阳离子交换树脂。
离子交换树脂的型号以三位阿拉伯数字组成，第一位数字代表新产品的分类，第二位数字代表骨架的差异，第三位数字为顺序号用以区别基团、交联剂等的差异。第一，第二位数字的意义见下表
树脂型号中第一，二位数字的意义 代号 0 1 弱酸性 2 3 4 5 两性 6 氧化还原性 分类名称 强酸性 强碱性 弱碱性 螯合性 骨架名称 苯乙烯系 丙乙酸系 酚醛系 环氧系 乙烯吡啶系 脲醛系 氯乙烯系 大孔树脂在型号前加“D”凝胶型树脂的交联度值可在型号后用“×”号连接阿拉伯数字表示。如001×7，表示强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，其交联度为7。
软化水用的树脂一般为，强酸性苯乙烯系钠离子交换树脂。结构式如下：
--CH--CH2—CH—CH2--
SO3Na --CH--CH2—CH—CH2--
SO3Na 上式中的苯乙烯聚合体即为树脂母体，-SO3Na为活性基团。离子交换软化水的
+2+2+
基本原理，即是利用活性基团中的Na离子将原水中的Ca，Mg离子置换出来，从而消除了水中的结垢离子。
〈2〉 离子交换树脂的化学性质
1．离子交换反应的可逆性，交换的逆反应即为再生。
2．选择性。树脂对水中某种离子能优先交换的性能称为选择性，它是决定离子交换法处理效率的一个重要因素，本质上取决于交换离子与活性基团中固定离子的亲合力。在常温和稀溶液中，大致具有如下规律。
a．离子价数越高，选择性越好。
b．原子序数愈大，即离子水合半径愈小，选择性愈好。 离子交换平衡理论
离子交换平衡是离子交换的基本理论之一，它是离子交换之所以得以进行，树脂之
2+
所以能够再生的理论依据。现以Na型树脂交换溶液中的Ca离子的反应为例：
2RNa+Ca R2Ca+2Na
〔R2Ca〕〔Na+〕
则平衡常数为：K=——————————
6
2
2+ +
〔RNa〕上式中：[ ]代表离子浓度
2
〔Ca〕
2+
反应开始时：[RNa]、[Ca2+]浓度很高，而[RCa]、[Na+]趋近于零。因此，反应向右进行，
即Ca2+进入树脂，而树脂中的Na+被置换到溶液中。当K=c常数，即
[R2Ca][Na+]2
[RNa]2[Ca2+]
1
时，反应达到平衡。此时交换无法进行，也就是说树脂已饱和；而再生过程则是将反应向逆反应方向进行。软化过程中用NaCl再生，也就是大大增加进液中的Na+浓度，迫使逆反应发生，从而达到再生的目的。 6 离子交换树脂主要产品规格及性能 (表一) 离子交换性质 交换柱形式 顺流再生固定床 交换剂品种 强酸性离子交换树脂 运行流速 m/h 再生剂品种 再生剂耗量g/mol 工作交换容量mol/m 3钠离子交换 逆流再生固定床 强酸性离子交换树脂 一般20瞬时30 NaCl 80～100 强酸性离子交换树脂 一般30～40最大50 NaCl 80～100 H2SO4 100～150 500～800～1000 800～1000 800～1000 650 8001000 HCl 浮动床 离子交换树脂强酸氢离子交换 顺流再生固定床 逆流再生固定床 浮动床 强酸性离子交换树脂 一般20瞬时30 强酸性离子交换树脂 强酸性离子交换树脂 一般20瞬时30 一般30～40最大50 H2SO4 ≤70 HCl 50～55 H2SO4 ≤70 HCl 50～55 ～500650 ～800～1000 15～25 NaCl 100～120 70～80 ～500～650 8001000 离子交换性质 弱酸氢离子交换 顺流再生固定床 弱酸性离子交换树脂 20～30 H2SO4 ～60 HCl ～40 弱碱氢氧离子交换 顺流再生固定床 弱碱性离子交换树脂 20～30 NaOH 40～50 顺流再生固定床 强碱性离子交换树脂 一般20瞬时30 NaOH 100～120 强碱氢氧离子交换 顺流再生固定床 浮动床 混合离子交换 交换柱形式 交换剂品种 运行流速 m/h 再生剂品种 再生剂耗量g/mol 工作交换容量mol/m 3强碱性离子交换树脂 一般20瞬时30 强碱性离子交换树脂 一般30～40 最大50 40～60 HCl 100～150 500～550 40～60 NaOH 60～65 Ⅰ型250～300 Ⅱ型400～500 NaOH 60～65 Ⅰ型250～300 Ⅱ型400～500 NaOH 200～250 200～250 1500～1800 800～1200 250～300 由上表可知，1m3 强酸性阳离子树脂有1000mol的工作交换容量，即1升树脂有1mol 的工作交换容量，再生1升树脂需要的再生剂耗量为100克的NaCL。例如
已知：水处理量Q=36m/h,原水总硬度H0=10mmol/L,工作周期T=10h,计算要用的树
7
3
脂量。
一个工作周期中应除去的硬度值
E=QT H0 =36×10×10=3600(mol) 所需树脂的体积
3
W=E/E工作交换容量 =3600÷1000=3.6（m） 再生一次的耗盐量
B= bE0 /1000φ=100×3600÷1000÷0.95=379kg 式中 b:耗盐率 φ:盐的纯度，一般为95%.
从上表可知，强碱性离子树脂的工作交换容量仅为强酸性离子树脂的一半，所以在后面的混合床主题当中，碱性离子树脂的体积是酸性离子树脂的2倍。
7 软化水离子交换器选型
离子交换器的选型的依据： 1． 周期用水量； 2． 原水硬度； 3． 流速；
3
例如：处理水量Q=10 m，原水总硬度H0=7mmol/L，每天再生次数n=1，离子交换剂用001×7强酸性阳树脂。
设计计算
（1） 一个再生周期应除去的硬度
E=QH0 /n=10×7÷1=70(mol) （2） 树脂的工作交换容量
3
树脂工作交换容量取1000mol/ m
（3） 所需交换剂体积
3
W= E/E工作交换容量 =70÷1000=0.07 m
（4） 交换器的台数与尺寸
取交换剂层厚度为H=1.0m，则交换器的总工作截面积为
2
F=W/H=0.07÷1=0.07 m
所以采用直径为300mm的过滤器为宜。
在设计软化水方案时，离子交换树脂的再生过程一般为全自动控制的多路阀控制器。水处理方面应用最为广泛的是美国富莱克公司和阿图祖公司的生产的全自动控制器。
AUTOTROL自动控制阀
型号 规格 产水量（T/h） 选配桶体(直径×桶高)（英寸） 255/440i 268/440i0 时间性软化3/4″进出水口 时间性软化1″进出水口 2～4 12×52～13×54 0.5～2 8×44～10×54 FLECK自动控制阀
型号 进/出水口 额定产水量 最大反洗流量 2850 3/2″ 11.5 11 8
2900 2″ 24 5.6 5600 3/4″～1″ 4.5 1.5 5600SE 3/4″～1″ 4.5 1.5 8500 3/4″～1″ 3.4 0.9 9000 1″ 4.7 1.9 9500 3/2″ 9.7 3.6 两大控制器生产厂家的控制器虽然控制方式不尽相同，但最后结果是一样的，其中，控制器又分为过滤控制器和软化控制器，软化控制器方面又分时间型和流量型两大类。软化控制器程序大致均包括以下几步：1、反洗；2、吸盐及慢洗；3、快洗；4、盐箱注水等步骤。
例如， 5600型控制器再生程序包括以下步骤： 1、 运行位置 Service，
原水在一定的压力，流量下，流经装有Na+型阳离子交换树脂的容器（软水器）树脂中的可交换离子Na+与水中的Ca2+，Mg2+离子进行置换，使容器出水的Ca2+，Mg2+含量达到我们的要求。我们把一个软水器所具有的离子交换的能力以工作交换容量表示，其单位可用mol，eq，ppm，us grain等。控制器处于工作状态时的位置
2、反洗Backwash 当钠离子交换树脂中的Na+全部被Ca2+，Mg2+置换后，树脂就
失效，树脂失效后，在进行再生之前先用水自下而上的进行反洗，反洗的目的有两个，一是通过反洗，使运行中压紧的树脂层松动，有利于树脂颗粒与再生液充分接触，二是清除运行时在树脂层表面积累的悬浮物及破碎树脂颗粒，这样，交换器的水流阻力不会越来越大，为了保证反洗时完整树脂不被冲走，在设计软水器时，应在树脂层上留有一定的反洗空间，反洗强度越大要求的反洗空间就越大，通常设计选用50%的树脂层高度作为反洗膨胀高度，它适应的反洗流速为12m/h
2
（5gpm/ft）（进水温度为10摄氏度）反洗的好坏直接影响再生效果。 3、 吸盐Brine， 再生液在一定浓度，流量下流经失效的树脂层，将树脂还原再生，
使其恢复原有的交换能力（影响再生效果的因素，在后面会专门阐述。）
4、置换Rinse， 在再生液进行完后，交换器膨胀空间及树脂层中还有尚未参与再
生交换的盐液，为了充分利用这部分盐液，采用小于或相当于再生液流速的清水进行清洗，目的是不使清水与再生液产生混合，一般清洗水量为树脂体积的0.5-1倍。
5、快洗Rapid Rinse， 目的是清除树脂层中残留的再生液及再生时的生成物，通
常以正常运行流速清洗至出水合格为止。
6、盐罐注水Brine Refill，向盐箱注入适量的水，以溶解再生所需的盐。通常1加仑可溶解3磅盐，即1立方米水溶解360kg盐（浓度为26.4%。为了保证盐箱中的盐液浓度能达到饱的，首先应保证溶解时间不小于6小时，其次是必须保持盐液箱中盐平面始终高于水平面。通俗的讲，盐液箱要做到见盐不见水。
8 离子交换工艺
9
1、离子交换系统及应用
在水的软化和除盐中，需根据原水水质，出水要求，生产能力等来确定合适的离子交
2+2+
换工艺。如果原水的碱度不高，软化的目的只是为降低Ca、Mg含量，则可采用Na离子
2+2+
交换系统。当原水碱度比较高，必须在降低Ca、Mg的同时降低碱度。此时，多采用H—Na离子交换器联合处理工艺。利用H离子交换器产生H2SO4和HCl来中和原水或Na 离
—
子交换器出水中的HCO3。反应产生的CO2再由除CO2器除去。
当需要对原水进行除盐处理时，则流程中既要有阳离子交换器，又要有阴离子交换器，以去除所有阳离子和阴离子。
离子交换法处理工业废水的重要用途是回收有用金属。 2、离子交换器的分类
按运行时树脂的状态，可分为固定床离子交换器和浮动床离子交换器两大类。
固定床离子交换器是将树脂装于塔或罐内，以类似过滤的方式运行。交换（运行）时树脂层不动，原水从上部经树脂层交换后由下部流出。再生时，按再生液的流动方向，固定床离子交换器分为顺流再生和逆流再生两种。
顺流再生是指再生时再生液的流动方向与运行时原水的流动方向相同，即再生液自上而下流动；逆流再生则相反，再生液自下而上流动。
顺流再生的优点是设备简单，操作方便，工作可靠。缺点是再生剂用量多，再生效率低，交换时，出水水质较差；逆流再生时，再生剂耗量少（比顺流再生少40%左右），再生效率高，而且能保证出水质量，但设备较复杂，操作控制较严格。逆流再生。切忌搅乱树脂层。
固定床离子交换器内树脂不能边饱和边再生，因此树脂层厚度比交换区厚度大得多，故树脂和容器利用率都很低；树脂层的交换能力使用不当，上层的饱和程度高，下层低，而且生产不连续，再生和冲洗时必须停止交换。为了克服上述缺陷，发展了连续式离子交换设备，包括移动床和流动床。
移动床和流动床的基本原理是在运行的过程中，将部分饱和树脂输送到再生塔内再生，同时将等量的再生好的树脂，输入到交换塔内。因目前公司未涉及到该产品，故不做过多介绍。
9 固定床离子交换器发展趋势
固定床离子交换器经历了手动控制、半自动控制、全自动控制几个阶段。
手动离子交换器的运行及再生的各过程，均由操作人员手动开启、关闭各个阀门，以改变水的流动方向和路径。再生各过程的时间由操作人员控制，运行和再生的终点。由化验结果确定。这就要求操作人员在设备运行和再生的过程中要不断地监测。
手动设备由树脂罐、化盐池、盐泵及若干阀门和相应的管道组成。
由于手动软水设备的操作过于复杂，且受人为因素的干扰较大，随着多路阀技术及其它各种自动控制阀门的出现，我国八十年代末期出现了半自动软水设备，半自动软水设备是将原来的手动阀门改为自动阀门（例如：电磁阀、隔膜阀）或多路阀，而不需人工操作各个阀门。而这些阀门或多路阀的控制集中到控制旋钮上，操作人员只需转动旋钮至相应的状态，即可自动完成阀门的启闭，改变水流的方向和路径。从而实现软水设备各过程的自动转换。在这期间软水设备吸盐系统，许多都采用了压加盐罐或射流吸盐等技术。比较而言，这种设备较手动设备已有了很大的进步。但半自动设备的运行及再生终点依然要化验确定，再生各过程的转变也同样需要人来完成。同时由于多路阀和电磁阀在材质或工艺上存在的一些问题，不完全适合于软水设备的使用，因此，导致设备不能长期稳定的运
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