深度脱盐处理（三）

6.2 离子交换技术 

6.2.1 什么是离子交换技术？ 

离子交换技术是借助离子交换剂，通过离子交换作用，使可交换离子之间发生等物质量规则的可逆性交换。在水的深度脱盐处理领域，所用的离子交换剂主要是强酸、强碱性离子交换树脂。在进行离子交换的过程中，离子交换树脂会逐渐消耗交换容量，使其趋于饱和，失去离子交换能力，需要再生处理以恢复离子交换能力。 

6.2.2 什么是离子交换树脂？它有哪些主要性能？ 

离子交换树脂是一类带有功能基团、网状结构的高分子化合物，主要由单体、交联剂和交换基团组成。树脂的内部结构可以分为三部分：高分子骨架、离子交换基团和空穴，其中离子交换基团分为固定部分和活动部分。交换基团中的固定部分被束缚在高分子骨架上，不能自由移动，所以称为固定离子；交换基团中的活动部分是与固定离子以离子键结合的符号相反的离子，称为反离子或可交换离子。反离子在溶液中可以离解成自由移动的离子，在一定的条件下，能与符号相同的其他反离子发生交换反应。离子交换树脂的主要性能分为物理性质和化学性质两大类，物理性质主要有粒径、含水率、密度、机械强度、溶胀性、溶解性和导电性等；化学性质主要有交换容量、酸碱适应性、离子选择性、离子交换速度、热稳定性、抗氧化性等。 

6.2.3 什么是离子交换树脂的选择性？ 

离子交换树脂对水中各种离子的交换能力是不同的，即有些离子易被离子交换树脂吸附，但难于解吸；而有些离子难被离子交换树脂吸附但易于解吸，这种性能称为离子交换树脂的选择性。离子交换树脂的选择性主要取决于被吸附离子的结构：①离子带的电荷越多，越易被树脂吸附；②对于带有相同电荷量的离子，则原子序数大的元素，形成的水合半径小，较易被吸附。除此以外还与树脂交换基团的性能有关，也受离子浓度和温度影响。在常温和低浓度时，强酸性阳离子交换树脂对水中常见离子的选择性次序为：Fe³⁺＞Al³⁺＞Ca²⁺＞Mg²⁺＞K⁺≈NH⁴⁺＞Na⁺＞H⁺＞Li⁺强碱性阴离子交换树脂对水中常见离子的选择性次序为：

弱酸性阳离子交换树脂对水中常见离子的选择性次序为：H⁺＞Fe³⁺＞Al³⁺＞Ca²⁺＞Mg²⁺＞K⁺＞Na⁺弱碱性阴离子交换树脂对水中常见离子的选择性次序为：

6.2.4 什么是离子交换树脂的再生度？ 

用于深度除盐的强碱、强酸性阴、阳离子交换树脂一般需要转型成OH^-型和H⁺型，其转型过程称为再生。由于树脂自身的原因以及转型时操作条件的限制，阴、阳离子交换树脂（简称阴、阳树脂）总交换基团不可能全部都转型成功，只能被一定程度地再生。阴、阳树脂可交换的OH^-型和H⁺的容量与阴、阳树脂全交换容量之比被称为树脂的再生度。再生度越大，说明树脂再生效果越好，可交换的OH^-型和H⁺的容量就越大。对于强碱、强酸性阴、阳树脂，可以按照GB5760—2000和GB8144—2008中的方法，测定阴、阳树脂可交换的OH^-和H⁺的容量，即按照下式计算阴、阳树脂的再生度。

这里，离子交换树脂全交换容量是指将离子交换树脂中所有的活性基团都变成可交换离子后，而把这些可交换离子全部交换下来的容量。全交换容量也表示离子交换树脂中能够起交换作用的活性基团的总数。用于深度脱盐处理的离子交换树脂主要采用强酸、强碱性树脂。强酸性离子交换树脂的交换基团为磺酸基等，强碱性离子交换树脂的交换基团为季铵基等。强酸性离子交换树脂用4%～8%的盐酸进行再生，强碱性离子交换树脂用4%～8%的氢氧化钠溶液进行再生。 

6.2.5 新离子交换树脂为什么要进行处理？如何再生？ 

对于未使用过的新离子交换树脂，由于其含有少量低聚物和未参加聚合反应的有机物，以及铁、铅、铜等无机盐，直接使用新树脂，则上述物质将会使产水水质下降，因此新树脂在使用前需要进行处理。处理方法之一是用两倍树脂体积的10%食盐水，浸泡20h以上，然后用清水冲洗干净，直至排放水澄清透明；随后将经上述处理的阴、阳树脂各按一定步骤进行OH^-型或H⁺型的转型，该转型再生过程以流动方式为最佳。对于阳树脂而言，转型再生是用与树脂量同体积的4%～8%盐酸溶液、4%～8%氢氧化钠溶液，按照酸-碱-酸的步骤处理，控制酸液和碱液的处理流速为3m/h；阴树脂的转型再生则是按照碱-酸-碱的步骤处理。 

6.2.6 离子交换树脂污染现象及原因有哪些？ 

离子交换树脂在使用过程中如出现以下现象，则表明树脂已经受到污染：树脂颜色变深、交换容量下降、再生频率加快、周期制水量不断下降等。树脂污染主要分为有机物、悬浮物、胶体、高价金属离子等污染类型，有机物、悬浮物、胶体等污染在树脂表面附着或占据树脂上的活性基团，阻碍了树脂的离子交换过程，导致了树脂交换能力的下降。Fe³⁺、Al³⁺等高价金属离子，易被阳离子交换树脂选择吸附，且牢固地占据活性基团的位置，会使相应的固定基团失去了交换能力。 

6.2.7 什么是离子交换树脂的工作交换容量？ 

与离子交换树脂的全交换容量不同，离子交换树脂的工作交换容量是指动态工作状态下的交换容量，其大小与进水离子浓度、离子类型、水流线速度、离子交换速度、树脂类型、树脂床层高度、交换终点控制指标等实际操作状况有关，因此，树脂的工作交换容量更能反映树脂的实际性能，测定树脂的工作交换容量更具实用价值。