离子交换制水设备的基本原理

1. 离子交换树脂净水原理

离子交换树脂算起来不算净水，它们主要用于水的高级净化，也就是去除特定离子。离子交换树脂一般是高分子盐类，强碱弱酸盐，或者强酸弱碱盐，比如常用去除硬度的001×7强酸性阳离子树脂，就是末端是钠离子，水经过时候钠离子交换掉水里的钙离子，降低水的硬度。当离子饱和无法继续降硬的时候，需要用饱和食盐水进行树脂再生，也就是用钠离子换掉树脂上的钙离子。其他树脂工作方法类似，当然也有一次性树脂。

2. 离子交换原理

离子交换的基本原理 离子交换的选择性定义为离子交换剂对于某些离子显示优先活性的性质。离子交换树脂吸附各种离子的能力不一，有些离子易被交换树脂吸附，但吸着后要把它置换下来就比较困难；而另一些离子很难被吸着，但被置换下来却比较容易，这种性能称为离子交换的选择性。离子交换树脂对水中不同离子的选择性与树脂的交联度、交换基团、可交换离子的性质、水中离子的浓度和水的温度等因素有关。离子交换作用即溶液中的可交换离子与交换基团上的可交换离子发生交换。一般来说，离子交换树脂对价数较高的离子的选择性较大。对于同价离子，则对离子半径较小的离子的选择性较大。在同族同价的金属离子中，原子序数较大的离子其水合半径较小，阳离子交换树脂对其的选择性较大。对于丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂来说，它对一些离子的选择性顺序为：H+>Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na十。 离子交换反应是可逆反应，但是这种可逆反应并不是在均相溶液中进行的，而是在固态的树脂和溶液的接触界面间发生的。这种反应的可逆性使离子交换树脂可以反复使用。以D113型离子交换树脂制备硫酸钙晶须为例说明： D113丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂是一种大孔型离子交换树脂，其内部的网状结构中有无数四通八达的孔道，孔道里面充满了水分子，在孔道的一定部位上分布着可提供交换离子的交换基团。当硫酸锌溶液中的Zn2+，S042-扩散到树脂的孔道中时，由于该树脂对Zn2+选择性强于对Ca2+的选择性，，所以Zn2+就与树脂孔道中的交换基团Ca2+发生快速的交换反应，被交换下来的Ca2+遇到扩散进入孔道的S042-发生沉淀反应，生成硫酸钙沉淀。其过程大致为：
(1)边界水膜内的扩散 水中的Zn2+，S042-离子向树脂颗粒表面迁移，并扩散通过树脂表面的边界水膜层，到达树脂表面； (2)交联网孔内的扩散(或称孔道扩散) Zn2+，S042-离子进入树脂颗粒内部的交联网孔，并进行扩散，到达交换点；
(3)离子交换 Zn2+与树脂基团上的可交换的Ca2+进行交换反应；
(4)交联网孔内的扩散 被交换下来的Ca2+在树脂内部交联网孔中向树脂表面扩散；部分交换下来的Ca2+在扩散过程中遇到由外部扩散进入孔径的S042-发生沉淀反应，生成CaS04沉淀；
(5)边界水膜内的扩散 没有发生沉淀反应的部分Ca2+扩散通过树脂颗粒表面的边界水膜层，并进入水溶液中。 此外，由于离子交换以及沉淀反应的速度很快，硫酸钙沉淀基本在树脂的孔道里生成，因此树脂的孔道就限制了沉淀的生长及形貌，对其具有一定的规整作用。通过调整搅拌速度、反应温度等外界条件，可以使树脂颗粒及其内部孔道发生相应的变化，这样当沉淀在树脂孔道中生成后，就得到了不同尺寸和形貌的硫酸钙沉淀。

3. 离子交换法制备纯水

1.半透膜的选择透过性
2.防止气泡依附在交换树脂上影响离子的交换
3.清理交换树脂上有可能堵塞离子通过的杂质，洗至中性保证饮用的安全

4. 用离子交换树脂软化水的原理是什么

软化水概述

目前国内常用的软化水设备主要有手动软化器、国产组合式自动软水设备、国产多阀式全自动软化器、进口多路阀式全自动软化水器几种，其中进口多路阀式自动软化器是目前市场上的主要产品，这种软化水设备小型的以国产为主，大型的以进口多路阀及控制器为核心，配用国产的树脂罐、盐箱、管道等材料构成全自动软化水设备。中科治水设备引进美国先进的控制技术及控制部件研发生产的高效节能型全自动钠离子交换设备。该设备可使软化、反洗、吸盐、慢洗、快洗、盐箱注水等全自过程实现自动化。

离子交换器的工作原理

自动软化器强酸性阳离子树脂将原水中的钙、镁离子置换出去，经该设备流出的水而为硬度极低的软化水。当树脂吸附到一定量的钙、镁离子后必须进行再生。用饱和的盐水浸泡树脂把树脂里的钙、镁离子等硬度置换出来。恢复树脂的软化交换能力，并将废水排出。整个再生过程包括：反洗-松动树脂层，吸盐慢洗-发生交换反应，冲洗（正洗）-将化学反应交换下来的钙、镁离子冲洗，注水-为了下次再生。

5. 离子交换柱的工作原理是什么

离子复交换柱的原理制

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：

1、阳离子交换树脂：R—H+Na+→R-Na+H+

2、阴离子交换树脂：R—OH+CL-→R-CL+OH+

阳、阴离子交换树脂总的反应式即可写成：

RH+ROH+NaCL—RNa+RCL+H2O

由此可看出，水中的Nacl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。

3、混合离子交换柱（混床）：混床是装阳、阴树脂按一定比例（一般为1:2,以便阳、阴树脂同时达到交换终点而同时再生）装入混合柱而成，实际上它组合成了水中的H+和OH-立即生成电离度很小的水分子（H2O）,几乎不存在阳床或阴床交换时产生的逆交换现象，故可以使交换反应进行得十分彻底，因而混合床的出水水质优于阳、阴床串联组成的复床所能达到的水质，能制取纯度相当高的成品水。

6. 简述采用离子交换法制备纯化水的过程

离子交换法制备纯化水的过程分下列几种：
1、纯化水的制取的最早方法就是离子交换，他起源于60年代左右，一般采取阳离子交换树脂+阴离子交换树脂+混合离子交换树脂（阴树脂和阳树脂2：1），这种方法需要浪费大量的酸和碱再生树脂现在被淘汰了。
2、电渗析（ED）+阳离子交换树脂+阴离子交换树脂+混合离子交换树脂（阴树脂和阳树脂2：1），这是80年代制造纯化水的方法，原理就是通过电渗析预脱盐来减少树脂转型再生的酸碱使用量。
3、反渗透（RO）+混合离子交换树脂（阴树脂和阳树脂2：1），这是90年代流行的制造纯化水的方法，反渗透与电渗析相比脱盐率更高，操作更简便。
总结：离子交换法来制备纯化水应该是老工艺了，他的优点就是出水水质好，投资较少。缺点就是由污染，运行费用高。由于树脂本身就是有机物化学合成，他的破碎率较难控制或者一般厂家难以设计高标准的工艺，在新版GMP对TOC要求越来越严格的情况下，慢慢被双级反渗透工艺所淘汰。

7. 制水EDI设备的基本原理

EDI设备的基本原理：离子交换膜和离子交换树脂的工作原理相近，可以选择性地透过离子，其中阴离子交换膜只允许阴离子透过，不允许阳离子透过；而阳离子交换膜只允许阳离子透过，不允许阴离子透过。在一对阴阳离子交换膜之间充填混合离子交换树脂就形成了一个EDI单元。阴阳离子交换膜之间由混合离子交换树脂占据的空间被称为淡水室。将一定数量的EDI单元罗列在一起，使阴离子交换膜和阳离子交换膜交替排列，在离子交换膜之间添加特殊的离子交换树脂，其形成的空间被称为浓水室。在给定的直流电压的推动下，在淡水室中，离子交换树脂中的阴阳离子分别向正、负极迁移，并透过阴阳离子交换膜进入浓水室，同时给水中的离子被离子交换树脂吸附而占据由于离子电迁移而留下的空位。事实上离子的迁移和吸附是同时并连续发生的。通过这样的过程，给水中的离子穿过离子交换膜进入到浓水室被去除而成为除盐水。

带负电荷的阴离子（例如OH-、Cl-）被正极（+）吸引而通过阴离子交换膜，进入到邻近的浓水室。此后这些离子在继续向正极迁移中遇到邻近的阳离子交换膜，而阳离子交换膜不允许阴离子通过，这些离子即被阻隔在浓水中。淡水流中的阳离子（例如Na+、H+）以类似的方式被阻隔在浓水室。在浓水室，透过阴阳膜的离子维持电中性。

EDI组件电流量和离子迁移量成正比。电流量由两部分组成，一部分源于被除去离子的迁移，另一部分源于水本身电离产生的H+和OH-离子的迁移。

在EDI组件中存在较高的电压梯度，在其作用下，水会电解产生大量的H+和OH-。这些就地产生的H+和OH-对离子交换树脂有连续再生的作用。

8. 离子交换水处理工艺的处理方法是什么

离子交换水处理工艺定义就是离子交换法(ion exchange process)，是液相中的离子和固相中离子间所进行的一种可逆性化学反应，当液相中的某些离子较为离子交换固体所喜好时，便会被离子交换固体吸附，为维持水溶液的电中性，所以离子交换固体必须释出等价离子回溶液中。

常见的两种离子交换方法分别是硬水软化和去离子法。硬水软化主要是用在反渗透(RO)处理之前，先将水质硬度降低的一种前处理程序。软化机里面的球状树脂，以两个钠离子交换一个钙离子或镁离子的方式来软化水质。

原理：离子交换法是以圆球形树脂(离子交换树脂)过滤原水，水中的离子会与固定在树脂上的离子交换。常见的两种离子交换方法分别是硬水软化和去离子法。硬水软化主要是用在反渗透(RO)处理之前，先将水质硬度降低的一种前处理程序。软化机里面的球状树脂，以两个钠离子交换一个钙离子或镁离子的方式来软化水质。

离子交换树脂利用氢离子交换阳离子，而以氢氧根离子交换阴离子；以包含磺酸根的苯乙烯和二乙烯苯制成的阳离子交换树脂会以氢离子交换碰到的各种阳离子(例如Na+、Ca2+、Al3+)。同样的，以包含季铵盐的苯乙烯制成的阴离子交换树脂会以氢氧根离子交换碰到的各种阴离子(如Cl-)。从阳离子交换树脂释出的氢离子与从阴离子交换树脂释出的氢氧根离子相结合后生成纯水。

阴阳离子交换树脂可被分别包装在不同的离子交换床中，分成所谓的阴离子交换床和阳离子交换床。也可以将阳离子交换树脂与阴离子交换树脂混在一起，置于同一个离子交换床中。不论是那一种形式，当树脂与水中带电荷的杂质交换完树脂上的氢离子及(或)氢氧根离子，就必须进行“再生”。再生的程序恰与纯化的程序相反，利用氢离子及氢氧根离子进行再生，交换附着在离子交换树脂上的杂质。

9. 水厂制备纯净水的工艺流程中，离子交换器的反应原理，和臭氧消毒的反应原理是什么

对预处理水进行深度软化是离子交换的核心原理，臭氧消毒是使用氧化原理消除有害细菌，对水进行增氧使水的口感更好

10. 软化水设备的基本原理

软化水设备的工作原理：

全自动钠离子交换器采用去离子交换原理，去除水中的钙、镁等结垢离子。当含有硬度离子的原水通过交换器内树脂层时，水中的钙、镁离子便与树脂吸附的钠离子发生置换，树脂吸附了钙、镁离子而钠离子进入水中，这样从交换器内流出的水就是去掉了硬度的软化水。

由于水的硬度主要由钙、镁形成及表示，故一般采用阳离子交换树脂(软水器)，将水中的Ca2+、Mg2+(形成水垢的主要成份)置换出来，随着树脂内Ca2+、Mg2+的增加，树脂去除Ca2+、Mg2+的效能逐渐降低。

当软化水设备树脂吸收一定量的钙镁离子之后，就必须进行再生，再生过程就是用盐箱中的食盐水冲洗树脂层，把树脂上的硬度离子在置换出来，随再生废液排出罐外，树脂就又恢复了软化交换功能。

由于水的硬度主要由钙、镁形成及表示由于水的硬度主要由钙、镁形成及表示钠离子交换软化水处理的原理是将原水通过钠型阳离子交换树脂，使水中的硬度成分Ca2+、Mg2+与树脂中的Na+相交换，从而吸附水中的Ca2+、Mg2+，使水得到软化。如以RNa代表钠型树脂，其交换过程如下：

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

即水通过钠离子交换器后，水中的Ca+、Mg+被置换成Na+。

一般软化水设备控制阀的运行流程为：运行、反洗、吸盐、慢洗、盐箱补水、正洗。