㈠ 离子交换的基本原理和装置运行方式
离子交换的基本原理和装置运行方式
借助于固体离子交换剂中的离子与稀溶液中的离子进行交换，以达到提取或去除溶液中某些离子的目的，是一种属于传质分离过程的单元操作。离子交换是可逆的等当量交换反应。下面一起来了解一下离子交换的基本原理和装置运行方式：
水处理中主要采用离子交换树脂和磺化煤用于离子交换。其中离子交换树脂应用广泛，种类多，而磺化煤为兼有强酸型和弱酸型交换基团的阳离子交换剂。
离子交换树脂按结构特征，分为：凝胶型、大孔型和等孔型;
按树脂母体种类，分为：苯乙烯系、酚醛系和丙烯酸系等;
按其交换基团性质，分为：强酸型、弱酸型、强碱型和弱碱型。
⑴离子交换树脂的构造
是由空间网状结构骨架(即母体)与附属在骨架上的许多活性基团所构成的不溶性高分子化合物。活性基团遇水电离，分成两部分：固定部分，仍与骨架牢固结合，不能自由移动，构成所谓固定离子，活动部分，能在一定范围内自由移动，并与其周围溶液中的其他同性离子进行交换反应，称为可交换离子。
⑵基本性能
①外观
呈透明或半透明球形，颜色有乳白色、淡黄色、黄色、褐色、棕褐色等，
②交联度
指交联剂占树脂原料总重量的百分数。对树脂的许多性能例如交换容量、含水率、溶胀性、机械强度等有决定性影响，一般水处理中树脂的交联度为7%～10%.
③含水率
指每克湿树脂所含水分的百分率，一般为50%，交联度越大，孔隙越小，含水率越少。
④溶胀性
指干树脂用水浸泡而体积变大的现象。一般来说，交联度越小，活性基团越容易电离，可交换离子的水合离子半径越大，则溶胀度越大;树脂周围溶液电解质浓度越高，树脂溶胀率就越小。
在生产中应尽量保证离子交换器有长的工作周期，减少再生次数，以延长树脂的使用寿命。
⑤密度
分为干真密度、湿真密度和湿视密度
⑥交换容量
是树脂最重要的性能，是设计离子交换过程装置时所必须的数据，定量地表示树脂交换能力的大小。分为全交换容量和工作交换容量。
⑦有效PH范围
由于树脂的交换基团分为强酸强碱和弱酸弱碱，所以水的PH值对其电离会产生影响，影响其工作交换容量。弱碱只能在酸性溶液中以及弱酸在碱性溶液中有较高的交换能力。
⑧选择性
即离子交换树脂对水中某种离子能优先交换的性能。除与树脂类型有关外，还与水中湿度和离子浓度有关。
⑨离子交换平衡
离子交换反应是可逆反应，服从质量作用定律和当量定律。经过一定时间，离子交换体系中固态的树脂相和溶液相之间的离子交换反应达到平衡，其平衡常数也称为离子交换选择系数。降低反应生成物的浓度有利于交换反应的进行。
⑩离子交换速率
主要受离子交换过程中离子扩散过程的影响。
其他性能：如溶解性、机械强度和耐冷热性等。离子交换树脂理论上不溶于水，机械强度用年损耗百分数表示，一般要求小于3%～7%/年。另外，温度对树脂机械强度和交换能力有影响。温度低则树脂的机械强度下降，阳离子比阴离子耐热性能好，盐型比酸碱型耐热好。
⑶树脂层离子交换过程
以离子交换柱中装填钠型树脂，从上而下通以含有一定浓度钙离子的硬水为例，以交换柱的深度为横坐标，以树脂的饱和度为纵坐标，可绘得某一时刻的饱和度曲线。就整个交换过程而言，树脂层的变化可分为三个阶段。
离子交换装置按运行方式不同，分为固定床和连续床
⑴固定床的构造与压力滤罐相似，是离子交换装置中最基本的也是最常用的一种型式，其特点是交换与再生两个过程均在交换器中进行，根据交换器内装填树脂种类及交换时树脂在交换器中的.位置的不同，可分为单层床、双层床和混合床。
单层床是在离子交换器中只装填一种树脂，如果装填的是阳树脂，称为阳床;如果装填的是阴树脂，称为阴床。
双层床是离子交换器内按比例装填强、弱两种同性树脂，由于强、弱两种树脂密度的不同，密度小的弱型树脂在上，密度大的强型树脂在下，在交换器内形成上下两层。
混合床则是在交换器内均匀混杂的装填阴、阳两种树脂，由于阴、阳树脂混杂，因此原水流经树脂层时，阴、阳两种离子同时被树脂所吸附，其产物氢离子和氢氧根离子又因反应生成水而得以降低，有利于交换反应进行的彻底，使得出水水质大大提高。但其缺点是再生的阴、阳树脂很难彻底分层。于是又发明了三层混床新技术，保证在反洗时将阴、阳树脂分隔开来。
根据固定床原水与再生液的流动方向，又分为两种形式，原水与再生液分别从上而下以同一方向流经离子交换器的，称为顺流再生固定床，原水与再生液流向相反的，称为逆流再生固定床。
顺流再生固定床的构造简单，运行方便，但存在几个缺点：在通常生产条件下，即使再生剂单位耗量二至三倍于理论值，再生效果也不太理想;树脂层上部再生程度高，而下部再生程度差;工作期间，原水中被去除的离子首先被上层树脂所吸附，置换出来的反离子随水流流经底层时，与未再生好的树脂起逆交换反应，上一周期再生时未被洗脱出来的被去除的离子，作为泄漏离子出现在本周期的出水中，所以出水剩余被去除的离子较大;而到了了工作后期，由于树脂层下半部原先再生不好，交换能力低，难以吸附原水中所有被去除的离子，出水提前超出规定，导致交换器过早地失效，降低了工作效率。因此，顺流再生固定床只选用于设备出水较小，原水被去除的离子和含盐量较低的场合。
逆流再固定床的再生有两种操作方式：一是水流向下流的方式，一是水流向上流的方式，逆流再生可以弥补顺流再生的缺点，而且出水质量显著提高，原水水质适用范围扩大，对于硬度较高的水，仍能保证出水水质，所以目前采用该法较多。
总起来说，固定床有出水水质好等优点，但固定床离子交换器存在三个缺点：一是树脂交换容量利用率低，二是在同设备中进行产水和再生工序，生产不连续，三是树脂中的树脂交换能力使用不均匀，上层的饱和程度高，下层的低。
为克服固定床的缺点，开发出了连续式离子交换设备，即连续床。
⑵连续床又分为移动床和流动床
移动床的特点是树脂颗粒不是固定在交换器内，而是处于一种连续的循环运动过程中，树脂用量可减少三分之一至二分之一，设备单位容积的处理水量还可得到提高，如双塔移动床系统和三塔移动床系统。
流动床是运行完全连续的离子交换系统，但其操作管理复杂，废水处理中较少应用。
;㈡ 离子交换设备的工作原理
抄离子交换系统是通过阴阳离子树脂对水中的阴阳离子进行置换的处理工艺，离子交换设备中的阴阳离子交换树脂按照不同的比例进行搭配，组成离子交换阳床系统、离子交换阴床系统和离子混床系统三种。混床系统是在反渗透处理工艺后用来制取超纯水。离子交换设备采用离子交换方法，把水中的阴阳离子清除，用氯化钠代表水中无机盐类，水质除盐的基本反应方程式如下：
阳离子交换树脂：R—H+Na+ R—Na+H+
阴离子交换树脂：R—OH+Cl- R—Cl+OH-
阳、阴离子交换树脂总的反应式为：
RH+ROH+NaCl——RNa+RCL+H2O
从而看出，水中的氯化钠已分别被树脂上的氢离子和氢氧根离子所取代，生成水，达到清除水中盐的作用。
㈢ 混合离子交换器概述
混合离子交换器，全称为混床，是一种特殊的离子交换设备，它将阳离子交换树脂和阴离子交换树脂以混合状态装填在同一装置内，实现了同时进行阳离子和阴离子的交换。混床的阳树脂比重大于阴树脂，所以在交换器内部，阴树脂位于上层，阳树脂位于下层。常见的阳阴树脂装填比例为1：2，也有1：1.5的比例，具体可根据选用的树脂类型进行调整。
混床主要分为体内同步再生式和体外再生式两种。同步再生式混床的特点在于运行和再生过程都在交换器内部进行，树脂不需移出设备，且阳、阴树脂同时进行再生，这使得其所需的辅助设备较少，操作更为简便。其优势主要体现在：
在混床设备的选择上，有机玻璃柱型的通常更受青睐，因为它们在树脂分层时能更清晰地观察。相比之下，传统如A3钢材质的设备，由于视线受限，操作起来可能较为不便，难以观察到树脂的分层情况。
㈣ 一米净水的中央软水机是个什么概念 有什么用
一米软水机是一种利用离子交换技术的设备，它通过树脂功能基团中的钠离子置换水中的钙、镁等离子，从而达到去除水垢（碳酸钙、碳酸镁）的目的。其工作原理通过控制阀预先设定的程序自动完成阀门的开与关，实现软化、反洗、再生、慢洗、补水、正洗等各个工艺过程的全自动智能化运行。
软水机的应用广泛，特别是在硬水地区，使用软水机可大大改善水质，提高生活品质。硬水中的钙、镁离子会导致水垢积累在各种设备和管道中，影响其正常运行和使用寿命。而软化后的水则能有效减少这些问题，延长设备使用寿命，同时还能防止水垢在衣物和皮肤上留下痕迹，保护皮肤健康。
此外，软水机还能减少家庭清洁用品的消耗，如洗衣粉、洗洁精等。因为软水减少了硬水中矿物质对洗涤剂的吸附，使洗涤剂能更有效地发挥作用，从而节约清洁用品的使用量。这对于家庭经济和环保都有积极影响。
软水机还能改善家庭用水体验。硬水中的矿物质可能会影响洗浴和泡茶的口感，而软水则能提供更纯净、更舒适的用水体验。在烹饪方面，软水也能减少食物中残留的矿物质，使得烹饪出的食物更美味。
总之，一米软水机是一个高效、智能的水处理设备，通过去除水中的钙、镁离子，改善水质，提高生活品质。它在家庭、工业等多个领域都有广泛的应用，为人们提供更加纯净、舒适的用水环境。