离子交换纯水设备

一、概述：

进水含盐量在500mg/L以下时，一般采用离子交换除盐。阳离子交换树脂和水里的阳离子起交换作用，阴离子交换树脂和水里的阴离子起交换作用，从而降低水里的含盐量。其出水水质纯度高，电导率0.1цs/cm，溶解固体1-4mg/L，其**大的特点是失效后可以再生，使树脂能够较长时期的反复使用，利用效率高，成本低，出水水质好等方面。按照所交换离子的种类，离子交换剂可分为阳离子交换剂和阴离子交换剂两大类。

二、离子交换工作原理

   离子交换是一种特殊的固体吸附过程，它是由离子交换剂的电解质溶液中进行的。一般的离子交换剂是一种不溶于水的固体颗粒状物质，即离子交换树脂。它能够从电解质溶液中吸取某种阳离子或者阴离子，而把自身所含的另外一种带相同电荷符号的离子等量地换出来，并释放到溶液中去，这就是所谓的离子交换。

阳离子交换树脂大都含有磺酸基（—SO3H）、羧基（—COOH）或苯酚基（—C6H4OH）等酸性基团，其中的氢离子能与溶液中的金属离子或其他阳离子进行交换。例如苯乙烯和二乙烯苯的高聚物经磺化处理得到强酸性阳离子交换树脂，其结构式可简单表示为R—SO3H，式中R代表树脂母体，其交换原理为
2R—SO3H＋Ca2＋ （R—SO3）2Ca＋2H+
这也是硬水软化的原理。
阴离子交换树脂含有季胺基[-N（CH3）3OH]、胺基（—NH2）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，其交换原理为
R—N（CH3）3OH＋Cl- R—N（CH3）3Cl＋OH-

离子交换包括软化和纯化 软化主要是原水中含有的硬度如CaCO₃、MgCO₃等钙镁钠离子类，在流经交换树脂层时，阳离子Ca²⁺、Mg²⁺等被阳树脂的活性基团置换，从而使水的硬度降低就得到软化，而纯化是原水中含有的盐类如Ca(HCO₃)₂、MgSO₄等钙镁钠盐类，在流经交换树脂层时，阳离子Ca²⁺、Mg²⁺等被阳树脂的活性基团置换，阴离子HCO₃^-、SO₄^2-等被阴树脂的活性基团置换，从而水就得到纯化。纯化有复床、 混床：复床是用阳、阴两种不同的离子交换的交换器的串联方式，如强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂串联的方式。这种阳床和阴床串联组成的设备称为复床，水先经过阳床除去金属离子，形成酸性水，然后通过阴床除去酸根离子。通过复床的水可除去水中大部分的无机盐。

 混合离子交换器，简称混床 ，是将阴阳树脂按一定比例装置填在同一交换器中，运行前将它们混合均匀。此时被处理水在通过混合离子交换床后，所产生的H⁺和OH^-离子立即生成溶解度很低的水，很少形成阳离子或阴离子交换时的反离子。可以使交换反应进行很彻底，故水质好，所以混合床串联在反渗透或一级复床除盐系统后面，用于纯水或高纯水的制备主要用于深度去除水中几乎所有的离子（溶解固体）。
   由于阳阴树脂紧密接触，混合床可以看成是由无数微型复床除盐系统串联而成的。   

离子交换树脂的交换过程：
    离子交换的过程与一般的扩散过程不同，这是因为离子交换剂在溶液中与溶液建立起离子交换平衡的过程需要的时间很长，只有少数的离子交换可以在瞬间完成，一般的交换都需要长时间的.这是因为离子交换不只是在离子交换剂的表面进行的，而且在整个离子交换树脂的内部进行，离子交换的过程可分为7个连续的步骤：

①再生剂离子从溶液中扩散到离子交换树脂颗粒的表面，

②再生剂离子透过离子交换树脂颗粒表面的边界膜，

③再生剂离子在离子交换树脂颗粒的内部孔隙中扩散，并扩散到交换点，

④离子交换反应进行，

⑤交换后的离子在离子交换树脂颗粒的内部空隙中扩散，并扩散到离子交换树脂的表面，

⑥交换后的离子透过离子交换树脂颗粒表面的边界膜，

⑦向外扩散到溶液中去，完成整个离子交换的过程。　　
   在这7个连续的步骤中，① ~ ③是再生剂的离子向离子交换树脂颗粒内部扩散的，⑤ ~ ⑦是再生剂再生后置换出来的离子交换树脂的离子，并且是等价的离子，离子的运动方向相反；①和⑦是离子在溶液中扩散，②和⑥是离子透过交换树脂的边界膜扩散，③和⑤是离子在交换树脂的内部扩散，那么离子交换过程的快慢就决定离子扩散的速度。F、离子交换树脂的再生方法：脂尽可能的恢复或接近原来树脂的工作状态。
    树脂失效后的再生方式有多种，大致可分为静态再生和动态再生两种，静态再生指的是在容器内用再生剂泡树脂，使之恢复到原来的工作状态的方法．动态再生指的是让再生剂不断的流过盛装着树脂的容器内，使之恢复到原来的工作状态的方法，动态再生的方法有：顺流再生；逆流再生；对流再生。

　　在纯水系统中水先经过阳床（SC）/阴床（WA/SA），经过阳/阴床的水从下至上注入阳/阴床，当新的水系统开始调试时就要对阳/阴床再生，阳/阴床再生的方式是逆流再生，因为DI水从阴/阳床的下方进入设备内进行交换，那么在设备内的交换树脂失效程度**高和**先的是处于**下层的树脂，失效程度不高的在设备的**上方，那么再生剂就从设备的**上方加入，这样再生剂的利用率较高和滤过水在正常工作时**后接触的是再生程度**高的树脂层，这样就能充分的保证出水稳定的水质，其次解决了逆流再生时再生剂流经树脂层对滤层的扰动；再次就是这样再生的推动力较大．再生后的反洗也可以冲洗掉一部分再生的生成物。

　　在纯水系统中的混床（MB）中装着阴/阳两种树脂，这里的再生方法有两种，**种就是分步处理，先将已失效的混床用水反洗，由于阴离子交换树脂较轻而上浮与阳离子交换树脂分开，在从顶部引入碱(NAOH)再生剂进行阴树脂再生，再生的废液从混床的中部排出，在再生的时候要从混床的下部引入反洗水，通过反洗水和阳树脂来保持碱液不流入下部，以免污染阳树脂，再生完阴树脂后就从混床的下部引入酸(HCL)来再生阳树脂，再生的废液从混床的中部排出，在再生的时候要从混床的顶部引入正洗水，保持一定的压力来防止酸液进入上部对阴树脂污染，再生完后，在正洗一遍，然后就用无油的压缩空气或高纯气对树脂进行充分的搅拌.再一种再生的方法就是采用阴/阳树脂同时再生，也就是所谓的对流再生法.在纯水系统中阴/阳床和混床都是前处理也就是脱盐工序.一般混床出口的水质可在10MΩ.CM（23℃～25℃）。

三、应用范围

我公司电子级超纯水设备出水水质完全符合美国ASTM纯水水质标准、我国电子工业部电子级水质技术标准（18MΩ.cm、15MΩ.cm、10MΩ.cm、2MΩ.cm、0.5MΩ.cm五级标准）、我国电子工业部高纯水水质试行标准、美国半导体工业用纯水指标、日本集成电路水质标准、国内外大规模集成电路水质标准。新兴的光电材料生产、加工、清洗；LCD液晶显示屏、PDP等离子显示屏、高品质灯管显像管、微电子工业、FPC/PCB线路板、电路板、大规模、超大规模集成电路需用大量的高纯水、超纯水清洗半成品、成品。集成电路的集成度越高，对水质的要求也越高，这也对超纯水处理工艺及产品的简易性、自动化程度、生产的连续性、可持续性等提出了更加严格的要求。

　　☆电解电容器生产铝箔及工作件的清洗

　　☆电子管生产、电子管阴极涂敷碳酸盐配液

　　☆显像管和阴极射线管生产、配料用纯水

　　☆ 黑白显像管荧光屏生产、玻壳清洗、沉淀、湿润、洗膜、管颈清洗用纯水

　　☆液晶显示器的生产、屏面需用纯水清洗和用纯水配液

　　☆晶体管生产中主要用于清洗硅片，另有少量用于药液配制

　　☆ 集成电路生产中高纯水清洗硅片

　　☆半导体材料、器件、印刷电路板和集成电路

　　☆LCD液晶显示屏、PDP等离子显示屏

　　☆高品质显像管、萤光粉生产

　　☆半导体材料、晶元材料生产、加工、清洗

　　☆超纯材料和超纯化学试剂、超纯化工材料

　　☆实验室和中试车间

　　☆汽车、家电表面抛光处理

　　☆光电产品、其他高科技精微产品

??☆?电子、工业、医药、食品等工业中纯水、超纯水的制备；

??☆?轻纺、化工行业工艺用水/化工循环水、化工产品制造等净化与制备用水；

??☆?电力行业锅炉补给水、火力发电锅炉、厂矿中低压锅炉动力系统等企业高压锅炉补给水的预脱盐处理； 

??☆其它工艺用水 汽车、家电涂装、镀膜玻璃、化装品、精细化学品等用超纯水。

四、离子设备进水水质要求：

 ◆进水**高SDI（15分钟）＜4

 ◆进水**高浊度＜1.0NTU

 ◆进水**高自由氯浓度＜0.1ppm

 ◆进水**高温度＜45℃

 ◆进水**高含Fe值＜0.05ppm