方法去离子水设备制备高纯度水需要一个干净、稳定、水质优等的原水源。
如何获得稳定的优质原水往往是制备高纯度水的关键。
在实际生产过程中，原水的质量与行业类型、生产工艺等等都有关系。
常见的去离子水原水处理方法包括：1. 淡水淡水即指自来水。
淡水的水质高低直接影响到后续的处理过程。
在采用自来水作为原水供水的情况下，需进行一些基本处理以满足进水要求。
2. 生化中水生化中水是指工厂的生活给排水再经过生物处理、MVR（真空蒸发浓水），将纯水回收作为原水处理。
生化中水含有易挥发性物质、悬浮物、有机物、微生物等成分，需要进行预处理。
3. 离子交换废水离子交换废水是指反渗透浓水沉淀产生的离子交换废水。
因为具有独特的水质，离子交换废水经过一定改造可以作为ODI（拆离电离）再生原水，制备去离子水。
但是废水处理后产生的高浓度[NaCl]废液处理也是必不可少的。
4. 萃取废水萃取废水是电线、光学、电镀等行业产生的含有复杂有机物和离子的水。
作为制备去离子水的原水之一，需要根据水中有机物的种类进行处理。
去离子水制备原理
• 离子交换装置是一种圆柱形交换柱，树脂
放入圆柱中，水从圆柱上部进入，通过树 脂进行离子交换，然后从下部流出。在制 备去离子水的离子交换装置中，有复床式 和混合床两种。复床式是阳离子交换树脂 和阴离子交换树脂分别装在两个圆柱筒内。
• 离子交换树脂的再生 • 离子交换树脂使用一段时间后，阴阳离子
树脂大部分转变成盐型的离子交换树脂， 他的置换能力大大降低，这时需要对离子 交换树脂进行再生处理。再生时阴离子交 换树脂可用5％～10％的氢氧化钠溶液处 换树脂可用5％～10％的氢氧化钠溶液处 理，阳离子交换树脂可用4 理，阳离子交换树脂可用4～6％的盐酸溶 液处理。处理好的树脂需要大量的水冲洗， 然后才可以正常使用。
子交换树脂。它们的区别是按树脂母体中 含酸性基或是碱性基来决定。具有酸性基 的离子交换树脂，因为他能够吸附溶液中 的各种阳离子（如Na 的各种阳离子（如Na+，K+，Mg2+，Ca2+等） 而析出阳离子氢离子（H 而析出阳离子氢离子（H+），所以叫阳离 子交换树脂。具有碱性基的离子交换树脂， 因为它能吸附溶液中的各种阴离子（如Cl 因为它能吸附溶液中的各种阴离子（如Cl-， SO42-，CO32-等）而析出阴离子氢氧根离子 （OH-），所以叫阴离子交换树脂。
谢 谢
离子交换→紫外光杀菌→微孔过滤膜→ 离子交换→紫外光杀菌→微孔过滤膜→去 离子水
• 粗过滤是由细砂石组成的过滤池，水通过
它后，把水中的较大颗粒的泥沙和污染物 过滤掉。 • 活性炭过滤器用以除去水中残余的有机物 和部分微生物。
• 电渗析就是将水通过带有正负电极和阴阳离子交 • • •
换膜的电渗析器，使水中含有的正负离子被置换 出来，从而使流出来的水的离子浓度大大降低， 达到提高水的纯度的目的。 离子交换是将水通过离子交换树脂，使水中的阴 阳离子分别被树脂吸附，去除水中的无机离子。 紫外光杀菌是通过紫外光照射使水中细菌不能存 活繁殖。 微孔过滤器是将水通过微孔过滤膜把0.5um以上 微孔过滤器是将水通过微孔过滤膜把0.5um以上 的各种颗粒通的水无论是地表水（如湖水、河水）
EDI电去离子工作原理
EDI电去离子工作原理：EDI电去离子装置将离子交换树脂充夹在阴/阳离子交换膜之间形成EDI单元。
EDI工作原理如图所示。
EDI组件中将一定数量的EDI单元间用网状物隔开，形成浓水室。
又在单元组两端设置阴/阳电极。
在直流电的推动下，通过淡水室水流中的阴阳离子分别穿过阴阳离子交换膜进入到浓水室而在淡水室中去除。
而通过浓水室的水将离子带出系统，成为浓水。
EDI技术介绍：EDI电去离子设备一样以反渗透（RO）纯水作为EDI给水。
RO纯水电导率一样是40-2μS/cm（25℃)。
EDI纯水电阻率能够高达17MΩ.cm(25℃)，可是依照去离子水用途和系统工艺、配置不同，EDI纯水适用于制备电阻率要求在Ω.cm (25℃)的超纯水。
EDI电去离子技术的进展历程：近几十年以来，混合床离子互换技术一直作为超纯水制备的标准工艺。
由于其需要周期性的再生且再生进程中利用大量的化学药品（酸、碱）和纯水，并造成必然的环境问题，因此需要开发无酸碱处置的超纯水系统。
正因为传统的离子交换已经愈来愈无法知足现代工业和环保的需要，于是将膜、树脂和电化学原理相结合的EDI技术成为水处置技术的一场革命。
其离子互换树脂的的再生利用的是电，而再也不需要酸碱，因此更知足于现今世界的环保要求。
自从1986年EDI 膜堆技术工业化以来，全世界已安装了数千套EDI电去离子系统，尤其在制药、半导体、电力和表面清洗等工业中取得了大力的进展，同时在废水处置、饮料及微生物等领域也取得普遍利用。
EDI电去离子设备的特点：⊙产水水质高且稳定、连续⊙操作简单、安全⊙不会因再生而停机⊙不需酸、碱化学药剂再生⊙运行费用低于混床⊙占地面积小⊙无污水排放⊙容易实现全自动控制EDI进水水质要求：部份产品规格：。
混床的结构及工艺原理分解
OH－>柠檬酸根3－>SO42－>酒石酸根2－>；草酸根2－>PO43－ >NO2－>Cl－>；醋酸根－>HCO3－
离子交换设备
离子交换设备[1]是指离子交换过程常在离子交换器中进行。离子交 换器类似压力 滤池，外壳为一钢罐；离子交换通常采用过滤方式， 滤床由交换剂构成，底部为附有滤头的管系。 以离子交换剂上的可交换离子与液相中离子间发生交换为基础的分 离方法。广泛采用人工合成的离子交换树脂作为离子交换剂，它是 具有网状结构和可电离的活性基团的难溶性高分子电解质。根据树 脂骨架上的活性基团的不同，可分为阳离子交换树脂、阴离子交换 树脂、两性离子交换树脂、螯合树脂和氧化还原树脂等。用于离子 交换分离的树脂要求具有不溶性、一定的交联度和溶胀作用，而且 交换容量和稳定性要高。[2]
混床的结构及工艺原理
汽机分场:王振海
混床的定义：
混床是混合离子交换柱的简称，是针对离子交换技术所设计的设备
壹
混床的结构
目
贰
混床的优点
录
肆
叁
混床的工艺原理
混床的运行操作
现在做离子水的工艺大致可分为三种：
第一种：采用阳阴离子交换树脂取得的去离子水，一般 通过之后， 出水电导率可降到10us/cm以下，再经过混床就可以达到1us/cm以 下了。但是这种方法做出来的水成本极高，而且颗粒杂质太多，达 不到理想的要求。目前已较少采用了。
第二种：预处理（即砂碳过滤器+精密过滤器）+反渗透+混床工艺， 这种方法是目前采用最多的，因为反渗透投资成本也不算高，可以 去除90%已上的水中离子，剩下的离子再通过混床交换除去，这样 可使出水电导率：0.06左右。这样是目前最流行的方法。 第三种：前处理与第二种方法一样使用反渗透，只是后面使用的混 床采用EDI连续除盐膜块代替，这样就不用酸碱再生树脂，而是用电 再生。这就彻底使整个过程无污染了，经过处理后的水质可达到： 15M以上。但这这种方法的前期投资比较多，运行成本低。根据各 公司的情况做适当的投资。最好不过了。
[参考资料]去离子水的制备(微型实验)
![[参考资料]去离子水的制备(微型实验)](https://img.taocdn.com/s3/m/54c4b5752bf90242a8956bec0975f46526d3a772.png)
[参考资料]去离子水的制备（微型实验）实验目的1. 了解硬水、软水和去离子水的概念。
2. 学习、掌握离子交换法制取去离子水的原理和方法。
3．进一步熟悉微型离子交换柱的操作, 学习使用电导仪。
实验原理工农业生产、科学研究和日常生活用水, 对水质各有一定的要求。
通常将溶有微量或不含Ca2+、Mg2+等离子的水叫软水, 而将溶有较多Ca2+、Mg2+离子的水叫硬水。
自来水中常溶有钙、镁、钠的碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐和氯化物以及某些气体和有机物等杂质, 属于硬水。
为了除去水中杂质, 常采用蒸馏法和离子交换法。
本实验用离子交换树脂制取去离子水。
自来水流经阳离子交换树脂柱时, 水中Na+、Mg2+、Ca2+等阳离子被树脂交换吸附, 发生如下反应:由交换柱底部流出的水, Ca2+, Mg2+含量显著减少, 已是软水。
此软水中还含有阴离子，如、、等需经过阴离子交换树脂柱而除Cl SO CO -42-32-去。
阴离子交换树脂是一类含有季胺基（≡N —Cl ）等碱性基团的高分子固态珠状物, 以R —Cl 表示。
它以NaOH 转型为R —OH 后, 能与阴离子发生如下交换反应:经过阴、阳离子交换柱以后的水, 杂质阴、阳离子均已除去, 故称为去离子水。
为进一步提高水质, 可在阴离子交换柱后再串接一个阴、阴离子交换树脂混合柱, 其作用相当于多级交换。
纯水是弱电解质, 含有可溶性杂质后常使电导能力增大。
测定水样的电导率, 可以确定水的纯度。
各种水样电导率的大致范围列于表。
表、各种水样的电导率水的纯度还可以用化学法来检测。
Mg2+离子用铬黑T指示剂检出[注1]；Ca2+离子用钙指示剂检出[注2]。
仪器与药品电导率仪, 0.7mL与5mL的井穴板各2块, 组装微型离子交换树脂柱的器材3套, 15mL锥形瓶4只, 多用滴管若干支。
732型强酸性阳离子交换树脂和717型强碱性阴离子交换树脂各 1.5g, 1mol·L-1NaOH, 1mol·L-1HCl, 0.2mol·L-1氨水, 0.1mol·L-1AgNO30.1mol·L-1BaCl2, NH3—NH4Cl缓冲溶液（5.4gNH4Cl溶于少量蒸馏水中加35mL浓氨水, 再以蒸馏水稀释到100mL, 此溶液pH=10）, 铬黑T, 钙指示剂, pH试纸实验内容与步骤1. 阴离子交换树脂柱的准备取强碱性阴离子交换树脂1.5g置于5mL井穴板中, 以4mL 1mol·L-1NaOH溶液浸泡过夜使其转型变为R—OH树脂。
去 离 子 水 操 作 规 程
去离子水操作规程1、工艺流程自来水常压活性炭粒径5*20 精密过滤器精度5微米阳离子交换器型号T32# 中间水箱泵阴离子交换器型号T1T 混合离子交换器阴阳=2：1 纯水箱泵用水点2、再生工艺流程浓碱（片碱99%）阴床稀碱箱混合床（阴树脂）纯水箱自流酸碱配至4%~6%再生液为树脂体积2倍阳床混合床（阳树脂）（再生液是树脂体积4倍）3、清洗工艺流程反洗时间30分钟反洗时间20分钟自来水正洗时间15分钟正洗时间10分钟反洗时间15分钟精密过滤器正洗PH=5阳床中间水箱反洗时间10~15分钟正洗PH=7反洗时间10~15分钟先进碱后阴树脂阴床混合床正洗PH=7后进酸正洗PH=6 阳树脂* 注工艺流程各设备作用a、活性炭：主要去除自来水中的余氯，色素及有机物等b、精密过滤器：主要去除截流≥5微米的颗粒c、阴床：主要吸附水中的阴离子及有机物，使水得到净化d、阳床：主要是吸附水中阳离子，生成无机盐进行下一步的处理e、混合床：主要总合的更进一步去除水中的阳，阴离子，使水达到更好的目的4、正常进行开启阀门该设备分为二部分：第一部分从活性碳至阳床为前处理；第二部分从中间水箱至混合床为后处理。
开机时,首先开前处理部分，后开后处理部分，如中间水箱比较满也可以倒序，无论开哪部分，必须从后往前开启阀门；关机时必须先关进水后关闭其他。
第一部分开启阀门—阳床：出水，上进。
精密过滤器：出水，进水。
活性炭：出水，自来水缓慢打开上进，使之流量达到1000L/H即可第二部分开启阀门：混合床：出水，上进。
阴床：出水。
然后启动中间水泵，缓慢打开上进。
使之流量以前相同达到相平行目的技术指标：正常运行流速为15M/H，流量1000L/H阳床PH≥6，应偏酸如PH=7视为失效应立即再生e、是混合床阳树脂体积的4倍。
打开下进、中排，缓慢开启进酸，流量300L/H。
打完后关进酸、酸泵、中排，才开下排，开启前面所有正常运行阀及泵，冲洗进水管中的酸液使下排口基本无酸液，然后打开上进、关下进、打开上排关下排，使上排口无酸液，然后进行正洗不能反洗，应立即正洗。
EDI系列高纯水设备基本工艺流程
EDI系列高纯水设备基本工艺流程一、EDI系列高纯水设备工作原理EDI模块将离子交换树脂充夹在阴/阳离子交换膜之间形成EDI单元。
EDI 模块中将一定数量的EDI单元间用格板隔开，形成浓水室和淡水室。
又在单元组两端设置阴/阳电极。
在直流电的推动下，通过淡水室水流中的阴阳离子分别穿过阴阳离子交换膜进入到浓水室而在淡水室中去除。
而通过浓水室的水将离子带出系统，成为浓水EDI设备一般以二级反渗透(RO)纯水作为EDI给水。
RO纯水电阻率一般是40-2μS/cm(25℃)。
EDI纯水电阻率可以高达18MΩ.cm(25℃)，但是根据去离子水用途和系统配置设置，EDI超纯水适用于制备电阻率要求在1-18.2MΩ.cm(25℃)的纯水。
二、EDI系列高纯水设备技术参数EDI高纯水设备是应用在反渗透系统之后，取代传统的混床离子交换技术(MB-DI)生产稳定的超纯水。
EDI技术与混合离子交换技术相比有如下优点：①水质稳定②容易实现全自动控制③不会因再生而停机④不需化学再生⑤运行费用低⑥厂房面积小⑦无污水排放三、EDI系列高纯水设备工艺流程高纯水设备通常由原水预处理系统、反渗透纯化系统、超纯化后处理系统三部分组成。
预处理的目的主要是使原水达到反渗透膜分离组件的进水要求，保证反渗透纯化系统的稳定运行。
反渗透膜系统是一次性去除原水中98%以上离子、有机物及100%微生物(理论上)最经济高效的纯化方法。
超纯化后处理系统通过多种集成技术进一步去除反渗透纯水中尚存的微量离子、有机物等杂质，以满足不同用途的最终水质指标要求。
预处理系统通常由聚丙烯纤维过滤器和活性炭过滤器组成。
对硬度较高的原水还需加装软化树脂过滤器。
PP滤芯可高效去除原水中5μm以上的机械颗粒杂质、铁锈及大的胶状物等污染物，保护后续过滤器，其特点是纳污量大，价格低廉。
AC活性炭滤芯可高效吸附原水中余氯和部分有机物、胶体，保护聚酰胺反渗透复合膜免遭余氯氧化。
软化树脂可脱除原水中大部分钙镁离子，防止后续RO膜表面结垢堵塞，提高水的回收率。
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阴阳离子的置换用去离子水系统去离子水系统概述
去离子水系统既是离子交换系统，离子交换系统是通过阴、阳离子交换树脂对水中的各种阴、阳离子进行置换的一种传统水处理工艺。
阴、阳离子交换树脂按不同比例进行搭配可组成离子交换阳床系统，离子交换阴床系统及离子交换混床系统，而混床系统又通常是用在反渗透等水处理工艺之后用来制取超纯水。
高纯水的终端工艺，它是用来制备超纯水、高纯水不可替代的手段之一。
工作原理采用离子交换方法，可以把水中呈离子态的阳、阴离子去除，以氯化钠(NaCl) 代表水中无机盐类，水质除盐的基本反应可以用下列方程式表达：
去离子水系统
1阳离子交换树脂：R— H+Na+ F—Na+H+2阴离子交换树
脂：F—OH+CI- R—CI+OH-阳、阴离子交换树脂总的反应式即可
写成：RH+ROH+Na——RNa+RCL+H2由此可看出，水中的NaCI
已分别被树脂上的H+和OH所取代，而反应生成物只有H2O故达到了去除水中盐的作用。
第二种：预处理（即砂碳过滤器+精密过滤器）+反渗透+混床工艺这种方法是目前采用最多的，因为反渗透投资成本也不算高，可以去除90%以上的水中离子，剩下的离子再通过混床交换除去，
这样可使出水电导率：0.06左右。
这样是目前最流行的方法。
第二种：米用两级反渗透方式其流程如下：自来水f多介质过滤器f 活性炭过滤器f软化水器f中间水箱f低压泵f精密
过滤器f—级反渗透f PH调节f混合器f二级反渗透（反渗透膜
表面带正电荷）f纯水箱f纯水泵f微孔过滤器f用水点
第四种：前处理与第二种方法一样使用反渗透，只是后面使用的混床米用EDI 连续除盐膜块代替，这样就不用酸碱再生树脂，而是用电再生。
这就彻底使整个过程无污染了，经过处理后的水质可达到：15M以上。
但这这种方法的前期投资比较多，运行成本低。
其流程如下：原水f多介质过滤器f活性炭过滤器f软化水器f中间水箱f低压泵f PH值调节系统f高效混合器f精密过滤器f高效反渗透f中间水箱f EDI水泵f EDI系统f微孔过滤器f用水点
新型工艺根据应用的行业不同，应用去离子水系统的工艺也不同，我们这里以镀膜玻璃镜片清洗超纯水制取工艺为例：
1、预处理f反渗透f中间水箱f水泵f EDI装置f纯化水
箱f纯水泵f紫外线杀菌器f抛光混床f精密过滤器f用水对
象（＞18M Q.CM）（最新工艺）
2、预处理-一级反渗透-加药机（PH调节）-中间水箱―第二级反渗透（正电荷反渗膜）—纯水箱—纯水泵—EDI装置—紫外线杀菌器-精密过滤器-用水对象（＞17M Q .CM）（最新工艺）
3、预处理-反渗透-中间水箱-水泵- EDI 装置-纯水箱 -纯水泵-紫外线杀菌器-精密过滤器-用水对象
（＞15M Q .CM）（最新工艺）
设备工艺特点离子交换设备是传统的去离子水系统，它的产水水质稳定，造价相对较低。
在以往的电厂锅炉补给水都是采用阳床+阴床+混床处理工艺。
随着反渗透、EDI 等工艺的发展，离子交换设备操作复杂，不容易实现自动化，浪费酸碱，运行成本高等缺点更加突出，更多的应用于反渗透的深度处理。
小型的离子交换设备常采用有机玻璃交换柱，有利于观察树脂运行情况。
如混合离子交换器再生分层是否充分，阳离子是否“中毒” 等，树脂损耗情况等。
大型的离子交换设备则采用碳钢内衬环氧树脂或衬胶，中间预留可视装置，以便于离子再生时在线观测再生液水位状况。
技术资料来源于莱特莱德工程公司
应用领域
1、工业超纯水处理工艺，是目前工业用超纯水的制备上应用最多的一种工艺之一。
2、食品工业离子交换树脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工业装置上。
3、制药工业离子交换树脂对发展新一代的抗菌素及对原有抗菌素的质量改良具有重要作用。
链霉素的开发成功即是突出的例子。
4、合成化学和石油化学工业在有机合成中常用酸和碱作催化剂进行酯化、水解、酯交换、水合等反应。
5、电镀废液中的金属离子，回收电影制片废液里的有用物质等。
6、湿法冶金及其他离子交换树脂可以从贫铀矿里分离、浓缩、提纯铀及提取稀土元素和贵金属。