离子交换树脂再生方法

图1.7　离子交换器的结构

1—放空气口；2—入孔；3，8—挡水板；4—视镜孔；
5—分配器；6—树脂；7—假底

（2）使用与维护

新树脂的预处理新树脂中往往混有杂质，影响树脂的交换反应，因此必须进行预处理。预处理包括清洗和转型。

①阳离子交换树脂的预处理。阳离子交换树脂多为Na型。先将其用自来水浸泡1～2d，使其充分吸水膨胀，再反复用自来水冲洗，去除可溶性杂物，直至洗出水无色为止。若采用钠型树脂来软化水，清洗干净即可装入交换器。

若是用于除盐，尚需加以转型。可将清洗、沥干的树脂，加等量7%盐酸溶液浸泡1h，搅拌后除去酸液。用自来水洗至出水pH值为3～4为止，倾去余水，加入等量8%氢氧化钠溶液浸泡1h，除去碱液，再用自来水洗至出水pH值为8～9，倾去余水。加入3～5倍7%盐酸溶液浸泡2h，倾去酸液，用去离子水洗至pH值为3～4即可使用。这时树脂由Na型转为H型。

②阴离子交换树脂的预处理。新的阴离子交换树脂多为Cl型。可将新树脂用自来水浸泡，反复洗涤，洗至无色为止。再加入等量8%氢氧化钠溶液浸泡1h，搅拌后除去碱液。再用通过H型阳离子交换树脂处理的水，洗至pH值为8～9，倾去余水，加入等量7%盐酸溶液浸泡1h，然后用自来水洗至pH值为3～4，最后加入3～5倍8%氢氧化钠溶液浸泡2h，并加以搅拌，使阴离子交换树脂转为OH型。再倾去碱液，用去离子水洗至pH值为8～9即可使用。

离子交换器的操作：

离子交换器的操作分为运行、反洗、再生、正洗等几个阶段。

a.运行。应按原水水质、树脂性质、树脂层高等因素来选择水流速度。如需要除去的离子浓度大，则流速应选择小些。一般来说，交换器的每小时出水量是树脂装载量的10～20倍。交换器的运行时间对于钠离子交换器为6～8h，对于阴、阳离子交换器为20h。

b.反洗。当树脂处理一定的水量后，交换能力下降。当下降到一定程度，正常运行即应停止，并进行反洗操作。反洗是从交换器底部进水，使树脂层松动，并冲掉树脂层表面污物和破碎的树脂。要保证反洗效果，应使树脂层有一定的膨胀强度，使每个树脂球都发生运动，一般膨胀率应大于50%。反洗流速为8～18m／h，时间10～20min。

c.再生。其目的是恢复树脂的交换能力。一般在反洗结束，树脂沉降后进行。影响再生效率的因素，主要有再生剂种类、浓度、流速、时间、温度以及再生方式等。

再生Na型树脂，再生剂可用5%～8%氯化钠溶液，对于H型树脂，可用硫酸或盐酸。酸液浓度一般为0.5%～5%。强型树脂，浓度较大；弱型树脂，浓度较小。对于OH型树脂，可用氢氧化钠或碳酸钠，碱液浓度为3%～5%。

再生剂流速，在软化处理时为3～5m／h，在除盐处理时为4～6m／h。

再生时间，对强酸性阳离子交换树脂，应大于30min，对强碱性阴离子交换树脂，不应少于60min。

常用的再生方式有两种：顺流再生和逆流再生。前者再生剂的流向与原水同向，而后者相反。两者比较，顺流再生操作方便，结构较简单，使用较普遍，但效果稍差；逆流再生效率高、效果好，但结构与操作均较烦琐。

d.正洗。其目的是将树脂层中残存的再生剂冲掉，恢复交换器的工作能力。

先用相当于再生剂流速的小流速进水，时间为20～25min，尔后加大流速，对钠离子交换，流速为8～10m／h，时间约30min；对氢离子交换，流速为15m／h，时间为20～30min；对阴离子交换，流速为10～15m／h，时间为30～60min。总之，应正洗至出水符合水质要求为止。经正洗后，交换器又可以投入正常运行。

e.注意事项。树脂在运输、保管时，应保持湿润。开包后应立即转入密封容器或加水浸泡。树脂应保存在室内，环境温度应保持为5～40℃，不能低于0℃，以防树脂冻结崩裂。交换器应安在坚实的地基上，并调整水平，不垂直度不大于2mm／m。软水箱、除盐水箱一般用钢制，要注意内壁的防腐措施，并定期进行检查。进入交换器的原水，须经澄清、过滤等净化处理，使其没有悬浮杂质。再生剂的浓度对保证树脂再生至关重要，必须注意补充，以保持适当的浓度。当原水中含盐量小于500mg／L时，可采用离子交换法除盐，大于时用此法则不合算了。再生剂均是酸、碱、盐等腐蚀性强的物质，一定要注意防腐措施。工作人员也要注意防止受到伤害。经常检验原水及出水水样，若发现水质超过预定要求，应及时采取对策。

2）电渗析器

电渗析器种类较多，W.鲍里的三室型具有代表性，其构造如图1.8所示。电渗析器由阳极室、中间室及阴极室3室组成，中间DD为封接良好的半透膜，E为Pt、Ag、Cu等片状或棒状电极，F为连接中间室的玻璃管，作洗涤用，S为pH计。电渗析实质上是除盐技术。电渗析器中正、负离子交换膜具有选择透过性，器内放入含盐溶液，在直流电的作用下，正、负离子透过膜分别向阴、阳极迁移。最后在两个膜之间的中间室内，盐的浓度降低，阴、阳极室内为浓缩室。

图1.8　电渗析器结构图

实际应用时，通常用上百对以上交换膜，以提高分离效率，如图1.9所示。进入第3室的水中的离子，在直流电场作用下做定向移动，当阳离子移动到阳膜旁边时，由于阳膜允许阳离子透过，阳离子向负极移动，穿过阳膜进入。第2室内。同理，阴离子则向正极方向移动，穿过阴膜进入第4室内。从第3室流出来的水中，阴、阳离子都减少了，成为淡水。进入第4室的水中的离子，在直流电场作用下也做定向移动，阳离子移向负极，遇阴膜而受到阻挡，保留在第4室内。而第4室中的阴、阳离子均出不去，同时，第3、5室中的阴、阳离子还要穿过交换膜进入第4室，从第4室流出去的水中，阴、阳离子都比原来增多，成为浓水。

由此可见，通电后，由第1、3、5……室流出的是淡水，由第2、4、6……室流出的是浓水，将浓水和淡水分别汇集起来，最后得到的是浓水和淡水。饮料用水除盐需要的是淡水。

考虑到阴膜容易损坏，并防止氯离子透过阴膜进入阳极室，所以，在阳极附近一般不用阴膜，而用一张阳膜或一张抗氧化膜。电渗析过程中，离子交换膜透过性、离子浓差扩散、水的透过、极化电离等因素都会影响分离效率。

图1.9　电渗析工作原理图

1.4　水处理方案的确定

近年来我国推行“集中生产主剂、分散灌装饮料”的产业政策，使用主剂时，饮料灌装仅需准备糖和水（或碳酸水）。如果两个特许灌装厂使用同样牌号的饮料主剂，但原料水的碱度相差较大，不难想象，将两个厂用统一包装的碳酸饮料的部分酸度发生改变，会使饮料香气特征和味的感觉发生恶化。还有，余氯也会使饮料产生明显的异味。现在纯水都要求纯净，必须进行较为全面的水处理。

相对来说，对于混浊型的果汁类饮料，水的浊度、色度、硬度、碱度按一般饮料用水标准的要求就可以了。饮料工厂洗涤、杀菌等用水的要求有时可降低。

根据原水的质量和水质要求的不同，可选用各种不同的水处理方案。当水中悬浮物质含量多时可用凝聚沉淀法，少时用过滤法分离；水中有机物多时可用接触氧化法，少时用活性炭吸附法去除。对于无机盐类，可按其含量多少，分别用反渗透、离子交换法或其他方法脱除。不进行软化的水处理方案有以下3种：

采用软化的水处理方案有以下7种：

【实验实训】　过滤系统的设计

小明和同学到郊外小溪边游玩，发现所带的矿泉水不足，小明巧妙地利用田野的自然条件解决了伙伴们喝水的问题，请同学设计思路。

小资料

198个地市近六成地下水质为“差”

国土资源部公布的《2012年中国国土资源公报》显示，全国198个地市级行政区开展了地下水水质监测工作，监测点总数4929个，其中国家级监测点800个。依据《地下水质量标准》，综合评价结果为水质呈优良级的监测点为580个，占全部监测点的11.8%；水质呈良好级的监测点为1348个，占27.3%；水质呈较好级的监测点为176个，占3.6%。

根据公报，全部监测点中，水质呈较差级的监测点为1999个，占40.6%；水质呈极差级的监测点为826个，占16.8%。主要超标组分为铁、锰、氟化物、“三氮”（亚硝酸盐氮、硝酸盐氮和铵氮）、总硬度、溶解性总固体、硫酸盐、氯化物等，个别监测点存在重（类）金属项目超标现象。

与上年度比较，有连续监测数据的水质监测点总数为4677个，分布在187个城市，其中水质综合变化呈稳定趋势的监测点有2974个，占监测点总数的63.6%，呈变好趋势的监测点有793个，占17.0%；呈变差趋势的监测点有910个，占19.5%。

本章小结

本章着重讲述了水的3种处理方法：净化处理、软化处理和消毒处理。水的净化处理包括澄清和过滤。澄清主要用于一些水质较差、含多量细小悬浮物和胶体物质，水质混浊。而对一些水质较好的水源，其浊度较低，常采用过滤处理。水的软化主要是处理硬度大的水（一般是地下水），原水经净化、软化各项处理后，水中绝大多数的微生物已被除去。但是仍有部分微生物留在水中，为了保证产品质量和消费者的健康，对水要进行严格的消毒处理。水的消毒方法以紫外线消毒最适用于饮料用水的消毒。对应水的处理方式本章介绍了水的处理设备：悬浮澄清池、离子交换器、臭氧发生器等。

复习思考题

1.水处理的方法有哪些？它们之间的区别是什么？

2.在饮料加工中，如果原料水的硬度太大，应采取怎样的处理方式？

3.水的消毒处理中有哪些方法？简单介绍各种方法的特点。