水处理课件-离子交换

第12章离子交换12.1离子交换基本原理12.2离子交换软化方法与系统12.3离子交换软化设备及其计算12.4离子交换除盐方法与系统12.1离子交换基本原理12.1.1离子交换树脂的类型及命名12.1.1.1离子交换树脂的类型2．离子交换树脂1）分类2）结构3．磺化煤：兼有强酸性和弱酸性两种活性基团的阳离子交换剂分类名称12.1.1.2命名

12.1.2离子交换树脂的基本性能1．外观粒径0.3～1.2mm乳白、淡黄、棕褐色等不透明或半透明球状颗粒2．交联度：以7~10%为宜3．含水率树脂的含水率以每克树脂（在水中充分膨胀）所含水分的百分比（约50%）树脂的含水率相应地反映了树脂网架中的孔隙率4．溶胀性干树脂+水→湿树脂体积胀大绝对溶胀度5．密度6.有效PH值范围由于树脂活性基团分为强酸、强碱、弱酸、弱碱性，水的pH值势必对其交换容量产生影响。表12.1各种类型树脂有效pH值范围树脂类型强酸性弱酸性强碱性弱碱性有效pH值范围1~145~141~120~712.1.3离子交换平衡选择系数大于1，说明该树脂对B+的亲合力大与对A+的亲合力，即有利于进行离子交换反应。选择系数用离子浓度分率表示：二阶对一阶离子交换反应通式为：12.1.4离子交换速度

膜扩散和孔道扩散何者影响最大？何者为控制步？慢者控制离子交换反应的速度．(1)浓度：浓度大于0.1mol/l时，孔道扩散为控制步．浓度小于0.003mol/l时，膜扩散成为控制步介于中间则取决于具体情况．(2)

流速或搅拌速率：大，则水膜薄．膜扩散快．但孔隙扩散基本不受影响．(3)

树脂粒径：膜扩散，速度与粒径成反比．孔道扩散，速度与粒径２次方成反比．(4)

交联度：交联度对于孔道扩散影响比对膜扩散更为显著．12.1.5树脂层离子交换过程12.1.6树脂的再生再生液与水流方向相同1．顺流再生特点：⑴上部再生程度高，下部差，越是下部越差⑵再生剂耗量大，2～3倍理论值时，效果仍不理想⑶出水剩余硬度高⑷交换器失效早，降低工作效率，工作交换容量降低⑸适合于硬度较低的场合2．逆流再生再生液饱和程度特点：⑴再生效果好，耗量可降低20%以上低⑵出水水质明显提高↓⑶原水水质适应范围扩大，对硬度较高原水仍能保证出水水质中⑷再生废液中再生剂有效浓度低↓⑸工作交换容量提高高⑹操作较复杂从而使底部再生效果好及剂量低等3．移动床：再生液向下流，水流向上流的方式

适用：处理水量稳定，且不间断运行12.2离子交换软化方法与系统

12.2.1离子交换软化系统选择1．Na＋离子交换软化法2．H＋离子交换软化法3．H－Na串联及并联：⑴并联：12.2.2离子交换树脂的交换容量1．交换容量：1）全交换容量（1）定义：一定量的树脂所具有的活性基团或可交换离子的总量代表交换能力的大小（2）测定方法：滴定测定与理论上计算12.白3离子惊交换软亚化设备毅及其计拨算12.号3.1殃逆流再皆生固定辆床再生液饱攀和程度特点：⑴刚再生效便果好，耗炮量可降低挥20%以耗上低驴⑵丝式出水水质绕明显提高↓容⑶炼原水水质完适应范围福扩大，对熄硬度较高阿原水仍能通保证出水水质中密⑷溉再生茶废液中京再生剂须有效浓借度低↓声⑸工康作交换容厉量提高高床⑹操斥作较复杂从而使栗底部再步生效果肝好及剂弯量低等为何能降闸低出水硬夜度（以H型执树脂与含缝钠盐进行糟交换为例功，即能降光低钠的泄亿漏）逆流再生稠操作步骤曲：⑴小述反洗⑵放水⑶顶矩压→估使床槐不乱劫（擦为何需拨顶压，神顺流时迅是否需贞顶压）⑷进萄再生液⑸逆向胡冲洗（渡软化水，朝流速5～程7m/h吨）⑹正初洗为何需软宣化水逆向沾冲洗：逆流再生砌要用软化叔水清洗，沸否则底层躁已再生好冒的树脂在遮清洗过程匆中又被消余耗，导致冻出水质量滚下降，失均去了逆流酷再生的特搅点。逆流再生待固定床的穿再生剂耗霉量与再生芬液浓度再生剂耗量(g/mol)浓度(%)NaCl80～1005～8HCl50～551.5～3NaOH55～651～3钠离子交藏换器顺流茶、逆流再择生盐耗量寒和出水水怜质盐耗量(g/mol)出水硬度c（1/2Ca2+）umol/L顺流逆流节约（%）逆流再生盐比耗顺流逆流A厂109.586.720.81.55~100B厂109.68819.71.54~62C厂12474.6401.310~16<312.卧3.2钥再生附匪属设备1．食盐别系统2．酸奇系统3．再昨生剂用孝量计算咬：再生剂追用量G枝表示单蜻位体积困树脂所娱消耗的鸭纯再生值剂量（也g/门L，担kg恼/m3）比耗：n她mo临l/宰mol辆（再生两剂/浅工作交换拨容量）再生1m匹ol所需满质量：R枕＝n·MB再生剂武摩尔质班量G＝q·校R＝q·饿n·MB（g朝/L拘）q:树垃脂工作防交换容良量每台离子道交换器再延生一次所楚需要再生骡剂的总量殿等于：式中α—夺—工业用虑酸或盐的守浓度或纯疗度，%12.3穷.3除二影氧化碳器1．原露理：CO2具族有腐蚀性晨，并增加诊强碱树脂且负荷，且妇一般为H暮床后：2．构造批和计算：1）构戏造：2）填坝料：常用下瓷环2麦04m2/m3空隙率屯74%3）螺计算：G＝K尺F△C体k刺g／hG——晓单位时速间能够蓬去除C猴O2的响量（能扮力）K——绳解吸系数途单位收时间、单直位接触面邮积、单位符推动力下钱去除的C堵O2的数量信瓷环面冰积单位时俘间需去岩除量司：求F—错—瓷环羽面积（1）求槐体积V雁V＝惹F/E（３）风扇量20惧～30撕m3/m3（水）滨瓷环阻美力0.3裤～0.5讽KPa炉／m，据风量，查风压选风殃机量其它局部勿阻力0.童4KP浓a结论：跑⑴K网——解断析系数鄙，温度古高则其负值大，母CO2笛溶解度沟低，冬补天鼓热务风⑵水卫封高度脂大于风紫压⑶进值风口高欺于水面武距离＞彩25c溜m，伸袜入内壁恳，防止枝水溅入振风口⑷通风意管有一定也坡向水面毛的坡度⑸防块止出水摔管不通展，使水傅漫入鼓农风机⑹设握备防腐12.棚3.4阳固定床章软化系问统的设柿计计算物料平衡没关系式：趁Fh你·q＝Q魂T·HtQ＝ηqo＝{谅ηr－（1－鸦ηs）}qoη：树注脂实际渐利用率ηr：树脂返再生程架度，再出生度ηs：树脂减饱和程贴度，饱急和度12.4贞离子交换抚除盐方法坚与系统12.4胀.1水的选纯度概念电阻率晨：1c惊m×1毙cm×问1cm疲体积的炎水所测扣得的电示阻（Ω估·cm股）1.淡乌化水：生疾活及生产继用的淡水2.话脱盐水颜：含盐乌量为1抹～5m思g/l烂，强电拘解质大延部分被识去除（普通涌蒸馏水娃）2慨50C尊电阻率表0.帆1～1铲.0×歪106Ω·cm3.纯塞水：去离拌子水，含蚁盐量为＜邻０.１m说g／Ｌ，远强电解质军绝大部分跑被去除，玻弱电解质汗也去除到等一定程度沸250C，0.耐1～1.早0×106Ω·c革m。４.高候纯水：食超纯水屯，导电鼓介质几欧乎已全急部被去震除，水舅中胶粒雕，微生脾物，溶统解气体叨和有机莲物等亦希去除到潜最低的叼程度。含盐量驱＜0.地1mg已/L，愁250C，义＞10弦×106Ω·cm12.丽4.2足阴离子端交换树蜂脂的特柳性1．缸强碱性和阴树脂盐的工业枝特性（峰ROH动）ROH疮+H2SO4→RHS驾O4+H2O液①2ROH菌+H2蹲SO4→R2SO4+2库H2O经②ROH+油HCl→握RCl+叙H2OROH龙+H2CO3→RH遣CO3+H2OROH+车H2SiO3→RHS忠iO3+H2O式①和式福②一般同滩时进行,煮但当［H2SO4］＞［态ROH盆］中O强H-浓愿度时，将①占优掀势，低般浓度时严②占优皮势。R2SO4+H2SO4→2R露HSO4-可以进袖行，树墓脂由R2SO4变成RH宵SO4型。1）找强碱性厘阳树脂扁对水中泽各种阴蹲离子的么交换选秒者性也爹是不同茶的，一钱般顺序漂为：PO43—＞SO42—＞NO3—＞Cl—＞OH—＞F—＞HC尝O3—＞HS松IO3—（1）建电荷愈汇多，选幅择性愈俩好（2）旱相同电俯荷时，祸原子序翠数愈高铲，水合充半径愈蛇小，则耐选者性孩愈好（3）亩还与离躺子交换划基团的太性质有摸关（4）胶强酸性掏选择性恭好2）终强碱性信阳树脂性对水中说各种阴汁离子的谊交换顺家序如上糊，从而坝可得：ROH+欢NaSi火O3→RHS第iO3+Na随OH悔（痒几乎不酱能进行水）除盐系芽统相应体通过强菌酸性阳妈树脂，茅而不应且通过N缠a床，念且通过幅H型树殖脂应减扁少漏钠宜量ROH+淹H2SiO3→RHS拥iO3+H2O唯H2O电离栽度极小3）阴采树脂的化谅学稳定性熊一般要比柄阳树脂差敲，（600C~800C），退易受氧足化剂的歉影响而届变质如水中存颜在氧化剂武时，则会街使：4）强山碱性树给脂抗有秃机物的秋能力较征差，特伐别是凝肌胶型强腾碱性阴蛙树脂，维由于孔偏道分布强碱性司树脂被驻有机物沾污染后孙，交换顷容量下摊降，正板洗水量朱增加，同出水导量电率增录加。树脂孔道临大小不一皇，水中的策一些有机敌物（如腐梯殖酸等）逆在树脂颗兽粒内交联姓紧密部位墙会被卡住位，时间一查长，把该扩部分交换沫基团遮盖侧住，从而穿该部分基井团不能进雀行反应。迫同时卡住敲有机酸后启，相当于灵在树脂的浅骨架上引斧入了弱酸园基团（-天COOH呼）。用碱再翼生时：比R反-CO陵OH+抄NaO液H→贺RC居OON专a+H2O正洗和激反应时瓦：扮R-C奶OON使a+H2O→牵RC胡OOH撞+Na属OH从而正洗恭水量大大布增加，同薪时由于正森洗时阴离爪子与RO院H发生交抄换，从而垂使运行时虏交换容量老低。5）强碱独性阴树脂洪的运行过烛程①．当笔清洗水泡排水溶绞解固体桑等于进苗水总溶岸解固体毒时，将脊清洗水贡循环回嗓收。②．清爹洗水回肯收，刚腾洗好，惭就是因降为树脂效受到污杨染RCOO未Na+自H2O→RC平OOH+锐NaOH（刚开命始出水起时，电桌导率会品增加，浪所以需糕连续清藏洗，知蛮道出水核达到要罢求，这爸就是清隙洗水回迁收阶段盏）6）除S滋i求：①出水匪呈酸性穿；凡②进水役漏钠量业低；甩③再肠生条件批高，提谣高温度坑至（4梁0-5栋00C）有寨利于再救生的进肺行。2．弱译.碱树船脂的工益艺特性忌：R=NH2-OH惩R-龙NH3OH仲胺型丸伯锻胺型1）.佣交换能呼力差，辰不能吸缘瑞附弱酸疲阴离子岁。只能吸集附强酸贤阴离子避：2R-羊NH3OH+票H2SO4→（R汤-NH3）2S耀O4+2H2O迟PH值（曾0～7作）R-NH3OH+吼HCI宪→R-叹NH3Cl+H2O窝PH垫值（0～秧7）2R-骡NH3-OH+什Na2SO4→2（抖R-N启H3）2SO4+2N脾aOH袍（锁不能进圈行）因为PO43-＞SO42-＞NO3-＞Cl-＞F-＞HC暗O3-＞HS费iO3-2）.生决容易：N抗aOH，跪NaHC盘O3，Na2CO3，NH4OH都可细，实际值口是理论值衫的1.2雨～1.4皱倍。3）.交悉换容量大遇可做强铅碱阴床前敌的预处理4）.抗粥有机污染想强，吸附僚后容易洗猫脱各可做强傅碱阴床前飘的预处理5）.扯出水呈埋碱性，沿NaH呼CO3，Na参HSiO3存在,嫂漏SO42-、Cl-后出水呈哈酸性.内Cl-,首先泄闻漏。12.4肆.3离子增交换除盐国方法与系堆统1．复床怖除盐：（债复床系指系阴、阳离队子交换器束串联使用袄，达到水秀的除盐目恳的）1）一君级复床啊除盐格强喘酸——暮脱气—梯—强碱谱系统一级复床蠢出水的特表点：①．呈弱剥碱性碌PH坏=8复～9.5榴（阳床功微量Na炭泄漏）②.孝出水电阻份率0早.1～战1.0×态106Ω*CM钟脱盐水（召普通蒸馏报水）③.茎如果裁阳床泄党漏Na划过量的之话，电会导率会蜡升高。因而关键结是控制阳税床的Na输泄露，另疮外除硅时妥，可采用办热碱液再症生。阴床设在让阳床之后愁（为什么清？）：2）强浪碱——惠弱碱—蒸—脱气号系统事实上币脱气放枣在后面绿是因为皱采用N美aCO3，Na斜HCO3再生时会米产生CO2气体，脏否则采堆用Na叼OH再淘生时可坝放在前谷面后面猫都行。①．出水午呈酸性佛6～6.晌8②.不挣能除Si③.抬电阻率博5×1杀04达不到脱却盐的标准3）强酸呀——脱气疏——弱碱挤——强碱夹系统适合于原尊水强酸阴辉离子含量滨较大悄H2SO4弱碱用恭于去除壶强酸阴坚离子检HCl强碱用于帆去除Si瓶Si笛O32-采用串联闻再生法，把用NaO闲H再生，促可适当提蜂高温度。2．混合旬床除盐1）原设理与特扯点：阴阳离固子装在贿一个床简内，使盏用时均辫匀混合菊，构成灶无数微汽型复床径，反复叨脱盐，液故其出即水电率呢可达5第～10众×106Ω·Cm欺。RH万+RO程H+另NaCl搁→社RNa害+R虫CL逐+H2O混合床的粥特点：①.阴胃、阳离子床交换反应架几乎同时追进行②.啄出水呈丹中性，纱出水水捎质稳定扇，纯度笼高（用策于制纯饲水，超销纯水）③.不口存在反阀离子（算强碱出无水呈碱傅性，强突酸出水前呈酸性件）④.失蹲效终点盘分明⑤.设颂备小缺点：①.再率生时，难舒以彻底分焦层。②.混塔合床对有轻机物敏感挡，阴树脂枪变质后，说出水水质棕恶化，下客降③.帆一般常肌需进行映预处理筒（混凝附、沉淀矮、活鹿性炭吸惧附）④.爪再生操锯作复杂交叉污连染：部损分阳树拣脂混合佳在阴树饰脂层时参，经碱唐液再生垃，这部鉴分阳树甘脂转为词Na型宿，造成球运行后辈Na+泄漏。三层混劣合床：列（为了践有利于摧分层）蜜中间另包装10容～15淹cm惰雕性树脂捆使其分胳层彻底奥。2）混星合床离子艘交换器装吼置及再生偷方式a.揉装置b.娘再生再生方收法有体娇内再生攀和体外橡再生体搞内再生驶又分为枪酸、碱讨同时再唇生和酸午、碱分牌别再生鬼，现以玩酸、碱巨分别再允生为例奸。步骤：紧1、反沿洗分层2、阴餐树脂再馆生3、阴树委脂正洗4、阳己树脂再箩生5、阳雁树脂清块洗6、混克合7、最后协正洗至P船H≈7，摸电阻率大扑于5×1盖05Ω·您cm，即蛋可运行。3).芒高纯水制秀备与终端既处理：强酸—帮—脱气剃——强猫碱——布混合床僻系统使用前终狼端处理有曲：紫外线层，精制混瞧床，超滤筛。3.氢型裤精处理器朽：强酸——稻脱气——行强碱——琴强酸能彻底谁去除N栋a，出农水水质以好，流速高昼100会m/h不能除S醉i，因而甘只有复床沫出水水质治达到规定械要求时，丸取代混合忙床提纯水并质。4.离子尺交换双层倒床：阳离子交煤换双层床阴离子弟交换双俊层床1)益阳离子决交换双雹层床采用逆孙流再生步，耗酸桨量相当轨于全部护是阳树夹脂来说别从3倍筒降到1确.1倍态理论值炒。适应于：框原水硬度绩=碱度的仰水，或硬趋度略大于矿碱度的水墨。2)请阴离子饥交换双俘层床（1）.捎逆流再伏生，碱耗赠量低，理砖论值的1骑.1倍。巴强碱是理忘论值的3焰～4倍（2）.垂交换容旬量提高，矩出水量增们加。（3）蹲.适应买的含盐日量范围起可提高虎。（4）辈.出水兽水质好蜘。缺点：要祥求再生条沾件严格，锦否则会出和现如下现弓象，大量震胶体硅（陈甚至胶冻略）聚积在斯弱碱树脂扑上，使出惰水水质严指重恶化。原因：再鉴生时：下呈层强碱树尖脂：在Na撒OH存微在的情幸况下，销以Na2SiO3，Na2CO3存在。2R-怖NH3