油田污水处理第7章离子交换B

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1、Ion-exchange 第第7 7章章 离子交换法离子交换法什么是离子交换？什么是离子交换？离子交换树脂的分类？其主要的理化性离子交换树脂的分类？其主要的理化性质有哪些？质有哪些？离子交换的机理是什么？离子交换的机理是什么？什么是离子交换的选择性？其选择性受什么是离子交换的选择性？其选择性受哪些因素影响？哪些因素影响？基本的离子交换操作是怎样的？基本的离子交换操作是怎样的？通过本章学习应掌握以下内容通过本章学习应掌握以下内容：离子交换法是一种借助于离子交换法是一种借助于离子交换剂离子交换剂(ion (ion exchange resin)exchange resin)上的离子和废水中的离子进

2、上的离子和废水中的离子进行交换反应而除去废水中有害离子的方法。行交换反应而除去废水中有害离子的方法。 离子交换过程也可以看成是一种特殊吸附过程，离子交换过程也可以看成是一种特殊吸附过程，所以在许多方面都与吸附过程类同。所以在许多方面都与吸附过程类同。 离子交换过程的特点在于离子交换过程的特点在于: :它主要吸附水中以它主要吸附水中以离子态存在的物质，并进行离子态存在的物质，并进行等当量等当量的离子交换的离子交换。 在废水处理中，离子交换主要用于回收和去除在废水处理中，离子交换主要用于回收和去除废水中金、银、铜、镉、铬、锌等金属离子，废水中金、银、铜、镉、铬、锌等金属离子，对于净化放射性废水及有

3、机废水也有应用对于净化放射性废水及有机废水也有应用。 离子交换剂分为离子交换剂分为无机和有机无机和有机两大类。两大类。 无机的离子交换剂无机的离子交换剂有天然沸石和人工合成沸有天然沸石和人工合成沸石（硅铝酸盐矿物）。沸石既可作阳离子交换石（硅铝酸盐矿物）。沸石既可作阳离子交换剂，也能用作吸附剂。剂，也能用作吸附剂。 有机的离子交换剂有机的离子交换剂有磺化煤和各种离子交换有磺化煤和各种离子交换树脂。树脂。 磺化煤由烟煤或褐煤经发烟硫酸磺化处理后磺化煤由烟煤或褐煤经发烟硫酸磺化处理后得到的有机阳离子交换剂。得到的有机阳离子交换剂。 7.1 离子交换剂的分类及组成离子交换剂的分类及组成 离子交换树脂

4、离子交换树脂是一类具有离子交换特性的是一类具有离子交换特性的有机高分子聚合电解质，是一种疏松的具有有机高分子聚合电解质，是一种疏松的具有多孔结构的固体球形颗粒，不溶于水，也不多孔结构的固体球形颗粒，不溶于水，也不溶于电解质溶液。溶于电解质溶液。 目前在水处理中广泛使用的是目前在水处理中广泛使用的是离子交换树离子交换树脂脂，它具有交换容量高；球形颗粒，水流阻，它具有交换容量高；球形颗粒，水流阻力小，交换速度快；机械强度和化学稳定性力小，交换速度快；机械强度和化学稳定性都较好都较好. .7.1 7.1 离子交换剂的分类及组成离子交换剂的分类及组成 一部分是一部分是一部分是一部分是不溶性的树脂本体不

5、溶性的树脂本体不溶性的树脂本体不溶性的树脂本体(resin matrix)(resin matrix)。树脂。树脂。树脂。树脂本体为有机化合物和交联剂组成的高分子共聚物。交本体为有机化合物和交联剂组成的高分子共聚物。交本体为有机化合物和交联剂组成的高分子共聚物。交本体为有机化合物和交联剂组成的高分子共聚物。交联剂的作用是使树脂本体形成立体的网状结构。联剂的作用是使树脂本体形成立体的网状结构。联剂的作用是使树脂本体形成立体的网状结构。联剂的作用是使树脂本体形成立体的网状结构。L L 离子交换树脂的结构离子交换树脂的结构 另一部分是另一部分是另一部分是另一部分是具有活性的交换基团具有活性的交换基团

6、具有活性的交换基团具有活性的交换基团（也叫活性基团）。（也叫活性基团）。（也叫活性基团）。（也叫活性基团）。交换基团交换基团交换基团交换基团(functional group)(functional group)由起交换作用的离子和与由起交换作用的离子和与由起交换作用的离子和与由起交换作用的离子和与树脂本体联结的离子组成树脂本体联结的离子组成树脂本体联结的离子组成树脂本体联结的离子组成。 如磺酸型阳离子交换树脂如磺酸型阳离子交换树脂如磺酸型阳离子交换树脂如磺酸型阳离子交换树脂的组成为：的组成为：的组成为：的组成为：R RSOSO3 3HH，其中，其中，其中，其中R R为树脂本体，为树脂本体，为

7、树脂本体，为树脂本体，SOSO3 3HH为交换基团，为交换基团，为交换基团，为交换基团，HH是可交换离子。是可交换离子。是可交换离子。是可交换离子。L L 简写简写体型聚苯乙烯体型聚苯乙烯 交联体的合成阳离子交换树脂的制备阳离子交换树脂的制备 由于交联体中含有苯环，通过磺化由于交联体中含有苯环，通过磺化反应可向交联体中的苯环上引入反应可向交联体中的苯环上引入SO3H基团，形成强酸性阳离子交换树脂。基团，形成强酸性阳离子交换树脂。引入活性基团引入活性基团阴离子交换树脂的制备阴离子交换树脂的制备树脂的网络骨架树脂的网络骨架离子树脂三维空间立体结构离子树脂三维空间立体结构如如如如R RNHNH2 2

8、活性基团水合后形成含有可离解的活性基团水合后形成含有可离解的活性基团水合后形成含有可离解的活性基团水合后形成含有可离解的OHOH离子：离子：离子：离子： R RNHNH2 2HH2 2O O R RNHNH3 3OHOH OHOH 可以和其它阴离子交换可以和其它阴离子交换可以和其它阴离子交换可以和其它阴离子交换离离子子交交换换树树脂脂 如如如如R RSOSO3 3HH，酸性基团上的，酸性基团上的，酸性基团上的，酸性基团上的HH可以电离，可以电离，可以电离，可以电离，能与其他阳离子进行等当量的离子交换能与其他阳离子进行等当量的离子交换能与其他阳离子进行等当量的离子交换能与其他阳离子进行等当量的离

9、子交换 阳离子交换树脂内的活性基团是酸性的阳离子交换树脂内的活性基团是酸性的阳离子交换树脂内的活性基团是酸性的阳离子交换树脂内的活性基团是酸性的阴离子交换树脂内的活性基团是碱性的阴离子交换树脂内的活性基团是碱性的阴离子交换树脂内的活性基团是碱性的阴离子交换树脂内的活性基团是碱性的阳离子交换树脂阳离子交换树脂(cation resin)阴离子交换树脂阴离子交换树脂(anion resin)（a）强酸性）强酸性(strong acid)阳离子交换树脂阳离子交换树脂 活性基团一般为活性基团一般为SO3H，故又称磺酸型阳，故又称磺酸型阳离子交换树脂。离子交换树脂。（b）弱酸性）弱酸性(weak aci

10、d)阳离子交换树脂阳离子交换树脂 活性基团一般为活性基团一般为COOH，故又称羧酸型，故又称羧酸型阳离子交换树脂。其中活性基团中的阳离子交换树脂。其中活性基团中的H可以可以被被Na代替，因此阳离子交换树脂又可分为代替，因此阳离子交换树脂又可分为氢型和钠型。氢型和钠型。 按活性基团中酸碱的强弱分按活性基团中酸碱的强弱分（c）强碱性）强碱性(strong base)阴离子交换树脂阴离子交换树脂 活性基团一般为活性基团一般为 NOH，故又称为季胺，故又称为季胺型阴离子交换树脂。型阴离子交换树脂。（d）弱碱性）弱碱性(weak base)阴离子交换树脂阴离子交换树脂 活性基团一般有活性基团一般有 NH

11、3OH、NH2OH和和 NHOH之分，故分别又称伯胺型，仲胺之分，故分别又称伯胺型，仲胺型和叔胺型离子交换树脂。型和叔胺型离子交换树脂。 阴离子交换树脂中的氢氧根离子阴离子交换树脂中的氢氧根离子OH可可以用氯离子以用氯离子Cl代替。因此，阴离子交换树代替。因此，阴离子交换树脂又有氢氧型和氯型之分。脂又有氢氧型和氯型之分。具有特殊活性基团的离子交换树脂，如氧化还具有特殊活性基团的离子交换树脂，如氧化还原树脂，两性树脂（羧酸基和胺基），螯合树原树脂，两性树脂（羧酸基和胺基），螯合树脂（胺羧基）脂（胺羧基）根据离子交换树脂颗粒内部结构特点，又分为根据离子交换树脂颗粒内部结构特点，又分为凝胶型凝胶型(

12、gel structure)和和大孔型大孔型(macroporous structure)两类。两者的区别在于结构中孔隙两类。两者的区别在于结构中孔隙的大小。的大小。凝胶型树脂不具有物理孔隙，只有在浸入水中凝胶型树脂不具有物理孔隙，只有在浸入水中时才显示出其分子链间的网状孔隙（时才显示出其分子链间的网状孔隙（2040）；而大孔树脂无论是干态或湿态，用电子显）；而大孔树脂无论是干态或湿态，用电子显微镜都能看到孔隙（微镜都能看到孔隙（20010000）其它离子交换树脂类型其它离子交换树脂类型7.2 离子交换树脂的性能指标离子交换树脂的性能指标（1）离子交换容量）离子交换容量交换容量交换容量(exc

13、hange capacity)是树脂交换能力是树脂交换能力大小的标准，可以用大小的标准，可以用重量法重量法和和容积法容积法两种方两种方法表示。法表示。 重量法重量法是指单位重量的干树脂中离子交换基是指单位重量的干树脂中离子交换基团的数量，用团的数量，用mmol/g或或mol/g来表示。来表示。 容积法容积法是指单位体积的湿树脂中离子交换基是指单位体积的湿树脂中离子交换基团的数量，用团的数量，用mmol/L或或mol/m3树脂来表示。树脂来表示。由于树脂一般在湿态下使用，因此常用的是由于树脂一般在湿态下使用，因此常用的是容积法。容积法。离子交换容量离子交换容量离子交换容量离子交换容量全交换容量全

14、交换容量全交换容量全交换容量是指树脂中活性基团的总数。是指树脂中活性基团的总数。是指树脂中活性基团的总数。是指树脂中活性基团的总数。 工作交换容量工作交换容量工作交换容量工作交换容量是指在给定的工作条件下，实际所是指在给定的工作条件下，实际所是指在给定的工作条件下，实际所是指在给定的工作条件下，实际所发挥的交换容量，实际应用中由于受各种因素的发挥的交换容量，实际应用中由于受各种因素的发挥的交换容量，实际应用中由于受各种因素的发挥的交换容量，实际应用中由于受各种因素的影响，一般工作交换容量只有总交换容量的影响，一般工作交换容量只有总交换容量的影响，一般工作交换容量只有总交换容量的影响，一般工作交

15、换容量只有总交换容量的6060606070707070。 有效交换容量有效交换容量有效交换容量有效交换容量是指出水到达一定指标时交换树脂是指出水到达一定指标时交换树脂是指出水到达一定指标时交换树脂是指出水到达一定指标时交换树脂的交换容量。的交换容量。的交换容量。的交换容量。（2 2 2 2）含水率）含水率）含水率）含水率含水率通常以每克湿树脂（去除表面水分后）所含水率通常以每克湿树脂（去除表面水分后）所含水率通常以每克湿树脂（去除表面水分后）所含水率通常以每克湿树脂（去除表面水分后）所含水分百分数来表示。含水分百分数来表示。含水分百分数来表示。含水分百分数来表示。（3 3）相对密度）相对密度离

16、子交换树脂的相对密度有三种表示方法离子交换树脂的相对密度有三种表示方法: : 干真密度、湿真密度和湿视密度。干真密度、湿真密度和湿视密度。 干密度干密度是指在是指在115115真空干燥后的密度；真空干燥后的密度； 湿真密度湿真密度是指树脂在水中充分膨涨后的质是指树脂在水中充分膨涨后的质量与树脂所占体积（不包括空隙）之比；量与树脂所占体积（不包括空隙）之比； 湿视密度湿视密度是指树脂在水中充分膨涨后单位是指树脂在水中充分膨涨后单位体积树脂所具有的质量。体积树脂所具有的质量。（4 4）交联度）交联度 交联剂占单体质量的百分数称为交联度。交联剂占单体质量的百分数称为交联度。 交联度直接影响树脂的性能

17、，交联度越高，交联度直接影响树脂的性能，交联度越高，树脂的机械强度就越大，对离子的选择性树脂的机械强度就越大，对离子的选择性就越强，但交换速度就越慢。就越强，但交换速度就越慢。（5 5）选择性）选择性离子交换树脂对水中某种离子能优先交换离子交换树脂对水中某种离子能优先交换的性能称为的性能称为选择性选择性，它是决定离子交换法，它是决定离子交换法处理效率的一个主要因素。处理效率的一个主要因素。（6 6）化学稳定性）化学稳定性 废水中的氧化剂，如氧、氯、铬酸、硝酸废水中的氧化剂，如氧、氯、铬酸、硝酸等，由于其氧化作用能使等，由于其氧化作用能使树脂网状结构破坏树脂网状结构破坏，活性基团的数量和性质也会

18、发生变化。活性基团的数量和性质也会发生变化。 防止树脂因氧化而化学降解的办法有三种防止树脂因氧化而化学降解的办法有三种：一是采用高交联度的树脂；二是在废水中加一是采用高交联度的树脂；二是在废水中加入适量的还原剂；三是使交换柱内的入适量的还原剂；三是使交换柱内的pHpH值保值保持在持在6 6左右。左右。 除上述几项指标外，还有树脂的外形除上述几项指标外，还有树脂的外形（球形或圆球率高）、粒度、耐磨性、在水（球形或圆球率高）、粒度、耐磨性、在水中的不溶性等。中的不溶性等。 粒度（影响交换速度，水流阻力和反洗）粒度（影响交换速度，水流阻力和反洗） 大：交换速度慢，交换容量低大：交换速度慢，交换容量低

19、 小：水流阻力大小：水流阻力大 大小要适当，分布要合理。大小要适当，分布要合理。7.3 7.3 离子交换基本理论离子交换基本理论(1)(1)离子交换过程离子交换过程 离子交换过程可以看作是固相的离子交换离子交换过程可以看作是固相的离子交换树脂与液相（废水）电解质之间的化学置树脂与液相（废水）电解质之间的化学置换反应。换反应。其中：其中： R R和和 R R 代表阳、阴交换树脂的本体代表阳、阴交换树脂的本体离子交换反应的过程离子交换反应的过程过程通常分程通常分为五个五个阶段段: （a a a a）交换离子从溶液中扩散到树脂颗粒表面（穿过）交换离子从溶液中扩散到树脂颗粒表面（穿过）交换离子从溶液中

20、扩散到树脂颗粒表面（穿过）交换离子从溶液中扩散到树脂颗粒表面（穿过颗粒表面的液膜）；颗粒表面的液膜）；颗粒表面的液膜）；颗粒表面的液膜）； （b b b b）交换离子在树脂颗粒内部扩散（即交联网孔中，）交换离子在树脂颗粒内部扩散（即交联网孔中，）交换离子在树脂颗粒内部扩散（即交联网孔中，）交换离子在树脂颗粒内部扩散（即交联网孔中，直至达到某一活性基团位置；直至达到某一活性基团位置；直至达到某一活性基团位置；直至达到某一活性基团位置； （c c c c）交换离子与结合在树脂活性基团上的可交换离）交换离子与结合在树脂活性基团上的可交换离）交换离子与结合在树脂活性基团上的可交换离）交换离子与结合在树

21、脂活性基团上的可交换离子发生交换反应；子发生交换反应；子发生交换反应；子发生交换反应； （d d d d）被交换下来的离子在树脂颗粒内部扩散；）被交换下来的离子在树脂颗粒内部扩散；）被交换下来的离子在树脂颗粒内部扩散；）被交换下来的离子在树脂颗粒内部扩散； （e e e e）被交换下来的离子在溶液中扩散。）被交换下来的离子在溶液中扩散。）被交换下来的离子在溶液中扩散。）被交换下来的离子在溶液中扩散。 交换反应速度比扩散速度快的多，总的交换速度交换反应速度比扩散速度快的多，总的交换速度交换反应速度比扩散速度快的多，总的交换速度交换反应速度比扩散速度快的多，总的交换速度由扩散过程控制。由扩散过程控

22、制。由扩散过程控制。由扩散过程控制。离子交换的总速度取决于扩散速度。离子交换的总速度取决于扩散速度。离子交换的总速度取决于扩散速度。离子交换的总速度取决于扩散速度。(2)离子交换树脂的选择性： 一些离子很容易被吸附而另一些离子却很一些离子很容易被吸附而另一些离子却很难吸附，被树脂吸附的离子再生的时候，难吸附，被树脂吸附的离子再生的时候，有的离子很容易被置换下来，而有的却很有的离子很容易被置换下来，而有的却很难被置换。离子交换树脂所具有的这种性难被置换。离子交换树脂所具有的这种性能称为选择性。能称为选择性。L L树脂对各种离子的交换能力是不同的，交树脂对各种离子的交换能力是不同的，交换能力大小主

23、要取决于各种离子对该树脂换能力大小主要取决于各种离子对该树脂的亲合力。的亲合力。强酸性阳离子交换树脂的选择强酸性阳离子交换树脂的选择顺序为顺序为: : FeFe3+3+CrCr3+3+AlAl3+3+CaCa2+2+MgMg2+2+KK+ + =NH=NH4 4+ + NaNa+ + HH+ + LiLi+ + 选择性：选择性：选择性：选择性：树脂对水中某种离子能优先交换的性能。本树脂对水中某种离子能优先交换的性能。本树脂对水中某种离子能优先交换的性能。本树脂对水中某种离子能优先交换的性能。本质上取决于交换离子与活性基团中固定离子的质上取决于交换离子与活性基团中固定离子的质上取决于交换离子与活

24、性基团中固定离子的质上取决于交换离子与活性基团中固定离子的亲合亲合亲合亲合力力力力。选择性大小用。选择性大小用。选择性大小用。选择性大小用选择性系数选择性系数选择性系数选择性系数来表征。来表征。来表征。来表征。 以以以以A A型树脂交换溶液中型树脂交换溶液中型树脂交换溶液中型树脂交换溶液中B B离子的反应为例离子的反应为例离子的反应为例离子的反应为例越大越大B B越易被交换越易被交换RARARARA、RBRBRBRB表示结合在树脂上的表示结合在树脂上的表示结合在树脂上的表示结合在树脂上的A A A A离子和离子和离子和离子和B B B B离子浓度离子浓度离子浓度离子浓度AAAA、BBBB表示溶

25、液中表示溶液中表示溶液中表示溶液中A A A A离子和离子和离子和离子和B B B B离子离子离子离子交换反应达平衡时，交换反应达平衡时，交换反应达平衡时，交换反应达平衡时，A A交换交换交换交换B B的选择性系数的选择性系数的选择性系数的选择性系数(3)水质对树脂交换能力的影响1 1）悬悬浮物和油脂浮物和油脂 废废水水中中的的悬悬浮浮物物会会堵堵塞塞树树脂脂孔孔隙隙，油油脂脂会会包包住住树树脂脂颗颗粒粒，都都会会使使交交换换能能力力下下降降。因因此此当当这这些些物物质质含含量量较较多多时时，应应进进行行预预处处理理。预处理的方法有预处理的方法有过滤、吸附过滤、吸附等。等。 2 2）有机物）有

26、机物 废废水水中中某某些些高高分分子子有有机机物物与与树树脂脂活活性性基基团团的的固固定定离离子子结结合合力力很很大大，一一旦旦结结合合就就很很难难进进行行再再生生，结结果果是是降降低低树树脂脂的的再再生生率率和和交交换能力换能力。 3 3）高价金属离子）高价金属离子废水中废水中FeFe3 3、A1A13 3、CrCr3 3等高价金属离子等高价金属离子能引起树脂中毒，当树脂受铁中毒时，会能引起树脂中毒，当树脂受铁中毒时，会使树脂颜色变深。使树脂颜色变深。 从阳离子树脂的选择性可看出，高价金属从阳离子树脂的选择性可看出，高价金属离子易为树脂吸附，再生时难于把它洗脱离子易为树脂吸附，再生时难于把它

27、洗脱下来，结果会降低树脂的交换能力。下来，结果会降低树脂的交换能力。为为了了恢恢复复树树脂脂的的交交换换能能力力可可用用高高浓浓度度酸酸，长时间浸泡长时间浸泡。 强酸和强碱树脂的活性基团的电离能力很强酸和强碱树脂的活性基团的电离能力很强，交换能力基本上与强，交换能力基本上与pHpH值无关。值无关。 但弱酸性树脂在但弱酸性树脂在pHpH值低时不电离或部分电值低时不电离或部分电离，因此，在碱性条件下，才能得到较高的离，因此，在碱性条件下，才能得到较高的交换能力。交换能力。 而弱碱性树脂在酸性溶液中才能得到较大而弱碱性树脂在酸性溶液中才能得到较大的交换能力。的交换能力。 螯合树脂对金属的结合与螯合树

28、脂对金属的结合与pHpH值有很大关系，值有很大关系，每种金属都有适宜的每种金属都有适宜的pHpH值。值。4）pH值值5 5）水温）水温水温高虽可加速离子交换的扩散，但各种离水温高虽可加速离子交换的扩散，但各种离子交换树脂都有一定的允许使用温度范围。子交换树脂都有一定的允许使用温度范围。 6 6）氧化剂）氧化剂 废水中如果含有氧化剂（如废水中如果含有氧化剂（如Cl2、O2、H2Cr2O7等）时，会使等）时，会使树脂氧化分解树脂氧化分解。强碱。强碱性阴离子树脂容易被氧化剂氧化，使交换基性阴离子树脂容易被氧化剂氧化，使交换基团变成非碱性物质，可能完全丧失交换能力。团变成非碱性物质，可能完全丧失交换能

29、力。氧化作用也会影响交换树脂的本体，使树脂氧化作用也会影响交换树脂的本体，使树脂加速老化，结果使交换能力下降。加速老化，结果使交换能力下降。树脂预处理树脂预处理离子交换吸附离子交换吸附洗脱洗脱再生再生7.4 7.4 离子交换的工艺过程离子交换的工艺过程树脂预处理树脂预处理物理处理：物理处理： 水洗、过筛，去杂，以获得粒度均匀的水洗、过筛，去杂，以获得粒度均匀的树脂颗粒；树脂颗粒；化学处理：化学处理： 转型（氢型或钠型）转型（氢型或钠型） 阳离子树脂阳离子树脂 酸酸碱碱酸酸 阴离子树脂阴离子树脂 碱碱酸酸碱碱 最后以去离子水或缓冲液平衡最后以去离子水或缓冲液平衡 离子交换方式可分为离子交换方式可

30、分为静态交换静态交换与与动态交换动态交换两两种。种。 静态交换静态交换是将废水与交换剂同置于一耐腐蚀是将废水与交换剂同置于一耐腐蚀的容器内，使它们充分接触（可进行不断搅拌）的容器内，使它们充分接触（可进行不断搅拌）直至交换反应达到平衡状态。此法适用于平衡直至交换反应达到平衡状态。此法适用于平衡良好的交换反应。良好的交换反应。 动态交换动态交换是指废水与树脂发生相对移动，它是指废水与树脂发生相对移动，它又有塔式又有塔式(column)（柱式）与连续式之分。在（柱式）与连续式之分。在离子交换系统中多采用柱式交换法。离子交换系统中多采用柱式交换法。离子交换吸附离子交换吸附(1)(1)柱式交换法柱式交

31、换法1 1）工）工艺过艺过程程 国国内内常常用用的的固固定定床床式式离离子子交交换换柱柱与与吸吸附附柱柱基基本本相相同同。树树脂脂在在柱柱内内不不移移动动，废废水水通通过过一一定定高高度度的的树树脂脂层层进进行行交交换换。当当树树脂脂失失去去交交换换能能力力以以后后，或或出出水水中中某某种种离离子子的的浓浓度度超过一定数值时，需进行反洗和再生。超过一定数值时，需进行反洗和再生。 柱柱式式交交换换法法的的工工作作是是周周期期性性进进行行的的。交交换换效效果果受受树树脂脂对对离离子子的的选选择择性性、树树脂脂的的再再生生程程度度、树树脂脂层层的的高高度度、废废水水的的流流速速及及离离子子浓度浓度等

32、因素影响。等因素影响。离子交换工艺过程示意图离子交换工艺过程示意图 反洗废水反洗废水 反洗水反洗水 反洗反洗 树脂 原水原水原水原水出水出水出水出水失效区失效区失效区失效区交换区交换区交换区交换区未用区未用区未用区未用区B,CB,C0 0 出水中开始有出水中开始有出水中开始有出水中开始有B B漏出，漏出，漏出，漏出，此时树脂层穿透。继续，此时树脂层穿透。继续，此时树脂层穿透。继续，此时树脂层穿透。继续，C C达达达达C C0 0时，全塔树脂交时，全塔树脂交时，全塔树脂交时，全塔树脂交换饱和。换饱和。换饱和。换饱和。2 2）装置类型）装置类型（离子交换柱组合方式（离子交换柱组合方式 ）（a a

33、a a）单床离子交换器）单床离子交换器）单床离子交换器）单床离子交换器: : : :使用一种树脂的单床结构；使用一种树脂的单床结构；使用一种树脂的单床结构；使用一种树脂的单床结构；（b b b b）多床离子交换器）多床离子交换器）多床离子交换器）多床离子交换器: : : :使用一种树脂，由两个以上交使用一种树脂，由两个以上交使用一种树脂，由两个以上交使用一种树脂，由两个以上交换器组成离子交换系统；换器组成离子交换系统；换器组成离子交换系统；换器组成离子交换系统；（c c c c）复床离子交换器）复床离子交换器）复床离子交换器）复床离子交换器: : : :使用两种树脂的两个交换器的使用两种树脂的

34、两个交换器的使用两种树脂的两个交换器的使用两种树脂的两个交换器的串联系统；串联系统；串联系统；串联系统；（d d d d）混合床离子交换器）混合床离子交换器）混合床离子交换器）混合床离子交换器: : : :同一交换器内填装阴、阳两同一交换器内填装阴、阳两同一交换器内填装阴、阳两同一交换器内填装阴、阳两种树脂；种树脂；种树脂；种树脂；（e e e e）联合床离子交换器）联合床离子交换器）联合床离子交换器）联合床离子交换器: : : :将复床与混合床联合使用。将复床与混合床联合使用。将复床与混合床联合使用。将复床与混合床联合使用。39 离子交换柱组合方式离子交换柱组合方式 连续式交换法的特点是连续

35、式交换法的特点是交换、再生、清洗交换、再生、清洗等操作在装置的不同部位同时进行，饱和的等操作在装置的不同部位同时进行，饱和的树脂连续进入再生柱，新生的树脂同时又连树脂连续进入再生柱，新生的树脂同时又连续进入交换柱。续进入交换柱。 该法进行交换所需树脂量比该法进行交换所需树脂量比柱式少，树脂利用率高，连续运行，效率高。柱式少，树脂利用率高，连续运行，效率高。但设备较复杂，树脂磨损大。但设备较复杂，树脂磨损大。 三塔式移动床系统由交换塔、再生塔和清三塔式移动床系统由交换塔、再生塔和清洗塔组成洗塔组成。(2) 连续式交换法连续式交换法三塔移动床示意图三塔移动床示意图 洗脱方式洗脱方式用洗脱剂用洗脱剂

36、( (或淋洗剂或淋洗剂) )将交换到树脂上的离将交换到树脂上的离子置换下来的过程。子置换下来的过程。 原理：用亲和性更强的同性离子取原理：用亲和性更强的同性离子取代树脂上吸附的目的产物。代树脂上吸附的目的产物。洗脱方法洗脱方法（1 1）改变溶液）改变溶液pHpH值值（2 2）改变溶液离子强度）改变溶液离子强度离子交换树脂的再生离子交换树脂的再生离子交换与再生反应是一个可逆反应离子交换与再生反应是一个可逆反应，树，树脂再生就是使离子交换反应逆向进行，以脂再生就是使离子交换反应逆向进行，以恢复树脂的离子交换性能。恢复树脂的离子交换性能。（1 1）再生操作过程）再生操作过程 反洗是在离子交换树脂失效

37、后，逆向通入反洗是在离子交换树脂失效后，逆向通入冲洗水和空气，以松动树脂层和达到清洗冲洗水和空气，以松动树脂层和达到清洗树脂层内的杂物或分离阴、阳离子交换树树脂层内的杂物或分离阴、阳离子交换树脂（对于混合床）的目的。脂（对于混合床）的目的。 在单床和复合床情况下，将再生剂以一定流在单床和复合床情况下，将再生剂以一定流速流经各自交换柱内的树脂层进行再生。速流经各自交换柱内的树脂层进行再生。 对于混合床则有柱内、柱外再生及阴离子交对于混合床则有柱内、柱外再生及阴离子交换树脂外移再生三种方法，具体运用应视具换树脂外移再生三种方法，具体运用应视具体情况而定。体情况而定。 再生后还必须用水正洗，洗去树脂

38、中残余再再生后还必须用水正洗，洗去树脂中残余再生剂及再生反应物。生剂及再生反应物。 有时再生后树脂类型与使用所需树脂型式不有时再生后树脂类型与使用所需树脂型式不同，还需转型。同，还需转型。（2）再生剂的选择）再生剂的选择阳离子交换树脂的再生剂有阳离子交换树脂的再生剂有阳离子交换树脂的再生剂有阳离子交换树脂的再生剂有HClHCl、HH2 2SOSO4 4等。等。等。等。 强酸性阳离子交换树脂可用强酸性阳离子交换树脂可用强酸性阳离子交换树脂可用强酸性阳离子交换树脂可用HClHCl或或或或HH2 2SOSO4 4等强酸及等强酸及等强酸及等强酸及NaClNaCl、NaNa2 2SOSO4 4等再生等再

39、生等再生等再生; ; 弱酸性阳离子树脂可以用弱酸性阳离子树脂可以用弱酸性阳离子树脂可以用弱酸性阳离子树脂可以用HClHCl、HH2 2SOSO4 4等再生。等再生。等再生。等再生。 阴离子交换树脂的再生剂有阴离子交换树脂的再生剂有阴离子交换树脂的再生剂有阴离子交换树脂的再生剂有NaOHNaOH、NaNa2 2COCO3 3、NaHCONaHCO3 3等。等。等。等。 强碱性阴离子交换树脂可用强碱性阴离子交换树脂可用强碱性阴离子交换树脂可用强碱性阴离子交换树脂可用NaOHNaOH等类强碱及等类强碱及等类强碱及等类强碱及NaClNaCl再生再生再生再生; ; 弱碱性阴离子树脂可以用弱碱性阴离子树脂

40、可以用弱碱性阴离子树脂可以用弱碱性阴离子树脂可以用NaOHNaOH、NaNa2 2COCO3 3、NaHCONaHCO3 3等再生。等再生。等再生。等再生。（3 3）再生剂用量和再生率的控制）再生剂用量和再生率的控制尽可能地减少再生剂用量，既可降低再生尽可能地减少再生剂用量，既可降低再生费用，又便于回收处理再生废液。费用，又便于回收处理再生废液。 尽量使用浓度较高的再生剂，采用顺流交尽量使用浓度较高的再生剂，采用顺流交换逆流再生的方法。换逆流再生的方法。 再生时，一般不追求过高的再生率，把交再生时，一般不追求过高的再生率，把交换剂的交换能力恢到原来的换剂的交换能力恢到原来的8080左右就可左右

41、就可以了。这样不仅可以节约再生剂，缩短再以了。这样不仅可以节约再生剂，缩短再生时间，而且提高了再生液中回收物质的生时间，而且提高了再生液中回收物质的浓度，有利于回收。浓度，有利于回收。（4 4）顺流再生与逆流再生）顺流再生与逆流再生 再生液的流向和交换时水流方向相同称为顺再生液的流向和交换时水流方向相同称为顺流再生。反之为逆流再生。流再生。反之为逆流再生。 顺流再生优点是设备简单，操作方便，工作顺流再生优点是设备简单，操作方便，工作可靠。缺点是再生液用量多，获得的交换容可靠。缺点是再生液用量多，获得的交换容量低，出水水质差。量低，出水水质差。 逆流再生时，再生液耗量少，交换剂获得的逆流再生时，

42、再生液耗量少，交换剂获得的工作容量大，而且能保证出水质量，但逆流工作容量大，而且能保证出水质量，但逆流再生的设备较复杂，操作控制较严格。再生的设备较复杂，操作控制较严格。48 离子交换树脂回收铬酸 1 1 漂洗槽漂洗槽漂洗槽漂洗槽2 2 漂洗水池漂洗水池漂洗水池漂洗水池3 3 微孔滤管微孔滤管微孔滤管微孔滤管4 4 泵泵泵泵5 5，8 8 阳离子交换阳离子交换阳离子交换阳离子交换树脂树脂树脂树脂6 6 阴离子交换树脂阴离子交换树脂阴离子交换树脂阴离子交换树脂7 7 贮槽贮槽贮槽贮槽9 9 蒸发器蒸发器蒸发器蒸发器10 10 电镀槽电镀槽电镀槽电镀槽49 离子交换树脂回收铬酸 电镀的工艺过程电镀

43、的工艺过程电镀的工艺过程电镀的工艺过程废水池废水池废水池废水池过滤器过滤器过滤器过滤器 除去悬浮物除去悬浮物除去悬浮物除去悬浮物阳离子交换柱，除去阳离子交换柱，除去阳离子交换柱，除去阳离子交换柱，除去CrCr3+3+、FeFe3+3+、CuCu2+2+、离子，同时降低废水离子，同时降低废水离子，同时降低废水离子，同时降低废水pHpH值值值值阴离子交换柱，除去阴离子交换柱，除去阴离子交换柱，除去阴离子交换柱，除去CrCr2 2OO7 72-2-和和和和CrOCrO4 42-2-离子离子离子离子再生液，含再生液，含再生液，含再生液，含NaNa2 2CrCr2 2OO7 7和和和和NaNa2 2Cr

44、OCrO4 4 阳离子交换柱，生成阳离子交换柱，生成阳离子交换柱，生成阳离子交换柱，生成HH2 2CrCr2 2OO7 7和和和和HH2 2CrOCrO4 4 蒸发器，使铬酸浓缩，达到蒸发器，使铬酸浓缩，达到蒸发器，使铬酸浓缩，达到蒸发器，使铬酸浓缩，达到要求的浓度后回用要求的浓度后回用要求的浓度后回用要求的浓度后回用阳离子交换器阳离子交换器阳离子交换器阳离子交换器5 5的作用：除去金属离子及杂质，减少对的作用：除去金属离子及杂质，减少对的作用：除去金属离子及杂质，减少对的作用：除去金属离子及杂质，减少对阴离子树脂的污染（重金属离子对树脂氧化分解起催阴离子树脂的污染（重金属离子对树脂氧化分解起

45、催阴离子树脂的污染（重金属离子对树脂氧化分解起催阴离子树脂的污染（重金属离子对树脂氧化分解起催化作用）；降低废水化作用）；降低废水化作用）；降低废水化作用）；降低废水pHpH值，使值，使值，使值，使CrCr6+6+以以以以CrCr2 2OO7 72-2-存在。存在。存在。存在。离子交换法的应用及问题离子交换法的应用及问题离子交换法优点离子交换法优点: : 离子的去除效率高，设备较简单，操作容离子的去除效率高，设备较简单，操作容易控制。易控制。目前在应用中存在的问题目前在应用中存在的问题: : 应用范围还受到离子交换剂品种、产量、应用范围还受到离子交换剂品种、产量、成本的限制，对废水的预处理要求较高，成本的限制，对废水的预处理要求较高，另外，离子交换剂的再生及再生液的处理另外，离子交换剂的再生及再生液的处理有时也是一个难以解决的问题。有时也是一个难以解决的问题。1 1 基本概念：离子交换法，交换容量，交基本概念：离子交换法，交换容量，交联度联度2 2 基本原理：离子交换法的机理。基本原理：离子交换法的机理。3 3 基本工艺过程：离子交换的工艺过程。基本工艺过程：离子交换的工艺过程。4 4 离子交换树脂的选择性机理。离子交换树脂的选择性机理。5 5 离子交换树脂的结构特点与再生。离子交换树脂的结构特点与再生。本章小结本章小结