離子交換器

　　混床是混合離子交換柱的簡稱，是針對離子交換技術所設計的設備。

　　所謂混床，就是把一定比例的陽、陰離子交換樹脂混合裝填于同一交換裝置中，對流體中的離子進行交換、脫除。由于陽樹脂的比重比陰樹脂大，所以在混床內(nèi)陰樹脂在上陽樹脂在下。一般陽、陰樹脂裝填的比例為1：2，也有裝填比例為1：1.5的，可按不同樹脂酌情考慮選擇。混床也分為體內(nèi)同步再生式混床和體外再生式混床。同步再生式混床在運行及整個再生過程均在混床內(nèi)進行，再生時樹脂不移出設備以外，且陽、陰樹脂同時再生，因此所需附屬設備少，操作簡便。

　　混床處理工藝的設備包括混合離子交換器和體外再生設備。其中體外再生設備主要包括樹脂分離器、陰(陽)樹脂再生器、樹脂貯存塔、混雜樹脂塔和酸堿再生設備。國內(nèi)混床處理工藝主要特點體現(xiàn)在樹脂分離再生工藝上。樹脂的分離再生工藝有三種。

　　1、出水水質(zhì)優(yōu)良，出水pH值接近中性。

　　2、出水水質(zhì)穩(wěn)定，短時間運行條件變化（如進水水質(zhì)或組分、運行流速等）對混床出水水質(zhì)影響不大。

　　3、間斷運行對出水水質(zhì)的影響小，恢復到停運前水質(zhì)所需的時間比較短。

　　4、回收率達到100%

　　混床外殼制作材質(zhì)有玻璃鋼、有機玻璃、不銹鋼、碳鋼、防腐等，外型為圓柱型，直徑Φ200—2500mm，產(chǎn)水量從0.5t/h—98t/h。陽床裝載強酸陽離子交換樹脂，陰床裝載強堿陰離子交換樹脂，裝載高度一向在1000—2400 mm，小型濾帽式設備底部沒有承托層，中大型設備底部有粒度不同多級別石英砂承托層（現(xiàn)不建議這樣做，因為酸洗的時候石英砂和酸會產(chǎn)生化學反應，對水質(zhì)造成影響），逆流再生固定床樹脂頂層有200 mm厚壓脂層樹脂（特殊的樹脂用來覆蓋下面的樹脂）。有機玻璃柱運行壓力≤0.15MPa，其他材質(zhì)的設備運行壓力≤0.6MPa。陽床配備有酸箱、酸泵再生系統(tǒng)，陰床配備有堿箱、堿泵再生系統(tǒng)。

　　運行

　　本系統(tǒng)有兩種進水方式：軟化(軟化器處理水)進水和初脫鹽(反滲透處理水)進水，分別由各自的控制閥控制進水。

　　運行時，開初脫鹽進水控制閥、進水閥、產(chǎn)水閥，其他閥們均應關閉！

　　反洗

　　關閉進水閥、產(chǎn)水閥；打開反洗進水閥、反洗排放閥，以10m/h反洗15min。然后，關閉反洗進水閥、反洗排放閥。靜置，沉降5~10min。開排氣閥、中排閥，部分排水至樹脂層表面上10cm左右，關閉排氣閥、中排閥。

　　再生

　　開進水閥、加酸泵、進酸閥、中排閥，以5m/s、200L/h對陽樹脂進行再生，用反滲透產(chǎn)水對陰樹脂進行清洗，維持柱內(nèi)液面在樹脂層表面上10cm。對陽樹脂再生30min后，關進水閥、加酸泵、進酸閥，開反洗進水閥、加堿泵、進堿閥，以5m/s、200L/h對陰樹脂進行再生，用反滲透產(chǎn)水對陽樹脂進行清洗，維持柱內(nèi)液面在樹脂層表面上10cm，再生30min。

　　置換、混脂、沖洗

　　關加堿泵、進堿閥，開進水閥，上下同時進水對樹脂進行置換、清洗。30min后，關進水閥、反洗進水閥、中排閥，開反洗排放閥、進氣閥、排氣閥，以壓力0.1~0.15MPa，氣量2~3m3/(m2·min)，混合樹脂0.5~5min。關反洗排放閥、進氣閥，沉降1~2min。開進水閥、正洗排放閥，調(diào)節(jié)排氣閥，灌水至柱內(nèi)無空氣后，關排氣閥，對樹脂沖洗。當電導率達到要求時，開產(chǎn)水閥，關正洗排放閥，開始制水。

　　樹脂二次分離再生工藝
　　是將失效的混床樹脂輸送至樹脂分離器(陽樹脂再生器)，完成水力分離后，將上層的陰離子交換樹脂移送混床至陰樹脂再生器。陰陽樹脂分離面附近的混合樹脂輸送到混雜樹脂塔，然后分別再生陰陽樹脂。對于混雜樹脂塔內(nèi)的樹脂，下一次再生時將被送回到樹脂分離器(陽樹脂再生器)內(nèi)進行二次分離。在這里，樹脂分離器同時作為陽樹脂再生器。
　　錐體分離再生工藝
　　錐體分離再生工藝是將樹脂分離器底部作成一錐體。該設備同時作為陰樹脂再生器而不作為陽樹脂再生器。失效樹脂從混床輸送到樹脂分離器完成水力分層后，位于樹脂分離器下部的陽樹脂從錐體底部被輸送到陽樹脂再生器。由于樹脂分離器底部為一錐形體，樹脂分離界面的樹脂很少，從而減少中間混合樹脂的數(shù)量，提高分離效果。在輸送陽樹脂時，分離界面在自動控制時的自動檢測常采用光電法或電導法。所謂光電法即采用光電計檢測陰陽樹脂顏色的深淺；而電導法則采用測量陰陽樹脂輸送水的電導變化，當充入W2氣體的樹脂輸送水由陽樹脂變?yōu)殛帢渲瑫r，其電導將變小。利用兩種方式產(chǎn)生的信號變化來控制陰陽樹脂界限。
　　陰陽樹脂再生工藝
　　是將失效樹脂從混床輸送到樹脂分離器內(nèi)，失效樹脂水力分層后，在分離器內(nèi)同時對陰陽樹脂進行再生。樹脂分離器同時作為樹脂再生器。該方式同補給水處理除鹽混床完全相同。 

離子交換器

　　離子交換器工藝需要將交換劑放在離子交換器(或稱為床)內(nèi)進行，離子交換劑失效后通過再生來恢復離子交換能力。為了提高離子交換工藝的經(jīng)濟性和技術適用性，產(chǎn)生了不同樹脂的組合、不同的床型以及各種離子交換系統(tǒng)。常見的離子交換器有固定床(離子交換器)和連續(xù)床兩類。

　　工作原理就是離子的交換。

　　運行時：陽樹脂(H-R)+(M+)→(M-R)+(H+)

　　陰樹脂(OH-R)+(X-)→(X-R)+(OH-)

　　其中M+為金屬離子，X-為陰離子。再生過程為其逆過程。

　　離子交換器的失效控制

　　離子交換除鹽水處理較簡單的流程為陽床-陰床組成的一級復床除鹽系統(tǒng)。有的一級復床除鹽系統(tǒng)采用單元制，即每套一級復床除鹽系統(tǒng)包括 陽床、（除碳器）、陰床各一臺，在離子交換除鹽運行過程中，無論是陽床還是陰床先失效，都是同時再生；還有的一級復床除鹽系統(tǒng)采用母管制，即陽床與陽床或陰床與陰床是并聯(lián)運行的，哪一臺交換器失效就再生哪一臺。

　　1 檢測和控制原理

　　強酸性陽樹脂對水中各種陽離子的吸附順序為：

  Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>Na+>H+；由此可知，水中金屬離子Na+被吸附的能力較弱，所以當離子交換時樹脂層的各種離子吸附層逐漸下移，H+.被其他陽離子置換下來，當保護層穿透時，首先泄漏的是下層的Na+；因此監(jiān)督陽離子交換器失效是以漏鈉為標準的；其反應方程為（A代表金屬陽離子,R為樹脂基團）：

　　An++nRH=RnA+nH+

　　HCO3-+ H+ =H2O+CO2↑

　　強堿性陰樹脂對水中各種陰離子的吸附順序為：

  SO42->NO3->Cl->OH->HCO3->HSiO3- 。由此可知，HSiO3-的吸附能力較弱，所以當離子交換時樹脂層的各種離子吸附層逐漸下移，OH-.被其他陰離子置換下來，當保護層穿透時，首先泄漏的是下層的HSiO3-；因此監(jiān)督陰離子交換器失效是以漏硅為標準的；其反應方程為（B代表酸根陰離子，R為樹脂基團）：

　　Bm-+mROH=RmB+mOH-

　　2 設備優(yōu)點

　　(1)　出水水質(zhì)優(yōu)良，出水pH值接近中性。　

　　(2) 出水水質(zhì)穩(wěn)定，短時間運行條件變化（如進水水質(zhì)或成分、運行流速等）對混床出水水質(zhì)影響不大?！?/p>

　　(3) 間斷運行對出水水質(zhì)的影響小，恢復到停運前水質(zhì)所需的時間比較短。

　　(4) 產(chǎn)水水質(zhì)優(yōu)良，電導率≤0.2us/cm

　　離子交換器主要用于純水和高純水的制備，主要用于中高壓鍋爐給水；新材料、新能源、化工新材料，輕金屬材料、納米材料、玻璃鋼石墨、復合材料等的生產(chǎn)工藝用水。