EDI技术及其应用
【摘要】论述了EDI装置的基本原理，主要运行参数，及运行中需要注意的问题；论述了集中常见的EDI膜堆形式：阳离子交换树脂EDI、分层床EDI、分床EDI、双极膜EDI；介绍了EDI工艺的特点及应用。
【关键词】EDI 电去离子技术
EDI是电渗析和离子交换相结合的膜分离技术，通常在电渗析器的淡室隔板中装填阴、阳离子交换树脂，结合离子交换树脂和离子交换膜，在直流电场作用下实现去离子过程的新型水处理技术，又称为电去离子技术（Continuous electrodeionization，简称CEDI或EDI）。该技术兼有常规电渗析连续操作和离子交换深度脱盐的优点，同时克服了常规电渗析过程容易出现浓差极化（尤其在低离子浓度的条件下），以及离子交换需要再生树脂和接卸操作的缺点。【1】它的出现是水处理工业的一次划时代的革命，标志着水处理工业全面跨入绿色产业的时代。
EDI的装置与原理
EDI装置一般由离子交换膜、隔板、电极、夹紧装置、溶液流道和管路等组成，其中膜堆由淡室和浓室交替排列组合而成.与常规电渗析不同的是，淡室中填充了阴离子和阳离子的交换介质，如离子交换树脂、离子交换纤维以及无机离子交换剂等.填充床电渗析的膜堆结构示意图【2】见图1.
EDI基本原理主要包括离子交换、在电场作用下离子选择性迁移和树脂的电再生这三个方面。在直流电场的作用下，淡室溶液中的阴离子和阳离子分别向阳极和阴极迁移，由于EDI中填充的树脂的导电性远高于与之接触的溶液，因此从溶液到膜表面的离子传递几乎都是通过树脂相来完成的。离子首先通过树脂颗粒表而的扩散层进入树脂相，然后在电场作用下经由树脂颗粒构成的离子传输通道迁移并透过离子交换膜进入浓缩室。当树脂与溶液间界而扩散层中的极化发展到一定程度，水分子解离为H+和OH-。水解离产生的H+和OH一部分参与到负载电流中，另一部分对树脂起到再生作用(即电再生)，从而使离子交换、离子选择性迁移、电再生三个过程相伴发生【3】。
EDI设备的主要运行参数【4】
影响EDI设备产水水质的运行参数主要有进水水质、再生电压、再生电流及进水流量;某些其他运行参数如水回收率、弱电离物质的含量、水温等对EDI设备的性能也有一定的影响，因此，应结合具体的应用条件进行综合分析判断。
1，EDI设备的进水水质
EDI设备能够生产出电阻率高达16 MΩ·cm 的高纯水，但对进水水质有较高要求，它不适用于原水含盐量较高的进水，因为当原水电导率大于一定值时，纯水电阻率急剧下降，其典型的进水特征值如表1所示【5】。因而在EDI设备之前几乎总是安装有反渗透(RO)装置等预除盐系统。
表1 EDI典型的进水特征值
2，EDI设备的再生电压
在研究EDI设备的再生电压对产水水质的影响时，不同的研究人员使用了不同的实验设备，设计了不同的实验方案，但结果均表明电再生时电压必须达到一定值，操作电压过小则不足以在纯水排出之前将离子从淡室移出，电渗析过程和树脂电再生过程都比较微弱，此时主要进行的是离子交换过程;随着操作电压的增大则水解离程度增大、树脂的再生效果好，使得淡水的电导率下降;当操作电压增加到一定程度时离子交换过程与树脂的再生过程达到了平衡，产水电导率进一步下降并趋于稳定;此后继续增加电压时离子的迁移速度不再有明显提高，因而产水水质几乎没有变化。但操作电压过大将引起过量的水电离和离子反扩散而降低产水水质。所以，建议EDI在适当的电压下运行。
3，EDI设备的再生电流
随着电流的增大，EDI产水电导率减小，产水水质更佳;但当电流增达到一定程度以后，产水电导率随电流的升高而下降的幅度变小。这是由于.随着膜堆电流的升高淡室中的水解离程度增大，产生H+和OH一数量多，对树脂的再生效果好，所以EDI产水电导率下降;当膜堆电流继续升高时，淡室中的水解离程度进一步增大，使得离子交换与树脂的再生逐渐达到平衡，产水电导率进一步下降;但随着膜堆电流继续升高，H+和OH一除了作用于树脂再生外，剩余部分主要用于负载电流，导致产水电导率下降的幅度变小，EDI设备的电流效率降
低。
4，EDI设备的进水流量
EDI出水的电导率随淡水进水流量的变化很小，但随着浓水流量的减小而增大。这是因为浓水流量的减小使得浓水离子含量增加，导致浓室水溶液电阻减小，使得膜堆电流增大，而膜堆电流的增大只能由淡室中的水加剧解离产生出更大量的H+和OH一来负载。增大浓水流量增大了浓室电阻，使得膜堆电流减小，水解离程度减弱。
5，水回收率、原水水温及EDI设备的其他运行参数
EDI产水电导率随水回收率的增加而降低，这是因为，水回收率增大则淡水流量变大，改善了淡室中的水力学状态，减薄了树脂颗粒表面滞流层的厚度，从而减小淡室的电阻，增大了膜堆的电流;浓水流量变小，增加了浓室中离子的浓度，也相应增大了膜堆的电流。但是，随着水回收率进一步增大，浓、淡室离子浓度相差较大，离子的反迁移程度趋大，所以在水回收率高于某一值时产水电导率的变化趋于平缓。
随着EDI原水温度的升高，产水电导率降低。这是由于，原水温度升高，使得水中的离子在树脂和膜中的迁移和扩散的速度加快，有利于去离子过程。另外，水中的Si02和CO2等弱电离物质也会对EDI出水的性能产生影响。
EDI装置应用时应注意的问题【6】
1，浓水室结垢是一个问题:离子诸如迁移向阴膜的钙离子和镁离子进入浓水室，而阴膜有大量的氢氧根离子通过阴膜迁移向阴极，大量的氢氧根离子增加了阴膜表面的pH值，造成一个理想的结垢环境。为了阻止结垢，离子浓度和硬度必须被控制在一定的范围。控制的方法包括设置适当的回收率和控制进水的组成成分。此外在浓水室填充树脂也会起到预防膜堆结构的效果。Mir L提出在浓室填充阳离子交换树脂或混合离子交换树脂，既可以增加浓水的导电性，降低膜堆电阻，同时可以减少富集在浓水室阴膜表面的硬度离子，防止结垢【7】。2，各室压力要求问题
EDI在运行时，必须保证淡水室的压力比浓小室的压力高，且淡水室和浓水室必须保证严格的压力差，压力差太大，膜将会渗漏，如果浓水进入淡水，产品水质将受到影响。
此外，EDI的电极流可冷却电极并排出电解产生的气体，由于一部分氯气溶于水中，产生氧化作用，且电极流流量很小，所以这部分电极流被排出，不回收。
常见的EDI膜堆形式【8】
1，阳离子交换树脂EDI
图2阳离子交换树脂EDI
阳离子交换树脂EDI装置的主要特征是EDI膜堆在两张阳离子膜之间仅填充阳离子交换树脂，整个装置不存在阴离子交换树脂，相邻两个树脂室间用阴离子交换膜分隔成浓缩室和酸液室，浓缩液和酸液分别循环。为防比树脂内产生重金属氢氧化物，许多研究者采用该种EDI装置来处理低浓度重金属废水。此时，淡室树脂床中只有阳离子的吸附与再生，再生阳离子的H+来源于外加酸液。进料液通过树脂室而流出，进料液中的重金属阳离子被树脂所吸附而除去，在电场的作用下，酸液室中的H+穿过阳膜进入树脂室，对树脂进行再生，交换下来的重金属离子穿过阳膜进入浓缩室。
研究利用图2的膜堆形式考查了膜堆处理电镀CuS04废水的操作特性。在稳定状态下，在树脂床层内沿料液流动方向和垂直于料液流动方向上，均建立恒定的铜离子浓度分布，使得装置能够连续稳定运行。研究表明，过程电流效率可达30%一40%，进料的含铜量由500 mg/ L降至0. 5 mg/ L，浓缩液中含铜量可达60 g/ L，可直接返回镀槽。电能消耗为5~10 kW/ kg铜。该装置成功地进行了3个月的连续运行，证明能够实现工业化运行。【9】该过程中不存在阴离子交换树脂，只有阳离子树脂的再生，再生阳离子树脂的H+来源于外加酸液。正是由于上述特点，使得此过程电流效率较高，可得到高浓度的浓缩液;但阴离子不能去除，只能得到脱阳离子水，不能同时获得高纯度的可回用的纯水。此外，过程操作需要外加酸液，不仅造成膜堆结构复杂，而且需要耐腐蚀的泵和贮罐。
2，分层床EDI
图3【10】分层床EDI示意图
分层床EDI是在淡室中按一定比例分层填充阳离子交换树脂、阴离子交换树脂和阴、阳离子交换树脂混合床，让进料液按顺序先通过阳离子交换树脂层除去重金属离子，然后再通过阴离子交换树脂层除去阴离子，从而避免重金属氢氧化物沉淀在树脂床的产生，最后通过阴、阳离子交换树脂混合层来调节溶液PH。
王方【11】采用类似的分层床EDI装置，在淡室上部分填充阳离子交换树脂，在下部分填充阴、阳离子交换树脂，可避免重金属氢氧化物沉淀的产生。
这种分层结构形式的EDI装置可以在浓缩重金属离子的同时连续稳定运行，无氢氧化物沉淀产生，但这种EDI装置结构较为复杂，离子交换树脂填充困难。
3，分床EDI
图4【12】分床EDI示意图
分床EDI是阴、阳离子交换树脂分别填充在由离子交换膜相互隔开的隔室中，互不相混。该种装置一般采用两张阳膜和两张阴膜，在两张阳膜组成的淡室Ⅰ内填充阳离子交换树脂.而在两张阴膜组成的淡室II内填充阴离子交换树脂，在阴、阳极之间形成5个室，依次分别为阳极室、淡室工、浓缩室、淡室II、阴极室。进料液依次经过淡室Ⅰ和淡室II中的阳、阴离子交换树脂床，在淡室II出口处得到出水。同时，在电流作用下，阳极反应产生H+并通过阳膜对淡室工中的阳离子交换树脂进行再生，并使交换下的重金属离子进入浓缩室;同样阴极反应产生的OH一通过阴膜对淡室II中的阴离子交换树脂进行再生，同时交换出的废水中的阴离子进入浓缩室，最终在浓缩室出口处得到浓缩液。
陈雪芬【13】利用类似的分床EDI装置处理100mg/L含Ni2+的模拟电镀废水，经间歇运行和连续运行处理，最终Ni2+的去除率达98%以上，浓缩液浓缩倍数可达12~14，电流效率可达34%。这种分床EDI装置彻底解决了在运行过程中Ni(OH)2的沉淀问题。
在上述分床EDI中，在进料液接触阴离子交换树脂之前重金属离子已在淡室Ⅰ除去，因而能避免重金属氢氧化物沉淀在离子交换树脂床中的产生。这种分床EDI可在回收重金属的同时获得高质量的水以便回收利用，而且离子交换树脂的装填较分层床更为简单，但是该过程再生树脂的H+和OH-由电极反应产生，一对电极之间只能组装一个5室单元，不利于设备的放大和大规模工业生产运用。
4，双极膜EDI
图5双极膜示意图
双极膜是一种由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成的新型膜，双极膜EDI是对分床EDI的改进，在该EDI中阴、阳离子交换树脂分别位于双极膜的两侧，进料液依次通过阳离子交换树脂床和阴离子交换树脂床分别去除废水中的重金属和阴离子，在电场作用下，水在双极膜中离解不断产生H+和OH--，可以起到连续再生阳、阴离子交换树脂的作用。
与其他EDI相比，双极膜EDI利用水在双极膜中的离解反应产生H+和OH一用以再生树脂，因此可以在一对电极之间组装多个含双极膜的膜单元形成庞大的膜堆。
张贵清【14】对双极膜EDI装置进行改进，并采用这种改进后的双极膜EDI处理低浓度重金属废水，结果显示，进料液中的重金属离子在接触阴离子交换树脂之前已在阳离子交换树脂室中预先除去，避免了重金属阳离子与阴离子交换树脂的接触.因此，只要操作条件控制适当，就可以避免在离子交换树脂床中产生重金属氢氧化物沉淀。
利用双极膜EDI来处理低浓度重金属废水，有可能克服上述几种EDI装置的不足，其过程连续稳定，同时能获得较高浓度的重金属离子浓缩液和水质良好可回用的出水，而且设备结构简单，离子交换树脂易于填充，设备便于放大和大规模工业生产运用。因此双极膜EDI技术有可能为低浓度重金属废水的处理提供一个有效的技术手段。
EDI技术的应用
1，高纯水/超纯水的制备
近年来，近年来，EDI在电力、电子、化工、医药、石化等行业的超纯水制备工艺中得到了越来越广泛的应用。在电力行业中，国内部分火电厂己经由传统的反渗透+离子树脂床升级为反渗透+EDI来处理发电锅炉给水【15,16】。国内某核电站A采用第三代核电AP1000压水堆技术，其蒸气发生器排污系统（BDS）在国内首次采用EDI装置来净化排污流。【17】
目前，填充床电渗析主要用于高纯水/超纯水的制备，通常与反渗透相结合，还包括微滤、脱气和紫外消毒单元。这类设备的优点是产品水的质量稳定。不需要化学试剂再生和可以实现连续操作等。
采用填充床电渗析制备超纯水时，影响填充床电渗析运行的主要因素【18】包括：填充床电渗析进水电导率、工作电压/电流、浊度和污染指数、硬度、TOC、进水中CO2、Fe和Mn等金属毅力和总阴离子含量等。另外进水温度、PH值、SiO2以及氧化物也对EDI系统运行有影响，这些因素都会影响到EDI系统运行的稳定性和产品水质量。
2，RO-2EDI-UF制备注射用水【19】
目前国内外药典对注射用水细菌内毒素的要求越来越高。原水经预处理及反渗透一二级
电去离子（RO-2EDI)除盐处理，理化指标可达到药典关于纯化水的要求。与此同时，RO可有效除菌，EDI运行条件也不利于细菌的生长，但系统中如管道、储罐等总会有少量细菌存在，进而产生细菌内毒素，影响水质。为了保证系统的出水水质稳定且达标，故后续处理加超滤装置以除去细菌、热原等。
广州市中医院制剂室采用晶源公司提供的反渗透一二级电去离子一超滤（ RO-2EDI-UF)工艺来生产注射水。连续运行几个月后发现，检测项目pH,氮、氯化物、硫酸盐、钙盐、二氧化碳、硝酸盐与亚硝酸盐、重金属、挥发物以及细菌内毒素和电导率等各项指标均达到中国药典2005版注射用水标准。系统产水电阻率稳定在17 MΩ· cm以上，热原<0.1 EU/mL。,3，处理低浓度金属离子的废水
由于填充床电渗析中填充的离子交换剂具有降低膜堆电阻、促进离子传输的特点，近年来一些研究者采用该技术用于去除废水中的金属离子，一些代表性的研究实例见表.
表2 【20】 EDI用于去除废水中的金属离子
EDI技术可以高效连续地去除并回收废水中的重金属离子污染物，且回收循环利用废水，实现重金属废水“零”排放，并以其实用性、环境友好性和良好的市场前景，引起国内外的广泛关注，在众多实验室和工业领域得到了广泛的推广与应用。但处理过程中也不同程度存在膜堆适用性差，过程运行不够稳定，易形成金属氢氧化物沉淀等问题。
EDI装置的特点
作为纯水生产技术史上的一项革命性进展，EDI装置比传统混床技术更为先进，主要表现在以下几个方面:
(1)离子交换树脂不需酸、碱化学再生，基本无化学废物排放;
( 2)连续再生，无需复杂的再生操作及备用设备，运行和维护简单，大大降低了劳动强度;
( 3)模块化设计能够将其流量做到450t/ h甚至更高，使得EDI系统与各种流量的混床相比，在价格上具有较强的竞争力;
( 4)出水纯度高，可达到中华人民共和国国家电子级水I级标准，其电阻率>16. 8 M Ω· cm;
( 5)水回收率高，降低了Si0:和TOC指标，且不受入口水质波动的影响;
( 6)设备安装条件低，占地面积小。
此外，EDI具有优异的去除二氧化碳、硅、硼、氨等弱解离物质的能力，更适用于高纯水生产的需要。然而，EDI工艺同任何其他工艺一样，也存在一定的不足，其中最主要的是对进水水质有较高的要求，因为当EDI在水电离模式下工作时，电能利用效率较低，通常只有一少部分直流电流用于移动盐离子，其它的电流都被用来电离水，这使得EDI事实上只宜用于低盐度水的精处理，这也是目前常用RO-EDI联用的原因。此外，浓水室结垢以及对
各室压力的要求也是一个问题。
EDI的理论和实践都取得了巨大发展，但大多是围绕纯水制备这一目标而展开研究.尽管有不少关于填充床电渗析技术应用于其他领域的研究报道，但大多都没有实现规模化应用，需要进一步开展深入研究，推动该技术的推广应用.鉴于EDI技术在许多领域有广泛的应用前景，需要投入较多的人力和物力来进行深入系统的研究，以促进该技术在环境保护、清洁生产和节能减排等领域发挥重要作用.
参考文献：
【1】石绍渊，张晓琴等. 填充床电渗析技术的研究进展.膜科学与技术，2013年10月，第33卷第5期
【2】石绍渊，张晓琴等. 填充床电渗析技术的研究进展.膜科学与技术，2013年10月，第33卷第5期
【3】何明兴，何安西，陈秀云等.钢板酸洗废液制各高纯氧化铁的研究[J].钢铁钒铁,2000,21(4):18-22.
【4】赵毅，王娜等. 电去离子(EDI)技术及其在高纯水生产中的应用.华北电力大学学报.2007年5月，第34卷第3期.
【5】赵毅，王娜等. 电去离子(EDI)技术及其在高纯水生产中的应用.华北电力大学学报.2007年5月，第34卷第3期.
【6】刘建伟，杜美启. EDI装置的原理和应用.新技术新工艺,2001年第11期
【7】黄东月，罗建中.电去离子新技术及其制备注射用水的可行性分析.水处理技术，2012年10月，第38卷第10期
【8】肖隆庚，陈文松等.EDI技术处理低浓度重金属废水的研究进展.工业水处理，2013年11月，第33卷第11期.
【9】管山，王建友等.电去离子（EDI）过程处理电镀废水的研究进展.化工进展，2003年第22卷第8期
【10】纯水系统电去离子装置-edi，https://www.doczj.com/doc/df12763529.html,
【11】王方.回收重金属废水用电去离r技术研究进展[J].工业水处理,2008,28(12);1-4. 【12】管山，王建友等.电去离子（EDI）过程处理电镀废水的研究进展.化工进展，2003年第22卷第8期
【13】陈雪芬.电去离技术处理含重金属电镀废水[D].杭州:浙江大学，2005.
【14】张贵清.一种双极膜电去离技术制取超纯水的力法及其备:CN，200510032148.4 [P] .2005-09-12.
【15】王仁雷，孙心利，何彩燕等.电去离子技术在电厂中的应用[J].热力发电，2008，37
(11) :132-135.
【16】李艳萍，周广智.EDI水处理技术及其在电厂应用[J].华北电力技
术,2003.11:35-37.
【17】陈耀容. 电去离子(EDI)水处理技术在AP1000核电机组中的应用. 净水技术,2013,32 (6) :84-87
【18】吕宏德，张新欣，张晓明.EDI技术在超纯水制备中的应用[J].电站系统工程，2006, 22(4): 59-60.
【19】黄东月，罗建中.电去离子新技术及其制备注射用水的可行性分析.水处理技术，2012年10月，第38卷第10期
【20】石绍渊，张晓琴等. 填充床电渗析技术的研究进展.膜科学与技术，2013年10月，第33卷第5期
离子交换树脂的交换原理是什么 离子交换树脂的结构 离子交换树脂的内部结构，如下图所示。由三部分组成，分别是： (1)高分子骨架由交联的高分子聚合物组成； (2)离子交换基团它连在高分子骨架上，带有可交换的离子(称为反离子)的离子型官能团或带有极性的非离子型官能团； (3)孔它是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔(凝胶孔)和高分子结构之间的孔(毛细孔)。在交联结构的高分子基体(骨架)上，以化学键结合着许多交换基团，这些交换基团也是由两部分组成：固定部分和活动部分。交换基团中的固定部分被束缚在高分子的基体上，不能自由移动，所以称为固定离子；交换基团的活动部分则是与固定离子以离子键结合的符号相反的离子，称为反离子或可交换离子。反离子在溶液中可以离解成自由移动的离子，在一定条件下，它能与符号相同的其他反离子发生交换反应。 离子交换的基本原理 离子交换的选择性定义为离子交换剂对于某些离子显示优先活性的性质。离子交换树脂吸附各种离子的能力不一，有些离子易被交换树脂吸附，但吸着后要把它 置换下来就比较困难；而另一些离子很难被吸着，但被置换下来却比较容易，这种性能称为离子交换的选择性。离子交换树脂对水中不同离子的选择性与树脂的交联度、交换基团、可交换离子的性质、水中离子的浓度和水的温度等因素有
关。离子交换作用即溶液中的可交换离子与交换基团上的可交换离子发生交换。一般来说，离子交换树脂对价数较高的离子的选择性较大。对于同价离子，则对离子半径较小的离子的选择性较大。在同族同价的金属离子中，原子序数较大的离子其水合半径较小，阳离子交换树脂对其的选择性较大。对于强酸性阳离子交换树脂来说，它对一些离子的选择性顺序为：Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>H+。离子交换反应是可逆反应，但是这种可逆反应并不是在均相溶液中进行的，而是在固态的树脂和溶液的接触界面间发生的。这种反应的可逆性使离子交换树脂可以反复使用。 （文档由洛阳宏昌工贸整理提供）
目录 一、总述 (1) 1. 锅炉水处理监督管理规则 (1) 2. 离子交换树脂内部结构 (1) 3. 钠离子交换软化原理及特性: (2) 4. 水质分析测试内容 (2) ?PH值(Potential of Hydrogen) (2) ?总溶解固体(TDS --TOTAL DISSOLVED SOLIDS) (2) ?铁含量(IRON) (2) ?锰........................................................ ?硬度值(HARDNESS) (3) ?碱度 (3) ?克分子(mol) (3) ?当量 (4) ?克当量 (4) ?硬度单位 (4) ?我国江河湖泊水质组成 (7) 二、全自动软水器 (7) 三、影响软水器交换容量的因素 (9) 1. 流速(gpm/ft，m/h) (9) 2. 水与树脂的接触时间：（gpm/ft3） (9) 3. 树脂层的高度 (10) 4. 进水含盐量 (11) 5. 温度 (13) 6. 再生剂质量(NaCl) (13) 7. 再生液流量 (14) 8. 再生液浓度 (15) 9. 再生剂用量 (16) 10. 树脂 (16) 四、自动软水器设计 (16) 1. 软水器设备应遵循的标准 (16) 2. 全自动软水器主要参数计算 (17) 1) 反洗流速的计算: (17) 2) 系统压降计算 (17) 3. 软水器设计计算步骤 (17) 计算示例 (19)
一、总述 1.锅炉水处理监督管理规则 第三条锅炉及水处理设备的设计、制造、检验、修理、改造的单位，锅炉及水处理药剂、树脂的生产单位，锅炉房设计单位，锅炉水质监测 单位、锅炉水处理技术服务单位及锅炉清洗单位必须认真执行本规 则。 第九条锅炉水处理是保证锅炉安全经济运行的重要措施，不应以化学清洗代替正常的水处理工作。 第十条生产锅炉水处理设备、药剂和树脂的单位，须取得省级以上(含省级)安全监察结构注册登记后，才能生产。 第十一条未经注册登记的锅炉水处理设备、药剂和树脂，不得生产、销售、安装和使用。 第十四条锅炉水处理设备出厂时，至少应提供下列资料: 1.水处理设备图样(总图、管道系统图等); 2.设计计算书; 3.产品质量证明书; 4.设备安装、使用说明书; 5.注册登记证书复印件。 第三十六条对违反本规则的单位和个人，有下列情况之一者，安全监察机构有权给予通报批评、限期改进，暂扣直至吊销资格(对持证的单位 和个人)的处理。 2.离子交换树脂内部结构 离子交换树脂的内部结构可以分为三个部分： 1)高分子骨架由交联的高分子聚合物组成，如交联的聚苯烯、聚丙烯酸等； 2)离子交换基团它连在高分子骨架上，带有可交换的离子(称为反离子) 的离子官能团[如-SO 3Na、-COOH、-N(CH 3 ) 3 Cl]等，或带有极性的非离子型 官能团[如-N(CH 3)2、-N(CH 3 )H等]； 3)孔它是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔(凝 胶孔)和高分子结构之间的孔(毛细孔)。 离子交换树脂的内部结构如下图中的左图所示，离子交换基团的结构如下图的右图所示。 顺流再生：交换流速20-30m/h，反洗流速12~15m/h，吸盐流速4-6m/h（逆1.4-2m/h）
精心整理如何筛分混合的阴阳离子交换树脂？ 离子交换树脂的工作原理及优缺点分析 将离子性官能基结合在树脂（有机高分子）上的材料，称之为“离子交换树脂”。树脂表面带有磺酸(sulfonic acid) 者，称为阳离子交换树脂，而带有四级氨离子的，则为阴离子交换树脂。由於离子交换树脂可以有效去除水中阴阳离子，所以经常使用於纯水、超纯水的制造程序中。(见下图) 离子交换树脂上的官能基虽可去除原水(Feed water) (Fouling)。方。 原理 软水，这是软化水设备的工作过程。 当树脂上的大量功能基团与钙镁离子结合后，树脂的软化能力下降，可以用氯化钠溶液流过树脂，此时溶液中的钠离子含量高，功能基团会释放出钙镁离子而与钠离子结合，这样树脂就恢复了交换能力，这个过程叫作“再生”。
由于实际工作的需要，软化水设备的标准工作流程主要包括：工作(有时叫做产水，下同)、反洗、吸盐(再生)、慢冲洗(置换)、快冲洗五个过程。不同软化水设备的所有工序非常接近，只是由于实际工艺的不同或控制的需要，可能会有一些附加的流程。任何以钠离子交换为基础的软化水设备都是在这五个流程的基础上发展来的(其中，全自动软化水设备会增加盐水重注过程)。 反洗：工作一段时间后的设备，会在树脂上部拦截很多由原水带来的污物，把这些污物除去后，离子交换树脂才能完全曝露出来，再生的效果才能得到保证。反洗过程就是水从树脂的底部洗入，从顶部流出，这样可以把顶部拦截下来的污物冲走。这个过程一般 需要5-15分钟左右。 吸盐(再生) (只要进水有一定的压力即可) 慢冲洗(置换) 应用 1）水处理 水处理领域离子交换树脂的需求量很大，约占离子交换树脂产量的90%，用于水中的各种阴阳离子的去除。目前，离子交换树脂的最大消耗量是用在火力发电厂的纯水处理上，其次是原子能、半导体、电子工业等。
离子交换层析介质的应用 离子交换层析分离纯化生物大分子的过程，主要是利用各种分子的可离解性、离子的净电荷、表面电荷分布的电性差异而进行选择分离的。现已成为分离纯化生化制品、蛋白质、多肽等物质中使用最频繁的纯化技术之一。 子交换层析（Ion Exchange Chromatography 简称为IEC）是以离子交换剂为固定相，依据流动相中的组分离子与交换剂上的平衡离子进行可逆交换时的结合力大小的差别而进行分离的一种层析方法。离子交换层析是目前生物化学领域中常用的一种层析方法，广泛的应用于各种生化物质如氨基酸、蛋白、糖类、核苷酸等的分离纯化。 1.离子交换层析的基本原理： 离子交换层析是通过带电的溶质分子与离子交换层析介质中可交换离子进行交换而达到分离纯化的方法，也可以认为是蛋白质分子中带电的氨基酸与带相反电荷的介质的骨架相互作用而达到分离纯化的方法。 离子交换层析法主要依赖电荷间的相互作用，利用带电分子中电荷的微小差异而进行分离，具有较高的分离容量。几乎所有的生物大分子都是极性的，都可使其带电，所以离子交换层析法已广泛用于生物大分子的分离、中等纯化及精制的各个步骤中。 由于离子交换层析法分辨率高，工作容量大，并容易操作，因此它不但在医药、化工、食品等领域成为独立的操作单元，也已成为蛋白质、多肽、核酸及大部分发酵产物分离纯化的一种重要的方法。目前，在生化分离中约有75%的工艺采用离子交换层析法。 2.离子交换层析介质： 离子交换层析的固定相是离子交换剂，它是由一类不溶于水的惰性高分子聚合物基质通过一定的化学反应共价结合上某种电荷基团形成的。离子交换剂可以分为三部分：高分子聚合物基质、电荷基团和平衡离子。电荷基团与高分子聚合物共价结合，形成一个带电的可进行离子交换的基团。平衡离子是结合于电荷基团上的相反离子，它能与溶液中其它的离子基团发生可逆的交换反应。平衡离子带正电的离子交换剂能与带正电的离子基团发生交换作用，称为阳离子交换剂；平衡离子带负电的离子交换剂与带负电的离子基团发生交换作用，称为阴离子交换剂。在一定条件下，溶液中的某种离子基团可以把平衡离子置换出来，并通过电荷基团结合到固定相上，而平衡离子则进入流动相，这就是离子交换层析的基本置换反应。通过在不同条件下的多次置换反应，就可以对溶液中不同的离子基团进行分离。下面以阴离子交换剂为例简单介绍离子交换层析的基本分离过程。 阴离子交换剂的电荷基团带正电，装柱平衡后，与缓冲溶液中的带负电的平衡离子结合。待分离溶液中可能有正电基团、负电基团和中性基团。加样后，负电基团可以与平衡离子进行可逆的置换反应，而结合到离子交换剂上。而正电基团和中性基团则不能与离子交换剂结合，随流动相流出而被去除。通过选择合适的洗脱方式和洗脱液，如增加离子强度的梯度洗脱。随着洗脱液离子强度的增加，洗脱液中的离子可
一. 离子交换树脂的结构 离子交换树脂的内部结构，如下图所示。由三部分组成，分别是： (1)高分子骨架由交联的高分子聚合物组成： (2)离子交换基团它连在高分子骨架上，带有可交换的离子(称为反离子)的 离子型官能团或带有极性的非离子型官能团； (3)孔它是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔(凝胶 孔)和高分子结构之间的孔(毛细孔)。 在交联结构的高分子基体(骨架)上，以化学键结合着许多交换基团，这些交换基团也是由两部分组成：固定部分和活动部分。交换基团中的固定部分被束缚在高分子的基体上，不能自由移动，所以称为固定离子；交换基团的活动部分则是与固定离子以离子键结合的符号相反的离子，称为反离子或可交换离子。反离子在溶液中可以离解成自由移动的离子，在一定条件下，它能与符号相同的其他反离子发生交换反应。 三离子交换的基本原理 离子交换的选择性定义为离子交换剂对于某些离子显示优先活性的性质。离子交换树脂吸附各种离子的能力不一，有些离子易被交换树脂吸附，但吸着后要把它
置换下来就比较困难；而另一些离子很难被吸着，但被置换下来却比较容易，这种性能称为离子交换的选择性。离子交换树脂对水中不同离子的选择性与树脂的交联度、交换基团、可交换离子的性质、水中离子的浓度和水的温度等因素有关。离子交换作用即溶液中的可交换离子与交换基团上的可交换离子发生交换。一般来说，离子交换树脂对价数较高的离子的选择性较大。对于同价离子，则对离子半径较小的离子的选择性较大。在同族同价的金属离子中，原子序数较大的离子其水合半径较小，阳离子交换树脂对其的选择性较大。对于强酸性阳离子交换树脂来说，它对一些离子的选择性顺序为：Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>H+。离子交换反应是可逆反应，但是这种可逆反应并不是在均相溶液中进行的，而是在固态的树脂和溶液的接触界面间发生的。这种反应的可逆性使离子交换树脂可以反复使用。 以001×7强酸阳离子交换树脂为例说明： 001×7强酸阳离子交换树脂是一种凝胶型离子交换树脂，其内部的网状结构中有无数四通八达的孔道，孔道里面充满了水分子，在孔道的一定部位上分布着可提供交换离子的交换基团。当原水当中的Ca2+，Mg2+等阳离子-扩散到树脂的孔道中时，由于该树脂对Ca2+，Mg2+等阳离子选择性强于对H+的选择性，，所以H+就与进入树脂孔道中的Ca2+，Mg2+等阳离子发生快速的交换反应，Ca2+，Mg2+等阳离子被固定到树脂交换基团上面，被交换下来的H+向树脂的孔道中-扩散，最终扩散到水中。 (1)边界水膜内的扩散水中的Ca2+，Mg2+等阳离子向树脂颗粒表面迁移，并扩散 通过树脂表面的边界水膜层，到达树脂表面； (2)交联网孔内的扩散(或称孔道扩散) Ca2+，Mg2+等阳离子进入树脂颗粒内部的交联网孔，并进行扩散，到达交换点； (3)离子交换 Ca2+，Mg2+等阳离子与树脂基团上的可交换的H+进行交换反应； (4)交联网孔内的扩散被交换下来的H+在树脂内部交联网孔中向树脂表面扩散。 (5)边界水膜内的扩散最终扩散到水中。 四离子交换树脂的再生 鉴于离子交换树脂反应的可逆性，反应后的树脂通过处理，重新转化为原来的离
全自动软水器设计指导手册 （附设计公式）
目录 一、总述 0 1. 锅炉水处理监督管理规则 0 2. 离子交换树脂部结构 0 3. 钠离子交换软化原理及特性: (1) 4. 水质分析测试容 (1) ?PH值(Potential of Hydrogen) (1) ?总溶解固体(TDS --TOTAL DISSOLVED SOLIDS) (1) ?铁含量(IRON) (1) ?锰 (2) ?硬度值(HARDNESS) (2) ?碱度 (2) ?克分子(mol) (2) ?当量 (3) ?克当量 (3) ?硬度单位 (3) ?我国江河湖泊水质组成 (5) 二、全自动软水器 (5) 三、影响软水器交换容量的因素 (7) 1. 流速(gpm/ft，m/h) (7) 2. 水与树脂的接触时间：（gpm/ft3） (7) 3. 树脂层的高度 (8) 4. 进水含盐量 (9) 5. 温度 (11) 6. 再生剂质量(NaCl) (11) 7. 再生液流量 (12) 8. 再生液浓度 (13) 9. 再生剂用量 (14) 10. 树脂 (14) 四、自动软水器设计 (14) 1. 软水器设备应遵循的标准 (14) 2. 全自动软水器主要参数计算 (15) 1) 反洗流速的计算: (15) 2) 系统压降计算 (15) 3. 软水器设计计算步骤 (15) 计算示例 (17)
一、总述 1.锅炉水处理监督管理规则 第三条锅炉及水处理设备的设计、制造、检验、修理、改造的单位，锅炉及水处理药剂、树脂的生产单位，锅炉房设计单位，锅炉水质监测 单位、锅炉水处理技术服务单位及锅炉清洗单位必须认真执行本规 则。 第九条锅炉水处理是保证锅炉安全经济运行的重要措施，不应以化学清洗代替正常的水处理工作。 第十条生产锅炉水处理设备、药剂和树脂的单位，须取得省级以上(含省级)安全监察结构注册登记后，才能生产。 第十一条未经注册登记的锅炉水处理设备、药剂和树脂，不得生产、销售、安装和使用。 第十四条锅炉水处理设备出厂时，至少应提供下列资料: 1.水处理设备图样(总图、管道系统图等); 2.设计计算书; 3.产品质量证明书; 4.设备安装、使用说明书; 5.注册登记证书复印件。 第三十六条对违反本规则的单位和个人，有下列情况之一者，安全监察机构有权给予通报批评、限期改进，暂扣直至吊销资格(对持证的单位 和个人)的处理。 2.离子交换树脂部结构 离子交换树脂的部结构可以分为三个部分： 1)高分子骨架由交联的高分子聚合物组成，如交联的聚苯烯、聚丙烯酸等； 2)离子交换基团它连在高分子骨架上，带有可交换的离子(称为反离子)的 离子官能团[如-SO3Na、-COOH、-N(CH3)3Cl]等，或带有极性的非离子型官能团[如-N(CH3)2、-N(CH3)H等]； 3)孔它是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔(凝 胶孔)和高分子结构之间的孔(毛细孔)。 离子交换树脂的部结构如下图中的左图所示，离子交换基团的结构如下图的右图所示。 顺流再生：交换流速20-30m/h，反洗流速12~15m/h，吸盐流速4-6m/h（逆1.4-2m/h）
离子交换树脂及装置设计详解 1、离于交换剂 1.1离子交换剂的种类 离子交换剂是实现交换功能的最基本物质。离子交换剂根据其材料可分为无机离子交换剂和有机离子交换剂，又可分为天然离子交换剂和人工合成离子交换剂等。天然离子剂如粘土、沸石、褐煤等。人工合成离子交换树脂有凝胶树脂、大孔树脂、吸附树脂、氧化还原树脂、螯合树脂等。其交换能力又可分为强碱性、弱碱性、强酸性、弱酸性等多种类型。 1.2离子交换树脂的基本特性罗门哈斯树脂,陶氏树脂 依其功能用途不同、原料性能不同，所制的树脂特性也不相同。常用的凝胶树脂的主要特性简介如下。 1.2.1.树脂的外观与粒度 凝胶型阳树脂为半透明的棕色或淡黄色的小球，阴树脂颜色略深。树脂粒度和均一度影响树脂的性能，粒度越小表面积就越大;但粒度过细不仅增大液体在树脂层内的阻力，而且也会影响树脂的机械程度，降低使用寿命。通常树脂小球直径为0.2-0.8mm。 2.树脂的密度 树脂密度分为干密度和湿密度。干密度是在温度115℃真空干燥后的密度。湿密度又分湿真密度和湿视密度 2.1湿真密度是树脂在水中充分膨胀后的质量与自身所占体积(不含树脂颗粒之的空隙)之比值(g/cm3)。不同类型树脂，湿真密度不同。即使同一类型的阳树脂或阴树脂，由于所含交换离子种类不同，湿真密度大小也不相同。 2.2湿视密度湿视密度又称堆积密度，是指树脂在水中充分溶胀后，单位体积树脂所具有的质量。湿视密度可用来计算离子交换柱内填充树脂的所需量。 3.树脂的交联度 树脂的骨架是靠交联剂连接在一起的。交联度是指交联剂所占有的份数，一般用交联剂占单体质量百分数来表示。例如，聚苯乙烯树脂用二乙烯苯作交联剂，其用量占单体总料量的8%时，则这种树脂的交联度为8%。 交联度直接影响树脂的性能。交联度越高，树脂的机械强度就越大，对离子的选择性越强，但离子的交换速度就越慢。这是因为交联度高，表明树脂的结构紧密，孔隙率低，同时树脂在水中溶胀率也低，因而水中的离子在树脂内扩散速度小，影响了离子间的交换能力。 4、树脂的稳定性
实验二离子交换法制备纯水 一、实验目的 1．了解离子交换法制纯水的基本原理，掌握其操作方法； 2．掌握水质检验的原理和方法； 二、实验原理 离子交换法是目前广泛采用的制备纯水的方法之一。水的净化过程是在离子交换树脂上进行的。离子交换树脂是有机高分子聚合物，它是由交换剂本体和交换基团两部分组成的。例如，聚苯乙烯磺酸型强酸性阳离子交换树脂就是苯乙烯和一定量的二乙烯苯的共聚物，经过浓硫酸处理，在共聚物的苯环上引入磺酸基(–SO3H)而成。其中的H+可以在溶液中游离，并与金属离子进行交换。 R–SO3H + M+R–SO3M + H+ R：聚合物的本体；–SO3：与本体联结的固定部分，不能游离和交换；M+：代表一价金属离子。阳离子交换树脂可表示为： 如果在共聚物的本体上引入各种胺基，就成为阴离子交换树脂。例如，季胺型强碱性阴离子交换树R–N+(CH3)3OH–，其中OH–在溶液中可以游离，并与阴离子交换。 离子交换法制纯水的原理就是基于树脂和天然水中各种离子间的可交换性。例如，R–SO3H 型阳离子交换树脂，交换基团中的H+可与天然水中的各种阳离子进行交换，使天然水中的Ca2+、Mg2+、Na+、K+等离子结合到树脂上，而H+进入水中，于是就除去了水中的金属阳离子杂质。水通过阴离子交换树脂时，交换基团中的OH–具有可交换性，将HCO3–、Cl–、SO42–等离子除去，而交换出来的OH–与H+发生中和反应，这样就得到了高纯水。 交换反应可简单表示为： 2R–SO3H + Ca(HCO3)2→ (R–SO3)2Ca + 2H2CO3 R–SO3H + NaCl → R–SO3Na + HCl R–N(CH)3OH + NaHCO3→ R–N(CH)3HCO3 + NaOH R–N(CH)3OH + H2CO3→ R–N(CH)3HCO3 + H2O HCl + NaOH → H2O + NaCl 本实验用自来水通过混合阳、阴离子交换树脂来制备纯水。 [实验用品] 仪器：离子交换柱(也可用碱式滴定管代替)。 材料：玻璃纤维(棉花)、乳胶管、螺旋夹、pH试纸。 固体药品：717强碱性阴离子交换树脂、732强酸性阳离子交换树脂。 液体药品：NaOH(2mol·L-1)、HCl(2mol·L-1)、AgNO3(0.1mol·L-1)、NH3–NH4Cl缓冲溶液(pH=10)、铬黑T指示剂。 三、实验步骤 1．树脂的预处理 将717(201×7)强碱性阴离子交换树脂用NaOH(2mol·L-1)浸泡24小时，使其充分转为OH-型（由教师处理）。取OH-型阴离子交换树脂10mL，放入烧杯中，待树脂沉降后倾去碱液。加20mL 蒸馏水搅拌、洗涤、待树脂沉降后，倾去上层溶液，将水尽量倒净，重复洗涤至接近中性(用pH 试纸检验，pH=7～8)。 将732(001×7)强酸性阳离子交换树脂用HCl(2mol·L-1)浸泡24小时，使其充分转为H+型（由教师处理）。取H+型阳离子交换树脂5mL,于烧杯中,待树脂沉降后倾去上层酸液，用蒸馏水洗涤树脂，每次大约20mL，洗至接近中性(用pH试纸检验pH=5～6)。 最后，把已处理好的阳、阴离子交换树脂混合均匀。 2．装柱
精品文档 离子交换原理及简述 一、概念 离子交换技术是液相中的离子和固相中离子间所进行的一种可逆性化学反应，当液相中的某些离子较为离子交换固体所喜好时，便会被离子交换固体吸附，为维持水溶液的电中性，所以离子交换固体必须释出等价离子回溶液中。 二、原理 离子交换技术是以圆球形树脂（离子交换树脂）过滤原水，水中的离子会与固定在 树脂上的离子交换。常见的两种离子交换方法分别是硬水软化和去离子法。硬水软化主要是用在反渗透（R0）处理之前，先将水质硬度降低的一种前处理程序。软化机里面 的球状树脂，以两个钠离子交换一个钙离子或镁离子的方式来软化水质。 离子交换树脂利用氢离子交换阳离子，而以氢氧根离子交换阴离子；以包含磺酸根 的苯乙烯和二乙烯苯制成的阳离子交换树脂会以氢离子交换碰到的各种阳离子（例如Na+、Ca2+、AI3+）。同样的，以包含季铵盐的苯乙烯制成的阴离子交换树脂会以氢氧根离子交换碰到的各种阴离子（如CI-）。从阳离子交换树脂释出的氢离子与从阴离子 交换树脂释出的氢氧根离子相结合后生成纯水。 阴阳离子交换树脂可被分别包装在不同的离子交换床中，分成所谓的阴离子交换床 和阳离子交换床。也可以将阳离子交换树脂与阴离子交换树脂混在一起，置于同一个离子交换床中。不论是那一种形式，当树脂与水中带电荷的杂质交换完树脂上的氢离子及（或）氢氧根离子，就必须进行再生”。再生的程序恰与纯化的程序相反，利用氢 离子及氢氧根离子进行再生，交换附着在离子交换树脂上的杂质。 三、树脂 人工合成的离子交换树脂是具有网状结构和可电离的活性基团的难溶性高分子电解质。根据树脂骨架上的活性基团的不同，可分为阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、 两性离子交换树脂、螯合树脂和氧化还原树脂等。用于离子交换分离的树脂要求具有不溶性、一定的交联度和溶胀作用，而且交换容量和稳定性要高。 离子交换反应是可逆的，而且等当量地进行。由实验得知，常温下稀溶液中阳离子交换势随离子电荷的增高，半径的增大而增大；高分子量的有机离子及金属络合阴离子具有很高的交换势。高极化度 的离子如Ag+、TI+等也有高的交换势。离子交换速度 精品文档
一、原理： 有些高分子物质含有一些可以分离的基因，例如-SO3H，-COOH等，因此可以和溶液中的离子产生交换反应。如： R-SO3H＋M+ ————R-S3M＋H+ 或R-NH3OH＋CL－—————R-NH3CL＋OH－ 这类高分子物质通称离子交换剂，其中使用最普遍的是离子交换树脂。由于一定的离子交换剂对不同离子的亲和力不同，因此在洗提过程中，不同的离子在离子交换柱上的迁移速度也不同，最后得到分离。 二、目的与要求： 本实验是采用Zerolit225型阳离子交换树脂所装的柱，选以特定的PH缓冲洗脱液来分离含有两个性质不同的氨基酸溶液。通过实验要求掌握装柱、上样、洗脱、收集等离子交换柱层析技术的要点。 三、仪器与装置： 玻璃层析柱：长19cm，内径1.2cm，3# 砂芯。 HL-2型恒流泵。 HD-4型电脑核酸蛋白检测仪。 BS-100A自动部份收集器。 250ml烧杯。 1ml吸管。 水浴锅。 72型（或721型）分光光度计。 四、试剂与药品： 树脂：Zerolit225型阳离子交换树脂。 洗脱液：0.45N，PH5.3柠檬酸缓冲液，取285g柠檬酸（C6O7H8?H2O）；186g 97℅NaOH；105ml浓硫酸溶于水中稀释至10升。 样品液：0.005M ASP和LYs的0.02N HCL混合溶液。 显色剂：显色剂列出两种可任选一种。 显色剂（Ⅰ）茚三酮-TiCL3溶液。 10g茚三酮溶于500ml乙二醇甲醚，再加入0.85 ml TiCL3（15%） 显色剂（Ⅱ）：茚三酮-KCN溶液。 0.1M KCN:0.1628g KCN溶于水中稀释至250ml A、将1.25g茚三酮溶于25ml乙二醇甲醚，配成5%（W/V）浓度的溶液。 B、将2.5ml 0.01M KCN溶液与125ml乙醇甲醚混合。将A和B合并置棕色瓶中过夜即可使用。此溶剂用时，A、B两溶液在前一天合并，配好的溶液仅能在1-2天内使用，过时失效须重配。 五、方法与步骤： 1、树脂的处理： 关于市售新树脂的处理见7、，本实验采用处理好的树脂。 2、装柱：将层析柱垂直装好，关闭柱底出口，在柱内注入约1cm高的柠檬酸缓冲液。将经处理已成钠型的树脂置于烧杯中，加进1倍体积的柠檬酸缓冲液，搅成悬浮状沿柱内壁细心地把柱灌满。倒时不要太快，以免产生泡沫。待树脂在柱底逐渐沉积至约1cm高时，用吸管吸去柱内上层所出现的清液，慢慢打开柱底出口，继续加注树脂悬液直至柱体装到8cm高度为止。 在装柱时要避免使柱内液体流干而使装柱失败，另外树脂悬浮液的温度要相对恒定（特别是
树脂塔设计计算 一、树脂用量的计算： 1. 罐体直径的确定 D=（4A/π）1/2 A=Q/v 式中： D——罐体直径，m； A——罐体截面面积，m2； Q——处理水量，m3/h； v——过流速度，一般取值：钠型树脂20-30m/h，磺化煤10-20m/h，混床40-60m/h； 2. 树脂装填量计算 V=1.2×1000QTc/(q/2) 式中： V——树脂装填体积，L； 1.2——安全系数 Q——处理水量，m3/h； T——树脂塔再生周期，h； c——需去除的硬度，mmol/L； q——树脂工作交换容量※，mmol/L； 3. 树脂填装高度计算 H=4V/(1000πD2) 式中： H——树脂装填高度，m； 二、再生剂耗量计算： 1. 再生水耗量 a 反洗用水量： V f=v f·T f·πD2/240 式中： V f——反洗用水量，m3； v f——反洗流速，m/h，阳离子交换树脂为10-15m/h，阴离子交换树脂为8-10m/h； T f——反洗时间，min，通常为20-30min； b 置换用水量： V H=v H·T H·πD2/240 式中： V H——置换用水量，m3； V H——置换流速，m/h，一般＜5m/h； T H——置换时间，min，通常为20-30min； c 正洗水量： V Z=a·V 式中： V Z——正洗用水量，m3；
a ——正洗水耗，m3/ m3树脂，正洗流速一般为10-15m/h，正洗时间为5-15min； ※计算过程中需注意单位的统一。由于离子交换树脂自身所能交换的离子(Na+、H+、O H-)化合价通常为一价，而处理水中需要被交换的离子(Ca2+、Mg2+)通常为二价，即两个树脂单元方能交换掉一个二价离子。此处按照需要被交换的离子为二价离子计，这是在计算过程中需注意的地方。
离子交换器的设计计算 1、交换器直径： F=Q/(T×N×V） F---交换器截面积（m2）； Q---产水量(T/D); T---工作时间（H/D） N---交换器台数； V-交换流速(M/H). 2、交换器高度: H=Hp+Hr+Hs+Ht（米） Hp---交换器下部排水高度，一般为0.3—0.7m; Hr---交换剂层高度，一般在1.0—2.0之间选择。 Hs---反洗膨胀高度,树脂层高50%左右。 Ht---顶部封头高度。 3、交换器连续工作时间： t=V r×Eg/《q×(H1-H2)》 (小时) V r---交换剂体积； q---交换器流量； Eg---交换剂的工作交换容量，一般阳树脂取1000mol/m3。 H1---原水中硬度，mmol/L. H2---出水残留硬度，mmol/L. 4、再生剂用量：G z=V r×Eg×Bz/（1000×ε）
Gz---再生剂用量； Bz---再生剂实际耗率，g/mol. ε---再生剂纯度，对NaCL,可取0.95。 常用再生剂的实际耗率 顺流再生逆流再生 再生剂：NaCL ;HCL NaCL ; HCL 耗率：120-150 ;60-90 70-90; 30-60混合离子交换器设计计算： Q=3.14R2×V Q--混床的处理能力；单位m3/h R--混床的半径;单位m V--过滤流速，一般普通混床20-30m3/h 精致混床30-40m3/h 抛光混床40-60m3/h 取石英砂10-12m/h； V=3.14R2×H×1000 V--树脂的体积；单位kg R--混床的半径;单位m H--树脂的有效高度；单位m 注：树脂总装高不小于1m 阴阳离子交换树脂比例（阳：阴=1:1.3-2）混床的再生周期：
混床离子交换器就是阳、阴两种离子交换树脂，互相充分地混合在一个离子交换器内，同时进行阳、阴离子交换的设备。简称混床。所谓混床，就是把一定比例的阳、阴离子交换树脂混合装填于同一交换装置中，对流体中的离子进行交换、脱除。由于阳树脂的比重比阴树脂大，所以在混床内阴树脂在上阳树脂在下。一般阳、阴树脂装填的比例为1：2，也有装 填比例为1：1.5的，可按不同树脂酌情考虑选择。混床也分为体内同步再生式混床和体外再生式混床。同步再生式混床在运行及整个再生过程均在混床内进行，再生时树脂不移出设备以外，且阳、阴树脂同时再生，因此所需附属设备少，操作简便。 一、混床离子交换器的优点 (1)出水水质优良，出水pH值接近中性。 (2)出水水质稳定，短时间运行条件变化(如进水水质或组分、运行流速等)对混床出水水质影响不大。 (3)间断运行对出水水质的影响小，恢复到停运前水质所需的时间比较短。 混床设备比较好用一点的还是有机玻璃柱的那种，因为分层的时候比较容易看得清楚。 操作起来，再生效果好。以前我用的那种A3钢的，有个视孔，操作起来真的好麻烦，分层都看不到。 二、混床离子交换器的工作原理 混床床离子交换法，就是把阴、阳离子交换树脂放置在同一个交换器中，在运行前将它们均匀混合，所以可看着是由无数阴、阳交换树脂交错排列的多级式复床，水中所含盐类的阴、阳离子通过该项交换器，则被树脂交换，而得到高度纯水。在混合床中，由于阴、阳树脂是相互混匀的，所以其阴、阳离子交换反应几乎同时进行，或者说，水的阳离子交换和阴离子交换是多次交错进行的，经H型交换所产生的H+和经过OH型交换所产生的OH-都不能积累起来，基本上消除反离子的影响，交换进行得比较彻底。由于进入混合床的初级纯水质较好，交换器的负载较轻，树脂的交换能力很长时间才被子耗竭。本混合床采用体内再生法，再生时首先利用两种树脂的比重不同，用反洗使用权阴、阳离子交换树脂完全分离，阳树脂沉积在下，阴树脂浮在上面，然后阳树脂用盐酸(或硫酸)再生，阴树脂用烧碱再生。 三、混床离子交换器的结构 1、再生装置：阴离子交换树脂再生碱液在高于阴离子交换树脂面300毫米处母管进液(Φ400、500、600采用单母管进液，Φ800、2500采用双母管进液)，管上小孔布液，管外采用塑料窗纱60目尼龙网布包覆。阳离子交换树脂再生酸性由底部排水装置的多孔板上排水帽进入。 2、中排装置：中排装置设置在阴、阳树脂的分界面上，用于再生排泄酸、碱还原液和冲洗型，型式分为双母管或支母管式，管子小孔外包覆塑料窗纱及60目尼龙网各一层。 3、排水装置：采用多孔板上装设PB2-500型叠片式排水帽,或宝塔式ABS型排水帽,多孔板材质按设备规格不同而异。(Φ400、500、600型采用硬聚氯乙烯多孔，Φ800、2500型采用钢衬胶多孔板)。
钠离子交换器工作原理说明 一般而言，化学除盐过程就是原水通过H+型阳离子交换器(也称阳床)和OH-型阴离子交换器(也称阴床)，经过离子交换反应，将水中的阴、阳离子去除，从而制得高纯水。当原水经阳床发生交换反应之后，出水呈酸性，即水中的阳离子几乎都等当量的转变成氢离子，此时H++HC03-?C02?+H2O，所以在阳床之后端要设置除二氧化碳器。 钠离子交换器工作原理 水的硬度主要有其中的阳离子:钙(Ca2+)、镁(Mg2+)离子构成。当含有硬度的原水通过交换器的树脂层时，水中的钙、镁离子被树脂吸附，同时释放出钠离子。这样从交换器内流出的水就是去掉了硬度离子的软化水，当吸附钙、镁离子的树脂达到一定程度后，出水硬度增大，此时软水器按照预定的程序自动进行失效树脂的再生工作，利用较高浓度的氯化钠溶液通过树脂，使失效的树脂重新恢复至钠型树脂。
钠离子交换器产品结构 沈阳软化水装置主要有三部分组成: 1、自动控制装置:根据用户需要，可配置时间控制、流量控制两种控制方式的全自动控制器，并可选配润新、富莱克等控制阀，也可选用液动、气动、电动多阀控制系统。 2、罐体部分:根据用户要求，交换罐、盐罐可采用玻璃钢、碳钢衬胶、不锈钢等材质。 3、配件部分:包括布水装置、吸盐装置、管路配件等。 天然水中含有的钙(Ca2+)、镁(Mg2+)离子在加热蒸发浓缩过程中生成危害锅炉安全运行的水垢，这种天然水叫硬水。当这种硬水通过离子交换剂(NaS)时，与吸附在交换剂上的Na+离子发生交换反应，被置换于水中，转化成钠的盐类。由于钠的盐类溶解度大，且在温度升高时溶解度进一步增加，所以不会生成水垢。这个过程称为软化。但水中的钙、镁离子置换到交换剂上，使钠型交换剂(NaR)变成钙型(CaR)，因而失去了与钙、镁离子再进行交换反应的能力，这一现象称之为钠离子交换失效。将失效的交换剂用食盐(NaCl)溶液使之还原成钠型交换剂，以便继续生产软水，这种现象称之为再生。钠离子交换器通过软化——失效——再生还原——软化的循环过程，使原水得到软化，供给锅炉合格的软化水。
实验二离子交换层析纯化兔血清IgG 【原理】 DEAE-Sephadex A-50 （二乙氨基- 乙基- 葡萄糖凝胶A-50 ）为弱碱性阴离子交换剂。用NaOH 将Cl - 型转变为OH - 型后，可吸附酸性蛋白。血清中的γ 球蛋白属于中性蛋白（等电点为pH6.85 ～7.5 ），其余均属酸性蛋白。pH7.2 ～7.4 的环境中。酸性蛋白均被DEAE-Sephadex A-50 吸附，只有γ 球蛋白便可在洗脱液中先流出，而其他蛋白则被吸附在柱上，从而便可分离获得纯化的IgG 。 【试剂与器材】 1. DEAE-Sephadex A-50 2.0.5mol/L HCl 和NaOH 3.0.1mol/L pH7.4 PBS 4.0.1mol/L Tris-HCl(pH7.4)
5.0.02 ％NaN 3 6.PEG 7. 无水乙醇 8. 紫外分光光度计 9.1cm×20cm 玻璃层析柱 10. 自动部分收集器 【操作步骤】 1 ．DEAE-Sephadex A-50 预处理称DEAE-Sephadex A-50 （下称A-50 ）5g ，悬于500ml 蒸馏水内，1h 后倾去上层细粒。按每克A-50 加0.5mol/L NaOH 15ml 的比例，将浸泡于0.5mol/L NaOH 液中，搅匀，静置30min ，装入布氏漏斗（垫有 2 层滤纸）中抽滤，并反复用蒸馏水抽洗至pH 呈中性；再以0.5mol/L HCl 同上操作过程处理，最后以0.5mol/L NaOH 再处理一次，处理完后，将A-50 浸泡于0.1mol/L pH7.4 PBS 中过夜。
2 ．装柱 （ 1 ）将层析柱垂直固定于滴定架上，柱底垫一圆形尼龙纱，出水口接一乳胶或塑料管并关闭开关。 （2 ）将0.1mol/L Tris-HCl(pH7.4) 沿玻璃棒倒入柱中至1/4 高度，再倒入经预处理并以同上缓冲液调成稀糊状的A-50 。待A-50 凝胶沉降2 ～3cm 高时，开启出水口螺旋夹，控制流速1ml/min ，同时连续倒入糊状A-50 凝胶至所需高度。 （ 3 ）关闭出水口，待A-50 凝胶完全沉降后，柱面放一圆形滤纸片，以橡皮塞塞紧柱上口，通过插入橡皮塞之针头及所连接的乳胶或塑料管与洗脱液瓶相连接。 3 ．平衡启开出水口螺旋夹，控制流速 4 滴/min ，使约2 倍床体积的洗脱液流出。并以pH 计与电导仪分别测定洗脱液及流出液之PH 值与离子强度，两者达到一致时关闭出水口，停止平衡。 4 ．加样及洗脱启开上口橡皮塞及下口螺旋夹，使柱中液体缓慢滴出，当柱面液体与柱面相切时，立即关闭出水口，以毛细滴管沿柱壁加入样品（0.5ml 血清，体积应小于床体积的2% ，蛋白浓度以＜100mg 为宜）。松开出水口螺旋夹使面样品缓慢进入柱内，至与柱面
石油化工有限公司炼油乙烯项目除盐水处理系统计算书 设计原则 1工艺流程的设计 由于原水水质较好，水中TDS含量较低。因此，本项目推荐选用传统的成熟工艺离子交换器作为系统的主脱盐设备；系统初期投资成本低、易于实现自动化。离子交换器采用双床浮动床工艺，它具有处理水量大、占地面积小、交换容量高等优点。 根据计算，一级阳阴离子脱盐后的产水尚未达到生产工艺用水的要求，所以，在一级除盐装置之后，设置混合离子交换器，其出水水质完全满足设备采购方出水要求。 为保证关键设备离子交换器的长期可靠稳定运行，则必须设置符合水质特点的预处理系统，满足离子交换器进水指标：SS<3mg/L。 2工艺流程总述 2.1工艺流程： 由净化水场来的原水经过水处理系统后到达超高压锅炉给水的要求后，通过管道送到除氧水站供超高压和高压锅炉使用。 原水由全厂新鲜水管网送入除盐水站后，部分去凝结水换热后进生水罐，生水经新鲜水泵加压后，先经过滤器后进入阳离子交换器，因原水中HCO3-含量为20-42.1mg/L，为减少后级阴离子交换器的负荷，经过除CO2器除去重碳酸根后，由中间水泵经阴离子交换器和混合离子交换器后，去除盐水罐，最后由除盐水泵加压进除盐水管网供各用户使用。主体设备为单元式运行排列，同时也考虑母管式的连接组合。为了减少设备的台数、减少再生次数和酸碱耗量，
增加运行时间。 工艺如下： （原水箱）→原水泵→多介质过滤器→阳离子交换器→脱塔碳→中间水箱→阴离子交换器→混合离子交换器→除盐水箱→除盐水泵→使用点 2.2为了保证除盐水系统供应的可靠性，选择了五个系列；正常情况下，三个系列运行,一个系列再生，一个系列备用。其中设备包括： 10台150吨/小时的纤维球过滤器（?2600mm），5套300吨/小时阳离子交换器(?3000mm），5套300吨/小时阴离子交换器(?3000mm），5套300吨/小时混合离子交换器(?2800mm）及其它辅助设备等组成。 2.3本套水处理设备的原水水质按提供的水质报告设计，而最终制出900吨/小时除盐水。 设计进水水质及出水水质 1进水水质 1.1 除盐水物流特性 本项目的原水来自于菱溪水库，其水质(供参考)为：
工作原理就是离子的交换。 运行时：阳树脂(H-R)+(M+)-->：(M-R)+(H+) 阴树脂(OH-R)+(X-)-->：(X-R)+(OH-) 其中M+为金属离子，X-为阴离子。 再生过程为其逆过程。 离子交换器的失效控制 离子交换除盐水处理最简单的流程为阳床-阴床组成的一级复床除盐系统。有的一级复床除盐系统采用单元制，即每套一级复床除盐系统包括阳床、（除碳器）、阴床各一台，在离子交换除盐运行过程中，无论是阳床还是阴床先失效，都是同时再生；还有的一级复床除盐系统采用母管制，即阳床与阳床或阴床与阴床是并联运行的，哪一台交换器失效就再生哪一台。 1 检测和控制原理 强酸性阳树脂对水中各种阳离子的吸附顺序为：Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>Na+>H+. ；由此可知，水中金属离子Na+被吸附的能力最弱，所以当离子交换时树脂层的各种离子吸附层逐渐下移，H+.最后被其他阳离子置换下来，当保护层穿透时，首先泄漏的是最下层的Na+；因此监督阳离子交换器失效是以漏钠为标准的；其反应方程为（A代表金属阳离子,R 为树脂基团）： An+ +nRH=RnA+n H+ HCO3- + H+ =H2O+CO2↑ 强碱性阴树脂对水中各种阴离子的吸附顺序为： SO42->NO3->Cl->OH->HCO3->HSiO3- 。由此可知，HSiO3-的吸附能力最弱，所以当离子交换时树脂层的各种离子吸附层逐渐下移，OH-.被其他阴离子置换下来，当保护层穿透时，首先泄漏的是最下层的HSiO3-；因此监督阴离子交换器失效是以漏硅为标准的；其反应方程为（B代表酸根阴离子，R为树脂基团）： Bm- +mROH=RmB+mOH- 2 控制点和控制方法 由于母管制系统包含了单元制系统,而且它具有能充分使用树脂、提高交换器的出水能力、降低酸碱消耗等优点，我们在研究中主要讨论以这种结构为基础的离子交换除盐水处理系统。 以成都生物制品研究所蛋白分离车间纯水站为例，该系统为母管制水处理系统，系统的结构为：砂滤-活性炭过滤-粗滤-阳床- 一阴-二阴-混床-精滤-纯水罐，系统产水能力为5 t/h，在系统的失效控制研究中，我们提出单元失效控制概念，也就是充分利用了母管制制水系统的优点对系统进行失效控制。 （1）RO对各有机溶质的去除率大于NF膜。（2）不同有机溶质的去除率不相同，有的甚至相差很大（例如，RO和NF膜对乙酸的吸光度去除率分别为95.34%、81.45%，而对苯胺的吸光度去除率则分别为61.50%、46.82%）。 3 出水水质 原水经一级复床除盐后，电导率（25℃）低于10μS/cm，水中硅含量低于100μg/
离子交换层析实验原理及步骤 离子交换层析实验方法 阴离子交换剂与阳离子交换剂的装柱和层析过程基本相同。交联葡聚糖的预处理只需充分溶胀和平衡，不需要除去细粒碎片和酸碱处理。其他步骤也基本同离子交换纤维素。 1. 剂型的选择 根据蛋白质在所用缓冲液pH值下带电荷的种类选择，如pH高于蛋白质等电点，应选阴离子交换剂，反之应选阳离子交换剂。一般情况下，DEAE-纤维素用于分离酸性蛋白，而CM纤维素用于分离碱性蛋白质。 下面以DEAE-纤维素操作为例，介绍试验方法 2. 膨胀活化 此步的目的在于除去杂质，暴露DEAE-纤维素上的极性基团。DEAE-纤维素的用量则根据柱容积的大小和所需过柱样品的量来决定。一般是1.0g DEAE-纤维素相当于6ml～8ml柱床体积。 表1－4 分离的血清与所需DEAE—纤维素量及其他条件的大致关系 血清样品量（ml） DEAE需用量（g） 选层析柱规格（cm） 选脱液量（ml） 1~2 2 1×25 100~150 5 5 2×12 200~300 10 10 2×20 300~400 20 20 2×37
400~800 称取所需的量，撒于0.5Mol/L NaOH溶液中（1g DEAE—纤维素干粉约需15倍NaOH液），浸泡1h左右，不时搅拌。抽滤（以布氏漏斗加两层滤纸或尼龙纱布抽滤），以蒸馏水洗涤，再抽滤，直至滤液近中性为止，再将纤维素浸泡于0.5Mol/L HCl中1h，同样抽滤液至近中性。再将纤维素浸于0.5Mol/L NaOH液中，同样处理，洗至中性。 3. 平衡 将DEAE—纤维素放入0.0lMol/L pH 7. 4 PB液中（即起始缓冲液），静止1h，不时搅拌，待纤维素下沉后，倾去上清液或抽滤除去洗液，如此反复几次至倾出液体的pH值与加入的PB液的pH值相近时为止。 4. 装柱 层析柱的选择要大小、长度适当。一般而言，柱长和柱直径之比为10∶1～20∶1，柱的内径上下要均匀一致。用前将层析柱在清洁液内浸泡处理24h，然后依次用常水、蒸馏水、起始缓冲液充分洗涤。 装柱时，先剪一块圆形的尼龙纱布（直径与层析柱内径一致），放入层析柱底部。将柱下端连接细塑料管，夹上螺旋夹。把层析柱垂直固定在三角铁架上，倒入起始缓冲液至一半的柱高，除去死区及塑料管内的气泡。再将平衡的DEAE－纤维素糊状物沿管壁倒入柱中。注意不要产生气泡，如有气泡应排除或重装。拧开螺旋夹，使流速至1ml/5min，待缓冲液快接近纤维素面时，继续倒入纤维素糊，同时用玻璃棒搅拌表面层，以免使两次加入的纤维素形成分界层，通过进出缓冲液调节流量，也可通过塑料管的升降来控制，至柱床体积不变为止。剪一圆形滤纸（与柱内径大小一致），从柱的上端轻轻放入，使其沉接于纤维素床表面，以免在加样时打乱纤维素层。装好柱的柱面应该是平整的，无倾斜，整个柱床内无气泡、不分层。继续平衡，使流出液的pH值与流入液的pH值完全一致为止。 5. 上样 要层析的样品首先必须用起始缓冲液（4℃）平衡过夜，中间可换液数次。将柱的上端打开，用吸管将纤维素柱上面的缓冲液吸出，不要吸净，留一薄层液面，以免空气进入。沿管壁缓缓加入样品，注意不要打乱纤维素表层。拧开下端的螺旋夹，使样品进入交换剂中，快要进完时，加1ml～2ml缓冲液冲洗柱壁，随即用多量的洗脱液洗脱。 样品的加量与DEAE—纤维素有一个最适比的关系，超过这个比值，吸附就不完全，直接影响到分离的纯度。经过粗提的—球蛋白50mg～100mg，用干重约4g DEAE－纤维素装柱分离，可获得理想结果。