QH：进RH水量 QNa: 进RNa水量
第九章 39
第九章
40
第3节 离子交换软化
第二种情况：RH以硬度离子的泄漏为准。 则RH产生的出水平均酸度＝非碳酸盐硬度HF 同样推出： QH＝（A原－A混）/（A原＋HF）×Q QNa＝（A混＋HF）/（A原＋HF）×Q 但应注意RH出水在一个周期内是不均匀的？在 任何时间都保证不出现酸性水很难。 因此，以Na+泄漏运行为宜。
第九章
38
第3节 离子交换软化
A原：进水碱度 A混：混合水中的残留碱度 S：进水中SO4
2－、Cl－含量之和,
第3节 离子交换软化
•第一种情况：RH以Na＋泄漏为准 经RH产生的强酸量 SQH 经RNa后的碱度 A原QNa =A原 (Q-QH)
(1/2SO42-+Cl-)
•物料平衡:
混合水中的剩余碱度 QA混 A原 (Q-QH) – SQH ＝A混Q QH ＝ (A原－A混)/（A原＋S）×Q QNa＝（A混＋S）/（A原＋S）×Q
第2节 离子交换基本原理
改写成：
一价对一价离子交换平衡曲线
B 2 q / q0 KA c / c0 q0 2 (1 q / q0 ) c0 (1 c / c0 ) 2
第九章 23
二价对一价离子交换平衡曲线
离子交换树脂的选择系数可用于： 计算泄漏量、极限工作交换容量、再生度极限值
第九章 24
第九章 41
(2) H－Na 串联系统
H-Na串联离子交换系统 1. H离子交换器；2. Na离子交换器; 3. 除CO2器；4. 中间水箱； 5. 混合器
第九章
42
7
第3节 离子交换软化
水量分配公式与并联时的相同。 这种型式可以降低RNa的负荷。 H-Na 并列：适用于碱度高的原水。因为只有一部分水 过RNa。投资省。 H-Na串联：适用于硬度高的原水，出水水质能保证。 运行安全可靠。 CO2产生量： •1mmol/L的HCO3- 产生44mg CO2/L
一、水中主要溶解杂质
离子：Ca2+, Mg2+, Na+(K+) HCO3-, SO42-, Cl一般Fe2+, SiO32-含量较少。 气体：CO2, O2 总硬度：Ca2+, Mg2+ 碳酸盐硬度（carbonate hardness、暂时硬度） 非碳酸盐硬度（noncarbonate hardness） 含盐量：∑阳＋∑阴
4
第2节 离子交换基本原理
三、离子交换速度
1. 边界水膜内的迁移 2. 交联网孔内的扩散 3. 离子交换（反应快） 4. 交联网内的扩散 5. 边界水膜内的迁移
第2节 离子交换基本原理
离子交换速度的影响因素： •溶液浓度：影响扩散过程的重要因素 浓度大→膜扩散快，孔道扩散为控制步骤 •流速或搅拌速度：主要影响膜扩散，孔道扩散基本不受 影响。 •树脂粒径：对于膜扩散，离子交换速度与粒径成反比； 对于孔道扩散，离子交换速度与粒径二次方成反比。 •交联度：对孔道扩散的影响更大
第九章 5 第九章 6
1
第1节 软化与除盐概述
三、水的纯度
含盐量 电阻率（单位：106欧姆 厘米, 106 Ω•cm ）或 电导率（微西门子/厘米, S/cm ） 淡化水：高含盐量水经局部处理 脱盐水：相当于普通蒸馏水，含盐量1~5mg/L 10 ~ 1 S/cm 纯水：亦称去离子水，含盐量<1mg/L, 1 ~ 0.1 S/cm 高纯水：含盐量<0.1mg/L, <0.1 S/cm
第1节 软化与除盐概述
CO2 + Ca(OH)2 CaCO3↓+ H2O Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 2CaCO3↓ + 2H2O Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 2CaCO3↓+ Mg(OH)2↓+2H2O 若碱度>硬度，还应去除多余的HCO3－ 若水中存在Fe离子，也要消耗Ca(OH)2
第九章 7
第1节 软化与除盐概述
四、软化和除盐基本方法
1. 软化 (1)加热：去除暂时硬度 (2)药剂软化：根据溶度积原理 (3)离子交换：离子交换硬度去除比较彻底。 2. 除盐 蒸馏法、离子交换法、电渗析法、反渗透法
第九章 8
第1节 软化与除盐概述
五、药剂软化法 1. 石灰软化法 CaO：生石灰 CaO + H2O = Ca(OH)2 （消化过程） Ca(OH)2：熟石灰或消石灰
第九章 20
不论那种树脂，可交换离子均为1价离子 而水中被交换离子一般1价或2价离子 全树脂交换容量定义：树脂所能交换的离子的物质的 量nB除以树脂体积或质量m

qv=nB/V(mmol/L)或qm=nB/m(mmol/g)

B：可交换离子的基本单元，等于离子式除以电荷 数，即以当量粒子为基本单元。 工作交换容量：实际工作条件下，全的60%~70%， 与实际运行条件有关。
第九章 31
第3节 离子交换软化
硬度泄漏 氢离子交换出水水质变化的全过程 第九章
Na+泄漏
32
第3节 离子交换软化
•开始时出水呈酸性。 •Na＋开始泄漏时，出水酸度急剧下降。 •之后，RH交换转变为RNa型运行模式，对Ca和Mg 仍有交换能力。出水Na离子逐渐超过原水中浓度呈 碱性。 •然后硬度离子开始泄漏 •出水中离子泄漏顺序为：H＋、Na＋、Mg2＋、Ca2＋ •失效点控制：脱碱，以Na泄漏为准 软化，以硬度离子泄漏为准。
第九章 25 第九章 26
离子交换速度通常由膜扩散或孔道扩散所控制。
第2节 离子交换基本原理 本节思考题
(1) 离子交换树脂的结构和作用原理是什么？ (2) 什么是离子交换树脂的工作容量？与全交换 容量有何关系？受什么因素的影响？ (3) 离子交换选择系数是如何定义的？物理意义 是什么？ (4) 离子交换速度受什么因素影响？
第九章 11
第1节 软化与除盐概述
2. 石灰－纯碱法 去除碳酸盐和非碳酸盐硬度 CaSO4 + Na2CO3 CaCO3↓+ Na2SO4 MgSO4 + Na2CO3 MgCO3 + Na2SO4 MgCO3 + Ca(OH)2 CaCO3↓+Mg(OH)2↓ 但纯碱太贵，此法一般不用。
第九章 29
第3节 离子交换软化
Na2SO4
Na离子交换软化法示意图
第九章 30
5
第3节 离子交换软化
2．RH •碳酸盐硬度：生成CO2、H2O――同时去除碱度。 2RH + Ca(HCO3)2 R2Ca + 2CO2 + 2H2O •非碳酸盐硬度：生成H2SO4，HCl ――出水酸性 2RH + CaCl2 R2Ca + 2HCl •对于Na+：RH + NaCl RNa +HCl --- 产生钠型 树脂，但不起软化作用
第九章 13 第九章 14
第2节 离子交换基本原理
如聚苯乙烯磺化 磺酸基团（－SO3H） 一种强酸性阳离子树脂
CH CH2
第2节 离子交换基本原理
2．命名
•全名称：（分类名称）（骨架名称）（基本名称） 如强酸型苯乙烯系阳离子交换树脂 •为了区别同一类树脂产品，有时用数字区分。
SO3H
n
•微孔形态：凝胶型、大孔型、等孔型等第九章
本章内容
第1节 软化与除盐概述
第九章 离子交换
（Ion exchange）
第2节 离子交换基本原理 第3节 离子交换软化 第4节 离子交换除盐 第5节 离子交换处理工业废水
第九章
1
第九章
2
第1节 软化与除盐概述 一、水中主要溶解杂质 二、硬度单位 三、水的纯度 四、软化和除盐基本方法
第1节 软化与除盐概述
CH CH2
含有1g可交换离子H+。 扣去交联剂所占份量（8%)，
n
—计算树脂用量
第九章 17
全交换容量为4.99mmol/g。
第九章 18ຫໍສະໝຸດ 3第2节 离子交换基本原理

第2节 离子交换基本原理
(3) 离子交换树脂的选择性 与水中离子种类、树脂交换基团的性能有很大关系，同 时也受离子浓度和温度的影响。 •离子电荷愈多，愈易被交换 •原子序数愈大，即水合半径愈小，愈易被交换 Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+= NH4+ >Na+>Li+ SO42->NO3->Cl->HCO3->HSiO3• H＋和OH－的交换选择性与树脂交换基团酸、碱性的 强弱有关。 对于强酸阳树脂： H+>Li+ 而对于弱酸阳树脂：H+>Fe3+
第九章 33
第3节 离子交换软化
3．弱酸型RCOOH （目前应用广的主要是丙烯酸型）
...
CH CH2 CH CH2
...
COOH
...
CH
CH2 CH
CH2
...
COOH
第九章 34
第3节 离子交换软化
•由于电离较弱，只能去除碳酸盐硬度 2RCOOH + Ca(HCO3)2 (RCOO)2Ca + 2H2O +CO2↑ •但交换容量大（活性基团多），比强酸型高一倍。 •再生容易。
15
第九章
16
第2节 离子交换基本原理
3．主要性能指标
(1) 密度： 湿真密度： 湿树脂质量/树脂颗粒本身所占体积 （不包括颗粒之间的空隙） —用于确定反冲洗强度，混合床的分层 湿视密度 ：湿树脂质量/树脂堆积体积