離子交換法的基本原理

離子交換法是水的軟化和除鹽處理最常使用的處理基本技術。具有處理程度高、出水水質好、技術成熟、設備簡單、管理方便、價格適宜等特點，得到了廣泛的應用。在生活飲用水的處理中，離子交換技術主要用于以高硬度地下水為水源水的生活飲用水軟化處理，也可以用于高含鹽量水源水的生活飲用水除鹽處理。但不如反滲透法或電滲析法經濟。

離子交換法的基本原理

① 離子交換樹脂   離子交換樹脂具有離子交換能力，水處理中所使用的離子交換劑有：離子交換樹脂、磺化煤、鈉沸石等，是目前所用的主要離子交換樹脂。

離子交換樹脂由樹脂母體（骨架）和交換基團構成。離子交換樹脂在生成過程中先采用凝膠法生成樹脂母體小球。樹脂母體小球為具有空間網架多孔結構的高分子聚合物的小球。例如苯乙烯系樹脂小球。樹脂小球上再引入不同的交換基團，使其具有交換功能，成為離子交換樹脂。例如：苯乙烯系樹脂小球在濃硫酸中加熱到100℃，以1％硫酸銀為催化劑，把聚乙烯樹脂苯環上的部分H+ 置換為磺酸基團（—RO3H），就得到強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂。在苯乙烯系樹脂上加入季氨基，則得到強堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂。

水的軟化處理主要使用強酸性陽離子交換樹脂，水的除鹽處理主要使用強酸性陽離子交換樹脂和強堿性陰離子交換樹脂。

② 離子交換軟化的基本原理   離子交換軟化除鹽的基本原理是：用Na型強酸性陽離子交換樹脂中的Na+ 交換去除水中的Ca2+、Mg2+ 硬度，飽和的樹脂再用5％～8％的食鹽NaCI溶液再生。原水經過樹脂的軟化，水中的致硬離子Ca2+、Mg2+ 被全部去除，替換成非致硬的Na+ 離子，但是處理后水的含鹽量（以mol為單位）沒有降低。

③ 離子交換除鹽的基本原理   先用H型強酸性陽離子交換樹脂中的H+ 交換去除水中的所有金屬陽離子（以符號Mm+代表），飽和的樹脂用3％～4％的鹽酸HCI溶液再生。再用OH型強堿性陰離子交換樹脂中的OHˉ交換去除水中的除OHˉ外的所有陰離子（以符號Nnˉ代表），飽和的樹脂用2％～4％的NaOH溶液再生。最后所產生的H+ 與OHˉ合并為水分子。原水經過離子交換除鹽處理后，水中的各種離子都被去除掉了。

離子交換再生

① 鹽液再生系統  鹽液再生系統用于Na型陽離子交換器的再生，以鹽（NaCI）作為再生劑。飽和鹽液濃度約為23％～26％，樹脂再生液中NaCI的濃度控制5％～8％。

② 酸液再生系統  陽離子交換樹脂要作酸再生，可以用鹽酸或硫酸。鹽酸應稀釋為3％～4％送入離子交換柱中。

用硫酸作再生劑時，因硫酸的濃度高（96％左右），用量少，并且由于碳鋼耐濃硫酸，可以直接用碳鋼容器存放，防腐問題小。但對再生液的配置濃度必須嚴格控制，否則會在樹脂中產生CaSO4沉淀析出物。在實際生產中，多采用分布再生法，即先用低濃度高流速的硫酸再生液再生，然后逐步提高硫酸濃度，降低流速。再生液的濃度視原水中Ca2+ 的含量和所占水中陽離子的比例，計算或調試確定。

③ 堿液再生系統  陰離子交換樹脂的再生劑為燒堿，即氫氧化鈉。

氫氧化鈉產品有固體和液體兩種，液體濃度為30％～40％，使用較為方便，其再生系統與設備鹽酸再生系統相同。為了提高陰離子樹脂的再生效果，再生時多對堿液加熱使用（在噴射器后用蒸汽加熱）。若采用固體燒堿（NaOH含量95％以上），則先將其溶解成30％～40%的堿液后再用。