离子交换及水处理

1、离子交换处理离子交换处理 水处理方法水处理方法 班级：11化工01班 姓名：李惠展 学号：20116670什么是离子交换？ 离子交换是借助于固体离子交换剂中的离子与稀溶液中的离子进行交换，以达到提取或去除溶液中某些离子的目的，是一种属于传质分离过程的单元操作。离子交换是可逆的等当量交换反应。 常用应用领域：食品饮料、制药、表面处理、工业纯水及高纯水设备。离子交换与水处理： 离子交换法是水处理的一种常用方法。水处理领域离子交换树脂的需求量很大，约占离子交换树脂产量的90%，用于水中的各种阴阳离子的去除。目前，离子交换树脂的最大消耗量是用在火力发电厂的纯水处理上。 离子交换树脂是带有官能团(有交换

2、离子的活性基团)、具有网状结构、不溶性的高分子化合物。通常是球形颗粒物。 分为阳离子树脂和阴离子树脂两大类。什么是离子交换树脂？离子交换树脂的结构其结构由三部分组成：1.不溶性的三维空间网状结构构成的树脂骨架，使树脂具有化学稳定性和机械强度；2.是与骨架相联的功能基团；3.是与功能基团带相反电荷的可移动的离子，称为活性离子，它在树脂骨架中的进进出出，就发生离子交换现象。离子交换树脂结构图示骨架：接有功能基团，本身是惰性功能基团：连接在骨架 上，可与相反离子结合待交换分子：在吸附阶段可与活性离子交换，与骨架上的功能基团结合活性离子：与功能基团所带电荷相反的可移动的离子按化学功能团分1.阳树脂，酸

3、性基团，(弱酸性、强酸性)2.阴树脂，碱性基团， (弱碱性、强碱性) 活性离子H 氢型阳树脂； 活性离子OH 羟型阴树脂； 活性离子为其它离子统称盐型树脂。 离子交换树脂的分类 离子交换操作方式：静态：操作简单、但是分批操作，交换不完全动态：离子交换柱，交换、洗脱、再生等步骤均在柱内进行，亦称为离子交换层析法, 操作连续、交换完全，适宜多组份分离静态交换动态交换工艺流程及操作过程：废水预处理交换离子排放去除影响交换的杂质:悬浮物、油类、胶体吸附、过滤去除阳离子、阴离子反洗再生交换正洗一级除盐一级除盐系统简介：系统简介： 一级化学除盐系统由阳离子交 换器、除碳器和阴离子交换器所 组成，其组合方式

4、分为单元制和母管制。图3.7.1 一级复床除盐系统1阳床水泵；2强酸性H型阳离子交换器；3除碳器；4中间水箱；5中间水泵；6强碱性OH型阴离子交换器1. 1. 阳离子交换阳离子交换 当水通过强酸性H型阳交换器时，水中所有的阳离子都被强酸性H型树脂吸收，活性基团上的H+被置换到水中，与水中的阴离子组合生 成酸。其反应式：1/2Ca 1/2SO1/2Ca 1/2SO4 4 1/2Ca 1/2H 1/2Ca 1/2H2 2SOSO4 4 1/2Mg NO1/2Mg NO3 3 + RH R 1/2Mg + HNO + RH R 1/2Mg + HNO3 3 CI HCI CI HCINaNa HCO

5、HCO3 3 Na 1/2H Na 1/2H2 2COCO3 3 2. 2. 阳离子交换器（阳床）阳离子交换器（阳床）排水装置排水装置压脂层压脂层200mm进水装置进水装置反洗空间反洗空间中间排液装置中间排液装置树脂层树脂层1600mm逆流再生阳离子交换器结构图逆流再生阳离子交换器结构图进水装置的作用：是均匀分布进水于交换器的过水断面上。另一个作用是均匀收集反洗排水。排水装置的作用：是均匀收集处理好的水；另一个作用是均匀分配反洗进水。中间排液装置的作用：中间排液装置对逆流再生离子交换器运行效果有较大影响，其作用是均匀排出再生液，防止树脂乱层、流失外，还应有足够的强度，安装时应保证在交换器内呈水

6、平状态。压脂层的作用：过滤掉水中的悬浮物及机械杂质；使进水通过压脂层均匀作用于树脂层表面；防止树脂在逆流再生中乱层。2 . 2 . 除碳器除碳器 除碳原理除碳原理水通过阳离子交换器，水中的HCO3-与从树脂上交换下来的H+结合，形成H2CO3极不稳定，随即分解生成的CO2：H2CO3 H2O+CO2水中的CO2，可以看作是溶解在水中的气体，它的溶解度与气体分压的关系符合亨利定律，即在一定的温度下气体在液体中的溶解度与该气体在液面上的分压成正比。只要降低水面上CO2的分压力，溶于水中的游离CO2就能解吸出来。降低液面CO2气体分压的常用方法有鼓风和抽真空两种。 3. 3. 阴离子交换器阴离子交换

7、器( (阴床阴床) )1/2H1/2H2 2SOSO4 4 1/2SO 1/2SO4 4 HNO HNO3 3 NO NO3 31/2H1/2H2 2COCO3 3 +ROHR 1/2CO +ROHR 1/2CO3 3+2H+2H2 2O OHCl CIHCl CI1/2H1/2H2 2SiOSiO3 3 HSiO HSiO3 3 阴离子交换实质上是阴树脂中的OH与酸性水(经过阳离子交换及除碳)中的负离子进行交换。所以在强碱性阴离子交换器内发生的反应为： 图3.7.4 强碱性OH型离子 交换器出水水质变化 根据强碱阴树脂的交换规律，HSiO3-集中在交换器中树脂的底部。所以当强碱性OH型阴离子

8、交换器失效时，HSiO3-先漏出来，致使出水的硅含量升高。因强碱阴树脂的选择性顺序为：SO42NO3ClOHFHCO3HSiO3阴离子交换器结构：阴离子交换器结构：压脂层压脂层进水装置进水装置反洗空间反洗空间中间排液装置中间排液装置树脂层树脂层2500mm排水装置排水装置逆流再生阴离子交换器示意图逆流再生阴离子交换器示意图 阴离子交换器与阳离子交换器一样是逆流再生工艺，其操作步骤与阳离子交换器相同。其交换器结构示意图与阳离子交换器也相同。4 4、混合型、混合型离子交换器（混合床）离子交换器（混合床）除盐除盐 1/2Ca 1/2Ca2+2+、1/2Mg1/2Mg2+2+、NaNa+ +RH +R

9、RH +R，OH +OH + 1/2SO 1/2SO4 42 2、CICI、HCOHCO3 3、HSiOHSiO3 3 Na 1/2SO Na 1/2SO4 4R 1/2Ca + RR 1/2Ca + R， CI + HCI + H2 2O O HCO HCO3 3 1/2Mg 1/2Mg HSiOHSiO3 3 由于阳、阴树脂混合均匀，所以阳、阴离子交换反应几乎是同时进行的，置换出的H+和OH-立即生成水，都不会积累，消除了反离子作用，交换反应进行得十分彻底，出水水质很好。交换反应如下： 混合床是圆柱型密闭容器。其内部有进水装置、排水装置、中部有再生时排再生废液的中间排水装置等。为了便于阳、阴树脂分层，混合床中阳树脂与阴树脂的湿真密度差应大于0.150.20gcm3。国内混合床采用的阳、阴树脂的体积比为1：2。混合床混合床结构：结构：混合床结构示意图混合床结构示意图进水装置进水装置中间排液装置中间排液装置排水装