水处理原理与工艺物理化学处理法离子交换吸附学习教案.pptx

会计学 1水处理原理与工艺物理化学处理法离子交换(l z jio hun)吸附第一页，共110页。21、混凝 物化处理法应用(yngyng)的场合很多，多用在废水的深度处理中，在自来水的常规处理工艺以及工业给水的处理工艺中，也常见到物化的处理技术。2、离子交换(l z jio hun)3、吸附(xf)4、萃取5、膜分离第2页/共110页第二页，共110页。3离子交换(l z jio hun)法 利用固相离子交换剂功能基团所带的可交换离子，与接触交换剂的溶液中相同电性的离子进行交换反应，以达到(d do)离子置换、分离、去除、浓缩等目的。2、离子交换(l z jio hun)第3页/共110页第三页，共110页。4（1 1）工业用水处理中，离子交换法占有很重要的位置，是水的）工业用水处理中，离子交换法占有很重要的位置，是水的软化除盐处理最常使用的方法 软化除盐处理最常使用的方法(fngf)(fngf)；（2 2）工业废水处理中，离子交换法主要用以回收重金属离子，）工业废水处理中，离子交换法主要用以回收重金属离子，如处理含铬废水，含钼再生液，也用于放射性废水和有机废 如处理含铬废水，含钼再生液，也用于放射性废水和有机废水的处理。水的处理。优点：去除率高、可浓缩回收有用物质、设备较简单、操作控制容易；缺点：应用范围受到离子交换(l z jio hun)剂品种、性能、成本的限制，对预处理要求较高，离子交换(l z jio hun)剂的再生及再生液的处理较难。第4页/共110页第四页，共110页。5离子交换剂的种类 根据(gnj)母体材质的不同，离子交换剂可以分为无机离子交换剂和有机离子交换剂两大类。无机离子交换剂：沸石、磺化煤等，用得不多；有机离子交换剂：又称离子交换树脂，一种高分子聚合物电解质，使用最广泛。2.1 2.1 离子交换 离子交换(l z jio(l z jio hun)hun)剂 剂第5页/共110页第五页，共110页。6第6页/共110页第六页，共110页。7 第7页/共110页第七页，共110页。8网状结构的高分子骨架(gji)接在骨架上的功能基团(j tun)相反(xingfn)电荷的可交换离子含水体系由苯乙烯和二乙烯基苯聚 由苯乙烯和二乙烯基苯聚合而成的一类带有功能基 合而成的一类带有功能基的具有空间网状结构的不 的具有空间网状结构的不溶性高分子化合物。溶性高分子化合物。离子交换树脂的结构第8页/共110页第八页，共110页。9凝胶型树脂：由苯乙烯和二乙烯基苯（DVB，交联剂）混合物在引发剂存在下进行自由基悬浮聚合，得到具有交联网状结构的聚合体，这种聚合体一般是呈透明状态的，无孔的凝胶型树脂。吸水溶胀。交联度：DVB加入量占单体总量的百分数，表示网状结构粗密的尺度。高交联度树脂（高于8交联度），溶胀度较低大孔型树脂：在凝胶型树脂的基础上发展起来的，通过加入适量的致孔剂，使在网状骨架固化和链节结构单元形成的过程中，填垫惰性分子，预先留下孔道而形成的，在骨架固定(gdng)后，再抽走致孔剂，便留下不受干湿或缩涨影响的永久性孔道。离子交换树脂的分类按树脂骨架第9页/共110页第九页，共110页。10离子交换(l z jio hun)树脂阳离子交换(jiohun)树脂阴离子交换(jiohun)树脂其他离子交换树脂强酸型中强酸型弱酸型强碱 I型强碱 II 型弱碱型鳌合树脂氧化还原树脂阴阳两性树脂-SO3H-PO(OH)2-COOH-N+(CH3)3Cl-NH2,-NRH-NR2鳌合基氧化还原基阴阳两性基N+(CH3)2（CH2CH2OH）离子交换树脂的分类按功能基特性第10页/共110页第十页，共110页。11交联度：DVB加入(jir)量占单体总量的百分数，表示网状结构粗密的尺度。低交联度：交联度在24；一般交联度：交联度78；高交联度：交联度1220。离子交换树脂的分类按交联度第11页/共110页第十一页，共110页。12离子交换树脂产品分类、命名及型号(xngho)(GB1631-1979)中国石油化学工业部1979年 根据离子交换树脂功能基的性质(xngzh)，将其分为强酸、弱酸、强碱、弱碱、螯合、两性和氧化还原等七类。全称由分类名称，骨架(或基团)名称，基本名称(离子交换树脂)排列组成。凡属酸性的应在基本名称前加“阳”字；凡属碱性，在基本名称-1-前加“阴”字。离子交换树脂(shzh)的型号由三位阿拉伯数字组成，第一位代表产品的分类，第二位数字代表骨架的差异，第三位为顺序号，用以区别基团，交联度等不同。-2-离子交换树脂的命名第12页/共110页第十二页，共110页。13第一、二位数字的含义离子交换产品(chnpn)分类、骨架代号分类代号 分类名称 骨架代号 骨架名称0 强酸 0 苯乙烯系1 弱酸 1 丙烯酸系2 强碱 2 酚醛系3 弱碱 3 环氧系4 鳌合 4 乙烯吡啶系5 两性 5 脲醛系6 氧化还原 6 氯乙烯系第13页/共110页第十三页，共110页。14凡大孔型(kn xn)离子交换树脂，在型号前加“大”字的汉语拼音首位字母“D”表示。D 3 0 1分类代号骨架代号顺序号大孔型代号凝胶型交换树脂，在型号后面(hu mian)用“”号联接阿拉伯数字表示交联度。0 0 1 7分类代号骨架代号顺序号联接符号交联度大孔弱碱性(jin xn)苯乙烯系阴离子交换树脂 强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂 第14页/共110页第十四页，共110页。15 离子交换树脂的合成在方法上可分为加聚型和缩聚(suj)型。目前用量最多的是加聚型离子交换树脂，其中又以交联聚苯乙烯系和交联聚丙烯酸系为主。聚苯乙烯系占离子交换树脂总用量的95%以上。大多数离子交换树脂的合成都是先以悬浮共聚的方法合成交联共聚球珠（母体），再通过一定的化学反应引入所需要的离子交换基团。离子交换树脂的合成通过在聚合过程中加入或不加入致孔剂的制备方法，可使得到的母体有大孔型(kn xn)或凝胶型的物理结构。第15页/共110页第十五页，共110页。16交换选择性交换容量粒度密度交联度含水量溶胀性（转型膨胀率）机械(jxi)强度耐热性孔结构离子交换树脂的性能指标第16页/共110页第十六页，共110页。17(1)交换(jiohun)选择性 离子交换树脂对于水溶液中某种离子优先交换的性能，称为树脂的交换选择性，又称为交换势，与水中离子的种类、离子交换基团的性能、水中该离子的浓度等因素(yn s)有关。在天然水的离子浓度和温度条件下，离子交换(jiohun)选择性的一些规律：离子的交换(jiohun)势随溶液中离子价数的增加而增加；价数相同时，随原子序数的增加而增加。第17页/共110页第十七页，共110页。18强碱(qin jin)树脂强酸(qin sun)树脂弱酸(ru sun)树脂弱碱树脂Th4+Fe3+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+H+Li+H+Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+=NH4+Na+Li+PO43-SO42-NO3-Cl-OH-F-HCO3-HSIO3-OH-SO42-NO3-Cl-HCO3-第18页/共110页第十八页，共110页。19交换势随离子浓度的增加而增大，高浓度的低价离子甚至可以把高价离子置换(zhhun)下来，这就是离子交换树脂能够再生的依据；H+离子和OH-离子的交换势，取决于他们与固定离子所形成的酸或碱的强度，强度越大，交换势越小。金属在溶液中呈络阴离子存在时，一般来说，交换势降低。第19页/共110页第十九页，共110页。20(2)交换(jiohun)容量树脂的交换能力用交换容量来衡量，表示树脂所能交换的交换离子(lz)数量，单位mol/g 或mol/m3 交换容量的表示方法有如下几种：全交换容量：离子交换(l z jio hun)树脂内部全部可交换的活性基团的数量，此值决定于树脂内部组成，与外界溶液条件无关，是一个常数，可用滴定法测定。第20页/共110页第二十页，共110页。21 平衡交换容量：在一定的外界溶液条件下，交换反应达到平衡状态时，交换树脂所能交换的离子数量，其值随外界条件变化(binhu)而异。工作交换容量：树脂在使用中实际表现出来的交换容量。其值远小于全交换容量。树脂的全交换容量最大，平衡(pnghng)交换容量次之，工作交换容量最小。第21页/共110页第二十一页，共110页。22(3)树脂(shzh)的粒度树脂的粒度对交换(jiohun)速度、水流阻力和反洗有很大影响，粒度大，交换(jiohun)速度慢，交换(jiohun)容量低；粒度小，水流阻力大。因此，粒度大小要适当，分布要合理。一般树脂(shzh)的粒径位0.31.2mm，有效粒径(d10)位0.360.61，均一系数（d40/d90)为1.221.66，越接近1，说明粒度越均匀。第22页/共110页第二十二页，共110页。23(4)树脂(shzh)的密度 树脂密度是设计交换(jiohun)柱、确定反冲洗强度的重要指标，也是影响树脂分层的主要因素。湿真密度：树脂在水中充分溶解后的质量与真体积（不包括颗粒(kl)孔隙体积）之比，一般为1.041.3g/mL。湿视密度：树脂在水中溶解后的质量与堆积体积之比，一般为0.600.85g/mL。一般来说，阳树脂的密度大于阴树脂。第23页/共110页第二十三页，共110页。24(5)树脂(shzh)的交联度树脂的交联度对树脂的许多(xdu)性能有广泛的影响：随交联度的增加，树脂结构紧密，微孔小，树脂含水量降低，溶胀度减小，离子交换速度下降，在催化反应中活性降低；但在另一方面，树脂对离子的选择性会有所增加，机械强度改善，耐化学药品和氧化性能提高。水处理中常用(chn yn)的树脂的交联度为710，此时，树脂网架中平均孔隙大小约为24nm。第24页/共110页第二十四页，共110页。25(6)树脂(shzh)的含水量 在水中充分(chngfn)溶胀的湿树脂所含溶胀水重占湿树脂重的百分比，一般在50左右。含水量主要取决于树脂的交联度、活性基团的类型和数量等。交联度越小，树脂中的孔隙就越大，含水量也相应增加。第25页/共110页第二十五页，共110页。26(7)树脂(shzh)的溶胀性能指干树脂浸入水中，由于活性基团的水合作用使交联网孔增大(zn d)，体积膨胀的现象。树脂的交联度越小，活性基团数量越多，越易离解，可交换离子水合半径越大，其溶胀率也越大。转型膨胀率（）:树脂从一种型号转为另一种型号时体积变化(binhu)的百分数。在交换容器的设计时需预留空间。一般地，苯乙烯系阳树脂从Na型转为H型，转型膨胀率510；苯乙烯系阴树脂从Cl型转为OH型，膨胀率1020；丙烯酸系阳树脂的转型膨胀率很高，由H型转为Na型膨胀率约为6070%。第26页/共110页第二十六页，共110页。27(8)其他(qt)性能指标机械强度：反映树脂保持颗粒完整性的能力。主要取决于交联度和溶胀率。交联度越大，溶胀率越小，则机械强度越高；耐热性：若操作温度过高，易使活性基团分解，从而影响交换容量(rngling)和使用寿命；温度过低，树脂内水分冻结，使颗粒破裂。通常控制在540为宜。孔结构：主要针对大孔型树脂而言，大孔树脂的交换容量(rngling)、交换速度等性能均与孔结构有关。常用(chn yn)离子交换树脂的性能，表152 第27页/共110页第二十七页，共110页。28 在离子交换树脂的实际应用中，选用合适的树脂很重要。通常要求选用具有体积交换容量高、选择性高、再生性能好和使用寿命长的树脂。离子交换树脂的选用主要考虑以下两方面：(1)树脂种类(zhngli)的选择；(2)树脂功能基与离子型式的选用。离子交换树脂的选择第28页/共110页第二十八页，共110页。29树脂选用要点树脂选用要点(yodin)(yodin)（11）树脂）树脂种类的选择种类的选择如果被交换的离子是无机阳离子或有机碱阳离子，则选用阳离子交换树脂(shzh)；如果被交换的离子是无机阴离子或有机酸根，则用阴离子交换树脂(shzh)；如 果 被 交 换 的 离 子 是 络 阴 离 子(FeCl4-、FeCl52-)、络 阳 离 子(Cu(NH3)42+)，则分别用阴、阳离子交换树脂(shzh)；如在大量的一价金属离子存在下除去二价及二价以上的离子(饱和NaCl、KCl 等溶液的精制)，可选用含用亚氨二乙酸基、氨基磷酸螯合基的螯合树脂(shzh)。第29页/共110页第二十九页，共110页。30树脂选用要点 树脂选用要点(yodin)(yodin)（2 2）功能基与离子）功能基与离子型式的选用 型式的选用 对于离解常数较小(pK值大于5)的酸，例如，硅酸、碳酸、硼酸、氢硫酸，它们不与弱碱树脂起作用，能与强碱树脂作用，洗脱也容易进行。彻底去除(q ch)微量杂质时，要用强型树脂。如杂质多而不要求彻底除尽时，可选用弱型树脂。去除(q ch)特定离子，最好选用有高度选择性的螯合树脂。第30页/共110页第三十页，共110页。31 树脂(shzh)宜在040下存放，当环境温度低于0 或发现树脂(shzh)脱水后，应向包装袋内加入饱和食盐水浸泡；对长时期停运而闲置在交换器中的树脂(shzh)应定期换水；通常强性树脂(shzh)以盐型保存，弱酸树脂(shzh)以氢型保存，弱碱树脂(shzh)以游离胺型保存，性能最稳定。离子交换树脂的保存第31页/共110页第三十一页，共110页。32 树脂(shzh)在使用前都要进行预处理，以除去杂质，最好分别用水、5HCl、24NaOH反复浸泡清洗两次，每次48h。离子交换树脂的预处理 离子交换树脂的鉴别 参见(cnjin)教材P215表153第32页/共110页第三十二页，共110页。33 离子交换反应是可逆反应，这种可逆反应并不是在均相溶液中进行，而是在固态树脂(shzh)和水溶液(或亲水有机溶剂)的界面间。R-SO3-SO3-SO3-SO3-SO3-SO3-Na+Na+Na+Na+Na+Na+3C2+6Cl-+6N+6Cl-R-SO3-SO3-SO3-SO3-SO3-SO3-C2+C2+C2+离子交换反应(fnyng)的界面过程离子交换平衡2.2 2.2 离子交换 离子交换(l z(l z jio hun)jio hun)原理 原理第33页/共110页第三十三页，共110页。34 在水溶液中，离子交换(jiohun)树脂可解离出Na+(A+),并扩散到溶液中。同时，溶液中Ca2+(B2+)也能扩散到整个树脂结构的内部，这两种离子间的浓度差推动着它们之间的交换(jiohun)，浓度差越大，交换(jiohun)速度就越快，当这种交换(jiohun)反应进行到一定程度，就建立了离子交换(jiohun)平衡:（树脂和溶液中都同时存在B2+和A+两种离子）2R-A+B2+R2B+2A+第34页/共110页第三十四页，共110页。35 一个离子交换平衡反应是否有实际意义，在很大程度上依靠树脂的选择性。K值越大，吸着量越大，即溶液中的B2+离子的去除率就越高。根据K值的大小，可以判断离子交换树脂对某种离子吸着选择性的强弱，所以(suy)K值又称为离子交换平衡选择系数，又称分配系数或交换势。树脂对离子具有不同的亲和能力，对亲和能力强的离子优先选择，和它结合力强使之不易泄漏。但由于结合牢固，再生时，该离子被置换下来就很困难。2R-A+B2+R2B+2A+选择系数第35页/共110页第三十五页，共110页。36 离子交换的可能与否，在很大程度下依赖于树脂的选择性和交换量，实际应用中，树脂的交换量并非能够全部表现出来，其工作交换容量一般小于总交换量。原因可能受控于溶液的pH值、树脂的溶胀性能和离子交换速度，而离子交换速度则往往影响离子交换的效果，决定着离子交换树脂的交换能力是否能够充分发挥。离子交换树脂的应用常常是在动态下进行的，因此(ync)控制好离子交换速度对离子交换的进行显得更为重要。现以钠型离子交换树脂与溶液中Ca2+进行交换为例，来阐明离子交换速度对离子交换反应的影响。离子交换速度第36页/共110页第三十六页，共110页。37 Ca2+从溶液通过树脂表面的液膜(或边界层)，到达树脂表面。Ca2+从树脂表面向树脂孔道中迁移，并达到有效的交换(jiohun)拉置。在交换(jiohun)点上Ca2+与Na+进行交换(jiohun)反应。Na+从树脂内部迁移到树脂表面。Na+穿过树脂表面的液膜进入水溶液。第37页/共110页第三十七页，共110页。38 通常认为第三步(交换点上的交换反应)可以在瞬间完成，它不能决定离子交换的速度。在第一步中Ca2+在溶液中迁移受到相反离子的吸附力和相同离子的排斥作用(zuyng)，穿过一层包围树脂的液膜达到树脂表面，这一过程又称膜扩散过程。此膜叫Nerst膜，通称为液膜。此膜中的离子浓度不受机械外力作用(zuyng)的影响。在交换柱中，过程液体流速加快，膜的厚度将减少。第二步又称粒内扩散。膜扩散和粒内扩散的速度控制了离子交换的速度。第38页/共110页第三十八页，共110页。39影响膜扩散和粒内扩散的主要因素是：溶液流速 膜扩散随溶液过柱流速(或静态搅拌速度)的增加而增加，粒内扩散基本不受流速或搅拌的影响。树脂粒度（孔结构）离子的膜扩散速度与树脂颗粒大小成反比；离子的粒内扩散速度与粒径的高次方成反比，与孔径大小有关。离子浓度（体积大小）当溶液中离子浓度较低时，对膜扩散速度影响较大，而对粒内扩散影响较小；当溶液中离子浓度较高时，对粒内影响较大，而对膜扩散影响较小；当离子的体积较小时(xiosh)，在凝胶型和大孔型树脂中的扩散系数相差很小，但对于体积较大的离子，只有在大孔树脂中才有较大的扩散系数。第39页/共110页第三十九页，共110页。40 树脂的交联度。树脂的交联度对膜扩散影响较小，而对粒内扩散影响更为显著(xinzh)，交联度增加，扩散系数减小。水温：提高水温能使离子的动能增加，水的粘度减小，液膜变薄，有利于离子扩散；被交换离子的电荷数和水合离子的半径越大，颗粒内孔扩散速度越慢。试验证明，阳离子每增加一个电荷，其扩散速度就减慢到原来的1/10。第40页/共110页第四十页，共110页。41提高离子膜扩散速度的措施(1)加快交换体系搅拌速度或提高溶液的过流速度，以减低树脂表面的膜层厚度。(2)提高溶液中的离子浓度。(3)增大交换剂的表面积，即减小树脂的粒度。(4)提高交换体系的温度，以加快扩散速度。加快离子粒内扩散速度的措施(1)降低凝胶树脂的交联度，增加大孔树脂的致孔剂，以此提高树脂的孔隙率、孔度和溶胀度，有利于离子的扩散。(2)提高交换体系温度，以加快扩散速度。(3)离子在孔隙内的扩散速度还与离子自身(zshn)性质有关，离子价数越低或离子半径越小，则其扩散速度越快。第41页/共110页第四十一页，共110页。42 扩散过程通常可用菲克（Fick）第一定律或第二定律来描述，由此可推导出粒内扩散方程和液膜扩散方程，很多计算结果表明：在水的软化或强酸(qin sun)强碱树脂交换除盐过程中，交换过程一般为液膜所控制。再生过程则多为粒内扩散所控制。弱酸弱碱的离子交换过程一般为粒内扩散的控制。第42页/共110页第四十二页，共110页。43（1）交换(jiohun)阶段利用离子交换树脂的交换能力(nngl)，从废水中分离脱除需要去除的离子。（2）反洗阶段(jidun)（3）再生阶段（4）清洗阶段 目的是松动树脂，使再生液能均匀渗入层中，与交换剂颗粒充分接触；把过滤过程中产生的破碎粒子和截留的污物冲走。洗涤残留的再生液和再生时可能出现的反应产物。2.3 2.3 离子交换工艺过程 离子交换工艺过程 离子交换是在装有离子交换剂的交换柱或塔或罐内进行的。第43页/共110页第四十三页，共110页。44（1 1）交换阶段）交换阶段 以树脂 以树脂RA RA处理含 处理含B B离子的废水为例，当废水进入交换柱 离子的废水为例，当废水进入交换柱后，首先与顶层的树脂接触并进行交换，后，首先与顶层的树脂接触并进行交换，B B离子被吸着而 离子被吸着而A A离 离子被交换下来；废水继续流过下层树脂时，水中 子被交换下来；废水继续流过下层树脂时，水中B B离子浓度逐 离子浓度逐渐降低，而 渐降低，而A A离子浓度却逐渐升高。当废水流经一段滤层后，离子浓度却逐渐升高。当废水流经一段滤层后，全部 全部B B离子被交换成 离子被交换成A A离子，再往下便无变化 离子，再往下便无变化(binhu)(binhu)地流 地流过其余的滤层，此时出水中的 过其余的滤层，此时出水中的B B离子浓度为 离子浓度为0 0。第44页/共110页第四十四页，共110页。45 这样，整个树脂层就形成了上部饱和层（失效层）、中部工 这样，整个树脂层就形成了上部饱和层（失效层）、中部工作层、下部新料层三个部分。到某一时刻，工作层的前沿达到树 作层、下部新料层三个部分。到某一时刻，工作层的前沿达到树脂层的下端时，出水中开始出现 脂层的下端时，出水中开始出现B B离子，此时称为 离子，此时称为(chn(chn wi)“wi)“穿透点 穿透点”；若再继续运行，出水中的；若再继续运行，出水中的B B离子越来越高，直 离子越来越高，直到与进水浓度相等，此时称达到了 到与进水浓度相等，此时称达到了“饱和点 饱和点”。第45页/共110页第四十五页，共110页。46 一般水处理中，交换柱到穿透点时就要停止工作，进行 一般水处理中，交换柱到穿透点时就要停止工作，进行树脂再生 树脂再生(zishng)(zishng)。但为了充分利用树脂的交换能力，可。但为了充分利用树脂的交换能力，可以采用所谓 以采用所谓“串联柱全饱和工艺 串联柱全饱和工艺”，如图示。，如图示。AB C第46页/共110页第四十六页，共110页。47 树脂的利用率取决于工作层的厚度和整个树脂层的高宽 树脂的利用率取决于工作层的厚度和整个树脂层的高宽尺寸比例。工作层的厚度越小，树脂利用率越高。工作层 尺寸比例。工作层的厚度越小，树脂利用率越高。工作层的厚度随工作条件而变化 的厚度随工作条件而变化(binhu)(binhu)，主要取决于离子供，主要取决于离子供应速度和离子交换速度的相互关系。离子供应速度决定于 应速度和离子交换速度的相互关系。离子供应速度决定于过滤速度。过滤速度。对于给定的树脂和废水，离子交换速度基本上是一个定 对于给定的树脂和废水，离子交换速度基本上是一个定值，显然，离子供应速度小于或等于离子交换速度时，工 值，显然，离子供应速度小于或等于离子交换速度时，工作层厚度就小，树脂的利用率就高。作层厚度就小，树脂的利用率就高。因此，离子交换速度的过滤速度是一个重要的工艺参数 因此，离子交换速度的过滤速度是一个重要的工艺参数，过滤阶段的滤速和进水水质、出水水质及阻力损失等因，过滤阶段的滤速和进水水质、出水水质及阻力损失等因素有关。对一定的进出水水质而言，往往有一个较优的滤 素有关。对一定的进出水水质而言，往往有一个较优的滤速值。速值。第47页/共110页第四十七页，共110页。48（2 2）反洗阶段）反洗阶段 离子交换过程完成后需进行反冲洗。离子交换过程完成后需进行反冲洗。反冲洗的目的：反冲洗的目的：1 1）松动树脂层，使再生液能均匀渗入层中，）松动树脂层，使再生液能均匀渗入层中，与交换剂颗粒充分接触；与交换剂颗粒充分接触；2 2）把过滤过程中产生的破碎粒子和截留的污）把过滤过程中产生的破碎粒子和截留的污物冲走，为了 物冲走，为了(wi le)(wi le)达到这个目的，树脂层在反 达到这个目的，树脂层在反冲洗时要膨胀 冲洗时要膨胀30 30 40%40%。冲洗水可用自来水或废。冲洗水可用自来水或废再生液。再生液。第48页/共110页第四十八页，共110页。49（3 3）再生阶段）再生阶段 树脂失效后，必须再生才能再使用。通过 树脂失效后，必须再生才能再使用。通过(tnggu)(tnggu)再生，一方面可恢复树脂的交换能力，另一方面可回收有 再生，一方面可恢复树脂的交换能力，另一方面可回收有用物质。再生是交换的逆过程。通过 用物质。再生是交换的逆过程。通过(tnggu)(tnggu)浓度差实 浓度差实现。现。1 1）再生剂的种类：）再生剂的种类：再生剂的选择要考虑既有利于再生液的回收利用，又要 再生剂的选择要考虑既有利于再生液的回收利用，又要求再生效率高，洗脱速度快，价廉易得。如对于强酸性阳 求再生效率高，洗脱速度快，价廉易得。如对于强酸性阳树脂用 树脂用HCl HCl或硫酸等强酸及 或硫酸等强酸及NaCl NaCl、Na2SO4 Na2SO4再生；对于弱 再生；对于弱酸性阳树脂用 酸性阳树脂用HCl HCl或 或H2SO4 H2SO4再生；对强碱性阴树脂用 再生；对强碱性阴树脂用NaOH NaOH等强碱或 等强碱或NaCl NaCl再生；对于弱碱性阴树脂用 再生；对于弱碱性阴树脂用NaOH NaOH、Na2CO3 Na2CO3、NaHCO3 NaHCO3等再生；等再生；第49页/共110页第四十九页，共110页。502 2）再生剂用量：）再生剂用量：理论上，理论上，1eq 1eq的再生剂可以恢复树脂 的再生剂可以恢复树脂1eq 1eq的交换容量，的交换容量，实际上再生剂的用量要比理论上大得多，通常为 实际上再生剂的用量要比理论上大得多，通常为2 2 5 5倍；倍；当再生剂用量一定 当再生剂用量一定(ydng)(ydng)时，适当增加再生剂浓度，可 时，适当增加再生剂浓度，可以提高再生效率，但浓度太高，会缩短再生液与树脂的接 以提高再生效率，但浓度太高，会缩短再生液与树脂的接触时间，反而降低再生效率，所以，再生剂用量及浓度均 触时间，反而降低再生效率，所以，再生剂用量及浓度均存在最佳值，需通过试验来确定。（存在最佳值，需通过试验来确定。（ref P220 ref P220，表，表15-4 15-4及 及图 图15-8 15-8）3 3）再生方式：）再生方式：顺流再生：设备简单，操作方便，工作可靠；但再生剂用 顺流再生：设备简单，操作方便，工作可靠；但再生剂用量多，再生效率低；量多，再生效率低；逆流再生：再生剂耗量少（比顺流法少 逆流再生：再生剂耗量少（比顺流法少40 40左右），再生 左右），再生效率高，但设备较复杂，操作控制较严格。效率高，但设备较复杂，操作控制较严格。第50页/共110页第五十页，共110页。51（4 4）清洗阶段）清洗阶段 清洗的目的是洗涤残留 清洗的目的是洗涤残留(cnli)(cnli)的再生液和再生时 的再生液和再生时可能出现的反应产物。可能出现的反应产物。清洗的水流速度应先小后大，清洗过程后期应特别 清洗的水流速度应先小后大，清洗过程后期应特别注意掌握清洗终点的 注意掌握清洗终点的pH pH值（尤其是弱性树脂转型之后 值（尤其是弱性树脂转型之后的清洗），避免重新消耗树脂的交换容量；的清洗），避免重新消耗树脂的交换容量；一般而言，清洗用水为树脂体积的 一般而言，清洗用水为树脂体积的4 4 13 13倍，淋洗 倍，淋洗水流速为 水流速为2 2 4m/h 4m/h。第51页/共110页第五十一页，共110页。52固定床 固定床 移动 移动(ydng)(ydng)床 床流动 流动(lidng)(lidng)床 床床层固定(gdng)不变，水流由上而下流动。工作时，定期从交换柱排出部分失效树脂，送到再生柱再生，同时补充等量的新鲜树脂参与工作。交换树脂再连续移动中实现交换和再生。2.4 2.4 离子交换设备 离子交换设备第52页/共110页第五十二页，共110页。53第53页/共110页第五十三页，共110页。54固定床离子交换(l z jio hun)器第54页/共110页第五十四页，共110页。55移动(ydng)床离子交换器第55页/共110页第五十五页，共110页。56流动(lidng)床离子交换器第56页/共110页第五十六页，共110页。57（1）根据排放标准与出水的去向和用途以及受纳水域的水质功能，确定经离子交换(l z jio hun)处理后出水的水质要求；（2）根据废水水量、水质及处理的要求，选择交换器的类型，设计系统布置方案，确定合理的处理流程；（3）实验选择离子交换(l z jio hun)树脂、再生剂种类，确定树脂的交换容量和再生剂用量；（4）确定的合理工艺参数，并进行相关计算。2.5 2.5 离子交换 离子交换(l z jio(l z jio hun)hun)系统的设计 系统的设计第57页/共110页第五十七页，共110页。581 1）树脂用量的初步计算）树脂用量的初步计算 选定 选定(xun dn)(xun dn)交换周期 交换周期T(h)T(h)，按下式计算，按下式计算一个交换周期内应去除的污染物总量 一个交换周期内应去除的污染物总量N(mol)N(mol)：N N Q(C0-C)T Q(C0-C)T 式中，式中，Q Q废水平均流量，废水平均流量，m3/h m3/h；C0 C0、C C分别为废水初始浓度和出水残留浓度，分别为废水初始浓度和出水残留浓度，mol/m3 mol/m3 再根据选定 再根据选定(xun dn)(xun dn)的树脂工作交换容 的树脂工作交换容量 量E(mol/m3)E(mol/m3)，计算所需的树脂体积，计算所需的树脂体积VR(m3):VR(m3):VR VR N/E N/E 最后，根据树脂的湿视密度 最后，根据树脂的湿视密度(kg/m3)(kg/m3)，计算，计算树脂质量 树脂质量M(kg):M=VR M(kg):M=VR第58页/共110页第五十八页，共110页。592 2）交换）交换(jiohun)(jiohun)柱主要尺寸的计算 柱主要尺寸的计算 先选定树脂层的高度 先选定树脂层的高度HR HR（一般为（一般为0.701.50m 0.701.50m），再根据），再根据VR VR和 和HR HR计算交换 计算交换(jiohun)(jiohun)柱的直径 柱的直径D(m)D(m)，交换，交换(jiohun)(jiohun)柱的总高度 柱的总高度H H：H H(1.82.0)HR(1.82.0)HR 3）核算过滤速度 按照下式核算过滤线速度v是否合适：v=Q/F=4Q/D2如果计算出的滤速与一般(ybn)经验值相差太大，就得重新计算。第59页/共110页第五十九页，共110页。60堵塞(ds)、包裹废水(fishu)中悬浮物 与固定离子(lz)牢固结合有机物 引起树脂中毒高价金属离子强酸和强碱树脂交换能力基本上与pH无关。弱酸或弱碱性树脂在pH高或低时才能得到较大的交换能力。pH值 加速树脂的老化与分解氧化剂2.6 2.6 影响离子交换能力的因素 影响离子交换能力的因素第60页/共110页第六十页，共110页。61用Na型强酸性阳离子交换树脂RNa中的Na+交换去除(q ch)水中的Ca2+、Mg2+硬度，饱和的树脂用58的食盐NaCl溶液再生。2.7 2.7 离子交换在软化 离子交换在软化(runhu)(runhu)除 除盐中的应用 盐中的应用离子交换软化 2RNa+Ca2+R2Ca+2Na+其软化工艺分为(fn wi)只去除硬度的软化工艺和同时去除硬度和碱度的软化除碱工艺。第61页/共110页第六十一页，共110页。621 1）钠树脂）钠树脂(RNa)(RNa)软化 软化 采用钠型强酸性阳离子交换树脂，单级软化一般适用于总硬 采用钠型强酸性阳离子交换树脂，单级软化一般适用于总硬度小于 度小于5mmol/L 5mmol/L的原水，出水残余 的原水，出水残余(cny)(cny)硬度小于 硬度小于0.03mmol/L 0.03mmol/L，可以达到低压锅炉补给水水质要求；双级软化适用于进水碱度较 可以达到低压锅炉补给水水质要求；双级软化适用于进水碱度较低（小于 低（小于1mmol/L)1mmol/L)的原水，出水残余 的原水，出水残余(cny)(cny)硬度小于 硬度小于0.005mmol/L 0.005mmol/L，可以达到低中压锅炉补给水对硬度的要求。，可以达到低中压锅炉补给水对硬度的要求。该工艺的特点：该工艺的特点：去除碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度；去除碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度；出水的含盐量以 出水的含盐量以mmol/L mmol/L为单位数值不变；为单位数值不变；出水碱度不变；出水碱度不变；出水的残余 出水的残余(cny)(cny)硬度比石灰软化工艺小。硬度比石灰软化工艺小。第62页/共110页第六十二页，共110页。632 2）氢钠树脂）氢钠树脂(RH-RNa)(RH-RNa)联合软化除碱系统 联合软化除碱系统 对于碱度高于 对于碱度高于2mmol/L 2mmol/L的原水，需采用软化除盐系统：的原水，需采用软化除盐系统：RH-RNa RH-RNa并联或串联，其中 并联或串联，其中RNa RNa采用钠型强酸性阳树脂，用 采用钠型强酸性阳树脂，用NaCl NaCl再生；再生；RH RH采用同样的强酸性阳树脂，但是用 采用同样的强酸性阳树脂，但是用HCl HCl再生，再生，再生后树脂为 再生后树脂为H H型。除碱原理是用 型。除碱原理是用RH RH产生的 产生的H+H+中和水中的 中和水中的HCO3-HCO3-，所生成，所生成(shn(shn chn chn)的 的CO2 CO2用除二氧化碳器吹脱去 用除二氧化碳器吹脱去除。除。第63页/共110页第六十三页，共110页。642 2）氢钠树脂）氢钠树脂(RH-RNa)(RH-RNa)并联 并联(bnglin)(bnglin)软化除碱系统 软化除碱系统 第64页/共110页第六十四页，共110页。653 3）氢型弱酸性阳树脂和钠型强酸性阳树脂（）氢型弱酸性阳树脂和钠型强酸性阳树脂（R R弱 弱H-RNa H-RNa）串联的软化除碱系统 串联的软化除碱系统 采用氢型弱酸性阳离子交换树脂 采用氢型弱酸性阳离子交换树脂R R弱 弱H H作为第一级，作为第一级，去除水中的碳酸盐硬度，产生 去除水中的碳酸盐硬度，产生(chnshng)(chnshng)的 的CO2 CO2经除碳 经除碳器脱气后，出水再经第二级的钠型强酸性阳树脂进行交换，器脱气后，出水再经第二级的钠型强酸性阳树脂进行交换，除去水中的非碳酸盐硬度。除去水中的非碳酸盐硬度。该工艺的特点：该工艺的特点：氢型弱酸性阳树脂交换容量大，容易再生，对于碳酸盐硬 氢型弱酸性阳树脂交换容量大，容易再生，对于碳酸盐硬度较高的原水，较为有利；度较高的原水，较为有利；强酸性阳树脂 强酸性阳树脂RH-RNa RH-RNa需配水、混合，并且 需配水、混合，并且RH RH出水为酸性，出水为酸性，对设备腐蚀性强。对设备腐蚀性强。R R弱 弱H-RNa H-RNa系统不需配水，系统不需配水，R R弱 弱H H出水不 出水不呈酸性，因此设备简单，运行可靠；呈酸性，因此设备简单，运行可靠；但弱酸性阳树脂价格较贵，致使初期投资较大。但弱酸性阳树脂价格较贵，致使初期投资较大。第65页/共110页第六十五页，共110页。66基本工艺流程(n y li chn)有一级复床、二级复床、一级复床混合床等。离子交换除盐 一级复床：阳离子交换除碳器阴离子交换 混合床：阳离子交换树脂和阴离子交换树脂装在一个交换器内，再生前通过反冲洗，靠阴阳树脂的密度差把树脂分层，分别再生；然后在运行前用压缩空气把两种树脂进行搅拌，形成(xngchng)混合床。水从混合床中流过，相当于通过无数级的复床。第66页/共110页第六十六页，共110页。671 1）什么叫工作交换容量？其与全交换容量的关系如何？）什么叫工作交换容量？其与全交换容量的关系如何？2 2）为什么）为什么RH RH使用中多以 使用中多以Na+Na+泄漏为终点？泄漏为终点？3 3）离子交换过程中在再生之前为什么要进行反冲洗？）离子交换过程中在再生之前为什么要进行反冲洗？4 4）影响离子交换树脂再生效果的因素）影响离子交换树脂再生效果的因素(yn s)(yn s)有哪些？有哪些？5 5）简述离子交换树脂的结构特点与主要分类。）简述离子交换树脂的结构特点与主要