固定床离子交换的工作原理

2023-06-19 理论教育版权反馈

【摘要】：当出水中泄漏的Na+达一定值时，整个交换剂失效，必须停止运行。

1.水中含有Na+与H+离子交换剂的交换

为了简便起见，先研究水中只含有Na+通过H+型离子交换剂进行交换的情况。

当水从上部进入交换剂时，首先在表面层一定厚度的交换剂中与Na+进行交换。此层交换剂上H+很快被交换完，成为失效层。在继续进水时，水通过失效层时水质不变，离子交换进入下一个与失效层厚度相同的交换剂层中进行，即工作层。水经过这一层时，水中Na+和交换剂上的H+进行交换，水离开此层时，离子交换已达平衡，出水质量不变。工作层以下的交换剂，称为尚未工作的交换剂层，如图5-3（a）所示。当工作层在交换剂层中间移动时，出水质量基本不变。只有工作层的下缘移至与交换剂最底部重叠时，Na+就会出现在出水中（称为穿透或泄漏）。当出水中泄漏的Na+达一定值时，整个交换剂失效，必须停止运行。所以最后一层离子交换容量未能充分发挥，只起保证出水质量的作用，为保护层。如果保护层厚度大，则交换柱的工作交换容量就小；反之，交换柱的工作交换容量就大。图5-2所示的就是两种不同保护层厚度下交换柱的工作交换容量的大小。

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图5-2　不同厚度保护层下交换柱的工作交换容量

（a）保护层薄的情况；（b）的保护层厚的悄况

影响交换柱保护层厚度的因素很多：运行流速大、要求出水的水质好、树脂对要除去离子的亲合力小等，保护层都要相对厚一些。此外，树脂的颗粒、水温等因素都对保护层的厚度有一定的影响。

2.水中含有Fe3+、Ca2+、Mg2+、Na+离子与H+离子交换剂的交换

实际上，水中不只含有一种离子，而是含有多种阳离子，所以离子交换过程是很复杂的。

下面讨论含有Fe3+、Ca2+、Mg2+、Na+离子的水，从上而下通过H+离子交换剂层的交换情况。

进水初期，由于交换剂是H型的，水中各种阳离子与H+离子交换剂进行离子交换，遵循离子交换的规律。即从上而下交换剂吸着离子的顺序为Fe3+、Ca2+、Mg2+、Na+。在继续进水时，水经过吸着Fe3+的交换剂层水质不变，进入吸着Ca2+层以后，离子交换就发生相互取代的过程。即水中Fe3+进入吸着Ca2+的交换剂层取代交换剂上Ca2+，使吸着Fe3+的交换层不断下移和扩大（增厚），取代出的Ca2+与进水中Ca2+一起进入吸着Mg2+交换剂层取代交换荆上Mg2+，吸着Ca2+的交换剂层也不断下移和扩大，这样依次类推，直至出水Na+达一定值，停止运行。