离子交换软化及除盐实验装置实验指导书

一、概述
离子交换法是一种借助于离子交换剂上的离子和水中的离子进行交换反应而除去水中有害离子的方法。在工业用水处理中，它占有极其重要的位置，用以制取软水或纯水，在工业废水处理中，主要用以回收贵重离子，也用于放射性废水和有机废水的处理。
采用离子交换法，具有去除率高，可浓缩回收有用物质，设备较简单，操作控制容易等优点。但目前应有范围还受离子交换剂品种、性能、成本的限制；对预处理要求较高离子交换剂的再生和再生液的处理有时也是一个难题。
二、技术参数：
a) 交换柱由有机玻璃制成，尺寸：Φ50×800㎜，4根。
b) 水泵：最大流量：10L/min，额定功率为90W的增压泵。
c) 分路流量计LZB-6型，流量：4～40L/h。
d) 有机玻璃软化水箱尺寸：Φ200×250㎜（酸碱水箱各一）。
e) PVC原水箱尺寸：350×500×400mm（含反冲洗水箱）。
f) 各项操作及流量的显示、调节、控制全在控制屏板面进行。
g) 框架与控制屏均为不锈钢材质，结构紧凑，外形美观，流程简单，操作方便。
h) 外形尺寸：1200×600×1700mm。
三、实验指导：
1．实验目的：
1、熟悉顺流再生固定床运行操作过程。
2、加深对钠离子交换基本理论的理解。
2．实验原理：
当含有钙盐及镁盐的水通过装有阳离子交换树脂的交换器时，水中的Ca²⁺及Mg²⁺便与树脂中的可交换离子（Na⁺或H⁺）交换，使水中Ca²⁺、 Mg²⁺含量降低或基本上全部去除，这个过程叫做水的软化。树脂失效后要进行再生，即把树脂上吸附的钙、镁离子置换出来，代之以新的可交换离子。钠离子交换用食盐（NaCl）再生、氢离子交换用盐酸（HCl）或硫酸（H₂SO₄）再生。基本反应式如下。
a)   钠离子交换：
软化：


再生：


b)   氢离子交换：
交换：


再生：


钠离子交换的最大优点是不出酸性水，但不能脱碱；氢离子交换能去除碱度，但出酸性水。本实验采用钠离子交换。

3．实验工艺流程图：

4．实验操作步骤：
a) 熟悉实验装置，搞清楚每条管路、每个阀门的作用。
b) 测原水硬度，测量交换柱内径及树脂层高度（表1）。

原水硬度及实验装置有关数据    表1
原水硬度（以CaCO3计）（mg/L）	交换柱内径 （cm）	树脂层高度 （cm）	树脂名称及型号

c) 将交换柱内树脂反洗数分钟，反洗流速采用15m/h，以去除树脂层的气泡。
d) 软化。运行流速采用15m/h，每隔10min测一次水硬度，测两次并进行比较。
e) 改变运行流速。流速分别取20m/h、25 m/h、30 m/h，每个流速下运行5min，测出水硬度（表2）。

交换实验记录    表2
运行流速 （m/h）	运行流量 （L/h）	运行时间 （min）	出水硬度（以CaCO3计） （mg/L）
15		10
15		10
20		5
25		5
30		5

f) 反洗。冲洗水用自来水，反洗流速采用15 m/h，反洗时间15min。反洗结束将水放到水面高于树脂表面10cm左右（表3）。

反洗记录    表3
反洗流速（m/h）	反洗流量（L/h）	反洗 时间（min）

g) 根据软化装置树脂工作交换容量、树脂体积、顺流再生钠离子交换NaCl耗量以及食盐NaCl含量（海盐NaCl含量≥80%-93%），计算再生一次所需食盐量。配制含量10%的食盐再生液。
h) 再生。再生流速采用3-5m/h。调节定量投再生液瓶出水阀门，开启度大小以控制再生流速为度。再生液用毕时，将树脂在盐液中浸泡数分钟（表4）。

再生记录    表4
再生一次所需食盐量 /kg	再生一次所需浓度10%的食盐再生液/L	再生流速 （m/h）	再生流量 （ml/s）

i) 清洗。清洗流速采用15m/h，每5min测一次出水硬度，有条件时还可测氯根，直至出水水质合乎要求时为止。清洗时间约需50min（表5）。

清洗记录    表5
清洗流速 （m/h）	清洗流量 （L/h）	清洗历时 （min）	出水硬度（以CaCO3计） （mg/L）
15		5
15		10
15		15
30		5

j) 清洗完毕结束实验，交换柱内树脂应浸泡在水中。
5．实验结果整理：
1、绘制不同运行流速与出水硬度关系的变化曲线。
2、绘制不同清洗历时与出水硬度关系的变化曲线。
三、注意事项：
1、反冲洗时注意流量大小，不要将树脂冲走。
2、再生溶液没有经过过滤器，宜用精制食盐配制。
3、实验结束后水泵中的剩余液要尽量排出。保持泵的清洁。