離子交換器

離子交換器工藝需要將交換劑放在離子交換器(或稱為床)內進行，離子交換劑失效後通過再生來恢復離子交換能力。為了提高離子交換工藝的經濟性和技術適用性，產生了不同樹脂的組合、不同的床型以及各種離子交換系統。常見的離子交換器有固定床(離子交換器)和連續床兩類。

基本介紹

• 中文名：離子交換器
• 外文名：ion exchanger
• 種類：固定床交換器、連續離子交換器
• 用途：醫藥、化工、電子
• 優點：設備簡單、操作方便、水質適應強
• 缺點：樹脂用量大、利用率低

分類

離子交換器內裝設的交換劑在交換過程中處於固定位置，此類離子交換器稱為固定床，並且原水的交換處理和樹脂失效後再生是在同一交換器內、不同時間裡分別進行的。固定床離子交換器根據交換器內樹脂的種類可分為單床、雙床和混床。裝填單一樹脂的為單床；裝填強、弱兩種樹脂的為雙床；裝填陰、陽兩類樹脂的為混床。一·般情況下，固定床是指單床式同定床。

連續床離子交換器是離子交換樹脂在動態下運行的交換器，並且原水的交換處理和樹脂失效後的再生是在不同裝置內同時進行的。

典型工藝流程

電滲析工程典型工藝流程：

1.苦鹹水淡化、地下水除氟

原水→101過濾器→精密過濾器→電滲析裝置→中空纖維超濾器→紫外線殺菌器→成品水

2.飲用純淨水、太空水生產

原水→機械過濾器→活性炭過濾器→精密過濾器→電滲析裝置→陽離子交換器→陰離子交換器→混合離子交換器→中空纖維超濾器→紫外線殺菌器→臭氧滅菌裝置→成品水

3.製藥行業針劑製備、大輸液製備用水

原水→活性炭過濾器→精密過濾器→電滲析裝置→陽離子交換器→陰離子交換器→混合離子交換器→多效蒸餾水機→成品水

4.化肥、機械行業用水

原水→機械過濾器→精密過濾器→電滲析裝置→陽離子交換器→脫氣塔→陰離子交換器→成品水

純淨水的消毒，推薦使用“臭氧”，臭氧消毒後，沒有殘留物

工作原理

工作原理就是離子的交換。

運行時：陽樹脂(H-R)+(M⁺)→(M-R)+(H⁺)

陰樹脂(OH-R)+(X^-)→(X-R)+(OH^-)

其中M⁺為金屬離子，X^-為陰離子。再生過程為其逆過程。

離子交換器的失效控制

離子交換除鹽水處理最簡單的流程為陽床-陰床組成的一級復床除鹽系統。有的一級復床除鹽系統採用單元制，即每套一級復床除鹽系統包括 陽床、（除碳器）、陰床各一台，在離子交換除鹽運行過程中，無論是陽床還是陰床先失效，都是同時再生；還有的一級復床除鹽系統採用母管制，即陽床與陽床或陰床與陰床是並聯運行的，哪一台交換器失效就再生哪一台。

1 檢測和控制原理

強酸性陽樹脂對水中各種陽離子的吸附順序為：Fe³⁺>Al³⁺>Ca²⁺>Mg²⁺>Na⁺>H^+；由此可知，水中金屬離子Na⁺被吸附的能力最弱，所以當離子交換時樹脂層的各種離子吸附層逐漸下移，H^+.最後被其他陽離子置換下來，當保護層穿透時，首先泄漏的是最下層的Na⁺；因此監督陽離子交換器失效是以漏鈉為標準的；其反應方程為（A代表金屬陽離子,R為樹脂基團）：

Aⁿ⁺+nRH=R_nA+nH⁺

HCO₃^-+ H⁺ =H₂O+CO₂↑

強鹼性陰樹脂對水中各種陰離子的吸附順序為：SO₄^2->NO₃^->Cl^->OH^->HCO₃^->HSiO₃^- 。由此可知，HSiO₃^-的吸附能力最弱，所以當離子交換時樹脂層的各種離子吸附層逐漸下移，OH^-.被其他陰離子置換下來，當保護層穿透時，首先泄漏的是最下層的HSiO₃^-；因此監督陰離子交換器失效是以漏矽為標準的；其反應方程為（B代表酸根陰離子，R為樹脂基團）：

B^m-+mROH=R_mB+mOH^-

2 控制點和控制方法

由於母管制系統包含了單元制系統,而且它具有能充分使用樹脂、提高交換器的出水能力、降低酸鹼消耗等優點，我們在研究中主要討論以這種結構為基礎的離子交換除鹽水處理系統。

以成都生物製品研究所蛋白分離車間純水站為例，該系統為母管制水處理系統，系統的結構為：砂濾-活性炭過濾-粗濾-陽床- 一陰-二陰-混床-精濾-純水罐，系統產水能力為5t/h，在系統的失效控制研究中，我們提出單元失效控制概念，也就是充分利用了母管制制水系統的優點對系統進行失效控制。

（1）RO對各有機溶質的去除率大於NF膜。（2）不同有機溶質的去除率不相同，有的甚至相差很大（例如，RO和NF膜對乙酸的吸光度去除率分別為95.34%、81.45%，而對苯胺的吸光度去除率則分別為61.50%、46.82%）。

3 出水水質

原水經一級復床除鹽後，電導率（25℃）低於10μS/cm，水中矽含量低於100μg/L。

用途

離子交換器主要用於純水和高純水的製備，在醫藥、化工、電子、塗裝、飲料及中高壓鍋爐給水等諸多工領域中已有十分廣泛的套用。用於鍋爐、熱電站、化工、輕工、紡織、醫藥、生物、電子、原子能及純水處理的前道處理，工業生產所需進行硬水軟化、去離子水製備的場合，還可用於食品藥物的脫色提純，貴重金屬、化工原料的回收，電鍍廢水的處理等。

常見故障

常見故障及解決方法：

離子交換器在環境介質的作用下會引起破壞和變質，即我們常說的腐蝕。離子變壓器腐蝕的形態，可分為全面（均勻）腐蝕和局部腐蝕兩大類。前者較均勻的發生在設備的全部表面，後者只是發生在局部，例如孔蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕破裂、腐蝕疲勞、氫腐蝕破裂、磨損腐蝕、脫層腐蝕等，特別是石油、化工行業以及海洋大氣環境尤為突出。

高分子複合材料治理離子交換器腐蝕

針對離子交換器腐蝕的問題，頻繁更換設備部件是通常採用的方法。