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1、工业给水处理工业给水处理(软化除盐软化除盐)SofteningandDemineralization第一章第一章前前言言一、水中杂质的来源一、水中杂质的来源二、水中杂质的分类二、水中杂质的分类三、工业用水处理对象水中常见的溶解物三、工业用水处理对象水中常见的溶解物四、工业用水水质标准四、工业用水水质标准一、水中杂质的来源一、水中杂质的来源v吸收大气中吸收大气中可溶物可溶物（CO2、O2、H2S）及及不可溶物不可溶物（尘（尘埃、工业污染物）埃、工业污染物）v地表：泥砂、腐殖质、有机物且溶解地壳表面的普地表：泥砂、腐殖质、有机物且溶解地壳表面的普通化合物通化合物v地下：含地下：含CO2的雨水遇地层
2、中的雨水遇地层中CaCO3、MgCO3生成生成Ca2+、Mg2+；再加上地层中易溶的；再加上地层中易溶的Na盐盐K盐、盐、氯化物氯化物等造成海水的高含盐量等造成海水的高含盐量二、水中杂质的分类二、水中杂质的分类水中杂质按粒径分为三类：水中杂质按粒径分为三类：v1m100m悬浮质悬浮质用沉淀方法（上浮、用沉淀方法（上浮、下沉）即可去除下沉）即可去除v1nm1m胶体胶体（粘土、腐殖质）胶体可（粘土、腐殖质）胶体可以稳定存在，必须加药，使胶体脱稳，混凝沉淀后以稳定存在，必须加药，使胶体脱稳，混凝沉淀后去除去除v1nm以下以下溶解物溶解物溶解于水，给生活、生产带来溶解于水，给生活、生产带来不便，是工业
3、水处理的对象（不便，是工业水处理的对象（Fe2+可导致高血压病，可导致高血压病，并可染色；并可染色；F使使牙牙变变黄；黄；Ca2+、Mg2+给洗衣带来给洗衣带来不便，并使锅炉生垢从而造成燃料的浪费和锅炉爆不便，并使锅炉生垢从而造成燃料的浪费和锅炉爆炸；放射性元素则对人体有害炸；放射性元素则对人体有害）三三、工业用水处理对象水中常见的溶解物、工业用水处理对象水中常见的溶解物HCO3 Cl SO42 SiO32Ca2+,Mg2+Na+,K+Fe2+,Mn2+四、工业用水水质标准四、工业用水水质标准工业用水种类繁多，水质要求各不相同工业用水种类繁多，水质要求各不相同v食品、酿造食品、酿造、饮料原料用
4、水：高于生活饮用水标准、饮料原料用水：高于生活饮用水标准v纺织、造纸纺织、造纸：水质清澈，对产生斑点的物质控制：水质清澈，对产生斑点的物质控制v锅炉补给水锅炉补给水：对产生腐蚀、结垢等的物质控制（与：对产生腐蚀、结垢等的物质控制（与锅炉压力有关系）锅炉压力有关系）v电子工业电子工业：高纯水：高纯水v循环冷却水循环冷却水：水温低，无悬浮物、藻类、微生物，：水温低，无悬浮物、藻类、微生物，对产生腐蚀、结垢等的物质控制对产生腐蚀、结垢等的物质控制第二章第二章水的软化水的软化2 2 2 2.1.1.1.1 软化的目的与方法软化的目的与方法软化的目的与方法软化的目的与方法 2 2 2 2.2.2.2.2
5、 水的药剂软化法水的药剂软化法水的药剂软化法水的药剂软化法2 2 2 2.3.3.3.3 离子交换法基本原理离子交换法基本原理离子交换法基本原理离子交换法基本原理2 2 2 2.4.4.4.4 离子交换软化方法与系统离子交换软化方法与系统离子交换软化方法与系统离子交换软化方法与系统2.1软化的目的与方法概述软化的目的与方法概述一、软化的目的一、软化的目的二、基本概念二、基本概念三、硬度的分类三、硬度的分类四、软化的方法四、软化的方法一、软化的目的一、软化的目的1定义：去除水中部分或全部硬度的过程定义：去除水中部分或全部硬度的过程称为水的软化。称为水的软化。2目的目的（1）避免锅炉水由于硬度而生
6、垢浪费燃料、烧损部件、爆）避免锅炉水由于硬度而生垢浪费燃料、烧损部件、爆炸炸（2）避免）避免Ca2+、Mg2+对工业冷却设备正常运行的影响传热对工业冷却设备正常运行的影响传热系数低、导热性能差系数低、导热性能差（3）避免影响造纸、纺织等行业产品质量）避免影响造纸、纺织等行业产品质量消除不良影响，满足生活和工业用水的要求消除不良影响，满足生活和工业用水的要求中心目的中心目的二、基本概念1硬度硬度：水中：水中Ca2+、Mg2+离子的总浓度或总含量。离子的总浓度或总含量。2硬度单位硬度单位：（1）国内：）国内：meq/L（2）国外：）国外：德国度德国度:1d=10mg/LCaO美、日美、日:1度度=
7、1mg/LCaCO3换算关系：换算关系：1meq/L=2.8d=50mg/LCaCO3（3）法定计量单位：）法定计量单位：mol/L或或mmol/L3当量粒子当量粒子：(X/Z)Z:离子所带电荷数；离子所带电荷数；X：基本单元基本单元用当量离子作基本单元时，用当量离子作基本单元时，eq=mol,在水质分析中较方便在水质分析中较方便4摩尔浓度摩尔浓度：CB=nB/V=mB/(MBV);mB=MBnB=MBCBV5水中假想化合物水中假想化合物：对水加热时，水中阴阳离子便按一定规律：对水加热时，水中阴阳离子便按一定规律以化合物的形式先后析出，根据这一现象，把水中有关离子以化合物的形式先后析出，根据这
8、一现象，把水中有关离子假想地结合起来，写成化合物的形式。假想地结合起来，写成化合物的形式。硬度表示方法及其换算关系硬度表示方法及其换算关系表示方法表示方法物质的量浓度物质的量浓度当量浓度当量浓度CaCO3的的质量浓度质量浓度度度定义定义C(Ca2+)=n(Ca2+)/VC(1/2Ca2+)=n(1/2Ca2+)/VCa2+的毫克的毫克当量数当量数/体积体积CaCO3的质的质量量/体积体积10mg/CaO/L单位单位mmol/Lmmol/Lmeq/Lmg/L德国度德国度0d换换算算关关系系C(Ca2+)，mmol/L1221005.6C(1/2Ca2+)，mmol/L0.511502.8meq/
9、L0.511502.8mg/L（CaCO3）0.010.020.0210.056德国度德国度0d0.180.360.3617.91水中离子的假想组合水中离子的假想组合(P395图图211)1水中阴阳离子水中阴阳离子当量浓度当量浓度总和相等；总和相等；2表明水中各离子的组合情况及化合物含量大小。表明水中各离子的组合情况及化合物含量大小。要点要点三、硬度的分类三、硬度的分类vv硬水中常见的离子：硬水中常见的离子：硬水中常见的离子：硬水中常见的离子：CaCa2+2+、MgMg2+2+、HCOHCO3 3、ClCl、SOSO4 42 2 vv总硬度（总硬度（总硬度（总硬度（H H H Ht t t t
10、）：）：）：）：水中钙、镁离子的总含量或总浓度。水中钙、镁离子的总含量或总浓度。水中钙、镁离子的总含量或总浓度。水中钙、镁离子的总含量或总浓度。暂时硬度（暂时硬度（暂时硬度（暂时硬度（H H H Hc c c c）：）：）：）：碳酸盐硬度（煮沸时可析出）碳酸盐硬度（煮沸时可析出）碳酸盐硬度（煮沸时可析出）碳酸盐硬度（煮沸时可析出）永久硬度（永久硬度（永久硬度（永久硬度（H H H Hn n n n）：）：）：）：非碳酸盐硬度（煮沸时不可析出）非碳酸盐硬度（煮沸时不可析出）非碳酸盐硬度（煮沸时不可析出）非碳酸盐硬度（煮沸时不可析出）钙硬度（钙硬度（钙硬度（钙硬度（H H H HCaCaCaCa）
11、：）：）：）：镁硬度（镁硬度（镁硬度（镁硬度（H H H HMgMgMgMg）：）：）：）：vv关系：关系：关系：关系：H H H Ht t t t=H H H Hc c c c+H H H Hn n n n=H H H HCaCaCaCa +H H H HMgMgMgMgvv暂时硬度加热分解：暂时硬度加热分解：暂时硬度加热分解：暂时硬度加热分解：Mg(Mg(Mg(Mg(HCOHCOHCOHCO3 3 3 3)2 2 2 2 Mg(Mg(Mg(Mg(OH)OH)OH)OH)2 2 2 2+2+2+2+2COCOCOCO2 2 2 2 Ca(Ca(Ca(Ca(HCOHCOHCOHCO3 3 3
12、3)2 2 2 2 CaCaCaCaCOCOCOCO3 3 3 3+H H H H2 2 2 2O O O O +COCOCOCO2 2 2 2四、软化方法四、软化方法1药剂软化法药剂软化法（沉淀软化法）（沉淀软化法）：基于溶度积原理，加：基于溶度积原理，加入某些药剂，把水中钙、镁离子转变成难溶化合物入某些药剂，把水中钙、镁离子转变成难溶化合物使之沉淀析出。使之沉淀析出。CaCaCOCO3 3 Ca2+CO32-（向水中加向水中加CO32-）当当KspAAHt-A0HtAHt0A-HtHt=AHt(A)00 2 2.2.2 水的药剂软化法水的药剂软化法一、概述一、概述（定义、工艺组成）（定义、
13、工艺组成）二、石灰软化法二、石灰软化法（石灰生产过程、原理、特点、适用条件、石灰用量计算）（石灰生产过程、原理、特点、适用条件、石灰用量计算）三、其他软化法三、其他软化法（石灰（石灰苏打法；石灰苏打法；石灰石膏法）石膏法）一、概述一、概述一、概述一、概述1.1.定定义义：基基于于溶溶度度积积原原理理，加加入入某某些些药药剂剂，把把水水中中钙钙、镁离子转变成难溶化合物使之沉淀析出。镁离子转变成难溶化合物使之沉淀析出。A A、原理：溶度积原理原理：溶度积原理B B、药剂：石灰、苏打、石膏药剂：石灰、苏打、石膏C C、CaCOCaCO3 3 、Mg(OH)Mg(OH)2 2溶度积最小溶度积最小 水处
14、理中常见难溶化合物的溶度积（水处理中常见难溶化合物的溶度积（25）化合物化合物化合物化合物CaCO3CaSO4Ca(OH)2MgCO3Mg(OH)2溶度积溶度积溶度积溶度积4.810-96.110-53.110-51.010-55.010-122 2 工艺组成工艺组成工艺组成工艺组成原水（加药）原水（加药）原水（加药）原水（加药）混合混合混合混合反应反应反应反应沉淀沉淀沉淀沉淀过滤过滤过滤过滤消毒消毒消毒消毒 二、石灰软化法二、石灰软化法2 2、原理、原理、原理、原理：主要利用了加入的主要利用了加入的主要利用了加入的主要利用了加入的OHOHOHOH-和水中原有的和水中原有的和水中原有的和水中原
15、有的HCOHCOHCOHCO3 3 3 3-（1）分析分析1）HtAHt=Hc+HnHc有有1）中反应，而）中反应，而Hn有：有：MgSO4+Ca(OH)2=CaSO4+Mg(OH)2MgCl2+Ca(OH)2=CaCl2+Mg(OH)2产生了等当量的钙硬度，单纯的石灰软化不能降低水的产生了等当量的钙硬度，单纯的石灰软化不能降低水的Hn3）A=0Ht=Hn无软化效果无软化效果。反应过程：反应过程：CO2+Ca(OH)2CaCO3+H2OCa(HCO3)2+Ca(OH)2=2CaCO3+2H2OMg(HCO3)2+Ca(OH)2=CaCO3+MgCO3+2H2OMgCO3+Ca(OH)2=CaC
16、O3+Mg(OH)2由上式可以看出：由上式可以看出：v去去 除除 1摩摩 尔尔 Ca(HCO3)2需需 1摩摩 尔尔 Ca(OH)2，去去 除除 1摩摩 尔尔Mg(HCO3)2需需2摩尔摩尔Ca(OH)2。v熟石灰最易与水中游离熟石灰最易与水中游离CO2反应，而水中存在下列平衡：反应，而水中存在下列平衡：2HCO3-CO2+CO32-+H2O(a)CO32-+Ca2+CaCO3(b)v当当Ca(OH)2首首先先与与CO2反反应应后后，(a)向向右右进进行行导导致致(b)向向右右进进行，使行，使CaCO3析出，为软化创造了条件。析出，为软化创造了条件。3 3、特点、特点 只能除只能除只能除只能除
17、HcHcHcHc，不能除不能除不能除不能除HnHnHnHn 除除除除1 1 1 1摩尔钙离子摩尔钙离子摩尔钙离子摩尔钙离子HcHcHcHc需需需需1 1 1 1摩尔熟石灰；除摩尔熟石灰；除摩尔熟石灰；除摩尔熟石灰；除1 1 1 1摩尔镁离子的摩尔镁离子的摩尔镁离子的摩尔镁离子的HcHcHcHc需需需需2 2 2 2摩摩摩摩尔熟石灰尔熟石灰尔熟石灰尔熟石灰 可以去除碱度可以去除碱度可以去除碱度可以去除碱度 可去除水中部分铁和硅的化合物可去除水中部分铁和硅的化合物可去除水中部分铁和硅的化合物可去除水中部分铁和硅的化合物 石灰软化与混凝处理同时进行，可产生共沉效果，混凝剂常石灰软化与混凝处理同时进行
18、，可产生共沉效果，混凝剂常石灰软化与混凝处理同时进行，可产生共沉效果，混凝剂常石灰软化与混凝处理同时进行，可产生共沉效果，混凝剂常用铁盐用铁盐用铁盐用铁盐 余硬：余硬：余硬：余硬：Hn+0.25Hn+0.25Hn+0.25Hn+0.250.5mmol/L(0.5mmol/L(0.5mmol/L(0.5mmol/L(溶度积及溶度积及溶度积及溶度积及CaOCaOCaOCaO过剩量过剩量过剩量过剩量)含盐量降低（沉淀）含盐量降低（沉淀）含盐量降低（沉淀）含盐量降低（沉淀）经济费用低经济费用低经济费用低经济费用低4 4、适用条件、适用条件(1)Hc占大部分的源水占大部分的源水(2)预处理预处理钠离子交
19、换钠离子交换5 5、石灰用量的计算、石灰用量的计算(1)(1)通过实验确定通过实验确定以石灰投量（以石灰投量（mgCaO/L）为横坐标，以水中残留硬度（为横坐标，以水中残留硬度（H）为纵坐标，根据实验数据绘曲线，得出最佳石灰投量。为纵坐标，根据实验数据绘曲线，得出最佳石灰投量。最准确最准确1)1)1)1)H H H HCaCaCaCaHHHHC C C C 水中水中水中水中H H H HC C C C仅以仅以仅以仅以Ca(HCOCa(HCOCa(HCOCa(HCO3 3 3 3)2 2 2 2形式出现形式出现形式出现形式出现（CaOCaOCaOCaO）=56c(CO=56c(CO=56c(CO
20、=56c(CO2 2 2 2)+c(Ca(HCO)+c(Ca(HCO)+c(Ca(HCO)+c(Ca(HCO3 3 3 3)2 2 2 2)+c(Fe)+c(Fe)+c(Fe)+c(Fe2+2+2+2+)+K+(mg/L)+K+(mg/L)+K+(mg/L)+K+(mg/L)c(COc(COc(COc(CO2 2 2 2)原水中游离二氧化碳浓度原水中游离二氧化碳浓度原水中游离二氧化碳浓度原水中游离二氧化碳浓度;浓浓浓浓mmol/Lmmol/Lmmol/Lmmol/Lc(Ca(HCOc(Ca(HCOc(Ca(HCOc(Ca(HCO3 3 3 3)2 2 2 2)原水中原水中原水中原水中Ca(HC
21、OCa(HCOCa(HCOCa(HCO3 3 3 3)2 2 2 2浓度浓度浓度浓度;mmolmmolmmolmmol/L/L/L/Lc(Fec(Fec(Fec(Fe2+2+2+2+)原水中原水中原水中原水中FeFeFeFe2+2+2+2+浓度浓度浓度浓度;mmolmmolmmolmmol/L/L/L/LK K K K混凝剂投量混凝剂投量混凝剂投量混凝剂投量;mmolmmolmmolmmol/L/L/L/LCaOCaOCaOCaO过剩量过剩量过剩量过剩量;0.10.2mmol/L;0.10.2mmol/L;0.10.2mmol/L;0.10.2mmol/L2)2)2)2)H H H HCaCa
22、CaCaHHH0.2mm国产的一般都在国产的一般都在0.31.2mm。3溶胀性溶胀性：膨胀体积占全体积的百分率；分两个方面。：膨胀体积占全体积的百分率；分两个方面。（1）惰性骨架内的活性基团亲水，使水涌入骨架内（绝对溶涨）。）惰性骨架内的活性基团亲水，使水涌入骨架内（绝对溶涨）。所所以以实实际际中中总总是是先先将将树树脂脂溶溶胀胀，然然后后再再装装。一一般般来来说说，高高强强度度的的，强强性树脂。水合离子半径大的溶胀率大。性树脂。水合离子半径大的溶胀率大。（2）转型时，树脂体积发生变化（相对溶涨）。转型时，树脂体积发生变化（相对溶涨）。RHRNa（为了运输方便）为了运输方便）各种离子水合离子半
23、径不同；带电的水也不尽相同。各种离子水合离子半径不同；带电的水也不尽相同。一般，强性树脂转型变化不大，弱性树脂转型变化较大。一般，强性树脂转型变化不大，弱性树脂转型变化较大。4交联度交联度 树脂结构骨架的铰链度取决于制造过程，工业上常用的凝胶树脂结构骨架的铰链度取决于制造过程，工业上常用的凝胶型树脂含有型树脂含有2 212%12%的二乙烯苯作为苯乙烯的交联剂。的二乙烯苯作为苯乙烯的交联剂。交联度对树脂的许多性能具有决定性的影响。交联度的改变交联度对树脂的许多性能具有决定性的影响。交联度的改变将引起树脂的交换容量，含水率，溶胀度，机械强度等性能的将引起树脂的交换容量，含水率，溶胀度，机械强度等性
24、能的改变。水处理用的离子交换树脂，交联度以改变。水处理用的离子交换树脂，交联度以7 71010为宜。此时，为宜。此时，树脂网架中的平均孔隙亦即孔道宽度为树脂网架中的平均孔隙亦即孔道宽度为20204040i i。5湿真密度和湿视密度湿真密度和湿视密度湿湿真真密密度度：指指树树脂脂在在水水中中充充分分溶溶胀胀后后，其其重重量量与与真真实实体体积积（不包括树脂间的孔隙）之比。（不包括树脂间的孔隙）之比。（g/mlg/ml）(1.04(1.041.30)1.30)苯乙烯型强酸树脂湿真密度约苯乙烯型强酸树脂湿真密度约1.31.3g/mlg/ml，强碱树脂为强碱树脂为1.1 1.1 g/mlg/ml。意义
25、：意义：1 1）决定反洗强度）决定反洗强度;2;2）混合床水力分级）混合床水力分级湿视密度湿视密度：树脂充分溶胀后，其重量与堆积体积之比。（：树脂充分溶胀后，其重量与堆积体积之比。（g/ml）一般一般0.60.85g/ml。6总交换容量总交换容量交交换换容容量量是是树树脂脂最最重重要要的的性性能能，它它定定量量地地表表示示树树脂脂交交换换能能力力的的大大小小。交交换换容容量量的的单单位位mmol/g(干干树树脂脂)或或mmol/L(湿湿树树脂脂)。交交换换容容量量分分为为两两部部分分，即总交换容量与工作交换容量。即总交换容量与工作交换容量。总总交交换换容容量量是是指指单单位位重重量量或或体体积
26、积树树脂脂内内的的交交换换基基团团总总量量或或可可交交换换离离子子的的总数量。总数量。国产：强酸树脂国产：强酸树脂45meq/g弱酸树脂弱酸树脂912meq/ml实实质质上上，从从构构造造上上看看，单单位位重重量量或或体体积积的的空空间间网网状状结结构构因因各各苯苯环环末末端端所所“具有具有”的活性基团总数。的活性基团总数。总交换容量是表示单位树脂所能吸附去除离子的最大量。总交换容量是表示单位树脂所能吸附去除离子的最大量。7工作交换容量：工作交换容量：指在给定的条件下树脂实际交换容量指在给定的条件下树脂实际交换容量。8含水率含水率：树脂中含水的百分比（：树脂中含水的百分比（4060%）9有效工
27、作有效工作PH范围范围此范围与树脂内活性基团的解离常数有关。此范围与树脂内活性基团的解离常数有关。由由于于树树脂脂活活性性基基团团分分为为强强酸酸、弱弱酸酸、强强碱碱和和弱弱碱碱，水水的的PHPH值值势势必必对对它它们们的的交交换换容容量量产产生生影影响响。强强酸酸、强强碱碱树树脂脂的的活活性性基基团团电电离离能能力力强强，其其交交换换容容量量基本与基本与PHPH值无关。值无关。弱弱酸酸树树脂脂在在水水PHPH值值低低时时不不电电离离或或只只部部分分电电离离，因因而而只只能能在在碱碱性性溶溶液液中中，才才含含有有较较高高的的交交还还能能力力。弱弱碱碱性性树树脂脂相相反反，在在PHPH值值高高时
28、时不不电电离离或或只只部部分分电电离离。只只是是在在酸酸性性溶溶液液中中才才含含有有较较高高的的交交换换能能力力。因因此此我我们们得得出出各各种种类类型型树树脂脂的的使使用有效用有效PHPH值范围值范围。树树脂脂类类型型强强酸酸性性阳阳离离子子树脂树脂弱弱酸酸性性阳阳离离子子树脂树脂强强碱碱性性阳阳离离子子树树脂脂弱弱碱碱性性阳阳离离子子树树脂脂有有效效PH值范围值范围1-145-141-120-7此外，树脂还应只有一定的耐磨性，耐热性及抗氧化能力。此外，树脂还应只有一定的耐磨性，耐热性及抗氧化能力。以后介绍的有关阳离子交换树脂基本性能，对磺化煤也是适用的。（磺化煤价以后介绍的有关阳离子交换树
29、脂基本性能，对磺化煤也是适用的。（磺化煤价格较便宜，但交换容量低，机械强度差。性能随着煤质不同而变化，现已逐渐格较便宜，但交换容量低，机械强度差。性能随着煤质不同而变化，现已逐渐由树脂所替代）。由树脂所替代）。大孔型与凝胶型树脂的干湿状态比较大孔型与凝胶型树脂的干湿状态比较丙烯酸型与苯乙烯型树脂比较丙烯酸型与苯乙烯型树脂比较凝胶型、大孔型、等孔型三类树脂孔型比较凝胶型、大孔型、等孔型三类树脂孔型比较凝胶型与大孔型树脂物理性能的比较凝胶型与大孔型树脂物理性能的比较四、离子交换平衡四、离子交换平衡离子交换如同化学反应一样，服从离子交换如同化学反应一样，服从当量定律当量定律，且是，且是可逆反应可逆反
30、应，离子交换技术就是基于离子交换技术就是基于等当量交换等当量交换与与可逆反应可逆反应来进行交换与来进行交换与再生的；离子交换中的再生的；离子交换中的等当量性等当量性、可逆性可逆性、选择性选择性是我们进是我们进行水质软化的基本设计依据。行水质软化的基本设计依据。水的软化过程中，离子交换反应就是阳离子交换树脂上的可水的软化过程中，离子交换反应就是阳离子交换树脂上的可交换离子（交换离子（H+、Na+）与水中的钙、镁离子之间的交换反应。与水中的钙、镁离子之间的交换反应。2RNa+Ca2+=R2Ca+2Na+当树脂饱和后，用高浓度的当树脂饱和后，用高浓度的NaCl处理：处理：R2Ca+2Na+=2RNa
31、+Ca2+四、离子交换平衡四、离子交换平衡1.量的关系量的关系:服从质量作用定律，属可逆反应，服从质量作用定律，属可逆反应，这就要求实际操作采用动态交换方式。这就要求实际操作采用动态交换方式。2.离子交换选择系数：离子交换选择系数：总的离子交换通式：总的离子交换通式：2RA+B2+R2B+2A+反应向哪个方向进行取决于特定条件下树脂反应向哪个方向进行取决于特定条件下树脂对对A+、B2+的亲和力大小，而亲和力的大小又的亲和力大小，而亲和力的大小又通过离子交换选择系数来比较。通过离子交换选择系数来比较。四、离子交换平衡四、离子交换平衡R2B、RA树脂中树脂中B2+、A+的离子浓度的离子浓度A+、B
32、2+溶液中溶液中A+、B2+的离子浓度的离子浓度H对对RA+B+RB+A+（1）用离子浓度表示：）用离子浓度表示：四、离子交换平衡四、离子交换平衡HK值称平衡常数，但并非严格的常数；值称平衡常数，但并非严格的常数；亲和力大小的比较：亲和力大小的比较：（水溶液中不大时）一般选择系数为树脂中水溶液中不大时）一般选择系数为树脂中B与与A浓度的比浓度的比率与溶液中率与溶液中B与与A浓度的比率之比。选择系数大于浓度的比率之比。选择系数大于1，说明，说明该树脂对该树脂对B的亲和力大于对的亲和力大于对A的亲和力，亦即有利于进行离的亲和力，亦即有利于进行离子交换反应。子交换反应。H即：即：K1 BAK=1 B
33、=AK1 BCa2+Mg2+K+NH4+Na+H+Li+Ca2+置换置换Na+的理论依据。的理论依据。高价大于低价，同价原子序数大亲和力大；高价大于低价，同价原子序数大亲和力大；高浓度时上述次序不在适用。（再生时，提高高浓度时上述次序不在适用。（再生时，提高Na+浓度，从而使浓度，从而使Na+置换置换Ca2+）。五、离子交换速度五、离子交换速度离子交换过程受离子浓度和树脂对各种离子亲和离子交换过程受离子浓度和树脂对各种离子亲和力的影响外，还受离子扩散过程的影响。力的影响外，还受离子扩散过程的影响。1，离子扩散过程五步骤，离子扩散过程五步骤v外部溶液中待交换的外部溶液中待交换的Ca2+向树脂颗粒
34、向树脂颗粒表面迁移并通过树脂表面的边界水膜；表面迁移并通过树脂表面的边界水膜；v待交换的待交换的Ca2+在树脂孔道里移动，在树脂孔道里移动，直到到达某有效交换位置上；直到到达某有效交换位置上；vCa2+与树脂上可交换与树脂上可交换Na+进行交换进行交换反应；反应；v被交换下来的被交换下来的Na+从有效交换位置从有效交换位置上通过孔道向外面移动；上通过孔道向外面移动；vNa+通过树脂表面的边界水膜进入外部的溶液中。通过树脂表面的边界水膜进入外部的溶液中。五、离子交换速度五、离子交换速度离子交换指上述五步骤全过程；离子交换指上述五步骤全过程；1、2、4、5属属离子扩散，速度较慢且受外界条件离子扩散
35、，速度较慢且受外界条件影响较大；影响较大；3属化学反应，瞬间完成；属化学反应，瞬间完成；15每一步都影响了离子交换的速度，其中每一步都影响了离子交换的速度，其中1、5步膜扩散和第步膜扩散和第2、4步的孔道扩散有可能成为控制步的孔道扩散有可能成为控制步骤。步骤。五、离子交换速度五、离子交换速度2，外界条件对离子交换速度的影响：外界条件对离子交换速度的影响：溶液浓度（溶液浓度（C）：）：浓度梯度理论：浓度梯度理论：C是扩散的推动力，是扩散的推动力，C大，扩散快大，扩散快 C0.1mol/L时，时，VM大，孔道扩散成为控制因素，树脂再生时即为这种情大，孔道扩散成为控制因素，树脂再生时即为这种情况；况
36、；C0.003mol/L时，时，VM小，膜扩散成为控制因素，交换时即为这种情况。小，膜扩散成为控制因素，交换时即为这种情况。流速（流速（V）：边界水膜厚度）：边界水膜厚度 反比于反比于V，而孔道扩散不受而孔道扩散不受V影响。影响。树脂粒径（树脂粒径（d）：）：膜扩散过程：离子交换速度反比于膜扩散过程：离子交换速度反比于d；孔道扩散过程：离子交换速度反比于孔道扩散过程：离子交换速度反比于d2。交联度（交联度（DVB）：）：DVB对孔道扩散对孔道扩散影响影响大，大，对对膜扩散膜扩散影响影响小。小。六、离子交换过程六、离子交换过程1，交换过程分析方法：，交换过程分析方法：在离子交换柱中装填在离子交换
37、柱中装填Na型树脂，从上而下通过含有型树脂，从上而下通过含有一定浓度一定浓度Ca2+的硬水。交换的硬水。交换反应进行一段时间后，停止反应进行一段时间后，停止运行，逐层取出树脂样品，运行，逐层取出树脂样品，并测定其所吸附的钙离子含并测定其所吸附的钙离子含量，以量，以“饱和程度饱和程度”表示。表示。饱和程度：单位体积树饱和程度：单位体积树脂所吸附钙、镁离子量与其脂所吸附钙、镁离子量与其全交换容量之比，以百分比全交换容量之比，以百分比表示。表示。饱和程度曲线饱和程度曲线六、离子交换过程六、离子交换过程2交换过程交换过程（1）两个阶段）两个阶段v交换带形成阶段交换带形成阶段饱和程度曲线形状不断变化随即
38、形成一定饱和程度曲线形状不断变化随即形成一定形式的曲线。形式的曲线。v交换带推移阶段交换带推移阶段“交换带交换带”：在某时刻正在进行交换反应：在某时刻正在进行交换反应的软化工作层。的软化工作层。“交换带厚度交换带厚度”：可理解为处于动态的软：可理解为处于动态的软化工作层厚。沿水流方向，以一定形式每化工作层厚。沿水流方向，以一定形式每刻都在推移。刻都在推移。当硬度开始泄露时，树脂层分为两部分：当硬度开始泄露时，树脂层分为两部分：饱和层：交换容量得到充分利用；饱和层：交换容量得到充分利用；保护层：交换容量得到部分利用，相当于保护层：交换容量得到部分利用，相当于交换带厚交换带厚六、离子交换过程六、离
39、子交换过程2交换过程交换过程（2）“交换带厚度交换带厚度”的影响因素的影响因素v流速：正比于流速：正比于V0.50.8vCa2+：硬度硬度v树脂再生程度树脂再生程度“交换带厚度交换带厚度”对树脂层的有效利用是有影响的。如原水硬对树脂层的有效利用是有影响的。如原水硬度高、采用流速偏大，则交换带厚度大，降低树脂层的利度高、采用流速偏大，则交换带厚度大，降低树脂层的利用率用率。六、离子交换过程六、离子交换过程3交换操作步骤交换操作步骤软化软化反洗反洗再生再生正洗正洗z树脂的鉴别方法树脂的鉴别方法练习题：练习题：v装填装填Na型强酸树脂的离子交换柱采用逆型强酸树脂的离子交换柱采用逆流再生操作工艺。层底部再生度为流再生操作工艺。层底部再生度为96%，进水钙离子硬度为，进水钙离子硬度为8meq/L。试计算运试计算运行初期出水的剩余硬度。（树脂全交换行初期出水的剩余硬度。（树脂全交换容量为容量为3mol/L，选择系数选择系数。）。）