[科普中国]-离子交换器

离子交换器工艺需要将交换剂放在离子交换器(或称为床)内进行，离子交换剂失效后通过再生来恢复离子交换能力。为了提高离子交换工艺的经济性和技术适用性，产生了不同树脂的组合、不同的床型以及各种离子交换系统。常见的离子交换器有固定床(离子交换器)和连续床两类。1

分类离子交换器内装设的交换剂在交换过程中处于固定位置，此类离子交换器称为固定床，并且原水的交换处理和树脂失效后再生是在同一交换器内、不同时间里分别进行的。固定床离子交换器根据交换器内树脂的种类可分为单床、双床和混床。装填单一树脂的为单床；装填强、弱两种树脂的为双床；装填阴、阳两类树脂的为混床。一·般情况下，固定床是指单床式同定床。

连续床离子交换器是离子交换树脂在动态下运行的交换器，并且原水的交换处理和树脂失效后的再生是在不同装置内同时进行的。1

典型工艺流程电渗析工程典型工艺流程：

1.苦咸水淡化、地下水除氟

原水→101过滤器→精密过滤器→电渗析装置→中空纤维超滤器→紫外线杀菌器→成品水

2.饮用纯净水、太空水生产

原水→机械过滤器→活性炭过滤器→精密过滤器→电渗析装置→阳离子交换器→阴离子交换器→混合离子交换器→中空纤维超滤器→紫外线杀菌器→臭氧灭菌装置→成品水

3.制药行业针剂制备、大输液制备用水

原水→活性炭过滤器→精密过滤器→电渗析装置→阳离子交换器→阴离子交换器→混合离子交换器→多效蒸馏水机→成品水

4.化肥、机械行业用水

原水→机械过滤器→精密过滤器→电渗析装置→阳离子交换器→脱气塔→阴离子交换器→成品水

纯净水的消毒，推荐使用“臭氧”，臭氧消毒后，没有残留物

工作原理工作原理就是离子的交换。

运行时：阳树脂(H-R)+(M+)→(M-R)+(H+)

阴树脂(OH-R)+(X-)→(X-R)+(OH-)

其中M+为金属离子，X-为阴离子。再生过程为其逆过程。

离子交换器的失效控制

离子交换除盐水处理最简单的流程为阳床-阴床组成的一级复床除盐系统。有的一级复床除盐系统采用单元制，即每套一级复床除盐系统包括 阳床、（除碳器）、阴床各一台，在离子交换除盐运行过程中，无论是阳床还是阴床先失效，都是同时再生；还有的一级复床除盐系统采用母管制，即阳床与阳床或阴床与阴床是并联运行的，哪一台交换器失效就再生哪一台。

1 检测和控制原理

强酸性阳树脂对水中各种阳离子的吸附顺序为：Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>Na+>H+；由此可知，水中金属离子Na+被吸附的能力最弱，所以当离子交换时树脂层的各种离子吸附层逐渐下移，H+.最后被其他阳离子置换下来，当保护层穿透时，首先泄漏的是最下层的Na+；因此监督阳离子交换器失效是以漏钠为标准的；其反应方程为（A代表金属阳离子,R为树脂基团）：

An++nRH=RnA+nH+

HCO3-+ H+ =H2O+CO2↑

强碱性阴树脂对水中各种阴离子的吸附顺序为：SO42->NO3->Cl->OH->HCO3->HSiO3- 。由此可知，HSiO3-的吸附能力最弱，所以当离子交换时树脂层的各种离子吸附层逐渐下移，OH-.被其他阴离子置换下来，当保护层穿透时，首先泄漏的是最下层的HSiO3-；因此监督阴离子交换器失效是以漏硅为标准的；其反应方程为（B代表酸根阴离子，R为树脂基团）：

Bm-+mROH=RmB+mOH-

2 控制点和控制方法

由于母管制系统包含了单元制系统,而且它具有能充分使用树脂、提高交换器的出水能力、降低酸碱消耗等优点，我们在研究中主要讨论以这种结构为基础的离子交换除盐水处理系统。

以成都生物制品研究所蛋白分离车间纯水站为例，该系统为母管制水处理系统，系统的结构为：砂滤-活性炭过滤-粗滤-阳床- 一阴-二阴-混床-精滤-纯水罐，系统产水能力为5t/h，在系统的失效控制研究中，我们提出单元失效控制概念，也就是充分利用了母管制制水系统的优点对系统进行失效控制。

（1）RO对各有机溶质的去除率大于NF膜。（2）不同有机溶质的去除率不相同，有的甚至相差很大（例如，RO和NF膜对乙酸的吸光度去除率分别为95.34%、81.45%，而对苯胺的吸光度去除率则分别为61.50%、46.82%）。

3 出水水质

原水经一级复床除盐后，电导率（25℃）低于10μS/cm，水中硅含量低于100μg/L。

用途离子交换器主要用于纯水和高纯水的制备，在医药、化工、电子、涂装、饮料及中高压锅炉给水等诸多工领域中已有十分广泛的应用。用于锅炉、热电站、化工、轻工、纺织、医药、生物、电子、原子能及纯水处理的前道处理，工业生产所需进行硬水软化、去离子水制备的场合，还可用于食品药物的脱色提纯，贵重金属、化工原料的回收，电镀废水的处理等。

常见故障常见故障及解决方法：

离子交换器在环境介质的作用下会引起破坏和变质，即我们常说的腐蚀。离子变压器腐蚀的形态，可分为全面（均匀）腐蚀和局部腐蚀两大类。前者较均匀的发生在设备的全部表面，后者只是发生在局部，例如孔蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀破裂、腐蚀疲劳、氢腐蚀破裂、磨损腐蚀、脱层腐蚀等，特别是石油、化工行业以及海洋大气环境尤为突出。

针对离子交换器腐蚀的问题，频繁更换设备部件是通常采用的方法。

本词条内容贡献者为:

李勇 - 副教授 - 西南大学