離子交換水處理

    離子交換水處理是指采用離子交換劑，使交換劑中和水溶液中可交換離子產生符合等物質的量規則的可逆性交換，導致水質改善而交換劑的結構并不發生實質性(化學的)變化的水處理方式。在這種水處理方式中，只有陽離子參與交換反應的，稱陽離子交換水處理;只有陰離子參與交換反應的，稱陰離子交換水處理;既有陽離子又有陰離子參與交換反應的，稱陽、陰離子交換水處理。由于原水的水質千差萬別，而對出水水質的要求又多種多樣，所以有許多種類型的離子交換及某組合的水處理方法，采用這些水處理方法而使原水軟化、除堿和除鹽。離子交換劑中參與交換反應的離子是鈉離子Na+時，此方法稱為鈉(Na)型離子交換法，此交換劑稱為鈉(Na)型陽離子交換劑，相類似的，有氫(H)型離子交換法及氫(H)型陽離子交換劑等。

    鈉型離子交換法是工業鍋爐給水最通用的一種水處理方法。當原水經過鈉型離子交換劑時，水中的Ca2+、Mg2+等陽離子與交換劑中的Na+進行交換，降低了水的硬度，使水質得到軟化，故這種方法又稱為鈉離子交換軟化法。

(1)再生過程

    在鈉離子交換過程中，當軟水出現了硬度，且殘留硬度超過水質標準規定時，則認為鈉離子交換劑已經失效。為了恢復其交換能力，就需要對交換劑進行再生(或還原)。再生過程是使含有大量鈉離子的氯化鈉(NaCl)溶液通過失效的交換劑層恢復其交換能力的過程。

    此時，鈉離子又被離子交換劑所吸著，而交換劑中的鈣、鎂離子被置換到溶液中去。鈉型離子交換劑的再生過程可用如下反應式表示：

    CaR2 + 2NaCl——2NaR + CaCl2

    MgR2 + 2NaCl——2NaR + MgCl2

    生產中多采用食鹽(NaCl)溶液作為再生劑。因為食鹽比較容易得到，而且再生過程中所形成的產物(CaCl2、MgCl2)是可溶性鹽類，很容易隨再生液排出去。再生用食鹽，大都采用工業用鹽，其中雜質含量不宜過多，食鹽溶液需澄清過濾后使用。通常認為，10%食鹽溶液的硬度不應超過40mmol/L，懸浮物不應大于2%。離子交換劑再生時，一般要用經過澄清的8～10%的鹽溶液。總的再生接觸時間隨離子交換樹脂交聯度的不同而變化，對于一般交聯度7%左右的強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂，再生劑和樹脂總的接觸時間最低應保證45min 以上。

(2)交換過程

    碳酸鹽硬度(暫硬)軟化過程：

    Ca(HCO3)2 + 2NaR——CaR2 + 2NaHCO3

    Mg(HCO3)2 + 2NaR——MgR2 + 2NaHCO3

非碳酸鹽硬度(永硬)軟化過程：

    CaSO4 + 2NaR——CaR2 + Na2SO4

    CaCl2 + 2NaR——CaR2 + 2NaCl

    MgSO4 + 2NaR——MgR2 + Na2SO4

    MgCl2 + 2NaR——MgR2 + 2NaCl

    也可以用綜合上述反應式的離子式表示：

    Ca2+ + 2NaR——CaR2 + 2Na+

    Mg2+ + 2NaR——MgR2 + 2Na+