《水污染控制技术》课件-4.4 离子交换法

水的物理化学处理任务4离子交换法1概述2离子交换剂3离子交换树脂的保存、使用和再生4离子交换的工艺过程和设备概述RSO3-H+网状结构骨架活性基团固定部分活性基团可交换部分RCH3N+(CH3)3OH-离子交换树脂结构示意图处理对象：去除废水中有毒有害的离子；离子交换树脂：空间网状结构骨架和附属在骨架上活性基团所构成的高分子化合物；概述离子交换法基本原理：

平衡状态时有：K越大表示树脂对该离子的交换能力越强交换交换饱和树脂离子树脂概述交换反应：强酸性阳离子交换剂

弱酸性阳离子交换剂

概述强碱性阴离子交换剂

弱碱性阴离子交换剂

概述交换过程：交换离子从溶液中扩散到树脂颗粒表面;交换离子在树脂颗粒内部扩散;交换离子与活性基团上可交换离子发生交换反应;被交换下来的离子在树脂颗粒内部扩数;被交换下来的离子在溶液中扩散。离子交换剂（1）离子交换剂分类离子交换剂天然有机类无机类合成

天然沸石合成沸石

离子交换剂（2）离子交换剂的交换能力影响因素①

离子交换树脂的选择性01强酸阳树脂的选择顺序：

02弱酸阳树脂的选择顺序：

03强碱阴树脂的选择顺序：

04弱碱阴树脂的选择顺序：

离子交换剂②

废水水质对交换能力的影响悬浮物和油脂pH值：弱酸、碱离子交换树脂

有机物高价金属离子水温：732#阳树脂<11℃717#阴树脂<60℃离子交换剂③

离子交换树脂的物理化学特性（1）物理性能密度：1.04-1.3g／mL；粒度：0.3—1.2mm；外观：透明或半透明球体；含水率：50％左右；交联度：8％-12％；导电性：干树脂不导电，湿树脂可以导电；耐热性：贮藏和使用温度为5-40℃；机械强度：年损耗量<3％—7%；离子交换剂RSO3-H+RCH3N+(CH3)3OH-③

离子交换树脂的物理化学特性（2）化学性能树脂的交联度：树脂合成时采用交联剂的用量树脂的酸碱性：树脂活性基团在水中可解离选择性：化合价、离子半径离子交换剂（3）离子交换树脂的主要性能指标离子交换树脂制成球形，因为球体的通气性能好，水流阻力小。在一定的容积内，球形树脂的装载量最大。出厂的树脂一般要求圆球率大于90％。1、形状：粒度表示离子交换树脂的粒径范围和不均匀程度。粒度小的树脂交换能力大，但水流阻力也大；粒度大的树脂水流阻力小，交换能力也小。2、粒度：离子交换树脂的颜色有乳白、浅黄、深黄至深褐色等多种。3、颜色：离子交换剂（3）离子交换树脂的主要性能指标在离子交换树脂骨架的空间都充满着水，其中的含水量与树脂质量的百分比，称为含水率。4、含水率：干树脂浸泡于水中时，体积胀大，成为湿树脂;湿树脂转型，体积也有变化。树脂的这种性质称为溶胀性。5、溶胀性：离子交换剂6、密度树脂的密度，根据含水情况可分为干态密度和湿态密度（简称湿密度），前项指标实用意义不大，所以不常应用;根据树脂层的体积是否包括树脂颗粒之间的空隙，又可分为真密度和视密度。具有实际意义的指标是树脂的湿真密度和湿视密度。离子交换剂7、有效pH的范围强酸、强碱性树脂的活性基团电离能力强，其交换容量基本上与pH无关。弱酸性树脂当水的pH低时不电离或仅部分电离，因而只在碱性溶液中才会有较高的交换能力。弱碱性树脂则相反，只能在酸性溶液中才会有较大的交换能力。离子交换剂8、交换容量离子交换树脂交换能力的大小以交换容量来衡量。交换容量是以可供利用的活性基团的数量多少来表示的。以每g干树脂的摩尔数表示。

离子交换剂8、交换容量所谓可供利用的活性基团的数量，就是在规定条件下能够供给最多交换离子的活性基团数量。①总离子交换容量又称全离子交换容量，是指离子交换树脂内全部可交换的活性基团的数量。②平衡离子交换容量指在一定的外部条件（温度、操作技术等）下，离子交换树脂同一定浓度的溶质离子达到离子交换平衡时所能交换离子的数量。③工作离子交换容量又称实用离子交换容量，是指离子交换装置在正常运转（出水水质等符合要求）期间，交换树脂总体达到的交换容量。离子交换剂9、离子交换树脂的选择性离子交换树脂对水中各种离子的吸附能力不同，其中某些离子很容易吸附而另一些离子却很难吸附。树脂在再生时，有的离子容易被置换下来，而有的离子却很难被置换。离子交换树脂对某种离子能优先吸附的性能称为选择性，它是决定离子交换法处理效率的一个重要因素。离子交换树脂的保存、使用和再生（1）保存：温度：0-40℃，饱和食盐水；（2）使用：水、5%HCl、2-4%NaOH清洗2次，每次4-8小时；新树脂：阳树脂（HCl）、阴树脂（NaOH）转型处理：离子交换树脂的保存、使用和再生（3）离子交换树脂的再生①

再生方法用酸、碱、中性盐、络合剂（焦磷酸钾）洗脱再生①强酸性阳离子交换剂：氢型，用盐酸再生；钠型，用氯化钠再生；②弱酸性阳离子交换剂：氢型，用盐酸再生；钠型，用氢氧化钠再生；③阴离子交换剂：氢氧型，用氢氧化钠再生；钠型，用氯化钠再生；②

再生工艺顺流再生：再生剂流向与交换时水流方向相同；逆流再生：再生剂流向与交换时水流方向相反；离子交换的工艺过程和设备(1)离子交换的工艺过程交换阶段1再生阶段3清洗阶段洗涤残留的再生液和再生时出现的反应产物;4反冲洗阶段松动树脂层，使再生液能均匀渗入层中;冲走破碎粒子和截留的污物;2离子交换的工艺过程和设备(2)离子交换设备离子交装置静态法动态法单床固定床连续床流动床：床内树脂呈流动状态，产水、再生、清洗都是连续进行；多床复床混合床移动床流动床离子交换的工艺过程和设备单床系统示意图二级N