離子交換軟化及除鹽實驗裝置實驗指導(dǎo)書
一、概述離子交換法是一種借助于離子交換劑上的離子和水中的離子進行交換反應(yīng)而除去水中有害離子的方法。在工業(yè)用水處理中，它占有極其重要的位置，用以制取軟水或純水，在工業(yè)廢水處理中，主要用以回收貴重離子，也用于放射性廢水和有機廢水的處理。
采用離子交換法，具有去除率高，可濃縮回收有用物質(zhì)，設(shè)備較簡單，操作控制容易等優(yōu)點。但目前應(yīng)有范圍還受離子交換劑品種、性能、成本的限制；對預(yù)處理要求較高離子交換劑的再生和再生液的處理有時也是一個難題。
二、技術(shù)參數(shù)：
a) 交換柱由有機玻璃制成，尺寸：Φ50×800㎜，4根。
b) 水泵：最大流量：10L/min，額定功率為90W的增壓泵。
c) 分路流量計LZB-6型，流量：4～40L/h。
d) 有機玻璃軟化水箱尺寸：Φ200×250㎜（酸堿水箱各一）。
e) PVC原水箱尺寸：350×500×400mm（含反沖洗水箱）。
f) 各項操作及流量的顯示、調(diào)節(jié)、控制全在控制屏板面進行。
g) 框架與控制屏均為不銹鋼材質(zhì)，結(jié)構(gòu)緊湊，外形美觀，流程簡單，操作方便。
h) 外形尺寸：1200×600×1700mm。
三、實驗指導(dǎo)：
1．實驗?zāi)康模?/strong>
1、熟悉順流再生固定床運行操作過程。
2、加深對鈉離子交換基本理論的理解。
2．實驗原理：
當含有鈣鹽及鎂鹽的水通過裝有陽離子交換樹脂的交換器時，水中的Ca2+及Mg2+便與樹脂中的可交換離子（Na+或H+）交換，使水中Ca2+、 Mg2+含量降低或基本上全部去除，這個過程叫做水的軟化。樹脂失效后要進行再生，即把樹脂上吸附的鈣、鎂離子置換出來，代之以新的可交換離子。鈉離子交換用食鹽（NaCl）再生、氫離子交換用鹽酸（HCl）或硫酸（H2SO4）再生。基本反應(yīng)式如下。
a) 鈉離子交換：
軟化：
再生：
b) 氫離子交換：
交換：
再生：
鈉離子交換的最大優(yōu)點是不出酸性水，但不能脫堿；氫離子交換能去除堿度，但出酸性水。本實驗采用鈉離子交換。
3．實驗工藝流程圖：
4．實驗操作步驟：
a) 熟悉實驗裝置，搞清楚每條管路、每個閥門的作用。
b) 測原水硬度，測量交換柱內(nèi)徑及樹脂層高度（表1）。
| 原水硬度及實驗裝置有關(guān)數(shù)據(jù) 表1 | |||
| 原水硬度（以CaCO3計）（mg/L） |
交換柱內(nèi)徑 （cm） |
樹脂層高度 （cm） |
樹脂名稱及型號 |
d) 軟化。運行流速采用15m/h，每隔10min測一次水硬度，測兩次并進行比較。
e) 改變運行流速。流速分別取20m/h、25 m/h、30 m/h，每個流速下運行5min，測出水硬度（表2）。
| 交換實驗記錄 表2 | |||
|
運行流速 （m/h） |
運行流量 （L/h） |
運行時間 （min） |
出水硬度（以CaCO3計） （mg/L） |
| 15 | 10 | ||
| 15 | 10 | ||
| 20 | 5 | ||
| 25 | 5 | ||
| 30 | 5 | ||
| 反洗記錄 表3 | ||
| 反洗流速（m/h） | 反洗流量（L/h） | 反洗 時間（min） |
h) 再生。再生流速采用3-5m/h。調(diào)節(jié)定量投再生液瓶出水閥門，開啟度大小以控制再生流速為度。再生液用畢時，將樹脂在鹽液中浸泡數(shù)分鐘（表4）。
| 再生記錄 表4 | |||
| 再生一次所需食鹽量 /kg | 再生一次所需濃度10%的食鹽再生液/L |
再生流速 （m/h） |
再生流量 （ml/s） |
| 清洗記錄 表5 | |||
|
清洗流速 （m/h） |
清洗流量 （L/h） |
清洗歷時 （min） |
出水硬度（以CaCO3計） （mg/L） |
| 15 | 5 | ||
| 15 | 10 | ||
| 15 | 15 | ||
| 30 | 5 | ||
5．實驗結(jié)果整理：
1、繪制不同運行流速與出水硬度關(guān)系的變化曲線。
2、繪制不同清洗歷時與出水硬度關(guān)系的變化曲線。
三、注意事項：
1、反沖洗時注意流量大小，不要將樹脂沖走。
2、再生溶液沒有經(jīng)過過濾器，宜用精制食鹽配制。
3、實驗結(jié)束后水泵中的剩余液要盡量排出。保持泵的清潔。