水质物理化学净化工程8-2离子交换反应

1、8-2离子交换反应8-2-1强型树脂的离子交换反应1 中性盐分解反应R-SO3H+NaCl R-SO3Na+HClRNOH+NaCl RNCl+NaOHRSO3H+NaOH RSO3Na+H2OR=NOH+HCl R=NCl+H2O2 中和反应R（SO3Na）2+CaCl2 R（SO3）2Ca+2NaCl 3 复分解反应R（NCl）2+Na2SO4 R（N）2SO4+2NaCl8-2-2弱型树脂的离子交换反应弱酸阳树脂反应 PH4弱碱阴树脂反应 PH0.1M，膜扩散快、 孔道扩散控制着交换速度，再生情况； b、水中离子浓度0.03M，孔道扩散速度快， 膜扩散控制着交换速度，交换情况。 (5)

2、水流速： 流速大，边界水膜薄，膜扩散速度快， 孔道扩散与基本上流速无关。8-3 离子交换装置及运行操作8-3-1 固定床式离子交换器离子交换，接运行方式的不同。“床”离子交换树脂装在钢铁或有机玻璃筒内(有现成产品)固定床是应用普遍、最基本的一种型式固定床：交换、冲洗、再生、清洗等操作过程，树脂本身均固定在 一个容器内，不往外输送。按原水与再生液的流动方向分： 分两种形式， 顺流再生、 逆顺再生 按交换器内树脂的状态分：单层床、双层床、双室双层床、双室双层浮动床、混合床按设备的功能： 阳离子交换器、阴离子交换器、混合离子交换器1、顺流再生离子交换器顺流再生：原水与再生液均从上而下以同一方向流经离

3、子交换器。a、构造； b、过程顺流再生的缺点：(1)再生剂单位耗量大，23倍于理论值(2)再生效果差(上部好，下部差)，软化出水硬度高 软化工作期间，原水中的Ca2+、Mg2+置换出来的Na+，流经下层时会与周期未再生好的树脂起逆变换反应(再生)，在交换器上后，将置换出来，出现在软水中。(3)交换器过早失效。适 应：a、对经济性要求不高的小容器除盐装置；b、原水水质较好以及Na+值较低的水质；c、采弱酸树脂或弱碱树脂时。2.逆流再生离子交换器 再生时，再生液的流向与交换时水流的流向相反。 a.结构 b.过程 逆流再生的优点：(1)再生效果好新鲜的再生液先接触失效程度低的底层树脂(或叫饱和程度低

4、)。还有一定再生能力的再生液，最后推流式向上接触饱和程度高的上层树脂.(2)再生液耗量显著下降，降低2040%。(3)底层树脂得到了充分的再生。(4)提高了出水水质. 虽最上层树脂再生程度最差，但水越往下流，接触的是再生程度逐层提高的树脂，故能进行充分的交换，降低了 硬度泄漏。(5) 最短距离排出，无沿途污染下层再生置换出来 随再生液上升，越往上树脂的饱和程度越高，即R2Ca越大，置换出来的Ca2+不断增多，而再生液中的Na+越来越少，即Na+Ca2+，Ca2+不能将R2Ca2+再生中的Ca2+置换出来，只好随再生液流出整个树脂层。逆流再生所以能降低泄漏，可以从离子交换平衡得到适当解释，以氢型

5、阳离子交换树脂与含钠盐的水进行交换反应。选择系数分析 ： 越小， 越大，则泄漏量 就越小。以C0表示水中阳离子总浓度，则代入得:在特定情况下， 均为定值，再生后底层树脂 的组成直接影响 ，逆流再生恰能做到使该处RH最大，RNa最小，因而出水漏钠量大大降低。逆流再生离子交换器的运行3、逆流再生操作方式(1)再生液上向流，水下向流(2)再生液下向流，水流上向流浮动床法气顶压法(压力0.30.5kg/cm2)，再生流速(u=5m/h)，防乱层再生过程步骤：(1)小反洗：从中间排水装置引进反洗水，冲洗压脂层；(2)放水：将中间排水装置上部水放；(3)顶压：从交换器顶部进压缩空气，2949kPa；(4)

6、进再生液：从底部进再生液，上升5m/h；(5)逆向清洗：用软化水逆向清洗(57m/h直到排水符合)；(6)正洗：顺流清洗到出水水质合格。逆流再生运行若干周期后要进行一次大反洗去除污物与碎粒另外，增加再生剂，清洗水用软化水。水顶压法：无顶压法：特点：增加排水装置开孔面积， U0.10.2m/s； 压脂层厚20cm，再生U7m/h。浮动床：系由设备底部进入的足够的高速水流将树脂层整个托 起。处理水由上部引出，再生时，再生液从上而下流 经树脂。与顺流再生比较，逆流再生具有优点。4 固定床软化设备的设计计算(1)、物料平衡根据质量作用定律，其物料平衡关系为： FhEop=QTCo Fh：树脂体积； E

7、op：工作交换容量； Q：设计水量； T：工作时间； Co：进水中需去除的（阴或阳）离子总含量。 式左表示交换器在给定的工作条件下，所具有的实际交换能力。 式右表示交换器在工作时间内实际吸附水中硬度的总量。 关键是确定Eop，最好根据实验确定，还可由下式确定： (再生度，饱和度）一般由厂家定，由设计手册查 设计计算内容选定型设备时 因为树脂体积V=Fh已定，Q、Ht已定， 验算，工作时间T自行设计时a、求树脂层高为： (一般1.52.0m) U水流速度m/h，强酸树脂可取1530m/h 当上式不能满足时，则应以整个T或U，再进行试验。 b、交换器直径(d) (m)c、树脂装填量VR VR=Fh

8、(M3) (湿)相应于湿树脂的重量 Da：湿树脂的视密度或堆密度8-3-2 移动床离子交换器1、固定床的缺点a、树脂用量多(树脂失效后长期积压得不到及时再生，交换器一台生产、一台备用(再生、清洗)b、运行不连续c、顺流再生再生耗量大，再生效率低2、移动床分类单塔式、双塔式、三塔式3、三塔式：交换、再生、清洗，分别在三个塔中进行特点：体外逆流再生(交换塔中的失效树脂及里头这到再生塔 中进行逆流再生). 已再生好的树脂及时送入清洗塔清洗. 交换、再生清洗周期性地进行，但供水连续. 操作可做到自动程序操作.4、移动床优缺点优点：a、树脂利用率高，在高水量相同的情况下，移动床 所需树脂仅为固定床的1/

9、21/3。 b、再生剂用量省，仅为固定床的1/21/3，再生程度高。 c、 出水水质好，且始终一样，固定床只运行中间阶段 水质好，首尾段不好。 d、投资省，因为移动床交换塔中水的流速大，可60m/h ，或更高。交换剂用量低，设备小，占地少，与高水量 相同的固定床比 ，可省30%。缺点： 闸阀数量多，操作管理复杂，树脂损耗大。适应：水源水质稳定。8-3-3 除碳器(一)原理 一个大气压下，在15时，处于平衡状态下的CO2溶解度 为0.6mg/L。1原水中有O2，CO2，N2，分压分别为 0.78、0.00030.0001、0.01大气压。2RH交换过程中产生大量的H2CO3， ，1mg当量 可产生44mg/L CO2，游离碳酸进入强碱阴离子交换器，还将加重强碱树脂的负荷。 ROH+H2CO3RHCO3+