水污染控制技术(二版)4.3-离子交换课件

4.3 离子交换技术4.3 离子交换技术14.3.1 4.3.1 离子交换树脂离子交换树脂(ion exchange resin)(ion exchange resin)4.3.1.1 4.3.1.1 离子交换树脂的结构离子交换树脂的结构（1 1）高分子骨架）高分子骨架 由交联的高分子聚合物组成，如交联由交联的高分子聚合物组成，如交联的聚苯乙烯、聚丙烯酸等。的聚苯乙烯、聚丙烯酸等。（2 2）离子交换基团）离子交换基团 连在高分子骨架上带有可交换离子连在高分子骨架上带有可交换离子的离子型官能团（的离子型官能团（-SO-SO3 3H H+是交换基团，其中是交换基团，其中H H+是可交是可交换离子）。换离子）。（3 3）孔）孔 在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔（凝胶孔）和高分子之间的孔（毛细孔）子结构中的孔（凝胶孔）和高分子之间的孔（毛细孔）4.3.1 离子交换树脂(ion exchange res2水污染控制技术(二版)43 根据交换树脂活性基团的酸碱性及其强弱，分为根据交换树脂活性基团的酸碱性及其强弱，分为交换树脂交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氢型氢型钠型钠型氯型氯型氢氧型氢氧型盐型盐型（1）按交换基团的性质分类）按交换基团的性质分类交换树脂交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强酸型阳离子交换树脂强酸型阳离子交换树脂 RSO3H弱酸型阳离子交换树脂弱酸型阳离子交换树脂 RCOOH强碱型阴离子交换树脂强碱型阴离子交换树脂 RNOH弱碱型阴离子交换树脂弱碱型阴离子交换树脂RNHOHRNH2OHRNH3OH4.3.1.2 4.3.1.2 离子交换树脂的分类离子交换树脂的分类 根据交换树脂活性基团的酸碱性及其强弱，分为交换4凝胶型凝胶型:孔径孔径1 12nm2nm，只能交换直径很小的离子，易，只能交换直径很小的离子，易 受污染。交换能力强。受污染。交换能力强。大孔型大孔型:孔径孔径2020100nm100nm，可交换直径较大的分子。交换能，可交换直径较大的分子。交换能力较弱，不易受污染。力较弱，不易受污染。（2 2）按离子交换树脂的孔型分类）按离子交换树脂的孔型分类均孔型均孔型:不易受污染。不易受污染。超凝胶均粒型超凝胶均粒型:。凝胶型:孔径12nm，只能交换直径很小的离子，易 受污染。54.3.1.3 4.3.1.3 4.3.1.3 4.3.1.3 离子交换树脂产品的型号离子交换树脂产品的型号离子交换树脂产品的型号离子交换树脂产品的型号分类代号分类代号交联度数值交联度数值联接符号联接符号顺序号顺序号骨架代号凝胶型离子交换树脂型号凝胶型离子交换树脂型号D骨架代号骨架代号顺序号顺序号骨架代号骨架代号分类代号分类代号大孔型符号大孔型符号大孔型离子交换树脂型号大孔型离子交换树脂型号分类代号分类代号代号代号分类名称分类名称代号代号分类名称分类名称1 0123强酸性弱酸性强碱性弱碱性456螯合性两性氧化还原性骨架代号骨架代号代号代号骨架名称骨架名称分类名称代号代号骨架名称骨架名称1230456苯乙烯系丙烯酸系酚醛系环氧系乙烯吡啶系氯乙烯系脲醛系4.3.1.3 离子交换树脂产品的型号分类代号交联度数值联6例如例如:0010017:7:凝胶型强酸性苯乙烯系阳离子交换脂，交联度为凝胶型强酸性苯乙烯系阳离子交换脂，交联度为7%;7%;D111:D111:大孔型弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂。大孔型弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂。目前，应用于工业锅炉水处理的离子交换树脂，绝大多数是目前，应用于工业锅炉水处理的离子交换树脂，绝大多数是苯乙烯与二乙烯苯的共聚体，或丙烯酸与二乙烯苯的共聚体。苯乙烯与二乙烯苯的共聚体，或丙烯酸与二乙烯苯的共聚体。水污染控制技术(二版)47 1.1.离子交换树脂的组成离子交换树脂的组成(1)(1)单体单体 能聚合成高分子化合物的低分子有机物能聚合成高分子化合物的低分子有机物,是离子交是离子交换树脂的主要成分换树脂的主要成分,所以也称为母体。所以也称为母体。例如例如:苯乙烯苯乙烯甲基丙烯酸甲基丙烯酸4.3.1.4 4.3.1.4 离子交换树脂的合成离子交换树脂的合成 1.离子交换树脂的组成苯乙烯甲基丙烯酸4.3.8(2)(2)交联剂交联剂 能在线性结构分子能在线性结构分子缩聚时起架桥作用缩聚时起架桥作用,而使其分子而使其分子中的基团相互键合成不溶性的中的基团相互键合成不溶性的网状体结构的物质。网状体结构的物质。例如：例如：二乙烯苯二乙烯苯，其结构式为，其结构式为:交联剂在离子交换树脂中的百分含量交联剂在离子交换树脂中的百分含量,称为交联度。即称为交联度。即:(2)交联剂 能在线性结构分子缩聚时起架桥作用,而使其分子9(3)交换基团交换基团 联接在单体上的具有活性离子的基团。可联接在单体上的具有活性离子的基团。可以由有离解能力的低分子以由有离解能力的低分子(如硫酸如硫酸H H2 2SOSO4 4、有机胺、有机胺N(CHN(CH3 3)3 3等等)通过化学反应引接到树脂内通过化学反应引接到树脂内,也可以是带有也可以是带有离解基团的单体离解基团的单体(如甲基丙烯酸如甲基丙烯酸)。(3)交换基团 联接在单体上的具有活性离子的基团。可以由有离10 2 2、制备离子交换树脂的方法：、制备离子交换树脂的方法：（1 1）先聚合单体有机物，然后在聚合物上接入活性基团。）先聚合单体有机物，然后在聚合物上接入活性基团。2、制备离子交换树脂的方法：11 磺酸型阳离子交换树脂磺酸型阳离子交换树脂将白球氯甲基化和将白球氯甲基化和胺化，得到阴离子胺化，得到阴离子交换树脂。交换树脂。将白球用硫酸磺将白球用硫酸磺化，得到阴离子化，得到阴离子交换树脂。交换树脂。磺酸型阳离子交换树脂将白球氯甲基化和胺化，得到12 该法制备的树脂质量均匀。如甲基丙烯酸和二乙烯苯共聚该法制备的树脂质量均匀。如甲基丙烯酸和二乙烯苯共聚而成羧酸型弱酸性阳树脂。而成羧酸型弱酸性阳树脂。（2 2 2 2）直接聚合有机电解质）直接聚合有机电解质）直接聚合有机电解质）直接聚合有机电解质 该法制备的树脂质量均匀。如甲基丙烯酸和二乙烯133 3、离子交换树脂的书写方法：、离子交换树脂的书写方法：骨架和固定离子用R 表示，酸性树脂 RH，碱性树脂 ROH；为区分强弱，需写出固定离子如：RSO3H，RCOOH；RNOH，RNHOH，RNH2OH ，RNH3OH3、离子交换树脂的书写方法：骨架和固定离子用R 表示，酸性树144.3.2 4.3.2 4.3.2 4.3.2 离子交换树脂的性能离子交换树脂的性能离子交换树脂的性能离子交换树脂的性能4.3.2.1 4.3.2.1 物理性能物理性能(l(l）颜色）颜色 苯乙烯系均呈黄色，其他有赤褐色、黑色等。一苯乙烯系均呈黄色，其他有赤褐色、黑色等。一般交联剂多的，原料中杂质多的，其制出的树脂颜色就般交联剂多的，原料中杂质多的，其制出的树脂颜色就深些。深些。凝胶型：透明或半透明；大孔型树脂：不透明状。凝胶型：透明或半透明；大孔型树脂：不透明状。(2)(2)形状形状 球形，圆球率球形，圆球率90%90%。对水处理而言，树脂的圆球率愈高愈好，这样的树脂对水处理而言，树脂的圆球率愈高愈好，这样的树脂通水性好通水性好,即水流阻力小即水流阻力小,且球形树脂在一定容积内装载且球形树脂在一定容积内装载量最大。量最大。4.3.2 离子交换树脂的性能4.3.2.1 物理性能15(3(3）粒度）粒度 有效粒径、均一系数、粒径范围。有效粒径、均一系数、粒径范围。有效粒径（有效粒径（d d9090）：）：90%90%的树脂体积未能通过的筛孔孔径；的树脂体积未能通过的筛孔孔径；均一系数（均一系数（k k9090）：k k9090=d=d4040/d/d9090 （1.41.41.61.6）粒径范围粒径范围:0.315 :0.315 1.250mm 1.250mm(3）粒度 有效粒径、均一系数、粒径范围。16 （4 4）密度：）密度：（a a）湿真密度）湿真密度 在水中充分溶胀后的真密度（不包括颗粒孔在水中充分溶胀后的真密度（不包括颗粒孔隙体积）。隙体积）。湿真密度湿真密度=湿树脂质量湿树脂质量/湿树脂颗粒体积（湿树脂颗粒体积（g/mLg/mL）其值一般为其值一般为1.041.041.30g/mL1.30g/mL。一般阳树脂一般阳树脂阴树脂，强型的阴树脂，强型的弱型的。对交换器反洗强度的弱型的。对交换器反洗强度的确定、混合床树脂的选择等具有重要意义。确定、混合床树脂的选择等具有重要意义。（b b）湿视密度）湿视密度 在水中溶胀后的堆积密度。在水中溶胀后的堆积密度。湿视密度湿视密度=湿树脂质量湿树脂质量/湿树脂堆积体积（湿树脂堆积体积（g/mLg/mL）此值一般为此值一般为0.600.600.85g/mL0.85g/mL。在设计交换器时，用它来计算树。在设计交换器时，用它来计算树脂的用量。脂的用量。（4）密度：17 （5）含水率含水率 含水率含水率=溶胀水重溶胀水重/（干树脂重（干树脂重+溶胀水重）溶胀水重）其值一般在其值一般在50%50%左右左右.在贮存树脂时在贮存树脂时,冬季应注意防冻冬季应注意防冻.（6 6）溶胀性）溶胀性 树脂的交联度越大，其溶胀率越大；树脂的交联度越大，其溶胀率越大；活性基团越易离解，其溶胀率越大；活性基团越易离解，其溶胀率越大；交换容量越大，其溶胀率越大；交换容量越大，其溶胀率越大；溶液浓度，溶液中离子浓度越大，其溶胀率越小；溶液浓度，溶液中离子浓度越大，其溶胀率越小；可交换离子价数越高，其溶胀率越小。可交换离子价数越高，其溶胀率越小。溶胀率溶胀率=溶胀前后体积差溶胀前后体积差/溶胀前体积溶胀前体积 （5）含水率 含水率=溶胀水重/（干树18 对同价离子，对强型树脂，其溶胀率大小顺序为：对同价离子，对强型树脂，其溶胀率大小顺序为：H H+NaNa+NH NH4 4+K K+Ag Ag+OHOH-HCO HCO3 3-CO CO3 32-2-SO SO4 42-2-Cl Cl-在树脂使用和转型时常伴随体积变化，即胀缩现象。在树脂使用和转型时常伴随体积变化，即胀缩现象。（7 7）机械强度）机械强度 树脂在使用中由于受到冲击、碰撞、摩擦树脂在使用中由于受到冲击、碰撞、摩擦以及胀缩作用，会发生破碎。以及胀缩作用，会发生破碎。树脂的机械强度应保证每年损耗量不超过树脂的机械强度应保证每年损耗量不超过3%3%7%7%。交联度。交联度越大，溶胀率越小，机械强度越高。越大，溶胀率越小，机械强度越高。（8 8）耐热性）耐热性 5 5 40 40 对同价离子，对强型树脂，其溶胀率大小顺序为：191.1.交换反应的可逆性交换反应的可逆性例：例：交换反应为交换反应为:2RNa+Ca 2RNa+Ca2+2+R R2 2Ca+2NaCa+2Na+再生反应为再生反应为:R R2 2Ca+2NaCa+2Na+2RNa+Ca 2RNa+Ca2+2+4.3.2.2 4.3.2.2 化学性能化学性能2RNa+Ca2+R2Ca+2Na+1.交换反应的可逆性4.3.2.2 化学性能2RNa+20R-SO3H，R-COOH2.2.酸碱性和中性盐的分解能力酸碱性和中性盐的分解能力 树脂类型树脂类型有效有效pH范围范围强酸性阳离强酸性阳离子交换树脂子交换树脂弱酸性阳离弱酸性阳离子交换树脂子交换树脂强碱性阴离强碱性阴离子交换树脂子交换树脂弱碱性阴离弱碱性阴离子交换树脂子交换树脂11451411207RNOH，RNHOH，RNH2OH ，RNH3OHRNOH+NaClRNCl+NaOHR-SO3H+NaClR-SO3Na+HClR-COOH+NaClR-COONa+HClRNH3OH+NaClRNH3Cl+NaOH中性盐中性盐的分解的分解能力能力R-SO3H，R-COOH2.酸碱性和中性盐的分解能力 树脂21 3.3.选择性选择性 在常温和稀溶液中，选择性大小遵循下列规律：在常温和稀溶液中，选择性大小遵循下列规律：离子价数越高，选择性越好。离子价数越高，选择性越好。原子序数越大，选择性越好。原子序数越大，选择性越好。强酸性强酸性 Fe Fe3+3+AlAl3+3+CaCa2+2+MgMg2+2+NaNa+H H+LiLi+弱酸性弱酸性 H H+FeFe3+3+AlAl3+3+CaCa2+2+Mg Mg2+2+NaNa+LiLi+强碱性强碱性 SOSO4 42-2-NONO3 3-ClCl-OHOH-F F-HCOHCO3 3-HSiOHSiO3 3-弱碱性弱碱性 OH OH-SOSO4 42-2-NONO3 3-ClCl-F F-HCOHCO3 3-弱碱性阴树脂弱碱性阴树脂对对HSiOHSiO3 3-几乎不交换几乎不交换 3.选择性 在常温和稀溶液中，选择性大小遵循下列规律：22 4.4.交换容量交换容量 定量表示树脂的交换容量定量表示树脂的交换容量体积表示法体积表示法E EV V：mmol/mLmmol/mL湿树脂湿树脂重量表示法重量表示法E EW W：mmol/gmmol/g干树脂干树脂总交换容量：活性基团的总数。总交换容量：活性基团的总数。=184.211/184.21=5.43mmol/g5.43mmol/g(1-7%)=5.05mmol/g工业品Et 4.5.mmol/g 4.交换容量 定量表示树脂的交换容量总交换容量23工作交换容量：树脂在给定的工作条件下实际所发挥的交工作交换容量：树脂在给定的工作条件下实际所发挥的交换能力。一般是总交换容量的换能力。一般是总交换容量的60%60%70%70%。5.5.化学稳定性化学稳定性 物理、化学、生物物理、化学、生物 一般情况下：阳树脂好于阴树脂、强酸性好于弱酸性、强一般情况下：阳树脂好于阴树脂、强酸性好于弱酸性、强碱碱型好于型好于型，型，H H和和HOHO型比盐型易氧化。型比盐型易氧化。6.6.耐辐射性耐辐射性 工作交换容量：树脂在给定的工作条件下实际所发挥的交换能力。一244.3.3.4.3.3.1 1离子交换柱工作时的离子交换过程离子交换柱工作时的离子交换过程4.3.3 4.3.3 离子交换过程离子交换过程1.RNa1.RNa与水中与水中CaCa2+2+的交换的交换4.3.3.1离子交换柱工作时的离子交换过程4.3.3 离25 2.RH2.RH与水中与水中CaCa2+2+、MgMg2+2+、NaNa+的交换的交换 2.RH与水中Ca2+、Mg2+、Na+的交264.3.4.1 树脂的保管树脂的保管1保持树脂的水分保持树脂的水分 保持包装密封和完整，保持包装密封和完整，最最好好直直接接贮贮存存在在充充满满10 NaCI 溶溶液液中中并并防防腐腐完完好好的的交交换换器器内内，避避免免树树脂脂因因反反复复风风干干、湿湿润润，造造成成树树脂脂反复收缩、膨胀而导致强度降低。反复收缩、膨胀而导致强度降低。4.3.4 4.3.4 离子交换树脂的应用常识离子交换树脂的应用常识2.2.防止树脂劣化防止树脂劣化防止树脂劣化防止树脂劣化 避避免免和和铁铁容容器器、强强氧氧化化剂剂、油油类类和和有有机机溶溶剂剂接接触触，以以 防止树脂被污染或被氧化降解防止树脂被污染或被氧化降解,而造成树脂劣化。而造成树脂劣化。4.3.4.1 树脂的保管4.3.4 离子交换树脂的应用273 3防止受热和受冻防止受热和受冻 5 520 20 低低温温条条件件下下运运输输和和保保管管树树脂脂，可可以以将将树树脂脂放放在在相相应应浓浓度的食盐水中度的食盐水中(食盐浓度与冰点的关系下表食盐浓度与冰点的关系下表)。食盐溶液浓度食盐溶液浓度,%(wt)冰冻点冰冻点,食盐溶液浓度食盐溶液浓度,%(wt)冰冻点冰冻点,-3.05-4.38-5.08-6.56-8.18-10.89-16.46-21.137581023.32015123防止受热和受冻食盐溶液浓度,%(wt)冰冻点,食盐溶28新树脂清水反洗至排水清澈2%NaOH浸泡48小时5%HCL浸泡48小时清洗至排水呈中性清洗至排水呈中性5%HCL浸泡48小时2%NaOH浸泡48小时清洗至排水呈中性清洗至排水呈中性备用备用阳树脂阴树脂4.3.4.2 4.3.4.2 新树脂使用前的预处理新树脂使用前的预处理新树脂清水反洗至排水清澈2%NaOH浸泡48小时5%HCL294.3.5 4.3.5 水的离子交换处理水的离子交换处理4.3.5.1 4.3.5.1 离子交换处理方法概述离子交换处理方法概述4.3.5.14.3.5.1.1.1离子交换反应离子交换反应失效态树脂可用失效态树脂可用NaCINaCI再生，反应为：再生，反应为：1.1.钠离子交换钠离子交换4.3.5 水的离子交换处理4.3.5.1 离子交换处理方302.2.氢离子交换氢离子交换2.氢离子交换31水污染控制技术(二版)4323.3.氢氧离子交换氢氧离子交换3.氢氧离子交换33离子交换装置的操作分动态法和静态法两种离子交换装置的操作分动态法和静态法两种离子交换装置离子交换装置动态动态静态静态固定床固定床连续床连续床单床单床 多床多床复床复床混床混床移动床移动床流动床流动床单床单床 多床多床 压力式压力式 重力式重力式4.3.5.14.3.5.1.2.2 离子交换装置离子交换装置离子交换装置的操作分动态法和静态法两种离子交换装置动态静态固34水污染控制技术(二版)4351.1.交换交换:原水通过树脂层，运行制水原水通过树脂层，运行制水2.2.反洗反洗:当树脂使用到终点时，自下而上逆流通水进行反当树脂使用到终点时，自下而上逆流通水进行反洗，除去杂质，松动树脂洗，除去杂质，松动树脂3.3.再生再生:自上而下自上而下(顺流顺流)或自下而上或自下而上(逆流逆流)通入再生剂通入再生剂进行再生，使树脂恢换能力进行再生，使树脂恢换能力4.4.正洗正洗(逆洗逆洗):):自上而下自上而下(或自下而上或自下而上)通入清水进行淋通入清水进行淋洗，洗去树脂层中夹带剩余的再生剂，之后即可进入洗，洗去树脂层中夹带剩余的再生剂，之后即可进入下一循环工序。下一循环工序。4.3.5.14.3.5.1.3.3 离子交换装置运行的基本步骤离子交换装置运行的基本步骤1.交换:原水通过树脂层，运行制水4.3.5.1.3 离子交364.3.5.14.3.5.1.4.4 树脂的再生树脂的再生逆流再生：制水时水流向下，再生时再生液向上；逆流再生：制水时水流向下，再生时再生液向上；浮动床：制水时水流向上，再生时再生液向下；浮动床：制水时水流向上，再生时再生液向下；分流再生：下部床层为对流再生，上部床层为顺流再生；分流再生：下部床层为对流再生，上部床层为顺流再生；1.1.再生方式：再生方式：4.3.5.1.4 树脂的再生逆流再生：制水时水流向下，再生374.4.14.4.1.4.4 离子交换装置运行的基本步骤离子交换装置运行的基本步骤4.4.1.4 离子交换装置运行的基本步骤382.2.2.2.再生剂再生剂再生剂再生剂1 1 1 1）价格高）价格高）价格高）价格高2 2 2 2）再生效果好）再生效果好）再生效果好）再生效果好3 3 3 3）腐蚀性强，对防腐要求高）腐蚀性强，对防腐要求高）腐蚀性强，对防腐要求高）腐蚀性强，对防腐要求高4 4 4 4）具有挥发性，运输和贮存）具有挥发性，运输和贮存）具有挥发性，运输和贮存）具有挥发性，运输和贮存比较困难比较困难比较困难比较困难5 5 5 5）浓度低，体积大，贮存）浓度低，体积大，贮存）浓度低，体积大，贮存）浓度低，体积大，贮存设备大设备大设备大设备大盐酸与硫酸作再生剂的比较盐酸与硫酸作再生剂的比较盐酸与硫酸作再生剂的比较盐酸与硫酸作再生剂的比较盐酸盐酸盐酸盐酸硫酸硫酸硫酸硫酸1 1 1 1）价格便宜）价格便宜）价格便宜）价格便宜2 2 2 2）再生效果差，有生成硫酸钙）再生效果差，有生成硫酸钙）再生效果差，有生成硫酸钙）再生效果差，有生成硫酸钙的可能，用于对流再生较困难的可能，用于对流再生较困难的可能，用于对流再生较困难的可能，用于对流再生较困难3 3 3 3）较易于采取防腐蚀性措施）较易于采取防腐蚀性措施）较易于采取防腐蚀性措施）较易于采取防腐蚀性措施4 4 4 4）不能清除树脂的铁污染，需）不能清除树脂的铁污染，需）不能清除树脂的铁污染，需）不能清除树脂的铁污染，需定期用盐酸清洗树脂定期用盐酸清洗树脂定期用盐酸清洗树脂定期用盐酸清洗树脂5 5 5 5）浓度高，体积小，贮存）浓度高，体积小，贮存）浓度高，体积小，贮存）浓度高，体积小，贮存设备小设备小设备小设备小1)种类种类2.再生剂1）价格高2）再生效果好3）腐蚀性强，对防腐要392)2)2)2)再生剂纯度再生剂纯度再生剂纯度再生剂纯度 对树脂再生效果、出水水质有影响的杂质含量。对树脂再生效果、出水水质有影响的杂质含量。对树脂再生效果、出水水质有影响的杂质含量。对树脂再生效果、出水水质有影响的杂质含量。盐酸盐酸盐酸盐酸 GB320-93 GB320-93 GB320-93 GB320-93主要考虑铁、游离氯的含量；主要考虑铁、游离氯的含量；主要考虑铁、游离氯的含量；主要考虑铁、游离氯的含量；固体氢氧化钠固体氢氧化钠固体氢氧化钠固体氢氧化钠 GB209-93 GB209-93 GB209-93 GB209-93液体氢氧化钠液体氢氧化钠液体氢氧化钠液体氢氧化钠 GB209-93 GB209-93 GB209-93 GB209-93主要考虑氯化钠含量；主要考虑氯化钠含量；主要考虑氯化钠含量；主要考虑氯化钠含量；2)再生剂纯度 对树脂再生效果、出水水质有影响的杂质含量403 3 3 3）再生剂用量）再生剂用量）再生剂用量）再生剂用量再生水平再生水平 再生再生1 m3树脂所用酸、碱树脂所用酸、碱(工业品或纯的工业品或纯的)质质量，量，kgm3树脂表示。树脂表示。比耗比耗 指恢复树脂，指恢复树脂，molmol的交换能力所需再生剂的摩尔数即的交换能力所需再生剂的摩尔数即理论值的倍数。理论值的倍数。单耗单耗 指恢复树脂指恢复树脂1mol1mol的交换能力所消耗的纯再生剂的克数。的交换能力所消耗的纯再生剂的克数。gmolmol单耗、比耗或再生水平单耗、比耗或再生水平3）再生剂用量再生水平 再生1 m3树脂所用酸、碱(工业品41强酸性阳树脂强酸性阳树脂HCl 1.5H2SO4 1.7 强碱性阴树脂强碱性阴树脂弱酸性阳树脂弱酸性阳树脂弱碱性阴树脂弱碱性阴树脂HCl 1.9 2.2H2SO4 2 3.1顺流顺流逆流逆流 混合床混合床342.531.6451.051.11.051.11.21.2推荐的再生剂用量（比耗）推荐的再生剂用量（比耗）强酸性阳树脂HCl 1.5 强碱性阴树脂弱酸423.3.3.3.再生条件再生条件再生条件再生条件1 1 1 1）再生液浓度）再生液浓度）再生液浓度）再生液浓度再生方式再生方式再生方式再生方式再生剂品种顺流再生液浓度/%对流再生液浓度/%食盐51035强酸阳离子交换树脂强酸阳离子交换树脂钠型钠型氢型氢型强碱阴强碱阴离子交离子交换树脂换树脂盐酸341.53氢氧化钠 23 13混合床混合床强酸树脂强酸树脂 强碱树脂强碱树脂盐酸 5氢氧化钠 4推荐的再生液浓度推荐的再生液浓度推荐的再生液浓度推荐的再生液浓度3.再生条件1）再生液浓度再生方式再生剂品种食盐强酸阳离子交43再生步骤再生步骤 再生剂用量（占总量的）再生剂用量（占总量的）浓度浓度/%流速流速/m/h1231/31/31/31.02.04.04.06.08.0 105 74 6硫酸三步再生法硫酸三步再生法2 2 2 2）再生液流速）再生液流速）再生液流速）再生液流速48 m/h 48 m/h 48 m/h 48 m/h 3 3 3 3）再生液温度）再生液温度）再生液温度）再生液温度盐酸盐酸盐酸盐酸40404040，强碱，强碱，强碱，强碱型型型型40 40 40 40，强碱，强碱，强碱，强碱型型型型353 353 353 353 再生步骤再生剂用量（占总量的）浓度/%流速/m/444.3.5.2 4.3.5.2 水的阳离子交换处理水的阳离子交换处理4.3.5.4.3.5.2.1 2.1 钠离子交换法钠离子交换法该系统的缺点该系统的缺点:不能除去水的碱度不能除去水的碱度运行终点判断：漏硬运行终点判断：漏硬能满足低压锅炉对补给水的要求能满足低压锅炉对补给水的要求4.3.5.2 水的阳离子交换处理4.3.5.2.1 钠离子454.3.5.2.24.3.5.2.2 强酸性氢型阳树脂的离子交换强酸性氢型阳树脂的离子交换对水中钙、镁的重碳酸盐：对水中钙、镁的重碳酸盐：对水中非碳酸盐硬度：对水中非碳酸盐硬度：当水中有过剩碱度时：当水中有过剩碱度时：4.3.5.2.2 强酸性氢型阳树脂的离子交换对水中钙、镁的46与水中中性盐的交换反应：与水中中性盐的交换反应：与水中硅酸盐的交换反应：与水中硅酸盐的交换反应：与水中中性盐的交换反应：与水中硅酸盐的交换反应：474.3.5.2.3 4.3.5.2.3 弱酸性阳树脂的离子交换弱酸性阳树脂的离子交换 丙烯酸系弱酸性阳树脂的交换特征丙烯酸系弱酸性阳树脂的交换特征:1)Ca(HCO1)Ca(HCO3 3)2 2、Mg(HCOMg(HCO3 3)2 2 NaHCONaHCO3 3 CaClCaCl2 2、MgClMgCl2 2 NaCl NaCl、NaNa2 2SOSO4 4 ；45:15:2.5:1 45:15:2.5:12)2)当水中有非碳酸盐硬度时，当水中有非碳酸盐硬度时，A A出出=1/10A=1/10A进进为运行终点为运行终点 当水中有过剩碱度时，当水中有过剩碱度时，H H出出=1/10H=1/10H进进为运行终点为运行终点3)3)工作交换容量高。工作交换容量高。4)4)易再生。易再生。4.3.5.2.3 弱酸性阳树脂的离子交换 丙烯酸系弱酸性48水污染控制技术(二版)4494.3.5.2.4 H-Na4.3.5.2.4 H-Na离子交换软化除碱离子交换软化除碱1.1.采用强酸性采用强酸性H H离子交换树脂的离子交换树脂的H-NaH-Na离子交换离子交换4.3.5.2.4 H-Na离子交换软化除碱1.采用强酸性50NaHCONaHCO3 3+H+H2 2SOSO4 4 NaNa2 2SOSO4 4+CO+CO2 2+H+H2 2O ONaHCONaHCO3 3+HCl+HCl NaClNaCl +CO+CO2 2+H+H2 2O O设设:X:X未经未经H H型交换器的水量占总水量的百分数型交换器的水量占总水量的百分数(%),A(%),A进进水碱度水碱度mmol/Lmmol/L，C C进水中强酸阴离子的总浓度进水中强酸阴离子的总浓度mmol/Lmmol/L，AcAc中和后水的残留碱度中和后水的残留碱度mmol/Lmmol/L，（1 1）H型交换器型交换器运行到有运行到有NaNa+穿透现象为终点时，则穿透现象为终点时，则X X可按下式估算：可按下式估算：NaHCO3+H2SO4 Na2SO4+CO2 51（2 2）H型交换器型交换器运行到有硬度穿透现象为终点时，则运行到有硬度穿透现象为终点时，则X X可按下式估算：可按下式估算：设设:H:HF F 进水中非碳酸盐硬度进水中非碳酸盐硬度mmol/Lmmol/L，H H进水中的总硬度进水中的总硬度mmol/Lmmol/L，（2）H型交换器运行到有硬度穿透现象为终点时，则X可按下式522.2.采用弱酸性采用弱酸性H H离子交换树脂的离子交换树脂的H-NaH-Na离子交换离子交换特点：前面除碳硬，后面除非碳硬特点：前面除碳硬，后面除非碳硬 经济、适用经济、适用2.采用弱酸性H离子交换树脂的H-Na离子交换特点：前面除碳53树脂的污染：中毒、复苏树脂的污染：中毒、复苏中毒：中毒：树脂的结构无变化、但是树脂内部的交换孔道被杂质树脂的结构无变化、但是树脂内部的交换孔道被杂质堵塞或表面被覆盖，致使树脂的工作交换容量和再生交换容堵塞或表面被覆盖，致使树脂的工作交换容量和再生交换容量明显降低，这种现象又称为树脂的中毒，这种污染是量明显降低，这种现象又称为树脂的中毒，这种污染是可以可以逆转逆转的污染，即通过适当的处理可以恢复树脂的交换能力，的污染，即通过适当的处理可以恢复树脂的交换能力，这种处理称为树脂的这种处理称为树脂的复苏复苏；老化老化：树脂的结构遭到破坏交换基团降解或交联剂断裂，：树脂的结构遭到破坏交换基团降解或交联剂断裂，树脂的这种污染无法进行复苏是一种树脂的这种污染无法进行复苏是一种不可逆转不可逆转的污染，所的污染，所以又称为老化。以又称为老化。4.3.5.4.3.5.4.3.5.4.3.5.2.5 2.5 2.5 2.5 离子交换树脂的污染和复苏离子交换树脂的污染和复苏离子交换树脂的污染和复苏离子交换树脂的污染和复苏树脂的污染：中毒、复苏4.3.5.2.5 离子交换树脂的污染541 1）铁的污染）铁的污染(1)(1)污染的原因：污染的原因：铁污染一般有两种情况：铁污染一般有两种情况：最最常常见见的的是是以以胶胶态态或或悬悬浮浮铁铁化化物物形形式式进进入入交交换换器器，由由于于树树脂脂的的吸吸附附作作用用，在在其其表表面面形形成成一一层层铁铁化化物物的的覆覆盖盖层层，而而阻阻止水中的离子和树脂进行有效的接触；止水中的离子和树脂进行有效的接触；另另一一种种是是亚亚铁铁离离子子进进入入交交换换器器，与与树树脂脂进进行行交交换换反反应应，FeFe2+2+容容易易被被氧氧化化成成高高价价铁铁的的化化合合物物，沉沉积积在在树树脂脂内内部部，堵堵塞塞了树脂孔道，而且附着时间愈长，就愈难以去除。了树脂孔道，而且附着时间愈长，就愈难以去除。铁铁对对强强碱碱阴阴树树脂脂也也会会产产生生污污染染，而而且且比比阳阳离离子子交交换换树树脂脂要要严严重重.1 1。阳离子交换交换树脂运行中的问题及处理对策阳离子交换交换树脂运行中的问题及处理对策1）铁的污染1。阳离子交换交换树脂运行中的问题及处理对策55(2)污染现象：污染现象：从从外外观观上上看看，颜颜色色明明显显地地变变深深、变变暗暗，甚甚至至可可以以呈呈暗暗红红褐褐色色或黑色；或黑色；另另外外，树树脂脂的的工工作作交交换换容容量量变变低低，离离子子交交换换器器的的生生产产能能力力明明显下降，而且树脂再生困难。显下降，而且树脂再生困难。(3)复复苏苏办办法法：酸酸洗洗除除铁铁。用用1015%的的盐盐酸酸溶溶液液长长时时间间浸浸泡树脂。泡树脂。(4)预预防防措措施施：减减少少阳阳床床进进水水的的含含铁铁量量；对对输输水水管管道道、贮贮存存槽槽及及酸酸系系统统采采取取有有效效的的防防腐腐措措施施，减减少少铁铁腐腐蚀蚀产产物物对对阳阳树树脂脂的污染；的污染；(2)污染现象：562)2)活性余氯的污染活性余氯的污染(1)(1)污污染染原原因因：当当以以自自来来水水做做水水源源水水时时，如如残残留留的的余余氯氯过过高高时时(0.5 mg(0.5 mgL)L)，就会造成树脂结构的破坏。，就会造成树脂结构的破坏。2)活性余氯的污染572)2)活性余氯的污染活性余氯的污染(2)(2)污污染染现现象象：颜颜色色明明显显地地变变浅浅，透透明明度度增增加加，体体积积增增大大，树树脂脂强强度度急急骤骤下下降降，导导致致树树脂脂破破碎碎，但但是是树树脂脂的的全全交交换换容容量初期并不降低。量初期并不降低。(3)(3)主主要要危危害害:不不可可逆逆转转；由由于于树树脂脂大大量量破破碎碎，树树脂脂层层阻阻力力增增大大，并并出出现现偏偏流流现现象象，出出水水水水质质变变差差；被被活活性性余余氯氯污污染染严严重的树脂，将会全部报废。重的树脂，将会全部报废。(4)(4)预防措施：当自来水中的活性余氯经常超过标准预防措施：当自来水中的活性余氯经常超过标准(0.3(0.3 mg/L)mg/L)时，可以在交换器前设置活性炭过滤器，或向自来时，可以在交换器前设置活性炭过滤器，或向自来水中投加亚硫酸钠，以除去水中活性余氯。水中投加亚硫酸钠，以除去水中活性余氯。2)活性余氯的污染58(1)污染现象：污染现象：颜颜色色明明显显地地变变深深、变变暗暗，甚甚至至可可以以呈呈暗暗红红褐褐色色或或黑黑色色；树树脂脂交交换换容容量量降降低低，离离子子交交换换器器的的周周期期制制水水能能力力明明显显下下降降；严严重重时时会会使使树树脂脂结结块块，树树脂脂密密度度变变小小，反反洗洗时时跑跑树树脂脂等等现现象象。被被油油脂脂污污染染的的树树脂脂放放在在试试管管内内加加水水，水水面面有有油油膜膜，呈呈”彩彩虹虹”现象。现象。(2)复苏办法：复苏办法：NaOH溶液循环清洗：溶液循环清洗：3840，89%。溶剂清洗：石油醚或溶剂清洗：石油醚或200号溶剂汽油号溶剂汽油溶溶剂剂与与表表面面活活性性剂剂联联合合清清洗洗：200号号溶溶剂剂汽汽油油和和TX-10（聚氯乙烯辛烷基苯酚，（聚氯乙烯辛烷基苯酚，40453)3)油脂类的污染油脂类的污染(1)污染现象：3)油脂类的污染594.3.6 4.3.6 混合床除盐混合床除盐4.3.64.3.6.1.1 系统及原理系统及原理4.3.64.3.6.2 .2 设备结构设备结构4.3.6 混合床除盐4.3.6.1 系统及原理4.3.6.604.3.6.3 4.3.6.3 混合床中树脂混合床中树脂湿真密度差应大于湿真密度差应大于0.15g/cm0.15g/cm3 3E E阳阳 =（2 2 3 3）E E阴阴 V V阴阴 =2=2 V V阳阳 6.5.4 6.5.4 运行操作运行操作反洗分层、再生、阴阳树脂混合、正洗、制水反洗分层、再生、阴阳树脂混合、正洗、制水4.3.6.3 混合床中树脂湿真密度差应大于0.15g/cm61水污染控制技术(二版)4624.3.64.3.6.4.4再生系统再生系统4.3.6.4再生系统63水污染控制技术(二版)4644.3.6.5 除盐系统经济性分析除盐系统经济性分析1 1 除盐系统经济指标除盐系统经济指标1)1)工作交换容量工作交换容量4.3.6.5 除盐系统经济性分析1 除盐系统经济指标1)652)2)再生剂耗量再生剂耗量2)再生剂耗量663)3)水耗水耗2.2.提高除盐系统运行经济性的途径提高除盐系统运行经济性的途径1)1)增设弱型树脂交换器增设弱型树脂交换器2)2)采用对流式交换器采用对流式交换器3)3)采用前置式交换器采用前置式交换器)3)水耗2.提高除盐系统运行经济性的途径1)增设弱型树脂674)4)对阴交换器再生用碱液进行加热对阴交换器再生用碱液进行加热5)5)回收部分再生废液及正洗水回收部分再生废液及正洗水6)6)降低除盐系统进水含盐量降低除盐系统进水含盐量4)对阴交换器再生用碱液进行加热5)回收部分再生废液及正洗水684.3.7 4.3.7 离子交换法在废水处理中的应用离子交换法在废水处理中的应用离子交换法在废水处理中的应用离子交换法在废水处理中的应用阴离子阴离子 Cr2O72、CrO42、SOSO4 42-2-、ClCl-阳离子阳离子 Cr3+、Cu2+、Fe2+、Al3+4.3.7.1 离子交换法处理含铬废水离子交换法处理含铬废水1 废水水质废水水质2 2 2 2 处理工艺流程处理工艺流程处理工艺流程处理工艺流程4.3.7 离子交换法在废水处理中的应用阴离子 Cr2O7269nRnR-H H+M Mn n R Rn n-M Mn n nH nH2ROH2ROHCrCr2 2O O7 72 2-R R2 2CrCr2 2O O7 7 2OH 2OH2ROH2ROHCrOCrO4 42 2-R R2 2CrCrO O4 4 2OH 2OH交换交换Rn-Mn nHCl nR-H+MnCl-1 R2CrO42NaOH 2ROHNa2CrO4R2Cr2O7 4NaOH 2ROH 2Na2CrO4H2O再生再生再生再生RNaHCl RH NaCl脱钠脱钠 4RH2Na2Cr2O7 4RNa H2Cr2O7H2O3 发生的反应发生的反应nR-H+Mn Rn-Mn nH交704 树脂的选择树脂的选择 阳：强酸性阳离子交换树脂阳：强酸性阳离子交换树脂 阴：大孔型弱碱性阴树脂（阴：大孔型弱碱性阴树脂（710、D370、D301）、）、E6070gCr6+/L(R)凝胶型强碱性阴树脂（凝胶型强碱性阴树脂（717、201）、）、E4045gCr6+/L(R)5 设备材料设备材料交换柱：有机玻璃或钢材（特殊的防腐蚀措施）交换柱：有机玻璃或钢材（特殊的防腐蚀措施）管道和闸阀：硬聚氯乙烯材料管道和闸阀：硬聚氯乙烯材料泵：耐酸泵泵：耐酸泵4 树脂的选择 阳：强酸性阳离子交换树脂 阴：大孔71镀金工艺：微酸性低氰镀金、强碱性高氰镀金镀金工艺：微酸性低氰镀金、强碱性高氰镀金4.3.7.2 离子交换法处理镀金废水离子交换法处理镀金废水废水水质：废水水质：Au（CN2）-镀金废水镀金废水离子交换离子交换破氰处理破氰处理排放排放树脂树脂焚烧焚烧粗金粗金硝酸煮硝酸煮沸提纯沸提纯还原还原纯金纯金王水溶王水溶解提纯解提纯镀金废水处理工艺镀金废水处理工艺强碱性阴树脂强碱性阴树脂717、711、D291、D231镀金工艺：微酸性低氰镀金、强碱性高氰镀金4.3.7.2 72