鈉離子交換器的工作原理基于離子交換技術，核心是利用鈉離子（Na?）置換水中的鈣（Ca2?）、鎂（Mg2?）等硬度離子，從而降低水的硬度。其工作過程主要包括交換和再生兩個循環階段，具體原理如下：

一、核心材料：鈉離子交換樹脂

交換器內部裝填的鈉離子交換樹脂是實現軟化的關鍵。這類樹脂是一種帶有多孔結構的高分子聚合物，其骨架上結合了大量可交換的鈉離子（Na?）。樹脂的化學結構穩定，且對水中的 Ca2?、Mg2?的親和力遠大于對 Na?的親和力，這是離子交換的基礎。

二、工作過程：交換階段（軟化水生產）

當硬水（含 Ca2?、Mg2?）通過交換器內的樹脂層時，發生以下離子交換反應：

鈣硬度離子與樹脂反應：

Ca2? + 2R-Na → R?-Ca + 2Na?

鎂硬度離子與樹脂反應：

Mg2? + 2R-Na → R?-Mg + 2Na?

其中，R-Na代表結合了鈉離子的樹脂；R?-Ca、R?-Mg代表樹脂吸附了 Ca2?、Mg2?后形成的新形態。

通過上述反應，水中的 Ca2?、Mg2?被樹脂吸附，樹脂釋放出等量的 Na?進入水中，最終流出的水即為軟化水（硬度大幅降低，主要含 Na?）。

三、再生階段（樹脂恢復交換能力）

隨著交換過程的進行，樹脂上的 Na?逐漸被 Ca2?、Mg2?取代，當樹脂吸附的硬度離子達到飽和（即出水硬度超過標準，通常≥0.03mmol/L），樹脂失去交換能力，需要通過再生恢復性能。

再生的核心是用高濃度食鹽溶液（NaCl 溶液，濃度通常為 5%-10%） 沖洗樹脂，利用高濃度 Na?將樹脂吸附的 Ca2?、Mg2?置換出來，反應如下：

R?-Ca + 2NaCl → 2R-Na + CaCl?

R?-Mg + 2NaCl → 2R-Na + MgCl?

再生過程中，置換出的 CaCl?、MgCl?隨廢液排出，樹脂重新轉化為 R-Na 形態，恢復吸附硬度離子的能力，可再次進入交換階段。

四、輔助流程

反洗：再生前用原水反向沖洗樹脂層，目的是松動樹脂、去除表面截留的懸浮物，避免樹脂結塊影響再生效果。

正洗：再生后用軟化水正向沖洗樹脂，去除殘留的食鹽溶液和廢液，確保出水水質達標（避免 Na?過量殘留）。

五、關鍵特點總結

核心原理：利用樹脂對 Ca2?、Mg2?的高親和力，通過離子交換實現硬度去除，Na?作為 “交換媒介” 循環使用。

優勢：操作簡單、成本較低，可將水的總硬度降至 0.03mmol/L 以下，滿足多數工業軟化需求。

局限性：僅去除 Ca2?、Mg2?，不改變水中總溶解固體（TDS）含量，且再生需消耗食鹽，產生少量含鹽廢水。

鈉離子交換器通過 “交換 - 再生” 的循環，持續穩定地提供軟化水，是工業中降低水質硬度的經典技術。