阳谷县水务局寿张镇水管站
离子交换软化法，使原水中各种离子，最终以离子状态进入地下水，而且再生剂NaCl最终也以离子状态进入地下水，从而使地下水的钠离子含量、硬度和氯根含量逐年大幅度提高。地下水水质的恶化对农业用水和工业用水造成的危害尤为显著，特别是农业用水，作为农田灌溉用水，以上三个指标的增高将会使土地盐碱化，造成地表面板结，不利于农作物生长，会使农业减产，造成重大损失。因此，对离子交换器排出废水如何回收再利用成为当前供水及水处理行业研究的一个主要课题。
一、本研究要解决的问题
为了保护环境，保持工农业的可持续发展，以及保证人类健康的角度出发，对离子交换器排出的废水进行处理以便回用于树脂再生。研究要解决的问题是通过实验找出再生废水处理的基本方法，以及通过对此种方法的调试，确定出对再生废水处理的最优方案。
由于再生废水中含Na+减少，总硬度增高，所以不能直接回用于树脂再生，必须除去再生废水中的Ca2+和Mg2+，并增加Na+含量。解决方法是向再生废水中加入石灰、苏打以沉淀废水中的Ca2+和Mg2+，并增加水中Na+含量。
二、研究思路探索
就中国现状来看，目前锅炉补给水的炉外处理大都离不开使用钠离子交换器。当处理要求低时可单纯地使用石灰处理，例如使用王雅珍教授发明的小型石灰处理器即方便，又经济，又不排出污水。当处理要求较高时还是使用钠离子交换器。但钠离子交换器排出的再生废水会污染地下水。考虑使用电渗析和反渗透技术，显然单纯的电渗析或反渗透技术并不适合处理锅炉补给水。
在美国、日本填充床电渗析法（简称EDI）已经推广使用，但也主要用于高压锅炉补给水的处理。因为EDI仅仅靠能量把水分离成软水和浓水，它保持在它周围地区的水中盐分总量平衡，但这种方法还不能说是零排放，因为它也排出浓水。不过这种新型的处理工艺有着广阔发展前景。我国对填充床电渗析器业已研究多年，目前在蒸馏水的制备和放射性废水方面已有所应用。但是这种填充床电渗析器造价昂贵，而且技术方面还不成熟，显然不可能在短期内取代钠离子交换器。
根据以上分析，考虑不改变传统的工艺的基础上的治理离子交换器的再生废水，使之循环利用应是一个可行方案。再生废水含盐量很高。用盐水对树脂再生时盐水中只有少部分的Na+和树脂中的Ca2+和Mg2+相交换，可考虑除去盐液中的Ca2+和Mg2+后使之回用于树脂再生。
从石灰―苏打法软化水中得到启发，设想也用石灰―苏打法沉淀去除再生废水中的Ca2+和Mg2+。但是再生废水的化学成分和原水的化学成分大不相同，再生废水的硬度远远高于原水的硬度，且主要是永久硬度。原水主要是暂时硬度。需要通过实验来确定这种思路的可行性。
三、离子交换器的工作原理
钙离子或镁离子是造成水硬度的主为成分。当含有钙离子或镁离子的水通过装有阳离子交换树脂的交换器时，水中的Ca2+和Mg2+便与树脂中的可交换离子（钠型树脂中的Na+，氢型树脂中的H+）交换，使水中的Ca2+和Mg2+含量降低或基本上全部去除，这个过程叫做离子交换树脂对水的软化。钠离子交换用食盐（NaCl）再生，氢离子交换用盐酸或硫酸再生。基本反应式如下：
经常见到的离子交换器有顺流离子交换器，和逆流离子交换器。但不论何种离子交换器，排出废水Na+含量过高，如果直接排入江河，均会对地表水甚至地下水产生污染。
四、研究思路分析
由于再生废水的硬度主要是永久硬度，考虑加碳酸钠去除水中的钙、镁离子。其反应方程式如下：
CaCl2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaCl （1）
MgCl2+ Na2CO3=MgCO3+2NaCl （2）
MgCO3+H2O=Mg（OH）2↓+ CO2 （3）
上述化学反应式仅仅是在理论上证明了可以用向钠离子交换器排出的废水中加入碳酸钠去除废水中的钙、镁离子。在实际的实验中发现，不能只加碳酸钠去除水中钙、镁，只加入碳酸钠的废水水样甚至不会碳酸钙和氢氧化镁沉淀。通过研究发现氢氧化镁的沉淀需要更高的pH，要向再生废水中加入适量的氢氧化钙沉淀镁离子且调节pH值。
在反应结束后，过滤出处理水中碳酸钙和氢氧化镁沉淀，处理水中仅含氯化钠（NaCl）这一种盐份。处理水中NaCl含量不降低的境况下，可从新回用于失效树脂的再生。
五、离子交换器排出废水回收的可行性分析
如果再生废水经过化学沉降除去水中的钙、镁离子其它的阳离子会积累吗？
我们最希望的是钠离子的积累，这样以后反复利用其对树脂再生时就不必在补加食盐。实际上即便是不考虑盐液残留在树脂中也只能保持盐液量的不变，盐液中的钠和树脂中的钙、镁离子交换是等单元摩尔的交换，其再生废水中阳离子的单元摩尔数不变，当用石灰－苏打处理再生废水时，废水中的钙、镁又被等单元摩尔的钠代替，故废液中钠离子若不考虑冲洗时的损失，其钠离子的含量和再生前盐液的含量相等。
另外硫酸根离子含量也不会在废液中积累，因为在树脂再生过程中硫酸根没有参与任何反应过程，原水中的硫酸根不会被交换到树脂上，便不会通过树脂传给盐液。所以说，离子交换器排出废水回收理论上是可行的。
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[7]严煦世、范瑾初 给水工程 1999.12
论文作者:席学科
论文发表刊物:《基层建设》2017年第32期
论文发表时间:2018/1/31
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