地下水的处理（五）

2.3.19 钠离子交换树脂软化处理的原理是什么?

离子交换树脂是由空间网状结构母体与附属在母体上的活性功能团构成的不性高分子化合物。带有酸性功能团的交换树脂称为阳离子交换树脂，如强酸阳离交换树脂 RSO₃H、弱酸阳离子交换树脂RCOOH等。当活性功能团的可交换离为H⁺时，树脂称为H型阳离子交换树脂;可交换离子为Na⁺时，称为Na型阳离子交换树脂。

软化处理是用Na型阳离子交换树脂中的Na置换出原水中构成难溶盐的Ca²⁺、Mg²⁺离子，使水得到软化。

当钠离子交换树脂失效之后，为恢复其交换能力，就要进行再生处理。再生剂为价廉货广的食盐溶液

2.3.20 钠离子交换树脂软化处理的盐耗如何计算?

所谓盐耗是对已经失效的钠型树脂进行再生，使其恢复交换能力所消耗的再生剂量。即每恢复 1mol树脂交换能力所消耗再生剂(NaCl)的质量(g)。计算公式如下:

由于离子交换是等H⁺摩尔进行的，从理论上说每除去0.5mol的Ca²⁺或Mg²⁺硬度需要消耗Imol的NaCl，即58.5g。而实际生产运行中盐耗是上述理论值的2~3.5倍左右，通常为117~200g/mol，主要与操作管理及工艺等有关。

2.3.21 什么是H-Na 脱碱软化处理? 有几种形式?

在系统中同时设置H离子交换和Na离子交换，达到同时除硬和除碱目的的方法叫做H-Na离子交换软化法。

H-Na离子交换软化法的H型离子交换剂RH，与水中的碳酸盐反应生成CO₂、H₂0，除硬度同时除碱度;和非碳酸盐硬度发生反应生成H₂SO₄、HCL，除硬度但出水显酸性。

上述反应产生的游离酸，与钠离子交换后的碱进行中和，从而达到除碱的目的。因钠离子交换后，碱度 Ca(HCO₃)₂、Mg(HCO₃)₂变成碱度 Na(HCO₃)₂。此时遇到游离酸有如下反应，水中的碱度亦被除去。

H-Na离子交换软化法通常有以下三种方式。

(1)强酸性离子交换树脂的H-Na离子交换软化法 强酸性离子交换树脂的H-Na离子交换软化法有两种运行系统:H-Na并联和H-Na串联系统。

①H-Na并联(图2.3.21-1)H床出水为酸性;Na床出水为碱性，混合后经除碳器可脱除一部分碳酸盐碱度。为了控制不出酸性水，需严格控制H床进水

流量。该系统出水碱度低(0.5mmol/L)。适用于碱度高的原水，投资省

②H-Na串联系统(图2.3.21-2)原水一部分流经H床后与另一部分原水混合后进人脱碳器，脱碳后由水箱经泵送人Na床软化。该系统不产酸性水，控制简单。但出水碱度高于并联系统，设备容量大。H-Na串联适用于硬度高的原水，出水水质能保证。

(2)弱酸H型离子交换树脂-强酸Na型离子交换树脂软化法由于弱酸H型交换树脂仅与弱酸(HCO₃^-)盐反应，不会产生强酸，因而设备简单。系统流程为:

进水→弱酸H床→脱碳器→水箱→水泵→强Na床→出水

而弱酸H型交换树脂具有交换容量大，再生容易等特点，使系统的再生酸耗和运行成本降低，但弱酸树脂比强酸树脂贵，初始投资较大。

(3)采用贫再生方式的H-Na离子交换软化法贫再生是指用不足量的酸进行再生，使交换器上部树脂变成H⁺型，而下部仍为Na⁺、Ca²⁺和 Mg²⁺型树脂。运行时水在上层产生大量的强酸，当水流到下层，强酸又与 Na⁺、Ca²⁺和 Mg²⁺进行交换。该系统只降低了碳酸盐硬度，对非碳酸盐系统无效。

2.3.22 H-Na并联强酸阳离子树脂软化系统如何控制水量分配?

H-Na并联强酸阳离子树脂软化系统适用于进水硬度高、碱度大的场合。运行时，原水一部分经H型强酸阳离子交换床后被交换成相应的无机酸(H₂SO_4、HCI)和游离CO₂，另一部分原水经Na型强酸阳离子交换床后生成各种钠盐(NaCl、Na₂SO₄、NaHCO₃)。将两种出水混合后，则发生水中的无机酸与重碳酸钠的中和反应。控制好两种水的混合比例，可使酸度和碱度中和，再经除碳器脱除CO₂后，水中仅剩以 NaCl和 Na₂SO₄为主的钠盐，即同时去除了硬度和碱度，总含盐量也相应减少。为了防止系统输出酸性水，给后续用水设备带来危害，运行控制除碳后软化水残余碱度为 0.5~1.0mmol/L。

H-Na并联强酸阳离子树脂软化系统的原水分配比例与水质、处理要求等有关。按 H床出水终点以“漏 Na+”为控制标准，并考虑软化水应保持一定的残留碱度。

2.3.23如何进行软化系统中的树脂再生?

当软化系统中的树脂交换饱和时，需要进行再生处理。用再生液NaC1置换Na型树脂所吸附的离子和其他杂质，用HCI或H₂SO₄置换H型树脂所吸附的离子。通常固定床的树脂再生过程依再生液的流向而分为顺流再生与逆流再生。再生液的流向与运行时原水的流向相同时称为顺流再生，两流向相反则称为逆流再生:顺流再生与逆流再生方式均存在反洗、再生、正洗与交换四个工序构成的完整运行周期。

(1)反洗工序 树脂失效后首先需要用反洗水对树脂进行自下而上的反洗。反洗过程可清除树脂层截留的悬浮物、使板结的树脂层松动，以便使再生盐液在树脂层中均匀分布。反洗水最好用软化处理过的清水，用系统原水进行反洗的效果次之。反洗水流速约为10~15m/h，反洗时间为15min。

(2)再生工序 树脂的再生过程遵循等量交换原则，1molNaCl可以恢复交换树脂的 1mol交换容量。为达到较好再生效果，实际盐耗约为理论盐耗的2.0~3.5倍，即每千克树脂耗盐275.5~482g。顺流再生盐耗较高应取其高值，逆流再生盐耗较低可取其低值。再生过程中，再生盐液浓度应保持在5%~8%，再生液流速应控制在4~6m/h。再生效果对再生用水的硬度十分敏感，应尽量用软化处理过的清水作再生用水，特别应避免用高硬度原水。

(3)正洗工序再生工序结束后，为排出软化器中的再生液及再生产物，需用清洗水按再生盐液流向进行正向清洗。为了防止冲乱再生盐液层，力求再生盐液的整体下泻，正洗工序应分成置换与快洗两工序。首先进行的置换流速同再生液流速4~6m/h，用时约为 15min;其后进行的快洗用时约为15~20 min，流速 15~20m/h。正洗工序应以排水硬度合格为标志。

(4)交换工序正洗排水合格后即可转人正常交换工序。交换过程中的运行流速与原水硬度、树脂性质及产水要求相关。原水硬度指标高、产水硬度要求低、树脂交换速度慢的情况下，交换工作流速需相应放慢，运行流速可为 20~30m/h。

2.3.24 简述自动树脂软水器的构造和工作原理

自动树脂软水器是由全自动控制多路阀(如美国FLECK富莱克、AUTOTROL阿图祖控制器)、树脂罐(一般材质为玻璃钢)、强酸型钠离子阳树脂箱组成。自动树脂软水器可分为时间控制型和流量控制型。时间型是根据树脂装热量、水质情况及产水量换算工作周期，由附设计时器设定累计时间;流量型是根树脂装填量及水质情况设定产水量，附设流量测试及记录装置。自动树脂软水器单阀单罐、单阀双罐、双阀双罐并联、大型多阀多罐串联等多种组合形式，可一一用，亦可一级交换及二级交换，以满足用户不同用水需求，实现24h 不间断衡水。出水硬度≤0.03mmol/L。

自动树脂软水器的全自动控制多路阀共有原水、软水、排污、盐水等四个水口，根据多路阀组位置的时序变化，构成了产水、反洗、再生十置换、正洗、盐水回灌五个工序，形成工作与顺流再生过程。如图2.3.24-1、图2.3.24-2所示。

(1)产水工序原水从上至下流经树脂层，软化水从软水口输出。

(2)反洗工序 原水从下至上流经树脂层，反洗污水从排污口排出。

(3)再生十置换工序原水流经多路阀时由射流器将盐箱中的饱和食盐水吸入原水径流以形成再生液。再生液从上至下流经树脂层，即对交换饱和的树脂进行顺流再生。当再生过程中盐箱中的饱和食盐水吸空后，多路阀中的空气控制装置关闭，防止空气的吸人，仅由原水执行置换(慢洗)工。再生废液由排污口排出。

(4)正洗(快洗)工序原水从上至下流经树脂层，正洗污水从排污口排出。

(5)盐水回灌工序在继续执行正洗工序操作同时，向盐箱回灌原水。回灌原水溶解盐箱中的食盐品体，形成新的饱和食盐水。

目前国内已有国外进口自控多路阀的替代产品。自控多路阀还可用于砂滤器和活性炭滤器，与软化型多路阀相比，结构相对简单，减少了吸盐与盐水回灌两个工序及相应配件。全自动软水器运行模式可随时切换为人工手动再生。

2.3.25 如何去除水中的胶体硅?

天然水中的硅是以分子或离子状态、胶体状态和固体状态存在。其中以离子或分子状态存在的硅化合物称为活性硅。活性硅的尺寸比胶体硅小得多，这样大多数的常规处理工艺单元如混凝澄清、过滤和气浮等均无法脱除活性硅，能够有效脱除活性硅的过程是反渗透、离子交换和连续电去离子过程。胶体硅又称多元硅，与活性硅相比尺度相对较大，可以通过混凝、接触过滤、活性炭吸附等处理工艺去除。其中混凝澄清过程除硅效率达50%~80%，过滤除硅能力达10%~20%。而离子交换树脂和连续电去离子过程是依靠离子电荷特征的分离技术，对脱除胶体硅效果十分有限。反渗透能截留胶体硅，但胶体硅的存在会使反渗透除盐系统产水效率明显降低。

2.3.26 如何去除水中的砷?

砷以-3、0、十3、十5价的氧化态广泛存在于自然界，水中的砷来自于矿物和矿石的分解、工业废水和大气沉积。地表水中砷主要是十5价;在还原条件下的地下水中为+3价。在我国，地下水砷含量高的地区人口超过千万，饮用水中砷超标会导致人体慢性中毒。我国生活饮用水卫生标准中规定水中砷含量不应超过504g/L。目前适用于处理含砷饮用水的方法有以下几种。

(1)铁盐混凝法除砷，向水中投加铁盐混凝剂，如FeCl₃，铁盐水解生成氢氧化铁絮体能吸附水中的砷，可通过后续的沉淀、过滤工艺去除含砷絮体。此法适用于砷含量超标不多的地表水、地下水，得到的除砷水中砷含量可降至 50μg/L以下。

(2)预氧化除砷 用氧化剂Cl₂、O₃将三价砷氧化成五价砷，与铁盐混凝剂配合，可显著提高混凝法除砷效果。该法适用于砷含量较高(<2mg/L)的地下水。

（3）石灰沉砷法 在含砷且硬度较高的地下水中加入石灰，使化合态的砷转变为难溶的砷酸钙或偏亚砷酸钙，沉淀分离可除去水中的砷。