阳床
离子交换除盐中为什么阳床漏钠阴床必漏硅
水的除盐有离子交换、反渗透、蒸馏法、电渗析等，目前使用最多的仍为阴、阳离子交换法，即使用阳离子交换树脂去除水中的阳离子，用阴离子交换树脂去除水中的阴离子，从而达到除盐的目的。因为钠盐在水中溶解，不会产生沉淀，故往往认为对中、高压锅炉用水在阳离子交换器中出现漏钠影响和危害不大。但没有认识到或足够的认识到阳床漏钠阴床必漏硅，不能达到除硅的目的。本文将论述阳床漏钠阴床产生漏硅的原因和过程。
一、强碱ROH阴离子交换树脂的工艺特性
水经强酸RH离子交换后，水中的Fe3+、Ca2+ 、Mg2+、Na+、K+等阳离子基本去除了，还剩下的是SO42-、Cl-、HCO3- 、NO3-、HSiO3-等离子，这些阴离子常用强碱ROH 才能去除，其反应式为：
ROH+H2SO4=RHSO4+ H2O （1）
2 ROH+H2SO4=R2SO4+2H2O （2）
ROH+HCl=RCl+H2O (3)
ROH+H2CO3=RHCO3+H2O (4)
ROH+H2SiO3=RHSiO3+H2O (5)
反应式（1）和（2）是同时进行的，代表了ROH与SO42-交换的两种情况。当树脂主要是ROH存在时，反应式（2）占优势；当水中H2SO4浓度超过树脂上OH-时主要是反应式（1）。因此，运行刚开始都是ROH型，故是（2）式反应；当树脂从上到下逐渐形成R2SO4型时，再进入的H2SO4，其交换结果转为RHSO4型，反应式为：
R2SO4+H2SO4=2RHSO4 (6)
从式（1）~（6）可见，水经ROH呈中性。但为什么在离子交换除盐中，水要先经过阳离子交换后再进入阴离子交换呢？水不经过阳床行吗？现在我们来论述一下这方面问题。
1、强碱树脂的选择性
树脂的选择性也称交换势，亲和力，结合力等，其选择性的次序为：
SO42-＞NO3-＞Cl-＞OH-＞F-＞HCO3- ＞HSiO3-
可见SO42、NO3-、Cl-的选择性都大OH-，吸着能力强；而F-、HCO3-、、HSiO3-是弱酸阴离子，选择性小于OH-，吸着能力差，从交换势可见：
（1）强酸阴离子SO42-、NO3-、Cl-能顺利的交换ROH上的OH-离子而被去除，而且按选择性的大小，后来的NO3-交换RCl上的Cl-，后来的SO42-又交换RNO3上的NO3-（当然也交换Cl-），随着交换的进行，逐渐形成R2SO4在最上层，第二层为RNO3（如果水中无硝酸，则该层没有），第三层为RCl（如图1）
图1 阴离子交换次序
（2）弱酸阴离子HCO3-、HSiO3-，一是选择性小于OH-离子；二是水中的含量相对来说又少；三是H2CO3、H2SiO3必须要在较强的碱性条件下才能离解为H++ HCO3-和H++
HSiO3-。因此从理论上讲，HCO3-、HSiO3-不能除去。
那么用强碱ROH如何达到去除弱酸阴离子和除硅的目的呢？要做到去除HCO3-、HSiO3-，就要做到避开交换势OH-＞HCO3-与HSiO3-的状况，就是说，设法把ROH中的OH-去掉，则HCO3-、HSiO3-就能附到R上去，那么如何去除ROH上的OH-离子呢？首先要使H2CO3和H2SiO3离解为H++ HCO3-和H++ HSiO3-形式存在，用离解出来的H+去与ROH上的OH-结合成为H2O，然后再把HCO3-、HSiO3-附到R 上去。可见要去除HCO3-、HSiO3-必须做到二点：一是要使H2CO3和H2SiO3以离子状态存在；二是用H+去与OH-结合成H2O，消除水中OH-的反离子，即消除OH-对HCO3-、HSiO3的影响。
但H2CO3和H2SiO3是弱酸，要使他们电离为H+与HCO3-、HSiO3必须在碱性的条件下，虽然ROH本身是强碱树脂，PH可达14，但这仅仅是树脂本身，并不是水中的碱性条件。从碳酸平衡可知：当等于8时，有97.1%的H2CO3电离为H+与HCO3-离子，可见要使H2CO3电离，必须使PH≥8以上；而对于H2SiO3来说，PH=10时，
71.3%电离为H++ HSiO3-，PH=11时，94.34%电离，因此要使大多数H2SiO3电离为
H++ HSiO3，必须使PH=10~11。
那么如何达到除硅的目的呢？其巧妙的方法是先阳离子交换后阴离子交换，即先经RH交换器，除去水中的Fe3+、Ca2+ 、Mg2+、Na+、K+等离子，出水为H2SO4、HCl、H2CO3、H2SiO3等，再经ROH交换，强酸中SO42-、Cl-直接交换OH-生成RSO4、RCl，H+与OH-结合生成H2O，而使H2CO3、H2SiO3它电离为H+与HCO3-、HSiO3-，利用H+与ROH上的OH-结合成H2O，使HCO3-、HSiO3-附到R上去，成为RHCO3和RHSiO3达到了去除H2CO3、H2SiO的目的。
现在的问题是要使H2CO3、H2SiO3电离必须在碱性的条件下，而阳床出水呈酸性，如何创造碱性条件？下面我们来分析讨论此问题。
2、强碱树脂去除阴离子的过程
阳床出水的强酸H2SO4、HCl电离度很大，而且选择性SO42-＞Cl-＞OH-，故SO42-、Cl-很容易交换ROH上的OH-，从而被除去。
强酸H2SO4、HCl在阴床上部被去除后，水中酸度大大降低，因而使PH值上升。
ROH+ H2CO3=RHCO3+H2O （7）
（强碱+弱酸=碱性环境）
使PH值达8以上时H2CO3有97.1%以上被电离为H+与HCO3-，这就创造了用H+去与ROH上的OH结合成H2O，使HCO3-附到R上去的条件，如果水中无NO3-，则就是图1中第三层的情况。到这步时，水中的H2SO4、HCl、H2CO3均被去除，剩下的是最弱的酸H2SiO3，水中的酸度进一步下降，则第四层为：
ROH+ H2SiO3=RH SiO3+H2O （8）
（强碱+最弱酸→碱性环境增强）
强碱ROH的PH值可达14，在反应式（8）中，可使PH≥11，即H2SiO3有94.35%以上电离为H+、HSiO3-，同样道理，用H+去与ROH上的OH-结合成H2O，使HSiO3-附到上去，达到除硅的目的。
以上分析了先阳床后阴床去除强酸和弱酸的过程和内在联系，得到了纯水，达到了除硅的目的。那么如果阳床漏Na+，则阴床出水如何呢？能否达到除硅的目的？这是又要讨论的问题。
二、阳床漏Na+阴床必漏硅
阳床出水呈酸性，在酸性条件下H2SO4、HCl以H+与SO42-、Cl-存在，而弱酸H2CO3、H2SiO3不能电离，故没有HCO3-、HSiO3-存在。如果阳床漏Na+，则与SO42-、Cl-结合
为Na2SO4、NaCl，那么进入阴床后有会R如何呢？
在前述中可知，阴床在去除阴离子过程中，其自上而下的分布为：R2SO4→RCl→RHCO3→RHSiO3那么按选择性的大小，阳床出水中的Na2SO4、NaCl进入阴床第一层不起反应作用；进入第二层时NaCl不起交换反应，而Na2SO4中的SO42-把RCl中的Cl-交换下来，与Na+结合成NaCl，因此进入第三层时均为NaCl，因选择性Cl-＞HCO3-，故NaCl中的Cl-交换了RHCO3中的HCO3-，生成NaHCO3而进入第四层。同样道理，在第四层中HCO3-交换了RHSiO3上的HSiO3-，生成NaHSiO3，而生成的NaHSiO3中的HSiO3-离子，对强碱ROH中的OH-离子不起交换作用，则阴床出水中存在NaHSiO。
可见：在原水中有HSiO3-存在的条件下，阳床漏多少Na+，则阴床必漏多少HSiO3-。
强碱ROH要达到除硅目的，必须要注意以下两点：
1、再生条件要求高，要彻底。
强碱ROH是顺流再生，要使阴床底部有足够的ROH，则再生必须要彻底。这是因
为如果下部没有足够的ROH，就难以创造碱性条件和环境，如果下部再生不彻底，没有足够的，就不能创造碱性环境，就会产生漏HCO3-和HSiO3-，达不到去除的目
的。
2、进阴床水中应不含Na+或含少量Na+
因阴床漏HSiO3-量正比于阳床漏Na+量，故阳床出水中应不含Na+或含Na+量控制
在阴床允许的漏硅范围内。
当离子交换工艺成为水处理的标配后，如何有效的对交换出水指标进行监督成为大家关心的问题。
大家知道，天然水中含有多种阳离子（Fe3+、Ca2+、Na+等等），我们从交换过程看起：
第一阶段：水中Fe3+、Ca2+、Na+等等全部交换成H+。
反应RH+Na+?RNa+H+在此过程交换能力较小的Na+首先泄漏
第二阶段：水中Fe3+、Ca2+与H+、Na+进行交换此时出水中的Na+已超过进水中的Na+含量，
在Ca2+泄漏时达到高峰
第三阶段，当水中出现Ca2+以后，直至树脂全部失效，当水泄漏Fe3+时达到峰值，直至水样通过交换
器而水质没有任何变化
所以从以上阶段我们不难知道，当离子交换出水Na+含量达到一定值时，就应当停止进水，进行再生。
而强酸性H型交换器的出水不会有硬度，仅有微量Na+。当交换器接近失效时，出水Na+浓度增加，同时H+浓度降低，并因此出现出水酸度和电导率下降及PH值上升。但用这后三个指标来确定交换器是否失效是不可靠的，因为当进水水质或混凝剂加入量变化时这三个指标的值也将发生变化。
最可靠的办法还是监测出水Na+浓度。