离子交换是通过离子交换树脂在电解质溶液中进行的，可去除水中的各种阴、阳离子，是目前制备高纯水工艺流程中不可替代的手段。当原水通过离子交换柱时，水中的阳离子和水中的阴离子与交换柱中的阳树脂的H+ 离子和阴树脂的 OH- 离子进行交换，从而达到脱盐的目的。阳、阴和混柱的不同组合可使水质达到更高的要求。
混合床离子交换器，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。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。
阳离子交换器内装 001 × 7 型强酸性阳离子交换树脂（用 30%盐酸作还原剂），当原水进入 H 型 阳离子交换树脂的交换器中，使水中的各种阳离子和离子交换树脂上的 H+ 发生反应，水中各种阳离子被吸附在离子交换树脂上，而离子交换剂上的 H+ 则到了水中，它和水中各种阴离子生成各种酸类。如 HCl 、 H2SO4 、 H2CO3 、H2SiO3 等，此时阳床出水呈酸性。阳床出水中 HCO3 占阴离子总含量的 40-50%，如不除去将会增大阴床的负荷，影响阴床的工作效率，缩短阴床运行周期，增加制水成本。当水的 PH 值低到 4.3 时，水中的碳酸化合物，基本以游离 CO2的形式存在。在平衡条件下， CO2 溶解度只有 0.6mg/L ，而阳床出水 CO2 的溶解度约为 10mg/L ，很容易从中析出。脱碳就是利用这个原理来除CO2 。由于空气中的 CO2 很少，即它的分压很小，约占大气压力的 0.03% ，所以当鼓入脱碳器的空气和阳床出水接触时，水中的 CO2便会析出。因此，二氧化碳脱磷运行时要鼓入空气。脱碳器内装塑料拉稀环，主要为了增加水与空气的接触面积。经脱碳，一般可将水中的 CO2 降至 5mg/L 左右。
阴离子交换器内装 201 × 7型强碱性阴离子交换树（用烧碱作还原剂），经脱碳器出来的酸性水，进入装有 OH 型阴离子交换树脂的交换器中，使水中的阴离子与离子交换树脂上的 OH发生反应，水中各种阴离子被吸附在离子交换树脂上，而离子交换剂上的 OH+ 则到了水中。 由此可见，经阳离子交换器→脱碳器→阴离子交换器处理后，水中各种离子几乎除去，一般可除去水中含盐量 99% 以上。
本工艺采用逆流再生方式，离子交换器工作时，水流自上而下，流过离子交换剂层。逆流再生时，再生液自下而上通过离子交换剂层。由于水流与再生液逆向流动，因此交换器下部的交换剂先与新鲜的再生液相接触，使其得到的再生度。而上部再生较差的树脂仍具有一定的交换容量。较顺流具有明显降低运行费用及出水水质良好的特点。
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