硬水软化的方法

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硬水软化的方法

一、软水和硬水：

水是日常生活中不可缺少的物质。天然水在长期与空气、岩石和土壤等长期接触，溶解了许多无机盐、有机物等杂质，因而天然水一般均含有杂质。(水中溶解的无机盐有钙和镁的酸式碳酸盐、碳酸盐、氯化物、硫酸盐、硝酸盐等)。

(提问) 一般天然水里含有哪些离子

根据水中溶有的钙镁离子的量多少，可以将水进行分类：硬水：含有较多Ca2+、Mg2+离子的水。（如：天然水等）软水：含有较少Ca2+、Mg2+离子的水。（如：雨水，蒸馏水等）

二、硬水的性质及分类：

1、硬水的通性：

★肥皂水制备：

将中性肥皂削成薄片，取10g溶于 100mL 80%的酒精中，静置数日后，倾出上层清液，再用80%的酒精稀释10倍。

★天然水：

要先进行检验，如Ca2+、Mg2+离子含量较少，可适当溶进少量的可溶性钙、镁盐，以使与蒸馏水有明显区别。

水的硬度：以水中溶有Ca2+、Mg2+离子的多少来衡量。

水的硬度是天然水固有的内在特征，不存在没有硬度的天然水。

★国际上对水的硬度的表示方法很不统一。我国目前以“德国度”表示。该方法是：将水中的Ca2+、Mg2+离子都看作Ca2+离子，并将其质量折算成CaO的质量，1L 水中含有10mg CaO 称为1度。

0 – 4 度很软的水

4 – 8 度软水

8 – 16 度中硬水

16 – 30 度硬水

30以上最硬水

为保证人们身体健康，我国饮用水的硬度统一规定为不超过25度。

2、硬水的分类：

由引起硬水的原因不同，硬水可分为：

暂时硬水：由钙和镁的碳酸氢盐所引起的硬水硬水

永久硬水：由钙的镁的硫酸盐、氯化物等引起的硬水。

★天然水大多同时具有暂时硬度和永久硬度.因此,一般所说水的硬度是泛指上述两种硬度的总和。

3、暂时硬水的性质：

由于暂时硬水是由碳酸氢盐所引起的，因而当暂时硬水受热时会分解而得到相应的沉淀如： Ca(HCO3)2 == CaCO3↓ + CO2↑ + H2O

Mg(HCO3)2 == MgCO3↓ + CO2↑ + H2O

但由于氢氧化镁的溶解性比碳酸镁的溶解性要小得多，因而继续加热时，碳酸镁要转化为氢氧化镁：

MgCO3 + 2H2O == Mg(OH)2↓ + CO2↑

因而长期加热暂时硬水得到的水垢是碳酸钙和氢氧化镁的混合物。利用这个性质可区别暂时硬水与永久硬水。

三、硬水的软化：

概念：降低水中钙、镁离子的含量，就叫做硬水的软化。

软化硬水常用有方法：

(一) 加热煮沸法：只能降低水的暂时硬度，不能降低永久硬度。

(二) 药剂软化法：（石灰纯碱法）

利用加入药剂的方法来降低水中钙、镁离子的含量。

(三)离子交换法：

离子交换剂包括天然或或人造沸石、磺化煤和离子交换树脂等物质。

磺化煤使硬水软化的原理：

当硬水通过时，硬水里的钙离子和镁离子与磺化煤的钠离子发生离子交换，生成CaR2和MgR2 ，因而实现溶液中的钙、镁离子含量的降低，硬水软化。其方程式为：

2NaR + Ca2+ == CaR2 + 2Na+

2NaR + Mg2+ == MgR2 + 2Na+

硬水又分为暂时硬水和永久硬水。暂时硬水的硬度是由碳酸氢钙与碳酸氢镁引起的，经煮沸后可被去掉，这种硬度又叫碳酸盐硬度。永久硬水的硬度是由硫酸钙和硫酸镁等盐类物质引起的，经煮沸后不能去除。以上两种硬度合称为总硬度。

当水滴在大气中凝聚时，会溶解空气中的二氧化碳形成碳酸。碳酸最终随雨水落到地面上，然后渗过土壤到达岩石层，溶解石灰（碳酸钙和碳酸镁）产生暂时硬水。一些地区的溶洞和溶洞附近的硬水就是这样形成的。

硬水有许多缺点：1.和肥皂反应时产生不溶性的沉淀，降低洗涤效果。（利用这点也可以区分硬水和软水）2.工业上，钙盐镁盐的沉淀会造成锅垢，妨碍热传导，严重时还会导致锅炉爆炸。由于硬水问题，工业上每年因设备、管线的维修和更换要耗资数千万元。3.硬水的饮用还会对人体健康与日常生活造成一定的影响。没有经常饮硬水的人偶尔饮硬水，会造成肠胃功能紊乱，即所谓的“水土不服”；用硬水烹调鱼肉、蔬菜，会因不易煮熟而破坏或降低食物的营养价值；用硬水泡茶会改变茶的色香味而降低其饮用价值；用硬水做豆腐不仅会使产量降低、而且影响豆腐的营养成分。

那么硬水毫无是处了吗？不对，否则怎么会有那么多的人买矿泉水喝呢。原来钙和镁都是生命必需元素中的宏量金属元素。科学家和医学家们调查发现，人的某些心血管疾病，如高血压和动脉硬化性心脏病的死亡率，与饮水的硬度成反比，水质硬度低，死亡率反而高。其实，长期饮用过硬或者过软的水都不利与人体健康。我国规定：饮用水的硬度不得超过25度。

硬水经过处理后可以转化为软水。下面介绍硬水软化的三种主要方法：

1. 煮沸法（只适用于暂时硬水）

煮沸暂时硬水时的反应：

Ca(HCO3)2 =CaCO3 ↓+H2O+CO2↑

Mg(HCO3)2 =MgCO3↓ +H2O+CO2↑

由于CaCO3不溶，MgCO3 微溶，所以碳酸镁在进一步加热的条件下还可以与水反应生成更难溶的氢氧化镁：

MgCO3 +H2O = Mg(OH)2 ↓+CO2↑

由此可见水垢的主要成分为CaCO3和Mg(OH)2

2. 石灰——纯碱法 (工业用)

在这种方法中，暂时硬度加入石灰就可以完全消除，HCO3-都被转化成CO32-。而镁的永久硬度在石灰的作用下会转化为等物质的量的钙的硬度，最后被去除。反应过程中，镁都是以氢氧化镁的形式沉淀，而钙都是以碳酸钙的形式沉淀。

Ca2+(aq) --石灰-苏打法--> CaCO3(s)

Mg2+(aq)--石灰-苏打法--> Mg(OH)2(s)

3. 离子交换法

这种方法中用到的离子交换剂，有无机和有机两种。无机离子交换剂，如沸石等；有机离子交换剂包括：碳质离子交换剂——磺化酶，阴阳离子交换树脂等。而且一般的离子交换剂在失效后还可以再生。

离子交换软化水的原理

水的离子交换软化过程是硬性矿物质，主要是钙和镁被钠交换或取代的过程。这些矿物质性质上是离子的（常称作离子化杂质），这意味着它们带有电荷，由于同种电荷相斥，异种电荷相吸，因此有可能产生离子交换。

水中的钙、镁离子实际上是溶解的矿石。当水流经岩层和地壤时溶解了钙和镁的沉积物，这种溶解的矿物最终进入到地下水层。当水从地下水层被抽到表面时，水中含有溶解的硬性矿物质，这种水称为硬水。

软水器使溶解在水中的钙镁硬性矿物质被软化剂树脂上的软性矿物质钠交换。所有这三种矿物都是叫做阳离子的带正电荷离子。在适当的压力容器中，含硬性矿物的水通过离子交换树脂可发生离子交换反应。在现代的软水器中装有千百万颗微细的聚苯乙烯/二乙烯苯塑料球，所有小球都含有许多吸引正离子的负电荷交换位置。当树脂处在再生状态时，这些负电荷交换位置为带正电荷的钠离子占据。当钙和镁经过树脂贮槽时，它们与树脂小球接触，从交换位置上取代钠离子，从而被除去。

鉴于如下两个理由，离子交换是可能的：

1. 所有的阳离子并非都有相同强度的正电荷；

2. 树脂优先结合带较强电荷的阳离子，钙和镁离子的电荷比钠最离子强，取代钠阳离子，然后向下通过树脂床，流出软水器，这样软水器就送出了“软”水。

离子交换树脂是一类具有离子交换功能的高分子材料。在溶液中它能将本身的离子与溶液中的同号离子进行交换。按交换基团性质的不同，离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两类。

阳离子交换树脂大都含有磺酸基（—SO3H）、羧基（—COOH）或苯酚基（—C6H4OH）等酸性基团，其中的氢离子能与溶液中的金属离子或其他阳离子进行交换。例如苯乙烯和二乙烯苯的高聚物经磺化处理得到强酸性阳离子交换树脂，其结构式可简单表示为R—SO3H，式中R代表树脂母体，其交换原理为

2R—SO3H＋Ca2＋（R—SO3）2Ca＋2H+

这也是硬水软化的原理。

阴离子交换树脂含有季胺基[-N（CH3）3OH]、胺基（—NH2）或亚胺基（—NR′H）等碱性基团。它们在水中能生成OH-离子，可与各种阴离子起交换作用，其交换原理为

R—N（CH3）3OH＋Cl- R—N（CH3）3Cl＋OH-

由于离子交换作用是可逆的，因此用过的离子交换树脂一般用适当浓度的无机酸或碱进行洗涤，可恢复到原状态而重复使用，这一过程称为再生。阳离子交换树脂可用稀盐酸、稀硫酸等溶液淋洗；阴离子交换树脂可用氢氧化钠等溶液处理，进行再生。

离子交换树脂的用途很广，主要用于分离和提纯。例如用于硬水软化和制取去离子水、回收工业废水中的金属、分离稀有金属和贵金属、分离和提纯抗生素等

10 硬水及其软化

一、软水和硬水

水是日常生活和工农业生产不可缺少的物质。水质的好坏对生产和生活影响很大。天然水跟空气、岩石和土壤等长期接触，溶解了许多杂质，如无机盐类、某些可溶性有机物以及气体等。水里溶解的无机盐有钙和镁的酸式碳酸盐、碳酸盐、氯化物、硫酸盐、硝酸盐，等等。也就是说，天然水里一般含有Ca2+、Mg2+等阳离子和

这些离子的种类和数量有所不同。例如，溶有二氧化碳的水，遇到主要成分是碳酸钙的岩石时，会使碳酸钙逐渐变成可溶性的碳酸氢钙：

CaCO3＋CO2＋H2O=Ca（HCO3）2

有的天然水里含Ca2+和Mg2+比较多，在这种水里加入肥皂水，就会发生沉淀。

[实验2-5] 用两个试管分别取蒸馏水、天然水5～6mL，各注入少量肥皂水，振荡。观察发生的现象。

通过实验，我们可以看到盛有蒸馏水的试管里泡沫很多，没有沉淀产生。在盛有天然水的试管里泡沫较少，并出现絮状沉淀。这是因为天然水里含有Ca2+或Mg2+，肥皂跟Ca2+或Mg2+起反应以后，生成了不溶于水的物质①。

通常把溶有较多量的Ca2+和Mg2+的水，叫做硬水；只溶有少量或不含Ca2+和Mg2+的水，叫做软水。

如果水的硬度②是由碳酸氢钙或碳酸氢镁所引起的，这种硬度叫做暂时硬度。具有暂时硬度的水经过煮沸以后，水里所含的碳酸氢钙就分解而生成不溶性的碳酸钙：

Ca（HCO3）2 CaCO3↓＋CO2↑＋H2O

水里所含的碳酸氢镁先形成难溶于水的碳酸镁沉淀。

Mg（HCO3）2 MgCO3↓＋CO2↑＋H2O

碳酸镁虽然难溶于水，但它仍有少量能溶解在水里（在18℃时，它的溶解度为0.011g，相当于110mg／L）。因此，当继续加热煮沸时，碳酸镁就跟水发生反应，生成了更难溶的氢氧化镁（在18℃时，它的溶解度为0.00084g，相当于8.4mg／L）。这样，水里溶解的Ca2+和Mg2+就转变成为碳酸钙和氢氧化镁的沉淀，从水里析出，水的硬度就可以降低，从而使硬度高的水得到软化。

如果水的硬度是由钙和镁的硫酸盐或氯化物等所引起的，这种硬度叫做永久硬度。永久硬度不能用加热的方法软化。天然水大多同时具有暂时硬度和永久硬度，因此，一般所说水的硬度是泛指上述两种硬度的总和。

二、硬水的软化

水的硬度高对生活和生产都有危害。洗涤用水如果硬度太高，不仅浪费肥皂，而且衣物也不易洗干净。长期饮用硬度很高或硬度过低的水，都不利于人体的健康。锅炉用水硬度太高，特别是暂时硬度太高，十分有害。因为经过长期烧煮后，水里的钙盐和镁盐会在锅炉内结成锅垢，使锅炉内的金属管道的导热能力大大降低，这不但浪费燃料，而且会使管道局部过热，当超过金属允许的温度时，锅炉管道将变形或损毁，严重时会引起锅炉爆炸事故。很多工业部门，如纺织、印染、造纸、化工等，都要求用软水。因此，对天然水进行处理，以降低或消除它的硬度是很重要的。

硬水软化的方法通常有药剂软化法和离子交换法等。这里只简单介绍离子交换法。离子交换法是用离子交换剂①软化水的一种方法。

在工业上常用磺化煤（NaR）做离子交换剂。磺化煤是黑色颗粒状物质，它不溶于酸和碱。这种物质的阳离子会跟溶液里其他物质的阳离子发生离子交换作用。

如图2-6所示，在离子交换柱里装有磺化煤。把硬水从离子交换柱的上口注入，使硬水慢慢地流经磺化煤。当硬水通过磺化煤时，硬水里的Ca2+和Mg2+跟磺化煤的Na+起离子交换作用，因而使硬水得到软化，反应可以表示如下：

2NaR＋Ca2＋=CaR2＋2Na＋

2NaR＋Mg2+=MgR2＋2Na＋

[实验2-6] 把实验2-5所用的天然水经离子交换剂软化以后，用试管取5～6mL，注入少量肥皂水，振荡。

通过实验，我们可以看到，硬水软化以后，加入肥皂水振荡时，泡沫很多，就没有沉淀产生了。

磺化煤的Na+全部为Ca2+和Mg2+所代替后，磺化煤就失去了软化硬水的能力。但是用质量分数为8％～10％氯化钠溶液浸泡，CaR2和MgR2跟Na+就又会发生交换作用，重新生成NaR，从而又恢复了磺化煤软化硬水的能力，这个过程叫做再生。可以表示如下：

CaR2＋2Na＋＝2NaR＋Ca2+

这种软化硬水的方法具有质量高，设备简单，占地面积小，操作方便等优点，因此，目前使用比较普遍。

①肥皂的主要成分是硬脂酸钠[Na(C18H35O2)]，肥皂跟Ca2+（或Mg2+）起反应生成的

Ca(C18H35O2)2[或Mg(C18H35O2)2]是不溶于水的物质。

②水的硬度常用一种规定的标准来衡量。通常把1L水里含有10mg CaO（或相当于10mg CaO）称为 1度（以1°表示）。水的硬度在8°以下的称为软水；在8°以上的称为硬水。硬度大于30°的是最硬水。

①离子交换剂包括天然或人造沸石、磺化煤和离子交换树脂等物质。

煮不烂豆子的水

这是一个关于硬水和软水来历的故事。

美国南北战争期间，有一队北方士兵来到一个泉水淙淙的村庄。因为时间已近中午，他们便就地架起行军锅，挑来了附近的山泉水，烧起饭菜来。就餐时，当他们舀起煮熟的豆子放在嘴里咀嚼时，士兵们发现，这些豆子比平时硬得多，他们责怪炊事员没把豆子煮透。后来，炊事员把豆子又煮了好久，但是吃起来还是一样的硬。

奇怪，豆子还是原来的豆子，锅还是原来的锅，难道问题出在水上面？

的确如此。原来就是水在作怪。

从此，人们就把这种特殊的水称为“硬水”，把其他的水则称为“软水”。

1.硬水：含有钙盐和镁盐的天然水。通常，地下水如井水、泉水含盐量较大，地面水如河水、湖水含盐量较小。在硬水中，钙、镁可以以碳酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐、氯化物和硝酸盐等形式存在。当硬水中钙和镁主要以碳酸氢盐，如Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2形式存在时，称为暂时硬水，当这种硬水加热煮沸时，碳酸氢盐会分解成碳酸盐而沉淀除去如果硬水中钙和镁主要以硫酸盐、硝酸盐和氯化物等形式存在，则称为永久硬水，它们不能用煮沸的方法除去。

硬水中的钙盐和镁盐能与肥皂(硬脂酸钠)作用，生成不溶性的硬脂酸盐，降低肥皂的去污能力。如果锅炉内使用硬水，当加热时钙盐和镁盐会在锅炉内壁上结成水垢。降低锅炉的热导率，增加能耗，甚至缩短锅炉的使用寿命，有时还会堵塞管道。因此，锅炉用水必须经过软化处理(见)。

硬水中含盐量通常以硬度来表示。硬度单位常用“度”表示，1度相当于每升水中含10mg的CaO，生活饮用水的总硬度要求小于25度。

2.软水：只含少量可溶性钙盐和镁盐的天然水，或是经过软化处理的硬水。天然软水一般指江水、河水、湖(淡水湖)水。经软化处理的硬水指钙盐和镁盐含量降为 1.0～50 毫克／升后得到的软化水。虽然煮沸就可以将暂时硬水变为软水，但在工业上若采用此法来处理大量用水，则是极不经济的。软化水的方法有：①石灰 -苏打法。先测定水的硬度，然后加入定量的氢氧化钙和碳酸钠，硬水中的钙、镁离子便沉淀析出：

Ca(HCO3)2＋Ca(OH)22CaCO3↓＋2H2O

Mg(HCO3)2＋2Ca(OH)2 Mg(OH)2↓＋2CaCO3↓＋2H2O

CaSO4＋Na2CO3CaCO3↓＋Na2SO4②磷酸盐软水法。对于锅炉用水，可以加入亚磷酸钠（NaPO3)作为软水剂，它与钙、镁离子形成络合物，在水煮沸时钙、镁不会以沉淀形式析出，从而不会形成水垢。此法不适合于饮用水的软化。③离子交换法。沸石和离子交换剂虽然都不溶于水，但其中的钠离子和氢离子可与硬水中的钙、镁离子发生交换反应，使钙、镁离子被沸石、人造沸石、离子交换剂吸附而被除去。长期使用后失效的沸石和离子交换剂可以通过再生而重复使用，故此法是既经济又先进的软水法。

离子交换原理

1. 反应过程

全自动软水器是运用离子交换的原理，用软水器中的钠离子交换树脂吸附水中的钙、镁离子，释放钠离子，使水质得到软化的工作过程完全自动化的水处理设备，水质软化的反应方程式为：（其中以R代表树脂本体）

2RNa+Ca2+=-R2Ca+2Na+ 2RNa+Mg2+=R2Mg+2Na+

吸附钙、镁离子饱和后的树脂经过钠盐溶液的处理，可重新转化为钠型而恢复其交换能力，这一再生过程的反应式为：

R2Ca+2NaCl=2RNa+CaCl2 R2Mg+2NaCl=2RNa+MgCl2

上述正向和反向离子交换的反复进行，就可使软化水持续不断地产生。

离子交换树脂发展

离子交换现象早在18世纪中期就为汤普森（Thompson）所发现。直至1935年亚当斯（Aclams）和霍姆斯（Holmes）研究合成了具有离子交换功能的高分子材料，即第一批离子交换树脂——聚酚醛系强酸性阳离子交换树脂和聚苯胺醛系弱碱性阴离子交换树脂。离子交换树脂的大发展主要是在第二次世界大战以后。当时美国和英国一些公司成功地地合成了聚苯乙烯系阳离子交换树脂，在此基础上又陆续开发了交换容量高、物理-化学稳定性好的其他聚苯乙烯系离子树脂，相继又开发了聚丙烯酸系阳离子树脂。20世纪60年代，离子交换树脂的发展又取得了重要突破，美国罗姆-哈斯公司（Rohm anes Hass）和色可赛思公司（success）合成了一系列物理结构和过去完全不同的大孔结构离子交换树脂。这类树脂除具有普通离子交换树脂的交换基团外，同时还有像无机和碳质吸附剂及催化剂那样的大孔型毛细孔结构，使离子交换树脂兼具了离子交换和吸附的功能，为离子交换树脂的广泛应用开辟了新的前景。离子交换树脂和它的应用技术的发展一直是相互促进、互相依赖的。承受离子交换树脂的发展，树脂应用技术也在不断改善，开始是间歇式工艺，很快就发展到固定床工艺，20世纪60年代后逆流技术及连续式离子交换工艺，双层床技术等获得了很快的发展，这些新的应用技术和工艺的开发，使离子交换树脂在许多领域的应用更加有效的经济。20世纪70年代后，人们正以极大的兴趣，注意着热再生离子交换技术的发展。

离子交换树脂介绍

离子交换树脂是一类具有离子交换功能的高分子材料。在溶液中它能将本身的离子与溶液中的同号离子进行交换。按交换基团性质的不同，离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两类。阳离子交换树脂大都含有磺酸基（—SO3H）、羧基（—COOH）或苯酚基（—

C6H4OH）等酸性基团，其中的氢离子能与溶液中的金属离子或其他阳离子进行交换。例如苯乙烯和二乙烯苯的高聚物经磺化处理得到强酸性阳离子交换树脂，其结构式可简单表示为R—SO3H，式中R代表树脂母体，其交换原理为2R—SO3H＋Ca2＋（R—SO3）2Ca＋2H 这也是硬水软化的原理。阴离子交换树脂含有季胺基[-N（CH3）3OH]、胺基（—NH2）或亚胺基（—NR′H）等碱性基团。它们在水中能生成OH-离子，可与各种阴离子起交换作用，其交换原理为R—N（CH3）3OH＋Cl- R—N（CH3）3Cl＋OH-

由于离子交换作用是可逆的，因此用过的离子交换树脂一般用适当浓度的无机酸或碱进行洗涤，可恢复到原状态而重复使用，这一过程称为再生。阳离子交换树脂可用稀盐酸、稀硫酸等溶液淋洗；阴离子交换树脂可用氢氧化钠等溶液处理，进行再生。

离子交换树脂的用途很广，主要用于分离和提纯。例如用于硬水软化和制取去离子水、回收工业废水中的金属、分离稀有金属和贵金属、分离和提纯抗生素等。

离子交换树脂的绿色再生工艺离子交换水处理技术经历了百余年的发展历程，至今已成为软化和脱盐处理中占主导地位的水处理方式。离子交换树脂工作失效后能用酸碱盐化学药剂再生后反复使用，这是这种水处理方式的优点，但树脂再生所带来的环境污染又迫切需要解决.

作者在研究电去离子（EDI）工作过程时发现，在EDI净水设备中，在直流电场作用下，水被电离为H＋

和OH－离子，并被利用来再生填充在其底层的树脂，因此，这部分树脂是不断得到电再生的新鲜树脂，从而，保证出水水质很好。由此联想到，利用EDI净水设备中这一电再生过程来再生混床中的混合离子交换树脂，结果发明了离子交换树脂电再生方法及装置，开创性地找到了对环境无污染的离子交换树脂绿色再生工艺[1]

1、混床树脂电再生

为了将EDI净水设备中树脂可自再生的现象利用来再生普通混床树脂，作者设计了一个结构类似于EDI净水设备的树脂体外电再生器，只要源源不断将普通混床中的失效树脂，从原混床中抽出，再从体外电再生器进口送入，在直流电场的作用下，就有再生好的树脂从其出口连续流出。在体外再生器内，进行着树脂的电再生过程

原有混床树脂的化学酸碱再生工艺非常复杂，常有分离、再生、混合、清洗等再生步骤。然而，在混床采用电再生时操作就很简单，不必将阴、阳树脂分离，用水力输送法直接将原混床中失效树脂送入体外电再生器，一边将失效树脂送入进行体外电再生，一边又将再生好的树脂送回原混床或其他储器，实现了体外电再生器中树脂的流态化电再生[2]。

清华大学、天津大学、武汉大学和华北电力大学等高等院校与企业合作，组成五个研究团队，验证了树脂电再生的可行性。试验证明，失效树脂经电再生后的再生度可达到与化学法再生相媲美的程度[2]。

2、复床树脂电再生

复床是指阳树脂和阴树脂分置于两个设备中，一为阳床，另一为阴床，以区别于这两种树脂混合同置于一个设备中的混床。复床树脂与混床树脂相比，其体外电再生装置的区别在于：复床树脂电再生装置膜对构成中增添了双极膜，这相当于在混床树脂电再生室中间插了双极膜，将其一分为二，一变为复床中阳床树脂电再生室，另一变为复床中阴床树脂电再生室。这时，在直流电场作用下，水电离所产生的H＋和OH－离子，分别进入各自的阳、阴离子再生室，与相应的失效树脂发生交换反应，使失效树脂相应转化为H型和OH型，实现电再生。同时，又避免发生对树脂电再生过程有危害的副反应，因为复床位于脱盐系统的前端，失效阳床树脂除了吸着了水中所含的大部分Na+ 离子外，还吸着了水中所含的全部Ca2+ 和Mg2+ 离子，如果将这种树脂送入原来的混床电再生室中，那么电再生时水电离所生成的H＋离子，可与树脂上所含Ca2+ 、Mg2+ 和Na+ 离子交换，交换下来的Ca2+ 和Mg2+ 离子就可能与水电离所生成的OH-离子发生反应，生成Ca(OH)2或Mg(OH)2沉淀，覆盖在树脂或膜的表面，堵塞孔道，影响后续的离子迁移、扩散和交换过程，最终使树脂电再生难以持续下去。

所谓双极膜是由阴离子交换树脂层、阳离子交换树脂层和中间界面亲水层所组成，在直流电场的作用下，它能将水直接电离为H＋和OH－离子，并形成H＋和OH－离子彼此反向的离子流。因此，将一张双极膜插在原一个混床树脂再生室中间，就可将其分成复床再生用阴、阳床树脂各自再生的两个电再生室

河北建筑科技学院和华北电力大学组成的研究团队，分别进行了利用双极膜的复床树脂电再生试验。试验表明，可分别将阴、阳失效树脂电再生至接近化学再生的程度[2]。本文作者还发明了一种复床树脂电再生的装置[3]。

3、树脂电再生法与化学再生法的对比评价3.1 资源消耗

树脂电再生法要消耗水和电。在树脂电再生过程中，要用纯水水力输送和不断冲洗失效树脂，这部分纯水从再生室流出使用后水质仍很好，可分离出树脂后反复利用。只有占总用水量10% 的浓水室排水，因其含有电极室放出的少量Cl2等气体，不能直接回用，但这种排水的平均含盐量为每升几百毫克，水质一般优于自来水，可用容器收集后再作它用。因此，树脂电再生法基本上没有水的损耗。水还同时作为再生剂用，而消耗于电离的水量就微乎其微了。要注意到，这时水电离的反应产物H＋和OH－离子都得到利用，没有未利用的副产品产生，即使在树脂电再生中未得到利用的H＋

或OH－离子，它们彼此复合又组成对环境无危害的水。树脂电再生法的另一类资源消耗是电能，电能是树脂电再生法的推动力。在电场的作用下，水电离为H＋和OH－离子，用双极膜使水电离的能耗为79.9 kJ?mol-1，这仅为水电解能耗的1/3，因为水电离时不必耗能在生成H2和O2气体上。至于用于水力输送树脂的能耗也不多。因此，树脂电再生法的能耗很低。

树脂化学再生法中，酸和碱是再生剂。在树脂化学再生时，酸和碱的利用都很不充分，仅利用酸解离出来的H＋离子和碱解离出来的OH－离子，其它离子态解离产物未被利用：以HCl或H2SO4为例，质量百分比占97% 的Cl-离子或占98% 的SO42-离子没有得到利用；以NaOH为例，占58% Na+离子没有得到利用。同时为达到满意的再生效果，还必须采用2~3倍理论量的过量再生剂。酸碱的化学能是元素自然化合和人为加工制造时储存起来的，它是树脂化学再生法的推动力。因此，根据粗略估算，树脂化学再生法耗能要比树脂电再生的耗能大一个数量级

3.2 对环境的影响

树脂电再生法，无废物排放，不污染环境，对生态环境无危害。树脂化学再生法则相反，由于大量废酸碱排放，严重的污染了环境，酸性废水不加治理向自然排放，对生态环境产生严重的危害。复床与混床相比，由于承载负荷大，再生频繁，所产生的废酸碱量约占两者废酸碱总量的90%，况且，复床中阳床和阴床失效树脂再生的时间往往不同步，有错位，所以废酸碱液相互中和的机会减少，加剧了环境污染

3.3 经济效益

用树脂电再生法替代树脂化学再生法，会获得巨大的经济效益，前者用的是少量电和便宜的水，后者消耗的却是昂贵的酸碱。作者曾对现正在使用树脂化学再生法的某火电厂做过粗略的估算，该厂年耗酸碱费约300万元，废酸碱排放罚款40万元，如改用树脂电再生法，年耗电费约30万元，仅是年耗酸碱费的10%，还可免去环保罚款。

3.4 管理操作

用树脂电再生法替代树脂化学再生法，会大大改善劳动条件，取消酸碱储存和配置溶液系统，使系统简化，减轻系统腐蚀，操作简便，易于实现安全文明生产。

4、结论

在直流电场作用下，利用水作为再生剂，用它代替酸碱再生失效离子交换树脂的体外电再生工艺，使离子交换水处理变为一种绿色环保水处理技术。这种体外电再生工艺，不使用有危险性的酸碱，改善了劳动条件；再生剂充分利用，不产生废物和有毒、有害的物质，对生态环境无害，从生产工艺的源头上就消除了污染；只消耗少量电能，使用方便，费用低廉，经济效益极好。这一树脂绿色再生工艺的产业化，将会使传统的水处理工艺发生根本性的变革，也使水处理技术这一化工应用技术的基础内容得到更新。因此，离子交换树脂绿色再生工艺将成为绿色化学化工中新开创的一个重要领域