01-水重点章节课件16 6离子交换

第十六章污水的化学与物理化学处理,水污染控制工程,主讲教师：,第六节离子交换,工业用水中：制取软水和纯水工业废水处理中：回收贵重离子，放射性废水处理优点：去除率高，可浓缩回收有用物质，设备简单，操作控制方便限制：应用范围受离子交换品种、性能、成本限制；预处理要求高；交换剂再生和再生液处理困难。,离子交换树脂的结构（1）高分子骨架：由交联的高分子聚合物组成（2）离子交换基团：带有可交换的离子（反离子）的离子型官能团（-SO3Na、-COOH、-N(CH3)3Cl等）或带有极性的非离子型官能团（-N(CH3)2、-N(CH3)H等）,交换基团：固定部分和活动部分为了书写方便，除了离子交换树脂中的交换基团以外的部分，都用R(Resin)表示：RSO3H,离子型交换树脂的分类,大孔型树脂,二、离子交换树脂的命名和型号GB1631-79离子交换树脂产品分类、命名及型号制定。,0017凝胶型强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，交联度为7%,D111大孔型弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂,(二)离子交换的基本理论,强碱树脂选择性顺序：SO42-NO3-Cl-F-HCO3-HSiO3-,强酸树脂对水中各种常见离子的选择性顺序为：Fe2+Ca2+Mg2+K+NH4+Na+H+Li+,应着重指出，上述有关选择性顺序均指常温、稀溶液的情况而言，当高浓度时，顺序的前后变成次要的问题，而浓度的大小则成为决定离子交换反应方向的关键因素。,离子交换也是一种化学反应，存在交换平衡。RA+B+-RB+A+离子交换选择系数为：KAB=RBA+/RAB+该值1，有利于交换反应的进行,离子交换速度交换速度的控制步骤（1）边界水膜内的扩散（2）交联网孔内的扩散（3）离子交换（4）交联网孔内的扩散（5）边界水膜内的扩散和称为液膜扩散步骤；和称为树脂颗粒内扩散交换反应步骤交换速率比扩散要快得多，因此扩散过程控制交换速度。,（二）离子交换速度的影响因素（1）树脂交联度越大，网孔越小，孔隙度越小，则内扩散越慢。（2）树脂颗粒越小，内扩散距离缩短和液膜扩散的表面积增大，使扩散速度越快。（3）溶液离子浓度：浓度越大，扩散速度越快。（4）提高水温，有利扩散（5）搅拌或流速提高，液膜变薄，速度加快（6）被交换离子的电荷数或水合离子半径越大，内孔扩散速度越慢。试验证明：阳离子每增加一个电荷，其扩散速度就减慢到约为原来的1/10,(三)离子交换工艺,1.水中主要溶解杂质离子：Ca2+,Mg2+,Na+(K+)HCO3-,SO42-,Cl-一般Fe2+,SiO32-含量较少。气体：CO2,O2总硬度：Ca2+,Mg2+碳酸盐硬度（carbonatehardness、暂时硬度）非碳酸盐硬度（noncarbonatehardness）含盐量：阳阴软化：降低硬度除碱：HCO3（锅炉给水、碱度太高，会汽水共沸）除盐：降低含盐量,2.钠离子交换软化(1)交换过程(2)水质变化原水硬度大大降低或基本消除，出水硬度0.03mmol/L以下原水碱度不变出水中含盐量略增，1mol钙离子（40.08g）与2mol钠离子（22.98g）交换(3)再生过程用工业食盐水（8%10%再生）(RNa型：用NaCl再生),3.H离子交换软化(H型强酸离子交换过程)(1)交换过程碳酸盐硬度（暂时硬度）非碳酸盐硬度（永久硬度）,碳酸盐硬度，生成CO2、H2O同时碱度也去除了。非碳酸盐硬度，生成H2SO4，HCl出水酸性对于Na+,RH+NaCl-RNa+HCl-产生钠型树脂.,开始时出水呈酸性。Na开始泄漏时，出水酸度急剧下降。之后，RH交换转变为RNa型运行模式，对Ca和Mg仍有交换能力。出水Na离子逐渐超过原水中的浓度，呈碱性。然后硬度离子开始泄漏出水中离子泄漏的顺序为：H、Na、Mg2、Ca2失效点控制：脱碱，以Na泄漏为准软化，以硬度离子泄漏为准。,4.H-Na联合脱碱软化水1HNa并联,QN,QH,2）HNa串联系统,5.阴阳离子树脂联合脱盐强酸H阳树脂脱除CO2强碱OH阴树脂脱除CO2应放在强碱OH阴树脂前，以减轻阴树脂的负担。强酸树脂应放在阴树脂之前，否则生成的CaCO3，Mg(OH)2沉积在树脂孔内，降低孔隙率；阳树脂抗有机污染强。,强酸H脱除CO2弱碱OH阴树脂强碱OH阴树脂适用于原水含有机物较高，强酸根离子较大的情况。弱碱OH阴树脂用于去除强酸根离子，强碱OH阴树脂主要用于除硅。强酸H型阳树脂弱碱OH阴树脂脱除CO2适用于无除硅要求,强酸脱气弱碱强碱适用于有机物含量高、强酸阴离子多的情况,除硅,除强酸阴离子,6.废水处理中应用含铬废水处理电镀漂洗水处理为例：先经阳柱去除Cr3+,再经阴柱去除Cr6+,处理后的污水可循环使用。阴树脂再生洗脱液用阳柱转为铬酸后回收利用。经阳柱除去水中阳离子，出水呈酸性：以上反应使污水pH值下降，当PH降至5以下时，水中的Cr6+大部分以Cr2O72-存在。阳柱出水开始时只进阴柱，反应如下：,离子交换法处理工业废水的特点工业废水比较脏，因此要加强预处理；工业废水的浓度较高，因