离子交换反应与分层失效原理

 
什么叫离子交换反应?

    离子交换树脂由高分子骨架和活性基团两部分组成。而活性基团又是由官能团离子和可交换离子两部分组成。离子交换反应就是这种可交换离子与水中同性离子间的交换过程。
 
    在离子交换反应中，水中的一个Na被交换到树脂上去，就必然有一个树脂上的可交换的H转入水中。对Na从水中交换到树脂而言，是离子的交换(或吸附)过程，而对树脂上的可交换离子H而言，则称为被交换(或“解吸")过程。


    图4一l表示了水中的盐类NaCl与阳、阴离子交换树脂间的交换反应。
  
什么叫离子交换过程的“分层失效”原理?

    固定床的运行方式通常是使水自上而下地通过树脂层进行离子交换。由于水与树脂层上、下部接触的先后次序不同，在树脂层的不同高度，所发生的交换过程也有不同。下面以水的离子交换软化反应为例，加以说明。


    当水通过再生好的Na型离子交换树脂层时，水中的首先与处于表面层的树脂进行离子交换，所以这层树脂很快就失去了交换水中的作用。此后的水再通过该层树脂时，水的ca、Mg2就不再与这层树脂进行交换了，交换作用进入到下一层的树脂层。由于处于上部的树脂层，其树脂已呈Ca型或Mg型，水通过该层后，水质没有变化，故这一层称为“失效层”。


    在失效层的下一层树脂称为工作层。因为水在通过该层后，水中的Ca、Mg2就与树脂层中Na进行交换作用，直至达到交换的平衡。
    为了保证一定的出水质量，处于交换床最下面的一层离子交换树脂(相当于工作层的厚度)，不能发挥其全部的离子交换作用，只能起到保护出水水质，使出水中ca、Mg2不超过规定的标准，故这一层树脂称为“保护层”。



    在交换床的整个运行过程中，工作层自上而下不断地移动，直至工作层的下缘与保护层的下缘相重合。因为交换作用的不完全，出水中的Ca、Mg2残留量增加，并很快地上升，这称之为“失效”。这时需要对交换床进行再生工作，以恢复树脂交换水中离子的作用。


    在整个运行过程中，交换床树脂层就是这样“分层”达到交换失效，即通常所说的“分层失效”原理。
    交换床“分层失效”原理可参见图4—2所示。