离子交换原理课件.pptx

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1、CompanyLOGO3.2 3.2 离离 子子 交交 换换 Ion Exchange概概 述述一、离子交换法一、离子交换法 离子交换剂上的离子和水中的离子进行交换的一离子交换剂上的离子和水中的离子进行交换的一种特殊吸附现象。种特殊吸附现象。 与其它吸附过程相比：与其它吸附过程相比： 主要吸附水中离子态物质；主要吸附水中离子态物质； 交换剂上的离子和水中离子进行交换剂上的离子和水中离子进行“等当量等当量”的交的交换。换。二、发展二、发展18051805年英国科学家发现了土壤中年英国科学家发现了土壤中CaCa2+2+和和NHNH4 4+ +的交换的交换现象；现象；18761876年年Lember

2、g Lemberg 揭示了离子交换的可逆性和化学揭示了离子交换的可逆性和化学计量关系；计量关系；19351935年人工合成了离子交换树脂；年人工合成了离子交换树脂；19401940年应用于工业生产；年应用于工业生产；19511951年我国开始合成树脂。年我国开始合成树脂。 (一一) 给水处理给水处理 硬水软化、脱盐。硬水软化、脱盐。 纯水、高纯水的制备。纯水、高纯水的制备。 (二二) 废水处理废水处理 废水中金属离子废水中金属离子：Zn2+、Cu2+、Cr6+ 、Cr3+ (三三) 工业生产工业生产 产品的提纯产品的提纯 三、应用三、应用 1 去除率高，净化效果好；去除率高，净化效果好； 2

3、可做到污染物的回收利用；可做到污染物的回收利用； 3 对废水的预处理要求较高；对废水的预处理要求较高； 4 树脂再生液需要进一步处置树脂再生液需要进一步处置。四、特点四、特点第一节第一节 离子交换树脂及其性能离子交换树脂及其性能 固体球形颗粒，多孔网状固体球形颗粒，多孔网状结构；不溶于水；具有离子交换结构；不溶于水；具有离子交换特性的有机高分子聚电解质。特性的有机高分子聚电解质。一、离子交换树脂一、离子交换树脂 (一) 组成 离子交离子交换树脂换树脂母体母体(骨架骨架)活性基团活性基团固固 定定 离离 子子可交换离子可交换离子苯乙烯苯乙烯( (单体单体) )+ +二乙烯苯二乙烯苯( (交联剂交

4、联剂) )母体母体共聚共聚H2SO4功功能能基基反反应应R SO3 H固定离子固定离子 可交换离子可交换离子母体母体 (二) 树脂分类按选择性按结构离子交离子交换树脂换树脂凝胶型凝胶型等孔型等孔型孔大、均匀，抗有机污染能力强。孔大、均匀，抗有机污染能力强。孔大，溶胀度小，交换速度高，抗污染能力强。孔大，溶胀度小，交换速度高，抗污染能力强。孔隙小、少，溶胀度较大，水溶胀后呈凝胶状。孔隙小、少，溶胀度较大，水溶胀后呈凝胶状。大孔型大孔型离子交离子交换树脂换树脂阳离子交换树脂阳离子交换树脂阴离子交换树脂阴离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂 RNH3OH强碱性阴离子交换树脂强碱性阴离

5、子交换树脂 R NOH弱酸性阳离子交换树脂弱酸性阳离子交换树脂 RCOOH强酸性阳离子交换树脂强酸性阳离子交换树脂 RSO3H代号代号0 01 12 23 34 45 56 6功能基功能基强酸性强酸性弱酸性弱酸性强碱性强碱性弱碱性螯合性螯合性两性两性氧化还原氧化还原表表 分类代号分类代号表表 骨架代号骨架代号代号代号0 01 12 23 34 45 56 6骨架类型骨架类型苯乙烯系苯乙烯系丙烯酸系丙烯酸系酚醛系酚醛系环氧系环氧系乙烯吡啶系乙烯吡啶系脲醛系脲醛系氯乙烯系氯乙烯系例如：例如：0010017 7( (凝胶型凝胶型) )苯乙烯系强酸阳离子交换树脂，交联度为苯乙烯系强酸阳离子交换树脂，交

6、联度为7 7 。 1101104 4( (凝胶型凝胶型) )丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂，交联度为丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂，交联度为4 4。 D201D201大孔型苯乙稀系强碱性阴离子交换树脂。大孔型苯乙稀系强碱性阴离子交换树脂。离子交换树脂的命名离子交换树脂的命名二、树脂的性能二、树脂的性能 (一) 外观u 形状：透明或半透明的球状珠体。形状：透明或半透明的球状珠体。u 颜色：白、浅黄、赤褐色。颜色：白、浅黄、赤褐色。 (二) 含水率 树脂孔隙内所含的水分，一般在树脂孔隙内所含的水分，一般在40%69%。u与树脂的胶联度有关，交联度低，空隙率高，与树脂的胶联度有关，交联度低，空隙率高，含

7、水率高。含水率高。物理性能物理性能 (三) 密度u 干真密度：干燥状态下，树脂材料本身具有的密度。干真密度：干燥状态下，树脂材料本身具有的密度。u 湿真密度：在水中充分溶胀后湿树脂本身的密度。湿真密度：在水中充分溶胀后湿树脂本身的密度。u 表观密度：树脂在水中充分溶胀后的堆积密度表观密度：树脂在水中充分溶胀后的堆积密度(视密视密度度) 。 单位均为单位均为mg/L. (四) 交联度 交联度为树脂合成时交联剂的用量，一般为交联度为树脂合成时交联剂的用量，一般为7%10%。u 交联度越高，孔隙度越低，密度越大，对半径较大的交联度越高，孔隙度越低，密度越大，对半径较大的离子和水合离子扩散速度越低，交

8、换量越小。离子和水合离子扩散速度越低，交换量越小。u 在水中浸泡，形变小，较稳定。在水中浸泡，形变小，较稳定。 (五) 溶胀性 吸水后体积增大的现象。溶胀程度用溶胀率表示：吸水后体积增大的现象。溶胀程度用溶胀率表示：u溶胀的原因溶胀的原因 水扩散到树脂交联网孔发生溶胀；水扩散到树脂交联网孔发生溶胀； 活性基团离解形成水合离子。活性基团离解形成水合离子。u 影响因素影响因素 树脂交联度：交联度越大，溶胀率越低。树脂交联度：交联度越大，溶胀率越低。 活性基团：离解程度越大，溶胀率越大；活性基团：离解程度越大，溶胀率越大； 可交换离子：水合半径越大，溶胀率越高。可交换离子：水合半径越大，溶胀率越高。

9、%100前前后溶胀率VVV（一）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。表表 各种类型树脂有效各种类型树脂有效pH值范围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01441401407化学性能化学性能 (二) 交换容量 单位体积湿树脂单位体积湿树脂(容量表示法容量表示法)或单位重量干树脂或单位重量干树脂(重量表示重量表示法法)可发生交换的活性基团数量。可发生交换的活性基团数量。 容量表示法容量表示法 EV ：mmol/ml、mol/l。 重量表示法重量表示法 EW ：mmol/g、mol/kg。 EV = EW 湿比重湿比重(

10、1-含水率含水率) 全交换容量：全交换容量： 单位体积或重量树脂中含可交换基团的总数。单位体积或重量树脂中含可交换基团的总数。工作交换容量：工作交换容量： 在动态工作条件下，当出水水质达到交换终点时，树脂层在动态工作条件下，当出水水质达到交换终点时，树脂层达到的平均交换容量。达到的平均交换容量。化学性能化学性能v（三）选择性v对水中各种离子的交换能力不同v一般选择性顺序分别为： 强酸性阳离子交换树脂强酸性阳离子交换树脂Fe3+Al3+ Ca2+ Mg2+ K+ Na+ H+ 弱酸性阳离子交换树脂弱酸性阳离子交换树脂H+ Fe3+ Al3+ Ca2+ Mg2+ K+ Na+ 强碱性阴离子交换树脂

11、强碱性阴离子交换树脂SO42- NO3- Cl- OH- F- HCO3- HSiO3- 弱碱性阴离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂OH- SO42- NO3- Cl- HCO3- HSiO3-化学性能化学性能三、树脂的选择三、树脂的选择 根据处理对象选择对应类型的树脂。根据处理对象选择对应类型的树脂。 注意离子在水中的存在状态，如注意离子在水中的存在状态，如Cr6+ 在废水中的在废水中的存在形式为存在形式为 CrO42- 或或 Cr2O72-。 第二节第二节 离子交换原理离子交换原理一、离子交换反应一、离子交换反应 b(RA)a+aBb+ a(RB)b+bAa+ 特点：特点： 符合质量作用定律

12、符合质量作用定律; 等当量进行的同性离子的互换反应等当量进行的同性离子的互换反应; 具有饱和性具有饱和性; 树脂母体和固定离子不发生变化。树脂母体和固定离子不发生变化。二、离子交换平衡二、离子交换平衡 b(RA)a+aBb+ a(RB)b+bAa+/)()()()(KBARABRabbabaab/KBfARfAfBRfabBbaaRbaAabBR有：有：式中：式中：f 为为活度活度系数。系数。三、离子交换选择性三、离子交换选择性/KBfARfAfBRfabBbaaRbaAabBR平衡吸着率平衡吸着率baabbaabABKARBR设：fR-B/fR-A=C； f A/fB=1选择性系数选择性系数

13、 K/C=K baabbaabABKARBRABKARBRa=b=1Q 为树脂的全交换容量；为树脂的全交换容量；q 为为B 在离子交换树脂上平衡交换量；在离子交换树脂上平衡交换量；C0、C 为水中为水中B离子的初始和平衡浓度。离子的初始和平衡浓度。0011CCCCKQqQqqQC0C200.2K=150 影响离子交换的选择性影响离子交换的选择性 1 在常温、稀溶液中在常温、稀溶液中 离子价数越高，与固定离子的静电引力越大，越优先交换。离子价数越高，与固定离子的静电引力越大，越优先交换。 Cr3+Ca2+Na+ PO43+SO42-Cl- 同价离子原子序数越大，与固定离子的静电引力越大；稀同价离

14、子原子序数越大，与固定离子的静电引力越大；稀土元素相反。土元素相反。 2 在高浓度的溶液中在高浓度的溶液中 由于离子的水化作用不充分，水合离子的半径接近离子半由于离子的水化作用不充分，水合离子的半径接近离子半径，原子序数越大，离子半径增大，离子表面电荷密度相对径，原子序数越大，离子半径增大，离子表面电荷密度相对减小，与固定离子的静电引力越小。减小，与固定离子的静电引力越小。 3 树脂的结构和性质树脂的结构和性质 树脂的交联度：交联度越高，选择性增加树脂的交联度：交联度越高，选择性增加 强酸强酸(碱碱)、弱酸碱树脂的交换、弱酸碱树脂的交换 4 溶液的温度和溶液的温度和pH 温度升高，温度升高，K

15、值增大，离子和固定基团交换势增大。值增大，离子和固定基团交换势增大。 pH值：值： 影响某些离子的存在状态，影响某些离子的存在状态， Cr2O72-+OH-=2CrO42-+H+ 影响弱酸、碱树脂固定基团的电离。影响弱酸、碱树脂固定基团的电离。四、离子交换速度树脂颗粒水膜BB(1)(2)(3)(A)(4)(5)(6)A外外 扩扩 散散薄膜扩散薄膜扩散内内 扩扩 散散 (一一) 交换过程交换过程1 液膜扩散液膜扩散 离子浓度离子浓度 溶液离子浓度低，树脂交换容量大时，液膜扩散受阻。溶液离子浓度低，树脂交换容量大时，液膜扩散受阻。 溶液离子浓度过高，树脂易发生收缩现象，内扩散受阻。溶液离子浓度过高

16、，树脂易发生收缩现象，内扩散受阻。 水流速度水流速度 水流速度增加，水膜变薄，液膜扩散加快。水流速度增加，水膜变薄，液膜扩散加快。 树脂颗粒的大小树脂颗粒的大小 树脂颗粒小，比表面积增加，利于液膜扩散。树脂颗粒小，比表面积增加，利于液膜扩散。 (二二) 影响交换速度的因素影响交换速度的因素 离子电荷离子电荷 离子电荷越大，扩散系数越小，不利于液膜扩散。离子电荷越大，扩散系数越小，不利于液膜扩散。 树脂交联度树脂交联度 交联度越低，树脂网孔越大，有利于离子的内扩散。交联度越低，树脂网孔越大，有利于离子的内扩散。 离子的水化度离子的水化度 离子水化程度大，水合离子半径越大，不利于离子离子水化程度大

17、，水合离子半径越大，不利于离子的内扩散。的内扩散。 水溶液的温度水溶液的温度提高水温同时加快液膜扩散和颗粒内扩散提高水温同时加快液膜扩散和颗粒内扩散2 树脂颗粒内扩散树脂颗粒内扩散第三节 离子交换树脂的使用v选用（交换容量、原水水质、出水水质、水处理设备的类型）v保管（新：保持树脂的水分、防止树脂受冻或受热、防止树脂劣化；旧：树脂转型、湿法存放、防止霉变）v新树脂投运前的预处理（阴阳树脂不同）v树脂的装填v离子交换树脂的鉴别（阴阳、酸碱性强弱）离子交换树脂的选择、保存、使用和鉴别离子交换树脂的选择、保存、使用和鉴别v 树脂选择树脂选择 选择树脂时应综合考虑原水水质、处理要求、交换工艺以及投资和

18、运行选择树脂时应综合考虑原水水质、处理要求、交换工艺以及投资和运行费用等因素。费用等因素。 v 树脂保存树脂保存 树脂宜在树脂宜在0 04040下存放，通常强性树脂以盐型保存，弱酸树脂以氢型保下存放，通常强性树脂以盐型保存，弱酸树脂以氢型保存，弱碱树脂以游离胺型保存。存，弱碱树脂以游离胺型保存。 v 树脂使用树脂使用 树脂在使用前应进行适当的预处理，以除去杂质。最好分别用水、树脂在使用前应进行适当的预处理，以除去杂质。最好分别用水、5 5HClHCl、2 24 4NaOHNaOH反复浸泡清洗两次，每次反复浸泡清洗两次，每次4 48h8h。 未知树脂的鉴别未知树脂的鉴别操作操作取未知树脂样品取未

19、知树脂样品2mL2mL，置于，置于30mL30mL试管中试管中 操作操作加加1 1N N HCl 15mLHCl 15mL，摇，摇1-2min1-2min，重复，重复2-32-3次次 操作操作水洗水洗2 23 3次次 操作操作加加1O1OCuSO4(CuSO4(其中含其中含1 1H2SO4)5mLH2SO4)5mL，摇，摇1min1min，放，放5min 5min 检查检查浅绿色浅绿色不变色不变色 操作操作加加5 5N N氨液氨液2mL2mL，摇，摇1min1min，水洗，水洗加加1 1N N NaOH15mLNaOH15mL摇摇1min1min，水洗，加酚，水洗，加酚酞，水洗酞，水洗 检查检

20、查深蓝深蓝颜色不变颜色不变红色红色不变色不变色 结果结果强酸性阳树脂强酸性阳树脂弱酸性阳树脂弱酸性阳树脂强碱性阴树脂强碱性阴树脂弱碱性阴树脂弱碱性阴树脂 第四节 离子交换树脂的变质、污染与复苏v变质 阳离子交换树脂的氧化 强碱性阴树脂的降解v污染与复苏（铁、铝、钙、硅、油、有机物）现象、原因、鉴别方法、树脂的复苏、防止污染的方法第五节 离子交换工艺过程v 离子交换系统及应用离子交换系统及应用v 离子交换过程离子交换过程 1. 1. 固定床离子交换器间歇工作过程固定床离子交换器间歇工作过程 2. 2. 连续式离子交换器工作工程连续式离子交换器工作工程 v离子交换系统及应用离子交换系统及应用在实际

21、应用当中需根据原水水质、出水要求、生产能力等来确定在实际应用当中需根据原水水质、出水要求、生产能力等来确定合适的离子交换工艺。合适的离子交换工艺。 1. 1. 在水的软化主要使用在水的软化主要使用 NaNa离子交换软化法离子交换软化法 H H离子交换软化法离子交换软化法 H HNaNa串联及并联串联及并联 2. 2. 在除盐中在除盐中 一级复床除盐系统一级复床除盐系统 多极复床除盐系统多极复床除盐系统 混合床除盐系统混合床除盐系统 3. 3. 在处理工业废水中在处理工业废水中 多级阴阳离子交换系统多级阴阳离子交换系统碱度是指水中吸收质子的能力，水中碱度的形成主要是由于重碳酸盐、碳酸盐及氢氧化物

22、的存在，硼酸盐、磷酸盐和硅酸盐也会产生一些碱度。此外还有有机碱等。v 离子交换过程离子交换过程v 固定床离子交换器间歇工作过程固定床离子交换器间歇工作过程1. 1. 离子交换过程离子交换过程在床层穿透以前，树脂分属于饱和区、交换区和未用区，真正在床层穿透以前，树脂分属于饱和区、交换区和未用区，真正工作的只有交换区内树脂交换区的厚度取决于所用的树脂、离工作的只有交换区内树脂交换区的厚度取决于所用的树脂、离子种类和浓度以及工作条件。子种类和浓度以及工作条件。 进水初期，进水中所用阳离子均交换出进水初期，进水中所用阳离子均交换出H H+ +，生成相当量的无机酸，出水酸度保持，生成相当量的无机酸，出水

23、酸度保持定值。运行至定值。运行至a a点时，点时，NaNa+ +首先穿透，且迅速增加，同时酸度降低，当首先穿透，且迅速增加，同时酸度降低，当NaNa+ +泄漏量增大到泄漏量增大到与进水中强酸阴离子含量总和相当时与进水中强酸阴离子含量总和相当时, ,出水开始呈现碱性；当出水开始呈现碱性；当NaNa+ +增加到与进水阳离子增加到与进水阳离子含量总和相等时，出水碱度也增加到与进水碱度相等。至此，含量总和相等时，出水碱度也增加到与进水碱度相等。至此，H H离子交换结束，交换离子交换结束，交换器开始进行器开始进行NaNa+ +交换，稳定运行至交换，稳定运行至b b点之后，硬度离子开始穿透，出水点之后，硬

24、度离子开始穿透，出水NaNa+ +含量开始下降含量开始下降，最后出水硬度接近进水硬度，出水，最后出水硬度接近进水硬度，出水NaNa+ +接近进水接近进水NaNa+ +，树脂层全部饱和。，树脂层全部饱和。离子交换柱工作过程离子交换柱工作过程(f) H(f) H型树脂与水中型树脂与水中CaCa2+2+、MgMg2+2+、NaNa+ +交换时水质变化交换时水质变化2. 2. 再生再生 通过树脂再生，一方面可恢复树胎的交换能力，另一方面可回收有用物通过树脂再生，一方面可恢复树胎的交换能力，另一方面可回收有用物质。固定床再生操作包括反洗，再生和正洗三个过程。有时再生后还需要质。固定床再生操作包括反洗，再

25、生和正洗三个过程。有时再生后还需要对树脂作转型处理。影响再生效果和处理费用的因素如下对树脂作转型处理。影响再生效果和处理费用的因素如下: : 1) 1) 再生剂种类再生剂种类 强酸性阳树脂用强酸性阳树脂用HClHCl或或H H2 2SOSO4 4等强酸及等强酸及NaClNaCl、NaNa2 2SOSO4 4再生；再生； 弱酸性阳树脂用弱酸性阳树脂用HClHCl、H H2 2SOSO4 4再生；再生； 强碱性阴树脂用强碱性阴树脂用NaOHNaOH等强碱及等强碱及NaClNaCl再生，再生， 弱碱性阴树脂用弱碱性阴树脂用NaOHNaOH，NaNa2 2COCO3 3、NaHCONaHCO3 3等再

26、生。等再生。 2) 2) 再生剂用量再生剂用量 树脂的交换和再生均按等当量进行。理论上，再生剂可以恢复树脂的交树脂的交换和再生均按等当量进行。理论上，再生剂可以恢复树脂的交换容量，但实际上再生剂用量比理论值大得多。换容量，但实际上再生剂用量比理论值大得多。 实验证明，再生剂用量越多，再生效率越高。但当再生剂用量增实验证明，再生剂用量越多，再生效率越高。但当再生剂用量增加到一定值后，再生效率随再生剂用量增长不大。因此再生剂用加到一定值后，再生效率随再生剂用量增长不大。因此再生剂用量过高既不经济也无必要。图量过高既不经济也无必要。图8-48-4为用为用2 2NaOHNaOH对交换了对交换了CrCr

27、6+6+的强碱的强碱性树脂的再生情况。性树脂的再生情况。 再生液与水流方向相同1顺流再生特点： 上部再生程度高，下部差，越是下部越差 再生剂耗量大，23倍理论值时，效果仍不理想 出水剩余硬度高 交换器失效早，降低工作效率，工作交换容量降低 适合于硬度较低的场合2逆流再生特点： 再生效果好，耗量可降低20%以上 出水水质明显提高 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 再生废液中再生剂有效浓度低 工作交换容量提高 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，且不间断运行树脂的再生树脂的再生v 连续式离子交换器工作过程连续式离子

28、交换器工作过程固定床离子交换器的缺点：树脂不固定床离子交换器的缺点：树脂不能边饱和边再生，树脂层厚度比交能边饱和边再生，树脂层厚度比交换区厚度大得多；再生和冲洗时必换区厚度大得多；再生和冲洗时必须停止交换。为了克服上述缺陷，须停止交换。为了克服上述缺陷，发展了连续式离子交换设备，包括发展了连续式离子交换设备，包括移动床和流动床。移动床和流动床。 右图为三塔式移动床，由交换塔、再生塔和清洗塔组成。运行时，原水由交换右图为三塔式移动床，由交换塔、再生塔和清洗塔组成。运行时，原水由交换塔下部逆流而上，把整个树脂层承托起来并与之交换离子。一段时间后，当出塔下部逆流而上，把整个树脂层承托起来并与之交换离

29、子。一段时间后，当出水离子开始穿透时，停止进水，并由塔下排水。排水时树脂层下降水离子开始穿透时，停止进水，并由塔下排水。排水时树脂层下降( (称为落床称为落床) )，由塔底排出部分已饱和的树脂，同时浮球阀自动打开，放入等量已再生好的树由塔底排出部分已饱和的树脂，同时浮球阀自动打开，放入等量已再生好的树脂。脂。第六节第六节 离子交换工艺及设备离子交换工艺及设备二、动态交换二、动态交换 (一一) 装置类型装置类型 固定床系统固定床系统 单床、复床单床、复床 、混合床、混合床 移动床和流化床移动床和流化床一、离子交换操作方式一、离子交换操作方式 静态交换静态交换 动态交换动态交换 (二) 工艺流程及

30、操作过程 工艺流程工艺流程 运行过程运行过程废水预处理交换离子交换离子排放去除影响交换的杂质去除影响交换的杂质:悬浮物、油类、胶悬浮物、油类、胶 体体吸附、过滤吸附、过滤去除阳离子、阴离子去除阳离子、阴离子反洗再生再生交换正洗正洗三、树脂层离子交换规律三、树脂层离子交换规律分层失效原理分层失效原理 (一) 废水中只有一种离子B+AB0tC0ABaCeC保护层交换带进水（C0）出水 (二) 废水中有几种离子B1+、 B2+、 B3+ 且交换能力且交换能力 B1+ B2+ B3+ 离子交换可对废水中不同离子进行分离。离子交换可对废水中不同离子进行分离。进水(B1、B2、B3)出水B2AB1B2B3

31、B3三、树脂的再生三、树脂的再生 (一一) 再生的目的再生的目的 恢复树脂的交换能力恢复树脂的交换能力 回收有用物质回收有用物质 (二二) 再生原理再生原理baabbaabABKARBR b(RA)a+aBb+ a(RB)b+bAa+ (二二) 影响再生的因素影响再生的因素 再生剂再生剂u再生剂的种类再生剂的种类 H型阳树脂：再生剂型阳树脂：再生剂HCl 或或H2SO4，HCl 优于优于H2SO4。 OH型阴树脂：再生剂型阴树脂：再生剂Na2CO3或或NaOH。u 再生剂的浓度再生剂的浓度 HCl 510% NaOH 1012%、48%u再生剂用量再生剂用量 1.23.0倍树脂体积。倍树脂体积

32、。 再生方式再生方式u 顺流再生顺流再生 优点：优点： 工艺简单；工艺简单； 操作方便、可靠。操作方便、可靠。 缺点：缺点： 有重复交换现象，再生有重复交换现象，再生剂用量高；剂用量高； 工作交换容量低。工作交换容量低。顺流再生AB再生液再生剂（A）AB进水出水 再生方式再生方式u 逆顺流再生逆顺流再生 优点：优点： 避免重复交换；再生剂用量少。避免重复交换；再生剂用量少。 树脂底层再生干净，工作树脂底层再生干净，工作 交换容量较高。交换容量较高。 缺点：缺点： 设备较复杂。设备较复杂。 要求控制技术高。要求控制技术高。 BA逆流再生再生液再生剂（A）四、离子交换设计四、离子交换设计 (一一)

33、 根据废水水质和处理根据废水水质和处理 要求，选择离子交换剂。要求，选择离子交换剂。 (二二) 选择合适的再生剂，估算其用量。选择合适的再生剂，估算其用量。 (三三) 根据去除对象确定工艺流程及工艺参数。根据去除对象确定工艺流程及工艺参数。 1 工艺流程的确定工艺流程的确定 2 主要工艺参数主要工艺参数 交换速度交换速度 1535m/h； 反冲速度反冲速度 15m/h 再生剂流速再生剂流速 1015m/h 再生效率再生效率 80% (四四) 离子交换柱尺寸确定离子交换柱尺寸确定 1 离子交换柱高度离子交换柱高度H H = H1+H2+H3 H1树脂层高度；树脂层高度； H2树脂层以上高度，膨胀

34、率树脂层以上高度，膨胀率4080%； H3 底部配水区高度底部配水区高度(0.4m) 2 交换柱内径交换柱内径D 式中：式中：Q处理水量；处理水量； (D3m) n并联台数；并联台数； u 交换速度。交换速度。unQD4 (五五) 树脂用量确定树脂用量确定 TQ(C0C) = n E工工 f H1 V= ( n n) f H1 式中：式中： T 有效工作时间；有效工作时间； Q 水量；水量； C0、C 进、出水浓度；进、出水浓度； E工工工作交换容量；工作交换容量； f 交换柱截面积；交换柱截面积； V 树脂体积；树脂体积； n 备用台数。备用台数。 第七节第七节 应用应用二二 水的软化和除盐

35、水的软化和除盐 (一一) 水质软化水质软化 1 Na离子交换软化系统离子交换软化系统 2 RNa+Ca (HCO3)2=R2Ca+ 2NaHCO3 2RNa+CaSO4= R2Ca + Na2SO4 2 RNa+MgCl2 = R2Mg + 2NaCl2 2 强酸性强酸性H离子交换脱碱软化系统离子交换脱碱软化系统 2 RH+Ca (HCO3)2= R2Ca+ 2CO2+2H2O 2 RH+CaCl2 = R2Ca + 2HCl 2 RH+NaCl = RNa + 2HCl 生成的生成的CO2用用CO2去除装置去除装置去除，去除，HCl加碱中和。加碱中和。 (二二) 水的除盐水的除盐 工艺流程：

36、工艺流程： 强酸强酸RH+脱除脱除CO2+强碱强碱ROH三三 离子交换处理工业废水离子交换处理工业废水 (一一) 处理废水注意的问题处理废水注意的问题u 预处理预处理 悬浮物或油类浓度大于悬浮物或油类浓度大于510mg/L时，时，采用过滤或吸附法。采用过滤或吸附法。u 有机污染和重金属污染有机污染和重金属污染 采用大孔树脂；再生时采用大孔树脂；再生时适当加入氧化剂；选用高浓度再生剂。适当加入氧化剂；选用高浓度再生剂。u pH值值 不同性质树脂使用；废水中污染物的存在不同性质树脂使用；废水中污染物的存在状态。状态。u 水温水温 提高离子内扩散和薄膜扩散速度；过高可提高离子内扩散和薄膜扩散速度；过

37、高可引起树脂降解。引起树脂降解。 (二二) 离子交换处理电镀含铬废水离子交换处理电镀含铬废水 1 废水的来源及水质特征废水的来源及水质特征 镀件镀件 酸洗酸洗 清洗清洗 镀槽镀槽 清洗清洗 成品成品 废酸液 酸性水 废镀液 含铬废水 废电镀液：产生量少，浓度高。 含铬废水：产生量多，浓度低，水质情况为： Cr6+浓度为20150mg/L，存在形式Cr2O72-和CrO42-。 金属离子Cr3+、 Fe3+等；阴离子有SO42- 、Cl-等； pH46。 2 工艺流程及原理工艺流程及原理 废水过滤排放阳柱阴柱作作 用用去除悬浮物、油类。去除悬浮物、油类。作作 用用nRH(Cr3+、 Fe3+ ) = Rn (Cr、Fe ) nH+ 改善水质改善水质; 调节废水调节废水pH，使，使Cr6+以以Cr2O72-形式存在。形式存在。作作 用用 nROH(Cr2O72-、CrO42-、SO42- 、Cl- ) = Rn (Cr2O7、CrO4、 SO4 、Cl ) nOH-