離子交換的工藝過(guò)程ppt課件

1、10.10.離子交換技術(shù)預(yù)處置重金屬?gòu)U水離子交換技術(shù)預(yù)處置重金屬?gòu)U水 離子交換法是一種借助于離子交換劑離子交換法是一種借助于離子交換劑(ion exchange (ion exchange resin)resin)上的離子和廢水中的離子進(jìn)展交換反響而除去廢水中上的離子和廢水中的離子進(jìn)展交換反響而除去廢水中有害離子的方法。有害離子的方法。 離子交換過(guò)程也可以看成是一種特殊吸附過(guò)程，所以在離子交換過(guò)程也可以看成是一種特殊吸附過(guò)程，所以在許多方面都與吸附過(guò)程類同。許多方面都與吸附過(guò)程類同。 離子交換過(guò)程的特點(diǎn)在于離子交換過(guò)程的特點(diǎn)在于: :它主要吸附水中以離子態(tài)存它主要吸附水中以離子態(tài)存在的物質(zhì)，并

2、進(jìn)展等當(dāng)量的離子交換。在的物質(zhì)，并進(jìn)展等當(dāng)量的離子交換。 在廢水處置中，離子交換主要用于回收和去除廢水中金、在廢水處置中，離子交換主要用于回收和去除廢水中金、銀、銅、鎘、鉻、鋅等金屬離子，對(duì)于凈化放射性廢水及有銀、銅、鎘、鉻、鋅等金屬離子，對(duì)于凈化放射性廢水及有機(jī)廢水也有運(yùn)用。機(jī)廢水也有運(yùn)用。 (1)(1)離子交換過(guò)程離子交換過(guò)程 離子交換過(guò)程可以看作是固相的離子交換樹脂與液相離子交換過(guò)程可以看作是固相的離子交換樹脂與液相廢水電解質(zhì)之間的化學(xué)置換反響。廢水電解質(zhì)之間的化學(xué)置換反響。 R-AR-AB B R RB BA A R RC CD D R RD DC C 其中：其中： R- R-和和 R

3、 R 代表陽(yáng)、陰交換樹脂的本體，代表陽(yáng)、陰交換樹脂的本體， A A和和C C 代表樹脂上可被交換的離子，代表樹脂上可被交換的離子， B B和和D D表示溶液表示溶液中待交換的離子。中待交換的離子。一、離子交換根本實(shí)際一、離子交換根本實(shí)際過(guò)程通常分為五個(gè)階段: a a交換離子從溶液中分散到樹脂顆粒外表；交換離子從溶液中分散到樹脂顆粒外表； b b交換離子在樹脂顆粒內(nèi)部分散；交換離子在樹脂顆粒內(nèi)部分散； c c交換離子與結(jié)合在樹脂活性基團(tuán)上的可交換離子交換離子與結(jié)合在樹脂活性基團(tuán)上的可交換離子發(fā)生交換反響；發(fā)生交換反響； d d被交換下來(lái)的離子在樹脂顆粒內(nèi)部分散；被交換下來(lái)的離子在樹脂顆粒內(nèi)部分散

4、； e e被交換下來(lái)的離子在溶液中分散。被交換下來(lái)的離子在溶液中分散。 離子交換的總速度取決于分散速度。離子交換的總速度取決于分散速度。(2)離子交換樹脂的選擇性： 一些離子很容易被吸附而另一些離子卻很難吸附，被樹一些離子很容易被吸附而另一些離子卻很難吸附，被樹脂吸附的離子再生的時(shí)候，有的離子很容易被置換下來(lái)，脂吸附的離子再生的時(shí)候，有的離子很容易被置換下來(lái)，而有的卻很難被置換。離子交換樹脂所具有的這種性能而有的卻很難被置換。離子交換樹脂所具有的這種性能稱為選擇性。稱為選擇性。 樹脂對(duì)各種離子的交換才干是不同的，交換才干大小主樹脂對(duì)各種離子的交換才干是不同的，交換才干大小主要取決于各種離子對(duì)該

5、樹脂的親合力。強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交要取決于各種離子對(duì)該樹脂的親合力。強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂的選擇順序?yàn)閾Q樹脂的選擇順序?yàn)? : Fe3+Cr3+Al3+Ca2+Mg2+K+ =NH4+ Na+ H+ Li+Fe3+Cr3+Al3+Ca2+Mg2+K+ =NH4+ Na+ H+ Li+ 離子交換方式可分為靜態(tài)交換與動(dòng)態(tài)交換兩種。離子交換方式可分為靜態(tài)交換與動(dòng)態(tài)交換兩種。 靜態(tài)交換是將廢水與交換劑同置于一耐腐蝕的容器內(nèi)，使它們充分接觸可進(jìn)靜態(tài)交換是將廢水與交換劑同置于一耐腐蝕的容器內(nèi)，使它們充分接觸可進(jìn)展不斷攪拌直至交換反響到達(dá)平衡形狀。此法適用于平衡良好的交換反響。展不斷攪拌直至交換反響到達(dá)平衡形狀。此

6、法適用于平衡良好的交換反響。 動(dòng)態(tài)交換是指廢水與樹脂發(fā)生相對(duì)挪動(dòng)，它又有塔式動(dòng)態(tài)交換是指廢水與樹脂發(fā)生相對(duì)挪動(dòng)，它又有塔式(column)柱式與延續(xù)柱式與延續(xù)式之分。在離子交換系統(tǒng)中多采用柱式交換法。式之分。在離子交換系統(tǒng)中多采用柱式交換法。二、離子交換的工藝過(guò)程二、離子交換的工藝過(guò)程(1)(1)柱式交換法柱式交換法 1 1工藝過(guò)程工藝過(guò)程 國(guó)內(nèi)常用的固定床式離子交換柱與吸附柱根本一樣。樹國(guó)內(nèi)常用的固定床式離子交換柱與吸附柱根本一樣。樹脂在柱內(nèi)不挪動(dòng)，廢水經(jīng)過(guò)一定高度的樹脂層進(jìn)展交換。脂在柱內(nèi)不挪動(dòng)，廢水經(jīng)過(guò)一定高度的樹脂層進(jìn)展交換。當(dāng)樹脂失去交換才干以時(shí)，或出水中某中離子的濃度超當(dāng)樹脂失去交

7、換才干以時(shí)，或出水中某中離子的濃度超越一定數(shù)值時(shí)，需進(jìn)展反洗和再生。越一定數(shù)值時(shí)，需進(jìn)展反洗和再生。 柱式交換法的任務(wù)是周期性進(jìn)展的。交換效果受樹脂對(duì)柱式交換法的任務(wù)是周期性進(jìn)展的。交換效果受樹脂對(duì)離子的選擇性、樹脂的再生程度、樹脂層的高度、廢水離子的選擇性、樹脂的再生程度、樹脂層的高度、廢水的流速及離子濃度等要素影響。的流速及離子濃度等要素影響。離子交換工藝過(guò)程表示圖離子交換工藝過(guò)程表示圖 樹脂再生液再生液再生廢液再生廢液再生再生樹脂產(chǎn)品水產(chǎn)品水正洗廢液正洗廢液正洗正洗樹脂進(jìn)水進(jìn)水產(chǎn)品水產(chǎn)品水交換交換樹脂反洗廢水反洗廢水反洗水反洗水反洗反洗樹脂再生液再生液再生廢液再生廢液再生再生樹脂反洗廢水

8、反洗廢水反洗水反洗水反洗反洗2 2安裝類型安裝類型 a a單床離子交換器單床離子交換器: :運(yùn)用一種樹脂的單床構(gòu)造；運(yùn)用一種樹脂的單床構(gòu)造； b b多床離子交換器多床離子交換器: :運(yùn)用一種樹脂，由兩個(gè)以上交運(yùn)用一種樹脂，由兩個(gè)以上交換器組成離子交換系統(tǒng)；換器組成離子交換系統(tǒng)； c c復(fù)床離子交換器復(fù)床離子交換器: :運(yùn)用兩種樹脂的兩個(gè)交換器的運(yùn)用兩種樹脂的兩個(gè)交換器的串聯(lián)絡(luò)統(tǒng)；串聯(lián)絡(luò)統(tǒng)； d d混合床離子交換器混合床離子交換器: :同一交換器內(nèi)填裝陰、陽(yáng)兩同一交換器內(nèi)填裝陰、陽(yáng)兩種樹脂；種樹脂； e e結(jié)合床離子交換器結(jié)合床離子交換器: :將復(fù)床與混合床結(jié)合運(yùn)用。將復(fù)床與混合床結(jié)合運(yùn)用。離子

9、交換柱組合方式離子交換柱組合方式(2)延續(xù)式交換法 延續(xù)式交換法的特點(diǎn)是交換、再生、清洗等操作在安裝的延續(xù)式交換法的特點(diǎn)是交換、再生、清洗等操作在安裝的不同部位同時(shí)進(jìn)展，飽和的樹脂延續(xù)進(jìn)入再生柱，新生的不同部位同時(shí)進(jìn)展，飽和的樹脂延續(xù)進(jìn)入再生柱，新生的樹脂同時(shí)又延續(xù)進(jìn)入交換柱。樹脂同時(shí)又延續(xù)進(jìn)入交換柱。 該法進(jìn)展交換所需樹脂量比柱式少，樹脂利用率高，延續(xù)該法進(jìn)展交換所需樹脂量比柱式少，樹脂利用率高，延續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，效率高。運(yùn)轉(zhuǎn)，效率高。 但設(shè)備較復(fù)雜，樹脂磨損大。但設(shè)備較復(fù)雜，樹脂磨損大。 三塔式挪動(dòng)床系統(tǒng)由交換塔、再生塔和清洗塔組成。三塔式挪動(dòng)床系統(tǒng)由交換塔、再生塔和清洗塔組成。 離子交換劑分為無(wú)

10、機(jī)和有機(jī)兩大類。 無(wú)機(jī)的離子交換劑有天然沸石和人工合成沸石。沸石既可作陽(yáng)離子交換劑，也能用作吸附劑。 有機(jī)的離子交換劑有磺化煤和各種離子交換樹脂。 離子交換樹脂是一類具有離子交換特性的有機(jī)高分子聚合電解質(zhì)，是一種疏松的具有多孔構(gòu)造的固體球形顆粒，不溶于水，也不溶于電解質(zhì)溶液。三、離子交換劑的分類及組成三、離子交換劑的分類及組成離子交換樹脂的構(gòu)造：離子交換樹脂的構(gòu)造： 一部分是不溶性的樹脂本體(resin matrix)。樹脂本體為有機(jī)化合物和交聯(lián)劑組成的高分子共聚物。交聯(lián)劑的作用是使樹脂本體構(gòu)成立體的網(wǎng)狀構(gòu)造。 另一部分是具有活性的交換基團(tuán)也叫活性基團(tuán)。交換基團(tuán)(functional grou

11、p)由起交換作用的離子和與樹脂本體結(jié)合的離子組成。 如磺酸型陽(yáng)離子交換樹脂的組成為：RSO3H，其中R為樹脂本體，SO3H為交換基團(tuán)，H是可交換離子。 離子交換樹脂分為陽(yáng)離子交換樹脂(cation resin)和陰離子交換樹脂(anion resin)。 如RSO3H，酸性基團(tuán)上的H可以電離，能與其他陽(yáng)離子進(jìn)展等當(dāng)量的離子交換。 如RNH2活性基團(tuán)水合后構(gòu)成含有可離解的OH離子： RNH2H2O RNH3OH OH 可以和其它陰離子交換。按活性基團(tuán)中酸堿的強(qiáng)弱分為按活性基團(tuán)中酸堿的強(qiáng)弱分為: : a強(qiáng)酸性(strong acid)陽(yáng)離子交換樹脂，活性基團(tuán)普通為SO3H，故又稱磺酸型陽(yáng)離子交換樹

12、脂。 b弱酸性(weak acid)陽(yáng)離子交換樹脂，活性基團(tuán)普通為COOH，故又稱羧酸型陽(yáng)離子交換樹脂。其中活性基團(tuán)中的H可以被Na替代，因此陽(yáng)離子交換樹脂又可分為氫型和鈉型。 c強(qiáng)堿性(strong base)陰離子交換樹脂，活性基團(tuán)普通為NOH，故又稱為季胺型陰離子交換樹脂。 d弱堿性(weak base)陰離子交換樹脂，活性基團(tuán)普通有 NH3OH、NH2OH和NHOH之分，故分別又稱伯胺型，仲胺型和叔胺型離子交換樹脂。陰離子交換樹脂中的氫氧根離子OH可以用氯離子Cl替代。因此，陰離子交換樹脂又有氫氧型和氯型之分。 根據(jù)離子交換樹脂顆粒內(nèi)部構(gòu)造特點(diǎn)，又分為凝膠型(gel structure

13、)和大孔型(macroporous structure)兩類。兩者的區(qū)別在于構(gòu)造中空隙的大小。大孔型離子交化樹脂 1離子交換容量 交換容量(exchange capacity)是樹脂交換才干大小的規(guī)范，可以用分量法和容積法兩種方法表示。 分量法是指單位分量的干樹脂中離子交換基團(tuán)的數(shù)量，用mmo1/g或mo1/g來(lái)表示。 容積法是指單位體積的濕樹脂中離子交換基團(tuán)的數(shù)量，用mmol/L或mol/m3樹脂來(lái)表示。由于樹脂普通在濕態(tài)下運(yùn)用，因此常用的是容積法。四、離子交換樹脂的性能目的四、離子交換樹脂的性能目的 全交換容量是指樹脂中活性基團(tuán)的總數(shù)。 任務(wù)交換容量是指在給定的任務(wù)條件下，實(shí)踐所發(fā)揚(yáng)的交換

14、容量，實(shí)踐運(yùn)用中由于受各種要素的影響，普通任務(wù)交換容量只需總交換容量的6070。 有效交換容量是指出水到達(dá)一定目的時(shí)交換樹脂的交換容量。 2含水率 含水率通常以每克濕樹脂去除外表水分后所含水分百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。 3相對(duì)密度 離子交換樹脂的相對(duì)密度有三種表示方法:干真密度、濕真密度和濕視密度。 干密度是指在115真空枯燥后的密度； 濕真密度是指樹脂在水中充分膨漲后的質(zhì)量與樹脂所占體積不包括空隙之比； 濕視密度是指樹脂在水中充分膨漲后單位體積樹脂所具有的質(zhì)量。 4溶脹性 當(dāng)樹脂由一種離子型態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N離子型態(tài)時(shí)所發(fā)生的體積變化稱為溶脹性或膨脹性。 樹脂溶脹的程度用溶脹度來(lái)表示。如強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換樹脂由

15、鈉型轉(zhuǎn)變成氫型時(shí)，其體積溶脹度約為57。 5耐熱性 各種樹脂所能接受的溫度都有一個(gè)高限，超越這個(gè)極限，就會(huì)發(fā)生比較嚴(yán)重的熱分解景象，影響交換容量和運(yùn)用壽命。 6交聯(lián)度 交聯(lián)劑占單體質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)稱為交聯(lián)度。 交聯(lián)度直接影響樹脂的性能，交聯(lián)度越高，樹脂的機(jī)械強(qiáng)度就越大，對(duì)離子的選擇性就越強(qiáng)，但交換速度就越慢。 7選擇性 離子交換樹脂對(duì)水中某種離子能優(yōu)先交換的性能稱為選擇性，它是決議離子交換法處置效率的一個(gè)主要要素。 8化學(xué)穩(wěn)定性 廢水中的氧化劑，如氧、氯、鉻酸、硝酸等，由于其氧化作用能使樹脂網(wǎng)狀構(gòu)造破壞，活性基團(tuán)的數(shù)量和性質(zhì)也會(huì)發(fā)生變化。 防止樹脂因氧化而化學(xué)降解的方法有三種：一是采用高交聯(lián)度的樹

16、脂；二是在廢水中參與適量的復(fù)原劑；三是使交換柱內(nèi)的pH值堅(jiān)持在6左右。 除上述幾項(xiàng)目的外，還有樹脂的外形、粘度、耐磨性、在水中的不溶性等。鉻酸根離子鉻酸根離子mg/Lmg/L Zn2+Zn2+mg/Lmg/LCu2+Cu2+mg/Lmg/LNi2+Ni2+mg/Lmg/LpHpH值值6060100100303030303 35 57 7電鍍廢水水質(zhì)五、電鍍工藝及消費(fèi)廢水來(lái)源五、電鍍工藝及消費(fèi)廢水來(lái)源 含鉻漂洗廢水首先進(jìn)展預(yù)處置，即砂濾、錳砂濾、炭濾和精細(xì)過(guò)濾，分別去除廢水中的固體顆粒物、鐵、錳雜質(zhì)及有機(jī)污染物，為后續(xù)離子交換工藝的順利運(yùn)轉(zhuǎn)提供根底。預(yù)處置后的漂洗水經(jīng)過(guò)陽(yáng)樹脂床處置，交 換廢水中的陽(yáng)離子雜質(zhì)，再經(jīng)過(guò)陰樹脂床處置，交