2）设原水中含有Fe3+、Ca2+、Na+与RH树脂交换
①进水初期：各种离子在树脂层中有分层现象。如图7－3所示。
②交换进行到中途：各种树脂层扩大往下移。
③交换即将结束：Na+即将泄漏。
图7－3 Fe3+、Ca2+、Na+与RH树脂交
换过程
（2）再生过程
树脂的再生过程指用一定浓度的再生溶液通过树脂层，使饱和树脂还原为原来的状态的过程。
R2Ca＋2NaCl→2RNa＋CaCl2 R2Ca＋2HCl→2RH＋CaCl2
R2Ca＋H2SO4→2RH＋CaSO4 再生程度一般为80％～90％。再生方式有顺流再生和逆流再生。 图7－2 树脂层离子交换过程示意 4、离子交换速度 （1）离子交换的历程
离子交换可分为五个步骤，如图7－4所示。
①水中的Ca2+向树脂迁移并经过树脂表面的水膜层（膜扩散）；
②Ca2+经过树脂孔隙（孔隙扩散）； ③Ca2+与Na+进行交换反应； ④Na+经过树脂孔隙；
⑤Na+经过膜扩散到溶液中。 可见，离子交换反应速度主要由膜扩散、孔隙扩散来控制。
（2）影响因素 ①交联度
交联度越大，孔隙越小，孔隙扩散慢，则孔
图7－4 离子扩散过程示意 隙扩散起控制作用。
②水中离子浓度
离子浓度＞0.1mol/L时，膜扩散很快，孔隙扩散为控制因素； 离子浓度＜0.003mol/L时，膜扩散很慢，膜扩散为控制因素。 ③水流速度v
v越大，水膜层越薄，膜扩散越快。v不影响孔隙扩散。 ④树脂颗粒尺寸
颗粒越小，表面积越大，孔隙通道越短，对膜扩散、孔隙扩散均有利。 ⑤水温t
水温越高，扩散越快。
四、离子交换软化系统 1、钠离子交换软化系统 （1）单级
单级钠离子交换软化系统的流程见图7－5。
图7－5 单级钠离子交换软化系统
去除效果：①能去硬度，残余硬度为0.03～0.05meq/L；②不能脱碱；③出水总硬度稍有增加（因为钠的当量比钙大）。
适用：①原水硬度不太大的情况，原水硬度小于6～8meq/L；②原水碱度小于出水允许碱度；③用于低压锅炉。
（2）双级
双级钠离子交换软化系统的出水残余硬度≤0.01meq/L，再生剂耗量较少。 适用：进水总硬度＜10meq/L，且碱度较低。 2、H－Na离子交换脱碱软化系统
（1）H－Na并联离子交换脱碱软化系统
H－Na并联离子交换脱碱软化系统的流程见图7－6。
图7－6 H－Na并联离子交换脱碱软化系统
H交换器和Na交换器的流量分配为：
Q?QH?QNaQH?S?QNa?A?Q?A'?A?A'QH?QA?S
S?A'QNa?Q?QH?QA?S式中，S＝[SO42-]＋[Cl-（]H交换器整个运行期间出水呈酸性，其酸度等于S）；
- A＝[HCO3]；
A’——剩余碱度，0.3～0.5meq/L。
特点：适用于原水硬度高、碱度大的情况，且系统布置紧凑，投资较省，但系统安全可靠性稍差。
（2）H－Na串联离子交换脱碱软化系统
H－Na串联离子交换脱碱软化系统见图7－7。
图7－7 H－Na串联离子交换脱碱软化系统
H－Na串联离子交换脱碱软化系统的流量分配并联情况一样。
特点：适用于原水硬度高、碱度大的情况，且该系统运行安全可靠，能减轻Na交换器的负荷，提高软化水的质量，更适合于处理高硬度水。
第二节、水的除盐 一、概述 1、水的纯度
水的纯度常以水中含盐量或水的电阻率来衡量。
（1）表示方法
①含盐量C：水中所含阴、阳离子总量。 江河水含盐量C＝1000～1500mg/L以下； 苦咸水含盐量C＝4000～5000mg/L； 海水含盐量C＝30000mg/L以上。
②电阻率ρ：指断面1cm×1cm，长1cm体积的水所测得的电阻。其单位为Ω·cm或MΩ·cm。
理想纯水ρ＝18.3×106Ω·cm（水温25℃）。 （2）水的纯度分类 ①淡化水
高含盐水淡化处理后得到淡化水用于生活或生产。淡化水C＜1000mg/L，ρ＜0.1MΩ·cm（25℃）。
②脱盐水
脱盐水相当于普通蒸馏水，水中强电解质大部分已去除。脱盐水C＝1～5 mg/L，ρ＝0.1～1.0MΩ·cm（25℃）。
③纯水
纯水为深度脱盐水，也称去离子水，水中强电解质绝大部分去除，弱电解质也去除到一定程度。纯水C＝0.1～1.0 mg/L，ρ＝1.0～10MΩ·cm（25℃）。
④超纯水
超纯水中的导电介质几乎全部去除。超纯水的C＜0.1 mg/L，ρ＞10MΩ·cm（25℃）。
2、淡化与除盐方法 （1）蒸馏法
含盐水 加热蒸发 冷却 脱盐水
（2）反渗透法 （3）电渗析法
以上方法多用于海水、苦咸水淡化。
在现有的海水淡化方法中，以多级闪蒸为代表的蒸馏法居主导地位，约占62％，反渗透法占31％，电渗析法占3％，其它方法占4％。
（4）离子交换法
含盐水 H OH H2O
离子交换法适用于原水C＜500mg/L，即主要用于淡水除盐。
二、阴离子交换树脂的工艺特性
离子交换法除盐系统中，阳离子H型树脂去除水中阳离子，阴离子OH型树脂去除水中阴离子。阳树脂的特性在前面已介绍过，不同的是，强酸阳树脂软化时以漏Ca2+为失效点，除盐时以漏Na+为失效点。
阴离子交换树脂通常是在粒状高分子化合物母体的最后处理阶段导入伯胺、仲胺、叔胺基团而构成的。胺是氨NH3中的氢原子被烃基取代的化合物。由于
阴树脂的活性基团为碱性，故为碱性基团。根据基团碱性的强弱，分为强碱性和弱碱性，表示如下：
这里R代表某些简单的脂肪烃烃基。碱性基团的可交换离子为羟基OH-，一般将阴离子交换树脂表示为ROH，此时R代表树脂母体及其所属固定活性基团。
1、强碱阴树脂的工艺特性 （1）反应式
在水的除盐过程中，经过H离子交换的出水含有各种强酸、弱酸阴离子，这些离子经过强碱阴离子交换树脂后可被去除。反应式如下：
最后出水呈弱碱性，这是由于阳床出水总有微量Na泄漏，使阴床出水含有少量NaOH。
强碱树脂的选择性顺序为：
SO2-＞CrO42-＞NO3-＞Cl-＞OH-＞F-＞HCO3-＞HSiO3-
在交换过程中，能去除SO2-、NO3-、Cl-，当HCO3-、HSiO3-以酸的形式存在时也能被去除，但HCO3-、HSiO3-以碱的形式（如NaHCO3）存在，就不能被去除。（因为NaHCO3＋ROH＝RHCO3＋NaOH，OH-抑制反应向右进行。）
（2）失效点
强碱阴树脂以硅酸泄漏为失效点。可通过测定电导率（电导率K＝1/ρ）来控制硅酸泄漏，终点时电导率瞬时下降，因为水中存在H2SiO3和NaOH，则有：
H2SiO3＋NaOH→Na2SiO3
Na2SiO3的导电性能较差，故以电导率瞬时下降作为终点信号。见图7－8。
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