第8章 离子交换

1、 总硬度（总硬度（Ht）8.1 8.1 概述概述n 在水处理中的在水处理中的应用：水的软化、水的除盐应用：水的软化、水的除盐n 去除对象：水中的溶解性离子去除对象：水中的溶解性离子 水中所含的主要阳离子：水中所含的主要阳离子：Ca2+、Mg2+、Na+（K+） 总硬度（总硬度（Ht）：）：水中水中Ca2+、Mg2+的总含量。的总含量。非碳酸盐硬度（非碳酸盐硬度（Hn），亦称为永久硬度），亦称为永久硬度n 水的软化：水的软化：降低水中降低水中Ca2+、Mg2+含量。含量。n 水的除盐：水的除盐：降低水中的降低水中的含盐量（含盐量（阳阳+ +阴）阴）水的纯度常以水中含盐量或水的电阻率来衡量水的纯度

2、常以水中含盐量或水的电阻率来衡量 脱盐水：脱盐水：即普通蒸馏水。水中强电解质大部分去除。含盐量即普通蒸馏水。水中强电解质大部分去除。含盐量15mg/L。 纯水：纯水：亦称去离子水，水中的强电解质基本去除，而弱电解质也大部分亦称去离子水，水中的强电解质基本去除，而弱电解质也大部分 被去除。被去除。含盐量含盐量1mg/L。 高纯水：高纯水：称超纯水。水中导电介质几乎全部去除，而水中胶体微粒、微称超纯水。水中导电介质几乎全部去除，而水中胶体微粒、微 生物、溶解性气体及有机物以去除到最低程度。含盐量生物、溶解性气体及有机物以去除到最低程度。含盐量0.1mg/L。 水中所含的主要阴离子：水中所含的主要阴

3、离子：HCO3- -、SO42- -、Cl- -碳酸盐硬度（碳酸盐硬度（Hc），亦称为暂时硬度），亦称为暂时硬度已很少应用已很少应用 药剂软化法：药剂软化法：基于溶度积原理，向原水中加入一定量的某些药剂（如石基于溶度积原理，向原水中加入一定量的某些药剂（如石 灰、苏打等），使之与水中的灰、苏打等），使之与水中的Ca2+、Mg2+反应生成沉淀物析出，以达到反应生成沉淀物析出，以达到 去除水中大部分去除水中大部分Ca2+、Mg2+目的。目的。 基于离子交换原理，利用离子交换剂所具有的可交换基于离子交换原理，利用离子交换剂所具有的可交换 阳离子与水中阳离子与水中Ca2+、Mg2+进行离子交换反应，降

4、低水中的进行离子交换反应，降低水中的Ca2+、Mg2+含含 量量，以达到水的软化目的。，以达到水的软化目的。n 水的除盐方法水的除盐方法 离子交换法、离子交换法、电渗析法、反渗透法电渗析法、反渗透法n 离子交换剂离子交换剂无机离子交换剂（天然沸石、绿砂）无机离子交换剂（天然沸石、绿砂）磺化煤磺化煤人工合成有机离子交换树脂人工合成有机离子交换树脂水处理中应用水处理中应用 类型类型8.2 8.2 离子交换基本原理离子交换基本原理 8.2.1 8.2.1 离子交换树脂的结构离子交换树脂的结构n 离子交换树脂是由空间网状结构骨架离子交换树脂是由空间网状结构骨架( (母体母体) )与附属在骨与附属在骨

5、架上的许多活性基团所构成的不溶性高分子化合物。架上的许多活性基团所构成的不溶性高分子化合物。树脂的结构树脂的结构母体母体活性基团活性基团固定离子固定离子可交换离子可交换离子（与骨架牢固结合）（与骨架牢固结合）（可与周围水中的同性离子进行交换）（可与周围水中的同性离子进行交换）n 以强酸性阳离子交换树脂（以强酸性阳离子交换树脂（R- -SO3- -H+）为例：）为例：R- -SO3- -H+R（代表（代表母体）母体）- -SO3- -H+（活性基团）（活性基团）- -SO3- -（固定离子）（固定离子）H+（可（可交换离子）交换离子）R- -SO3- -H+可以直接简写为可以直接简写为R- -H

6、+（空间网状结构骨架）（空间网状结构骨架）R NH3+OH- - 伯胺型伯胺型R NH2+OH- - 仲胺型仲胺型R NH+OH- - 叔胺型叔胺型 R N+OH- - 季胺型季胺型离子交换离子交换树脂的类型树脂的类型 可电离的交换离子可电离的交换离子H+或金属离子（如或金属离子（如Na+）树脂类型树脂类型强酸性强酸性弱酸性弱酸性强碱性强碱性弱碱性弱碱性有效有效pH值范围值范围n 定量表示树脂交换能力的大小的一项重要指标。分两种：定量表示树脂交换能力的大小的一项重要指标。分两种： （g/mL） 湿树脂堆积体积湿树脂质量湿视密度 湿树脂颗粒本身体积湿树脂质量湿真密度 （g/mL） Fe3+Al3

7、+Ca2+Mg2+K+Na+H+ H+Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+Na+ SO42- -NO3- -Cl- -OH- -F- -HCO3- -HSiO3- - OH- -SO42- -NO3- -Cl- -HCO3- -HSiO3- -2NaMgRMg2RNa22 2HCaR2RHCa222HMgR2RHMg222NaCaR2RNaCa222NaMgR2RNaMg22边界水膜边界水膜Na+Ca2+n 离子交换装置由离子交换器和附属设备组成离子交换装置由离子交换器和附属设备组成只装一种类型树脂只装一种类型树脂装填强弱同性树脂装填强弱同性树脂装填阴阳两种树脂装填阴阳两种树脂n 根据原水与再

8、生液的流动方向，固定床又分两种根据原水与再生液的流动方向，固定床又分两种 顺流再生固定床顺流再生固定床 逆流再生固定床逆流再生固定床双层床双层床单层床单层床混合床混合床移动床移动床流化床流化床连续床连续床 固定床逆流再生离子交换器 1-壳体；2-排气管；3-上配水装置 4-树脂装卸口；5-压脂层；6-中间 排液管；7-树脂层；8-视镜；9-下 配水装置；10-出水管；11-底脚固定床固定床离子交换器离子交换器n 工作过程：工作过程：n H型阳树脂：型阳树脂：HCl、H2SO4n Na型阳树脂：型阳树脂：NaCl、Na2SO4n 弱酸阳树脂：弱酸阳树脂： HCl、H2SO4n 强碱阴树脂：强碱阴

9、树脂：NaOH 、NaCln 弱碱阴树脂：弱碱阴树脂：NaOH、Na2CO3、NaHCO3 8.4.1 8.4.1 水的软化水的软化Ca( (HCO3 ) )2CaSO4Mg( (HCO3 ) )2MgCl2NaHCO3NaClNa2SO4RNa原水原水软化水软化水Ca( (HCO3 ) )2CaSO4Mg( (HCO3 ) )2MgCl2HClH2SO4RH原水原水软化水软化水RNaRNaRHRH除除碳碳器器中间水池中间水池水水 池池除除碳碳器器强强酸酸阳阳床床强强碱碱阴阴床床除除碳碳器器中间中间水池水池强强酸酸脱脱气气强强碱碱系系统统强强酸酸阳阳床床弱弱碱碱阴阴床床除除碳碳器器水水 池池弱弱碱碱阴阴床床强强酸酸阳阳床床强强碱碱阴阴床床除除碳碳器器中间中间水池水池阳阳阴阴混混合合混混合合床床阴阴阴阴阳阳阴阴阳阳排水排水反冲反冲水水1237456除盐除盐水水除盐除盐水水除盐除盐水水除盐除盐水水除盐除盐水水排气排气原水原水除盐