RO反渗透、超滤前级软化水设备

为了有效降低水中硬度，延长反渗透膜的使用寿命，系统前级增加软化水系统
水质软化的反应方程式为：（R代表树脂本体）
2RNa + Ca2+ =R2Ca + 2Na+        2RNa + Mg2+ =R2Mg + 2Na+
吸附钙、镁离子饱和后的树脂经过钠盐溶液的处理，可重新转化为钠型而恢复其交换能力，这一再生过程的反应式为：
R2Ca + 2Nacl =2RNa + Cacl2       R2Mg + 2Nacl =2RNa + Mgcl2
原水在一定的压力（0.2-0.6Mpa）、流量下，通过控制阀腔，进入装有离子交换树脂的容器（树脂罐），树脂中所含的Na+与水中的Ca2+、Mg2+等阳离子进行交换，使容器出水的Ca2+、Mg2+离子含量达到既定的要求，从而实现了硬水的软化，容器出水残余硬度的标准为：≤0.03mmol/L。
当树脂失效后、进行再生之前， 先用水自下而上的进行反洗。 反洗流速可控制在11-18m/h之间，反洗须至出水澄清为止，反洗时间约为 10~15min，以沉降后阳，阴树脂层界面是否清晰判别分层效果。反洗的目的有二个，一是通过反洗，使运行中压紧的树脂层松动，有利于树脂颗粒与再生液充分接触；二是使树脂表面积累积的悬浮物及碎树脂随反洗水排出，从而使交换器的水流阻力不会越来越大。为了保证一定的反洗效果，要有一定的反冲洗膨胀高度。膨胀高度过低，达不到反洗的要求，又会造成树脂的流失；过高，也要增加设备的投资。实际生产表明，交换器的反洗膨胀高度为树脂层的60﹪( 又有80﹪)左右为好。
由于采用虹吸原理，故本套设备再生过程为自动从盐箱吸盐，在一定浓度（盐液浓度以 6~10 × 1/100 为宜）、流速（为4-6m/h）下，流经失效的树脂层，再一次进行阳离子交换，使其恢复原有的交换能力。在再生液进完后，交换器内尚有未参与再生交换的盐液，采用小于或等于再生液流速即≤4-6m/h的清水进行清洗（慢速清洗），以充分利用盐液的再生作用并减轻正洗的负荷。正洗（快速清洗）的目的是：清除树脂层中残留的原生废液，通常以正常流速清洗至出水合格为止。

离子交换树脂的选择：
离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。
阳离子交换树脂大都含有磺酸基（-SO3H），羟基（-COOH）或*基（-C6H4OH）等酸性基团，其结构式可简单表示为R--SO3H，式中R代表树脂母体。
反应式为：2R--SO3H + Ca2+=（R--SO3）2Ca + 2H+
阴离子交换树脂含有季胺基[-N（CH3）3OH]、胺基（-NH3）或亚胺基（-NH2）等碱性基团它们在水中能生成OH-离子，可与各种阴离子起交换作用。
反应式为：R-N（CH3）OH + cl-=R-N（CH3）3cl + OH-
本套设备的主要工艺为软化，即原理为置换其中的钙、镁等阳离子，故采用Na型阳离子交换树脂。
钠离子交换软化处理的特点是：
（1）除去水中的硬度而碱度不变，只不过是Ca2+、Mg2+与Na+进行等电荷摩尔量交换而已；
（2）在一般天然水中Mg2+的含量都比较少，主要起交换作用的是Ca2+和Na+，而钙的摩尔质量M（1/2Ca）是20，钠的摩尔质量M（Na）是23，基本接近，因此，钠离子交换软化处理的水中含盐量基本不变，水中溶解固形物也没有多大变化；
（3）在再生过程中，有时由于正洗不*，或者是再生剂系统阀门的泄漏，使软化处理后的水中氯根反而比原水有所增加，但通过精心操作是可以避免的。

离子交换树脂用量的计算先是进行初算，再进行复算调整。树脂的湿视密度一般在0.6-0.85g/ml之间。树脂的体积可以通过计算求得，之后就可以大概算出树脂的装填量。
（1）树脂的体积用量计算：
V=Q*∑I/E
式中 V—树脂体积，m³;
     Q—周期制水量，m³或t;
     ∑I—原水中阳离子的浓度，mmol/L,取分析值；
     E—离子交换树脂的工作交换容量，mmol/L。
（2）树脂的重量计算：
W=V*R
式中W—树脂重量，t;
     R—树脂的视密度，g/mL。
    第二步进行复算调整。
因为，    V=¼∏d²*H
式中  d—离子交换塔内径，m;
      H—树脂的填装高度，m。
注意：H的选择，对一级除盐水处理，当交换塔径在2m以上时，树脂层高度不低于1.5m（一般选择1.8m）；对塔径〈2m时，高度可适当放低。混合床的塔径在1.5m以上时，树脂总高度不低于1m，不高于1.5m；塔径〈1.5m时，高度可适当放低。混床的阴、阳树脂比例原则上可按2比1。使用上可根据具体情况适当调整。

所谓盐耗是对已经失效的树脂，使其再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M时，所消耗再生剂（Nacl）的克数。
      盐耗=2G/VH   g/mol
式中 G—再生一次所消耗的Nacl的量，g;
     V—周期制水量，m³;
     H—被处理水的硬度，mol/m³。
由于离子交换是等[H+]摩尔进行的，从理论上来说每除去0.5mol的硬度需要消耗1mol的Nacl,即58.8g。然而，实际生产运行中盐耗是上述理论值的3倍左右。通常为150-200g/mol,主要与操作管理及工艺等都有关。