水的软化目的是降低水的硬度。经石灰处理后，水的剩余碳酸盐硬度可降低0.25～0.5mmol/L，剩余碱度约0.8～1.2mmol/L，硅化合物可去除30%～35%，有机物可去除25%，铁残留量约0.1mg/L。阳离子交换树脂可以用于水的软化或脱碱软化，阴、阳离子配合一起则用于水的除盐。离子交换的软化方法目前常用的有Na离子交换法、H离子交换法和H-Na离子交换法等。......
2023-08-30
水的软化及除硬脱碱技术
【摘要】：如图5-22所示，进水也是分成两部分，一部分原水进入H型离子交换器，其出水直接与另一部分原水混合，经H型离子交换器后出水的酸度和原水中的碱度发生中和反应，中和反应所产生的CO2由除碳器去除，再经Na离子交换器，除去未经H型离子交换器的另一部分原水的硬度，其出水即为除硬脱碱了的软化水。
离子交换软化水处理是利用阳离子交换树脂中可交换的阳离子（如Na+，H+）把水中所含的钙、镁离子交换出来。这一过程称为水的软化过程，所得的水称之为软化水，在软化处理中，目前常用的有钠离子交换法、氢离子交换法和氢一钠离子交换法等。
1.钠离子交换软化法
钠离子交换是最简单的也是最常用的一种软化方法，其去除水中暂时硬度和永久硬度的反应流程如图5-18所示。
图5-18 钠离子交换软化法示意图
由图5-18可见，水中Ca2+、Mg2+被RNa型树脂中Na+置换出来以后，就存留在树脂中，使离子交换树脂由RNa型变成R2Ca，或R2Mg型树脂。Na离子交换软化法的优点是处理过程中不产生酸性水，再生剂为食盐，设备和防腐设施简单。经Na型离子交换后的水硬度可大大降低或基本消除，出水残留硬度可降至0.03mmol/L以下，水中碱度则基本不变，但交换后水中含盐量略有增加。
2.H离子交换软化法
H型强酸性阳离子交换树脂的软化反应如下：
由上述反应可以看出，原水中碳酸盐硬度（暂时性硬度）在交换过程中形成碳酸，故除了软化外还能去除碱度。非碳酸盐硬度（永久性硬度）在交换过程中除软化外还生成相应的酸。其软化后的水实际上是稀酸溶液。由于H型树脂交换阳离子的顺序为Ca2+＞Mg2+>Na+，故氢离子交换器在Na+开始泄漏后，如果继续运行，最终将导致Ca2+和Mg2+的泄漏，其整个运行过程如图5-19所示。图中现点Na+开始泄漏，b点Ca2+、Mg2+开始泄漏。由于H离子交换出水经常为酸性，一般总是和Na离子交换联合使用，或与其他措施（如加碱中和）相结合。
图5-19 氢离子交换器出水全过程
3.H-Na离子交换脱碱软化法
强酸性H-Na离子交换脱碱软化法的反应如下：
图5-20 H-Na并联离子交换脱碱软化示意
由图5-20的反应过程不难看出，强酸性H-Na离子交换法中H型离子交换器出水含有游离酸，呈酸性，而Na离子交换器出水是含碱度的水，若将这两部分水相混合，则将发生如下的中和反应：
中和后产生的CO2可用除二氧化碳器去除。这样，既降低了碱度，又可除去硬度，使水的含盐量有所降低，这就是强酸性H-Na离子交换软化和脱碱联合水处理系统的原理。
（1）强酸性H-Na并联离子交换软化的脱碱系统。
图5-21 H-Na并联离子交换软化和脱碱系统
1—氢型离子交换器；2—钠型离子交换器；3—盐溶解器；4—稀酸溶液箱；5、6—反洗水箱；7—除O2器；8—中间水箱；9—离心鼓风机；10—中间水泵；11—水流量表
如图5-21所示，进水分两部分：一部分流经Na离子交换器2，一部分流经H离子交换器1，排出CO2后的软水贮存在水箱8中。因H离子交换器用足量酸再生，故H离子交换器的出水呈酸性。为保证最后的出水不呈酸性并保留一定的残留碱度，必须根据进水水质，适当调整流经两个不同离子交换器的水量比例。
并联系统的优点是：H型离子交换器以控制出水漏钠为运行终点，出水碱度低，使水的残留碱度降低至0.5mmol/L左右，且可随水源水质变化而随时调整，设备费用低，投资少。
并联系统的缺点是：再生剂消耗量大，这是因交换器工作为一级软化的缘故。另外，运行控制要求高，否则出酸性水，致使供水系统腐蚀，H型离子交换器及再生设备均需要采用耐酸材料进行覆盖层保护（如橡胶衬里），防止设备腐蚀。
（2）强酸性H-Na串联离子交换软化和脱碱系统。
如图5-22所示，进水也是分成两部分，一部分原水进入H型离子交换器，其出水直接与另一部分原水混合，经H型离子交换器后出水的酸度和原水中的碱度发生中和反应，中和反应所产生的CO2由除碳器去除，再经Na离子交换器，除去未经H型离子交换器的另一部分原水的硬度，其出水即为除硬脱碱了的软化水。
H-Na串联离子交换软化的脱碱系统中，必须把除碳器安装在钠型离子交换器之前。否则，会使含有大量碳酸的水通过钠型离子交换器，而导致出水中又重新出现碱度。
此外，还有弱酸性H-Na串联离子交换脱碱软化系统等。
图5-22 H-Na串联离子交换软化和脱碱系统
1—氢型离子交换器；2—钠型离子交换器；3—盐溶解器；4—稀酸溶液箱；5、6—反洗水箱；7—除m9暴；8—中间水箱；9—离心鼓风机；10—中间水泵；11—混合器
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