离子交换水处理
影响离子交换的选择性
1、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。 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；稀土元素相反。
离子交换水处理
影响离子交换的选择性
2、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。
离子交换水处理
弱碱性阴离子树脂 这类树脂含有弱碱性基团，如伯胺基(亦称 一级胺基)-NH2、仲胺基(二级胺基)-NHR、或叔 胺基(三级胺基)-NR2，它们在水中能离解出OH －而呈弱碱性。这种树脂的正电基团能与溶液离 子交换树脂中的阴离子吸附结合，从而产生阴离 子交换作用。这种树脂在多数情况下是将溶液中 的整个其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性条 件(如pH1～9)下工作。它可用Na2CO3、NH4OH 进行再生。
一、离子交换操作方式
静态交换
动态交换
静态：操作简单、但是分 批操作，交换不完全
动态：离子交换柱，交换、 洗脱、再生等步骤均在 柱内进行，亦称为离子 交换层析法, 操作连续、 交换完全，适宜多组份 分离
离子交换水处理
树脂预处理
物理处理：水洗、过筛，去杂，以获得粒度均匀
的树脂颗粒；
化学处理：转型
离子交换水处理
引言
水的硬度： 水的硬度最初是指钙、镁离子沉淀
肥皂的能力。水的总硬度指水中钙、 镁离子的总浓度，其中包括碳酸盐 硬度 （即通过加热能以碳酸盐形 式沉淀下来的钙、镁离子，故又叫 暂时硬度）和非碳酸盐硬度（即加 热后不能沉淀下来的那部分钙、镁 离子，又称永久硬度）。
离子交换水处理
软化水 ：
• 活性离子为其它离子统称盐型树脂。
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强酸性阳离子树脂
这类树脂含有大量的强酸性基团，如磺酸基－ SO3H，容易在溶液中离解出H+，故呈强酸性。树脂离 解后，本体所含的负电基团，如SO3－，能吸附结合溶 液中的其他阳离子。这两个离子交换树脂反应使树脂 中的H+与溶液中的阳离子互相交换。强酸性树脂的离 解能力很强，在酸性或碱性溶液中均能离解和产生离 子交换作用。树脂在使用一段时间后，要进行再生处 理，即用化学药品使离子交换反应以相反方向进行， 使树脂的官能基团回复原来状态，以供再次使用。如 上述的阳离子树脂是用强酸进行再生处理，此时树脂 放出被吸附的阳离子，再与H+结合而恢复原来的组成。
离子交换水处理
离子交换树脂的结构-网络骨架
离子交换树脂结构
骨架：接有功能基团，本身是惰性 功能基团：连接在骨架 上，可与 相反离子结合 活性离子：与功能基团所带电荷相 反的可移动的离子 待交换分子：在吸附阶段可与活 性离子交换，与骨架上的功能基 团结合
离子交换水处理
离子交换树脂的分类
按化学功能团分 1.阳树脂，酸性基团，(弱酸性、强酸性) 2.阴树脂，碱性基团， (弱碱性、强碱性) • 活性离子H＋ • 活性离子OH－ 氢型阳树脂； 羟型阴树脂；
软化水是指经软化处理后的水，即 除去了部分或全部钙、镁离子的水。 水的硬度主要由其中的阳离子：钙 (Ｃa2+）、镁(Mg2+）离子构成。 当 含有硬度的原水通过交换器的树脂 层时，水中的钙、镁离子被树脂吸 附，同时释放出钠离子，这样交换 器内流出的水就是去掉了硬度离子 的软化水。
离子交换水处理
离子交换在水处理中的应用 水处理领域离子交换树脂的需求量很 大，约占离子交换树脂产量的90%，用于水 中的各种阴阳离子的去除。目前，离子交 换树脂的最大消耗量是用在火力发电厂的 纯水处理上。
离子交换水处理
强碱性阴离子树脂 这类树脂含有强碱性基团，如季胺基(亦称 四级胺基)－NR3OH(R为碳氢基团)，能在水中离 解出OH－而呈强碱性。这种树脂的正电基团能 与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交 换作用。这种树脂的离解性很强，在不同pH下 都能正常工作。它用强碱(如NaOH)进行再生。
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再生方式
1、 顺流再生 优点： 工艺简单； 操作方便、可靠。 缺点： 有重复交换现象， 再生剂用量高； 工作交换容量低。
进水 再生剂（A）
B
A A B
再生液
出水
顺流再生
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再生方式
2、逆顺流再生 优点： 避免重复交换；再生剂用量 少； 树脂底层再生干净，工作交 换容量较高。 缺点： 设备较复杂； 要求控制技术高。
需要过量 再生容易，可用 的强碱 碳酸钠或氨 快 慢(除非离子化后)
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树脂的特性
(一) 外观
形状：透明或半透明的球状珠体。 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40%～69%。 与树脂的胶联度有关，交联度低，空隙率高， 含水率高。
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离子交换水处理 阳离子交换树脂 强酸性 磺酸 无 稳定 需过量的 强酸 快 弱酸性 羧酸 在酸性中交 换能力很小 洗涤要水解 阴离子交换树脂 强碱性 季氨 无 稳定 弱碱性 胺 在碱性溶液中交 换能力很小 洗涤时要水解
性能 活性基团 pH对交换能力 的影响 盐的稳定性
再生
交换速度
很容易
慢(除非离 子化后)
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弱酸性阳离子树脂 这类树脂含弱酸性基团，如羧基－COOH， 能在水中离解出H+ 而呈酸性。树脂离解后余下 的负电基团，如R-COO－(R为碳氢基团)，能与 溶液中的其他阳离子吸附结合，从而产生阳离子 交换作用。这种树脂的酸性即离解性较弱，在低 pH下难以离解和进行离子交换，只能在碱性、 中性或微酸性溶液中(如pH5～14)起作用。这类 树脂亦是用酸进行再生(比强酸性树脂较易再生)。
离子交换工艺及设备 工艺流程及操作过程
工艺流程
废水Βιβλιοθήκη 预处理交换离子去除阳离子、 阴离子
排放
去除影响交换的杂质: 悬浮物、油类、胶体 吸附、过滤
运行过程
交换 反洗 再生
正洗
离 子 交 换 工 艺 及 设 备
离 子 交 换 工 艺 及 设 备
离 子 交 换 工 艺 及 设 备
离子交换水处理
钠离子交换树脂的再生： 当树脂吸附钙、镁离子达到一定的饱 和度后，出水的硬度增大，此时软水器会 按照预定的程序自动进行失效树脂的再生 工作，利用较高浓度的氯化钠溶液(盐水) 通过树脂，使失效的树脂重新恢复至钠型 树脂。
离子交换水处理
离子交换基本原理 离子交换是指借助于固体离子交换剂 中的离子与稀溶液中的离子进行交换,以达 到提取或去除溶液中某些离子的目的,是一 种属于传质分离过程的单元操作。离子交 换是可逆的等当量交换反应。
离子交换水处理
离子交换基本原理 钙的去除 CaCO3+2Na-R=Ca-R+Na2CO3 Ca(HCO3)2+2Na-R=Ca-R+2NaHCO3 镁的去除： MgCO3+2Na-R=Mg-R+Na2CO3 Mg(HCO3)2+2Na-R=Mg-R+2NaHCO3
再生液
B A
再生剂（A）
逆流再生
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蒸 汽 锅 炉
离子交换水处理
水质不良将对锅炉产生严重的危害： 水质不良锅炉将形成水垢，由于水垢的导 热系数比钢铁的导热系数小得多，导致锅炉传 热不良，降低了锅炉的热效率，同时也使得锅 炉受热面壁温升高，受热面金属过热，金属强 度下降，致使管壁鼓包或出现裂缝，以至爆管。 此外，水质不良还会使锅炉金属腐蚀，还会导 致所产生的蒸汽品质恶化。
阳离子树脂 酸—碱—酸
阴离子树脂 碱—酸—碱
最后以去离子水或缓冲液平衡
离子交换水处理
离子交换吸附条件的选择
1、料液浓度
Z1Z2(高价离子取代低价离子)： 料液浓度Co↓ 稀 Z1Z2(低价离子取代高价离子)： 料液浓度Co↑ 浓
2、流速(柱操作)：
流速太快后果 吸附时：交换液来不及达平衡就往下流， 交换带变宽，漏出点提早，柱效率下降。
树脂的特性
(三) 密度 干真密度：干燥状态下，树脂材料本身具有的密度。 湿真密度：在水中充分溶胀后湿树脂本身的密度。 表观密度：树脂在水中充分溶胀后的堆积密度(视密 度) 。 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7%~10%。 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，交换量越小。 在水中浸泡，形变小，较稳定。
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离子交换树脂 离子交换树脂是带有官能团 (有交换离子的 活性基团)、具有网状结构、不溶性的高分 子化合物。通常是球形颗粒物。
离子交换水处理
钠 离 子 交 换 树 脂
离子交换水处理
离子交换树脂的结构
其结构由三部分组成： 1.不溶性的三维空间网状结构构成的树脂骨架， 使树脂具有化学稳定性和机械强度； 2.是与骨架相联的功能基团； 3.是与功能基团带相反电荷的可移动的离子，称 为活性离子，它在树脂骨架中的进进出出，就发 生离子交换现象。