工業(yè)廢水處理4-物理化學(xué)處理(2)

1、工業(yè)廢水的物理化學(xué)處理（二）第三節(jié) 吸附吸附現(xiàn)象吸附現(xiàn)象 A A 冰箱除異味冰箱除異味B B 變色硅膠變色硅膠一、吸附概述一、吸附概述1 吸附法功能與特點(diǎn)u功能 去除水中溶解態(tài)微量污染物。l 有機(jī)物 l 膠體粒子l 重金屬離子l 放射性元素l 其他（微生物、余氯、臭味、色度） 一、吸附概述一、吸附概述1 吸附法功能與特點(diǎn)特點(diǎn)l 深度處理l 可回收有用物料l 進(jìn)水預(yù)處理要求高l 運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用貴一、吸附概述一、吸附概述一、吸附概述一、吸附概述吸吸附附物理吸附物理吸附化學(xué)吸附化學(xué)吸附吸附劑與吸附物質(zhì)之間是通過(guò)吸附劑與吸附物質(zhì)之間是通過(guò)分子間引力分子間引力(即范徳華力即范徳華力)而產(chǎn)而產(chǎn)生的吸附生的吸附吸

2、附劑與被吸附物質(zhì)之間產(chǎn)吸附劑與被吸附物質(zhì)之間產(chǎn)生化學(xué)作用，生成化學(xué)鍵引生化學(xué)作用，生成化學(xué)鍵引起吸附起吸附2.1 吸附機(jī)理及分類 物理吸附物理吸附 l 分子間力(范德華力)引起l 沒(méi)有選擇性l 放熱較小，約42kJmol或更少l 多分子層吸附l 吸附劑的比表面積和細(xì)孔分布影響大一、吸附概述一、吸附概述2.1 吸附機(jī)理及分類 化學(xué)吸附化學(xué)吸附l 化學(xué)反應(yīng)，形成牢固的化學(xué)鍵l 放熱量較大，約84420kJmoll 有選擇性l 單分子層吸附l 表面化學(xué)性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)影響大一、吸附概述一、吸附概述二、吸附平衡與吸附等溫式二、吸附平衡與吸附等溫式 吸附過(guò)程中，固、液兩相經(jīng)過(guò)成分接觸后，最后吸附過(guò)程中，固

3、、液兩相經(jīng)過(guò)成分接觸后，最后將達(dá)到吸附與脫附的動(dòng)態(tài)平衡。達(dá)到平衡時(shí)，單將達(dá)到吸附與脫附的動(dòng)態(tài)平衡。達(dá)到平衡時(shí)，單位吸附劑所吸附的物質(zhì)的數(shù)量稱為平衡吸附量，位吸附劑所吸附的物質(zhì)的數(shù)量稱為平衡吸附量，常用常用q qe e(mg/g(mg/g) )表示表示。 平衡吸附量計(jì)算公式平衡吸附量計(jì)算公式： 式中：式中： V溶液體積，溶液體積，L； c0、ce分別為溶質(zhì)的初始和平衡濃度，分別為溶質(zhì)的初始和平衡濃度，mg/L； x 吸附劑吸附的溶質(zhì)總量，吸附劑吸附的溶質(zhì)總量，mg m投加吸附劑總量，投加吸附劑總量，g。mccVmxqee)(0二、吸附平衡與吸附等溫式二、吸附平衡與吸附等溫式 一般認(rèn)為，一般認(rèn)為，

4、1/n值介于值介于0.10.5，則易于吸附，則易于吸附，1/n2時(shí)難以吸附。時(shí)難以吸附。利用利用K和和1/n兩個(gè)常數(shù)，可以比較兩個(gè)常數(shù)，可以比較 不同吸附劑的特性。不同吸附劑的特性。適用于中等濃度的適用于中等濃度的溶液溶液二、吸附平衡與吸附等溫式二、吸附平衡與吸附等溫式2.2 吸附平衡與吸附等溫式2 2、LangmuirLangmuir 吸附等溫式吸附等溫式 理論假設(shè)：理論假設(shè)：l 吸附劑表面均一吸附劑表面均一l 吸附是單分子層的吸附是單分子層的 二、吸附平衡與吸附等溫式二、吸附平衡與吸附等溫式2. Langmuir吸附等溫式：吸附等溫式：其中： Ce 被吸附物質(zhì)的平衡濃度， mg/L; qe

5、 單位吸附劑所吸附的物質(zhì)的量，即平衡 吸附量，mg/g; Q0吸附劑的最大吸附量, mg/g; b Langmuir 常數(shù), L/mg。001QCbQqCeee二、吸附平衡與吸附等溫式二、吸附平衡與吸附等溫式2.2 吸附平衡與吸附等溫式3. B.E.T 吸附等溫式吸附等溫式 假定發(fā)生多分子層吸附。在原先假定發(fā)生多分子層吸附。在原先被吸附的分子上面仍可吸附另外被吸附的分子上面仍可吸附另外的分子，而且不一定等第一層吸的分子，而且不一定等第一層吸滿后再吸附第二層。第一層吸附滿后再吸附第二層。第一層吸附是靠吸附劑與吸附質(zhì)間的分子引是靠吸附劑與吸附質(zhì)間的分子引力，而第二層以后是靠吸附質(zhì)分力，而第二層以后

6、是靠吸附質(zhì)分子間的引力。總吸附量等于各層子間的引力。總吸附量等于各層吸附量之和。吸附量之和。2.2 吸附平衡與吸附等溫式3. B.E.T 吸附等溫式吸附等溫式 式中式中 a ，B常數(shù)；常數(shù)； Cs 吸附質(zhì)飽和濃度，吸附質(zhì)飽和濃度，mg/L Ce 平衡濃度，平衡濃度，mg/L。1)(Ce/Cs)-(B1Ce)-(CsBaCqee三、影響吸附的因素三、影響吸附的因素衡量衡量指標(biāo)指標(biāo)吸附能力吸附能力吸附速度吸附速度固體吸附劑用吸附量衡量固體吸附劑用吸附量衡量單位質(zhì)量吸附劑在單位單位質(zhì)量吸附劑在單位時(shí)間內(nèi)所吸附的物質(zhì)量時(shí)間內(nèi)所吸附的物質(zhì)量吸附吸附階段階段顆粒外部顆粒外部擴(kuò)散階段擴(kuò)散階段孔隙擴(kuò)散孔隙擴(kuò)散

7、階段階段吸附反應(yīng)吸附反應(yīng)階段階段吸附質(zhì)從溶液中擴(kuò)散到吸附吸附質(zhì)從溶液中擴(kuò)散到吸附劑表面劑表面吸附質(zhì)在吸附劑孔隙中繼續(xù)吸附質(zhì)在吸附劑孔隙中繼續(xù)向吸附點(diǎn)擴(kuò)散向吸附點(diǎn)擴(kuò)散吸附質(zhì)被吸附在吸附劑孔隙吸附質(zhì)被吸附在吸附劑孔隙內(nèi)的吸附點(diǎn)表面內(nèi)的吸附點(diǎn)表面吸附速度主要取決于外部擴(kuò)散速度和孔隙擴(kuò)散速度。吸附速度主要取決于外部擴(kuò)散速度和孔隙擴(kuò)散速度。外部擴(kuò)外部擴(kuò)散速度散速度與溶液濃度成正比與溶液濃度成正比與吸附劑的比表面積的大小成正與吸附劑的比表面積的大小成正比比吸附劑顆粒直徑越小，速度越快吸附劑顆粒直徑越小，速度越快增加溶液與顆粒間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，增加溶液與顆粒間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，可提高速度可提高速度孔隙擴(kuò)孔隙擴(kuò)

8、散速度散速度吸附劑顆粒越小，速度越快吸附劑顆粒越小，速度越快三、影響吸附的因素三、影響吸附的因素 吸附劑的物理化學(xué)性質(zhì)和吸附質(zhì)的物理化學(xué)性吸附劑的物理化學(xué)性質(zhì)和吸附質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)吸附有很大影響。質(zhì)對(duì)吸附有很大影響。 極性分子極性分子(或離子或離子)型的吸附劑容易吸附極性分子型的吸附劑容易吸附極性分子(或離子或離子)型的吸附質(zhì)。型的吸附質(zhì)。 非極性分子型的吸附劑容易吸附非極性的吸附質(zhì)。非極性分子型的吸附劑容易吸附非極性的吸附質(zhì)。三、影響吸附的因素三、影響吸附的因素四、吸附劑四、吸附劑 吸附劑是決定高效能的吸附處理過(guò)程的關(guān)鍵因素，吸附劑是決定高效能的吸附處理過(guò)程的關(guān)鍵因素，廣義而言，一切固體都

9、具有吸附能力，但是只有廣義而言，一切固體都具有吸附能力，但是只有多孔物質(zhì)或磨得極細(xì)的物質(zhì)，由于其具有很大的多孔物質(zhì)或磨得極細(xì)的物質(zhì)，由于其具有很大的表面積，才能作為吸劑。表面積，才能作為吸劑。 1.1.工業(yè)吸附劑必須滿足的要求工業(yè)吸附劑必須滿足的要求 (1)(1)吸附能力強(qiáng)；吸附能力強(qiáng)；(2)(2)吸附選擇性好；吸附選擇性好；(3)(3)吸附平衡濃度低；吸附平衡濃度低；(4)(4)容易再生和再利用；容易再生和再利用；(5)(5)機(jī)械強(qiáng)度好；機(jī)械強(qiáng)度好；(6)(6)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；(7)(7)來(lái)源廣；來(lái)源廣；(8)(8)價(jià)廉價(jià)廉 。四、吸附劑四、吸附劑四、吸附劑四、吸附劑1. 活性炭

10、活性炭 活性炭的再生活性炭的再生 再生是在吸附劑本身的結(jié)構(gòu)基本不發(fā)生變化的情再生是在吸附劑本身的結(jié)構(gòu)基本不發(fā)生變化的情況下，用某種方法將吸附質(zhì)從吸附劑微孔中除去況下，用某種方法將吸附質(zhì)從吸附劑微孔中除去,恢復(fù)恢復(fù)它的吸附能力。它的吸附能力。再再生生方方法法加熱再生法加熱再生法在高溫條件下，提高了吸附質(zhì)分在高溫條件下，提高了吸附質(zhì)分子的能量，使其易于從活性炭的子的能量，使其易于從活性炭的活性點(diǎn)脫離；而吸附的有機(jī)物則活性點(diǎn)脫離；而吸附的有機(jī)物則在高溫下氧化和分解，成為氣態(tài)在高溫下氧化和分解，成為氣態(tài)逸出或斷裂成低分子逸出或斷裂成低分子化學(xué)再生法化學(xué)再生法通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，使吸附質(zhì)轉(zhuǎn)化為通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，使

11、吸附質(zhì)轉(zhuǎn)化為易溶于水的物質(zhì)而解吸下來(lái)易溶于水的物質(zhì)而解吸下來(lái)活性炭再生方法比較活性炭再生方法比較 用加熱再生法處理活性炭時(shí)，炭的損失率高，而且再生成本也較高，而藥劑再生法處理成本高并易造成二次污染，因此化學(xué)再生法(如臭氧再生法)、生物再生法和濕式氧化再生法是今后活性炭再生方法的發(fā)展方向。四、吸附劑四、吸附劑四、吸附劑四、吸附劑四、吸附劑四、吸附劑四、吸附劑四、吸附劑五、五、 吸附工藝和設(shè)備吸附工藝和設(shè)備操作方式連續(xù)式連續(xù)式間歇式將廢水和吸附劑放在吸附池內(nèi)進(jìn)行攪拌30min左右，然后靜置沉淀，排除澄清液固定床固定床移動(dòng)床移動(dòng)床流化床流化床吸附劑固定填放在吸附柱(或塔)中在操作過(guò)程中定期地將接近飽

12、和的一部分吸附劑從吸附柱中排出，并同時(shí)將等量的新鮮吸附劑加入柱中吸附劑在吸附柱內(nèi)處于膨脹狀態(tài)，懸浮于由下而上的水流中吸附的應(yīng)用吸附的應(yīng)用降流式固定吸附塔構(gòu)造示意圖(a)(b)(c)固定床吸附操作示意圖單床式單床式多床串聯(lián)式多床串聯(lián)式多床并聯(lián)式多床并聯(lián)式活性炭吸附工藝和設(shè)備活性炭吸附工藝和設(shè)備六、吸附法在污水處理中的應(yīng)用六、吸附法在污水處理中的應(yīng)用1. 吸附法除汞吸附法除汞 活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附能力有限，只適宜于處理含汞量低的廢水。能力有限，只適宜于處理含汞量低的廢水。吸附法除汞流程吸附法除汞流程概述概述一、離子交換法一、離子交換法

13、 離子交換劑上的離子和水中的離子進(jìn)行交換的一離子交換劑上的離子和水中的離子進(jìn)行交換的一種特殊吸附現(xiàn)象。種特殊吸附現(xiàn)象。 與其它吸附過(guò)程相比：與其它吸附過(guò)程相比： 主要吸附水中離子態(tài)物質(zhì)；主要吸附水中離子態(tài)物質(zhì)； 交換劑上的離子和水中離子進(jìn)行交換劑上的離子和水中離子進(jìn)行“等當(dāng)量等當(dāng)量”的交的交換。換。概述概述二、發(fā)展二、發(fā)展18051805年英國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了土壤中年英國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了土壤中CaCa2+2+和和NHNH4 4+ +的交換的交換現(xiàn)象；現(xiàn)象；18761876年年LembergLemberg 揭示了離子交換的可逆性和化學(xué)揭示了離子交換的可逆性和化學(xué)計(jì)量關(guān)系；計(jì)量關(guān)系；19351935年人工

14、合成了離子交換樹(shù)脂；年人工合成了離子交換樹(shù)脂；19401940年應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)；年應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)；19511951年我國(guó)開(kāi)始合成樹(shù)脂。年我國(guó)開(kāi)始合成樹(shù)脂。概述概述 (一一) 給水處理給水處理 硬水軟化、脫鹽。硬水軟化、脫鹽。 純水、高純水的制備。純水、高純水的制備。 (二二) 廢水處理廢水處理 廢水中金屬離子廢水中金屬離子：Zn2+、Cu2+、Cr6+ 、Cr3+ (三三) 工業(yè)生產(chǎn)工業(yè)生產(chǎn) 產(chǎn)品的提純產(chǎn)品的提純 三、應(yīng)用三、應(yīng)用概述概述 1 去除率高，凈化效果好；去除率高，凈化效果好； 2 可做到污染物的回收利用；可做到污染物的回收利用； 3 對(duì)廢水的預(yù)處理要求較高；對(duì)廢水的預(yù)處理要求較高；

15、 4 樹(shù)脂再生液需要進(jìn)一步處置樹(shù)脂再生液需要進(jìn)一步處置。四、特點(diǎn)四、特點(diǎn)離子交換樹(shù)脂離子交換樹(shù)脂 固體球形顆粒，多孔網(wǎng)狀固體球形顆粒，多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；不溶于水；具有離子交換結(jié)構(gòu)；不溶于水；具有離子交換特性的有機(jī)高分子聚電解質(zhì)。特性的有機(jī)高分子聚電解質(zhì)。 (一) 組成 離子交離子交換樹(shù)脂換樹(shù)脂母體母體(骨架骨架)活性基團(tuán)活性基團(tuán)固固 定定 離離 子子可交換離子可交換離子苯乙烯苯乙烯( (單體單體) )+ +二乙烯苯二乙烯苯( (交聯(lián)劑交聯(lián)劑) )母體母體共聚共聚H2SO4功功能能基基反反應(yīng)應(yīng)R SO3 H固定離子固定離子 可交換離子可交換離子母體母體離子交換樹(shù)脂離子交換樹(shù)脂 (二) 樹(shù)脂分類按選擇

16、性按活動(dòng)離子離子交離子交換樹(shù)脂換樹(shù)脂H型型OH型型Na型型離子交離子交換樹(shù)脂換樹(shù)脂陽(yáng)離子交換樹(shù)脂陽(yáng)離子交換樹(shù)脂陰離子交換樹(shù)脂陰離子交換樹(shù)脂弱堿性陰離子交換樹(shù)脂弱堿性陰離子交換樹(shù)脂 RNH3OH強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂 R NOH弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂 RCOOH強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂 RSO3HCl型型離子交換樹(shù)脂離子交換樹(shù)脂 (二) 樹(shù)脂分類按結(jié)構(gòu)離子交離子交換樹(shù)脂換樹(shù)脂凝膠型凝膠型等孔型等孔型孔大、均勻，抗有機(jī)污染能力強(qiáng)?？状?、均勻，抗有機(jī)污染能力強(qiáng)?？状?，溶脹度小，交換速度高，抗污染能力強(qiáng)?？状螅苊浂刃?，交換速度高，抗污染能力強(qiáng)?？紫?/p>

17、小、少，溶脹度較大，水溶脹后呈凝膠狀。孔隙小、少，溶脹度較大，水溶脹后呈凝膠狀。大孔型大孔型離子交換樹(shù)脂離子交換樹(shù)脂 (二) 樹(shù)脂分類按交聯(lián)度離子交離子交換樹(shù)脂換樹(shù)脂低交聯(lián)度低交聯(lián)度高交聯(lián)度高交聯(lián)度12%-20%7%-8%2%-4%一般交聯(lián)度一般交聯(lián)度u交聯(lián)度越高，孔隙度越低，密度越大，對(duì)半徑較大的離子交聯(lián)度越高，孔隙度越低，密度越大，對(duì)半徑較大的離子 和水合離子擴(kuò)散速度越低，交換量越小。和水合離子擴(kuò)散速度越低，交換量越小。u在水中浸泡，形變小，較穩(wěn)定。在水中浸泡，形變小，較穩(wěn)定。樹(shù)脂的特性樹(shù)脂的特性離子交換樹(shù)脂離子交換樹(shù)脂 (一) 外觀u 形狀：透明或半透明的球狀珠體。形狀：透明或半透明的球

18、狀珠體。u 顏色：白、淺黃、赤褐色。顏色：白、淺黃、赤褐色。 (二) 含水率 樹(shù)脂孔隙內(nèi)所含的水分，一般在樹(shù)脂孔隙內(nèi)所含的水分，一般在40%69%。u與樹(shù)脂的膠聯(lián)度有關(guān)，交聯(lián)度低，空隙率高，與樹(shù)脂的膠聯(lián)度有關(guān)，交聯(lián)度低，空隙率高，含水率高。含水率高。 (三) 溶脹性 吸水后體積增大的現(xiàn)象。溶脹程度用溶脹率表示：吸水后體積增大的現(xiàn)象。溶脹程度用溶脹率表示：u溶脹的原因溶脹的原因 水?dāng)U散到樹(shù)脂交聯(lián)網(wǎng)孔發(fā)生溶脹；水?dāng)U散到樹(shù)脂交聯(lián)網(wǎng)孔發(fā)生溶脹； 活性基團(tuán)離解形成水合離子?；钚曰鶊F(tuán)離解形成水合離子。u 影響因素影響因素 樹(shù)脂交聯(lián)度：交聯(lián)度越大，溶脹率越低。樹(shù)脂交聯(lián)度：交聯(lián)度越大，溶脹率越低。 活性基團(tuán)：

19、離解程度越大，溶脹率越大；活性基團(tuán)：離解程度越大，溶脹率越大； 可交換離子：水合半徑越大，溶脹率越高?？山粨Q離子：水合半徑越大，溶脹率越高。%100前前后溶脹率VVV離子交換樹(shù)脂離子交換樹(shù)脂離子交換樹(shù)脂離子交換樹(shù)脂 (四) 交換容量 單位體積濕樹(shù)脂單位體積濕樹(shù)脂(容量表示法容量表示法)或單位重量干樹(shù)脂或單位重量干樹(shù)脂(重量表示重量表示法法)可發(fā)生交換的活性基團(tuán)數(shù)量。可發(fā)生交換的活性基團(tuán)數(shù)量。 容量表示法容量表示法 EV ：mmol/ml、mol/l。 重量表示法重量表示法 EW ：mmol/g、mol/kg。 EV = EW 濕比重濕比重(1-含水率含水率) 全交換容量：全交換容量： 單位體積

20、或重量樹(shù)脂中含可交換基團(tuán)的總數(shù)。單位體積或重量樹(shù)脂中含可交換基團(tuán)的總數(shù)。 平衡交換容量：在一定的外界溶液條件下，交換反應(yīng)達(dá)到平衡交換容量：在一定的外界溶液條件下，交換反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，交換樹(shù)脂所能交換的離子數(shù)量。平衡狀態(tài)時(shí)，交換樹(shù)脂所能交換的離子數(shù)量。工作交換容量：在動(dòng)態(tài)工作條件下，當(dāng)出水水質(zhì)達(dá)到交換工作交換容量：在動(dòng)態(tài)工作條件下，當(dāng)出水水質(zhì)達(dá)到交換終點(diǎn)時(shí)，樹(shù)脂層達(dá)到的平均交換容量。終點(diǎn)時(shí)，樹(shù)脂層達(dá)到的平均交換容量。 實(shí)質(zhì)：不溶性離子化合物(離子交換劑)上的可交換離子與溶液中的其他同性離子的交換反應(yīng)，是一種特殊的吸附過(guò)程，通常是可逆化學(xué)吸附。 離子交換是可逆反應(yīng)，其反應(yīng)式可表達(dá)為：離子交換是

21、可逆反應(yīng)，其反應(yīng)式可表達(dá)為：HRMMRH交換交換樹(shù)脂樹(shù)脂交換交換離子離子飽和飽和樹(shù)脂樹(shù)脂 在平衡狀態(tài)下，樹(shù)脂中及溶液中的反應(yīng)物濃度符在平衡狀態(tài)下，樹(shù)脂中及溶液中的反應(yīng)物濃度符合下列關(guān)系式：合下列關(guān)系式：KRHMRMH K值的大小能定量地反映離子交換劑對(duì)某兩個(gè)固定離子交換選擇性的大小。離子交換原理離子交換原理樹(shù)脂的網(wǎng)絡(luò)骨架樹(shù)脂的網(wǎng)絡(luò)骨架 離子交換的過(guò)程：離子交換的過(guò)程： R-SO3H + Na+ R-SO3Na + H + R-N(CH3)3Cl + OH- R-N(CH3)3OH + Cl- 影響離子交換的選擇性影響離子交換的選擇性 離子在離子交換樹(shù)脂上的交換能力與離子的離子在離子交換樹(shù)脂上的

22、交換能力與離子的水合離子半徑、電荷水合離子半徑、電荷及離子的極化程度及離子的極化程度有關(guān)。有關(guān)。水合離子半徑水合離子半徑，電荷，電荷，離子的極化程度，離子的極化程度 ，親和力，親和力。 1 1 在常溫、稀溶液中在常溫、稀溶液中離子價(jià)數(shù)越高，與固定離子的靜電引力越大，越優(yōu)先交換。離子價(jià)數(shù)越高，與固定離子的靜電引力越大，越優(yōu)先交換。 CrCr3+3+CaCa2+2+NaNa+ + PO PO4 43+3+SOSO4 42-2-ClCl- - 同價(jià)離子原子序數(shù)越大，與固定離子的靜電引力越大（同價(jià)離子原子序數(shù)越大，與固定離子的靜電引力越大（Ca, Ca, MgMg）；）；稀土元素相反。稀土元素相反。

23、離子交換原理離子交換原理影響離子交換的選擇性影響離子交換的選擇性 2 在高濃度的溶液中在高濃度的溶液中 由于離子的水化作用不充分，水合離子的半徑接近由于離子的水化作用不充分，水合離子的半徑接近離子半徑，原子序數(shù)越大，離子半徑增大，離子表面離子半徑，原子序數(shù)越大，離子半徑增大，離子表面電荷密度相對(duì)減小，與固定離子的靜電引力越小。電荷密度相對(duì)減小，與固定離子的靜電引力越小。離子交換原理離子交換原理陽(yáng)離子交換樹(shù)脂陽(yáng)離子交換樹(shù)脂1）強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂：）強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂： Li+ H+ Na+ NH4+ K+ Rb+ Cs+ Ag+ Mg2+ Ca2+ Zn2+Co2+Cu2+Cd2+Ni2+S

24、r2+Pb2+Ba2+Al3+ Fe3+ 2）弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，）弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，H的親合力大于陽(yáng)離子的親合力大于陽(yáng)離子，陽(yáng)離子親合力與強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂類似。，陽(yáng)離子親合力與強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂類似。離子交換原理離子交換原理陰離子交換樹(shù)脂陰離子交換樹(shù)脂1）強(qiáng)堿型陰離子交換樹(shù)脂）強(qiáng)堿型陰離子交換樹(shù)脂F(xiàn)-OH-CH3COO-HCOO-Cl-NO2-CN-Br-C2O42-NO3- HSO4-I-CrO42-SO42- Cr2O72- 2）弱堿型陰離子交換樹(shù)脂）弱堿型陰離子交換樹(shù)脂F(xiàn)-Cl-BrI-CH3COO-MoO42-PO43-AsO43-NO3-酒石酸根酒石酸根CrO42- S

25、O42- Cr2O72- OH-離子交換原理離子交換原理 3 樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 樹(shù)脂的交聯(lián)度：交聯(lián)度越高，選擇性增加樹(shù)脂的交聯(lián)度：交聯(lián)度越高，選擇性增加 強(qiáng)酸強(qiáng)酸(堿堿)、弱酸堿樹(shù)脂的交換、弱酸堿樹(shù)脂的交換 4 溶液的溫度和溶液的溫度和pH 溫度升高，溫度升高，K值增大，離子和固定基團(tuán)交換勢(shì)增大。值增大，離子和固定基團(tuán)交換勢(shì)增大。 pH值：值： 影響某些離子的存在狀態(tài)，影響某些離子的存在狀態(tài)， Cr2O72-+OH-= 2CrO42-+H+ 影響弱酸、堿樹(shù)脂固定基團(tuán)的電離。影響弱酸、堿樹(shù)脂固定基團(tuán)的電離。離子交換原理離子交換原理離子交換樹(shù)脂的選擇、保存、使用離子交換樹(shù)脂的選擇、

26、保存、使用 樹(shù)脂選擇 樹(shù)脂保存 樹(shù)脂使用（1）樹(shù)脂選擇 離子交換法主要用于除去水中可溶性鹽類。選擇樹(shù)脂時(shí)應(yīng)綜合考慮原水水質(zhì)、處理要求、交換工藝以及投資和運(yùn)行費(fèi)用等因素。當(dāng)分離無(wú)機(jī)陽(yáng)離子或有機(jī)堿性物質(zhì)時(shí)，宜選用陽(yáng)樹(shù)脂；分離無(wú)機(jī)陰離子或有機(jī)酸時(shí)，宜采用陰樹(shù)脂。對(duì)氨基酸等兩性物質(zhì)的分離，既可用陽(yáng)樹(shù)脂，也可用陰樹(shù)脂。（1）樹(shù)脂選擇 對(duì)某些貴金屬和有毒金屬離子（如 Hg2）可選擇螯合樹(shù)脂交換回收。對(duì)有機(jī)物（如酚），宜用低交聯(lián)度的大孔樹(shù)脂處理。絕大多數(shù)脫鹽系統(tǒng)都采用強(qiáng)型樹(shù)脂。（2）樹(shù)脂保存 樹(shù)脂宜040下存放，當(dāng)環(huán)境溫度低于0，或發(fā)現(xiàn)樹(shù)脂脫水后，應(yīng)向包裝袋內(nèi)加入飽和食鹽水浸泡。對(duì)長(zhǎng)時(shí)期停運(yùn)而閑置在交換器中

27、的樹(shù)脂應(yīng)定期換水。 通常強(qiáng)型樹(shù)脂以鹽型保存，弱酸樹(shù)脂以氫型保存。弱堿樹(shù)脂以游離胺型保存，性能最穩(wěn)定。（3）樹(shù)脂使用 樹(shù)脂在使用前應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，以去除雜質(zhì)。最好分別用水、5HCl、24NaOH反復(fù)浸泡清洗兩次，每次48h。離子交換工藝及設(shè)備離子交換工藝及設(shè)備二、動(dòng)態(tài)交換二、動(dòng)態(tài)交換 (一一) 裝置類型裝置類型 固定床系統(tǒng)固定床系統(tǒng) 單床、復(fù)床單床、復(fù)床 、混合床、混合床 移動(dòng)床和流動(dòng)床移動(dòng)床和流動(dòng)床一、離子交換操作方式一、離子交換操作方式 靜態(tài)交換靜態(tài)交換 動(dòng)態(tài)交換動(dòng)態(tài)交換第四節(jié)第四節(jié) 離子交換工藝及設(shè)備離子交換工藝及設(shè)備 (二) 工藝流程及操作過(guò)程 工藝流程工藝流程 運(yùn)行過(guò)程運(yùn)行過(guò)程廢水

28、預(yù)處理交換離子交換離子排放去除影響交換的雜質(zhì)去除影響交換的雜質(zhì):懸浮物、油類、膠懸浮物、油類、膠 體體吸附、過(guò)濾吸附、過(guò)濾去除陽(yáng)離子、陰離子去除陽(yáng)離子、陰離子反洗再生再生交換正洗正洗1. 交換交換 開(kāi)啟進(jìn)水閥開(kāi)啟進(jìn)水閥1和出水閥和出水閥2，其余閥門關(guān)閉。，其余閥門關(guān)閉。2. 反洗反洗 目的在于松動(dòng)樹(shù)脂層，以便下一步再目的在于松動(dòng)樹(shù)脂層，以便下一步再生時(shí)，注入的再生液能分布均勻，同時(shí)也生時(shí)，注入的再生液能分布均勻，同時(shí)也及時(shí)地清除積存在樹(shù)脂層內(nèi)的雜質(zhì)、碎粒及時(shí)地清除積存在樹(shù)脂層內(nèi)的雜質(zhì)、碎粒和氣泡。和氣泡。 先關(guān)閉閥門先關(guān)閉閥門1和和2，打開(kāi)反洗閥，打開(kāi)反洗閥3，然后，然后再逐漸開(kāi)大排水閥再逐漸

29、開(kāi)大排水閥4進(jìn)行反洗。進(jìn)行反洗。3. 再生再生 先關(guān)閉閥門先關(guān)閉閥門3和和4，打開(kāi)排氣閥，打開(kāi)排氣閥7及排及排水閥水閥5，將水放到離樹(shù)脂層表面，將水放到離樹(shù)脂層表面10cm左左右，再關(guān)閉閥門右，再關(guān)閉閥門5，開(kāi)啟進(jìn)再生液閥門，開(kāi)啟進(jìn)再生液閥門8，排出交換器內(nèi)空氣后，即關(guān)閉閥門排出交換器內(nèi)空氣后，即關(guān)閉閥門7，再，再適當(dāng)開(kāi)啟閥門適當(dāng)開(kāi)啟閥門5，進(jìn)行再生。，進(jìn)行再生。4. 清洗清洗 先關(guān)閉閥門先關(guān)閉閥門8，然后開(kāi)啟閥門，然后開(kāi)啟閥門1及及5。 固定床離子交換器的設(shè)計(jì)計(jì)算，根據(jù)物料平衡原理，可得如下基本固定床離子交換器的設(shè)計(jì)計(jì)算，根據(jù)物料平衡原理，可得如下基本公式：公式：TccqAhEOV)(A離子

30、交換器截面積，m2；h樹(shù)脂層高度，m；E交換樹(shù)脂的工作交換容量，mmol/L;qv廢水平均流量，m3/h;c0進(jìn)水濃度，mmol/L;c出水濃度，nmol/L；T交換周期，h。離子交換工藝及設(shè)備離子交換工藝及設(shè)備樹(shù)脂層離子交換規(guī)律樹(shù)脂層離子交換規(guī)律分層失效原理分層失效原理 (一) 廢水中只有一種離子B+AB0tC0ABaCeC保 護(hù) 層交 換 帶進(jìn) 水 （ C0）出 水離子交換工藝及設(shè)備離子交換工藝及設(shè)備 (二) 廢水中有幾種離子B1+、 B2+、 B3+ 且交換能力且交換能力 B1+ B2+ B3+ 離子交換可對(duì)廢水中不同離子進(jìn)行分離。離子交換可對(duì)廢水中不同離子進(jìn)行分離。進(jìn)水(B1、B2、B

31、3)出水B2AB1B2B3B3離子交換工藝及設(shè)備離子交換工藝及設(shè)備樹(shù)脂的再生樹(shù)脂的再生 (一一) 再生的目的再生的目的 恢復(fù)樹(shù)脂的交換能力恢復(fù)樹(shù)脂的交換能力 回收有用物質(zhì)回收有用物質(zhì) (二二) 再生原理再生原理RA+B=RB+A如果顯著增加如果顯著增加A A離子濃度，在濃差作用下，大量離子濃度，在濃差作用下，大量A A離子向樹(shù)脂內(nèi)擴(kuò)散，而樹(shù)脂內(nèi)的離子向樹(shù)脂內(nèi)擴(kuò)散，而樹(shù)脂內(nèi)的B B則向溶液擴(kuò)散。則向溶液擴(kuò)散。反應(yīng)向左進(jìn)行，從而達(dá)到樹(shù)脂再生的目的。反應(yīng)向左進(jìn)行，從而達(dá)到樹(shù)脂再生的目的。離子交換工藝及設(shè)備離子交換工藝及設(shè)備 (二二) 影響再生的因素影響再生的因素 再生劑再生劑u再生劑的種類再生劑的種

32、類 H型陽(yáng)樹(shù)脂：再生劑型陽(yáng)樹(shù)脂：再生劑HCl 或或H2SO4，HCl 優(yōu)于優(yōu)于H2SO4。 OH型陰樹(shù)脂：再生劑型陰樹(shù)脂：再生劑Na2CO3或或NaOH。u 再生劑的濃度再生劑的濃度 HCl 510% NaOH 1012%、48%u再生劑用量再生劑用量 1.23.0倍樹(shù)脂體積。倍樹(shù)脂體積。離子交換工藝及設(shè)備離子交換工藝及設(shè)備 再生方式再生方式u 順流再生順流再生 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 工藝簡(jiǎn)單；工藝簡(jiǎn)單； 操作方便、可靠。操作方便、可靠。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 有重復(fù)交換現(xiàn)象，再生有重復(fù)交換現(xiàn)象，再生劑用量高；劑用量高； 工作交換容量低。工作交換容量低。順流再生AB再生液再生劑（A）AB進(jìn)水出水 再生方式再生

33、方式u 逆流再生逆流再生 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 避免重復(fù)交換；再生劑用量少。避免重復(fù)交換；再生劑用量少。 樹(shù)脂底層再生干凈，工作樹(shù)脂底層再生干凈，工作 交換容量較高。交換容量較高。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 設(shè)備較復(fù)雜。設(shè)備較復(fù)雜。 要求控制技術(shù)高。要求控制技術(shù)高。 BA逆流再生再生液再生劑（A）第四節(jié)第四節(jié) 離子交換工藝及設(shè)備離子交換工藝及設(shè)備離子交換設(shè)計(jì)離子交換設(shè)計(jì) (一一) 根據(jù)廢水水質(zhì)和處理根據(jù)廢水水質(zhì)和處理 要求，選擇離子交換劑。要求，選擇離子交換劑。 (二二) 選擇合適的再生劑，估算其用量。選擇合適的再生劑，估算其用量。 (三三) 根據(jù)去除對(duì)象確定工藝流程及工藝參數(shù)。根據(jù)去除對(duì)象確定工藝流程及工藝參數(shù)

34、。 1 工藝流程的確定工藝流程的確定 2 主要工藝參數(shù)主要工藝參數(shù) 交換速度交換速度 1535m/h； 反沖速度反沖速度 15m/h 再生劑流速再生劑流速 1015m/h 再生效率再生效率 80%第四節(jié)第四節(jié) 離子交換工藝及設(shè)備離子交換工藝及設(shè)備 (四四) 離子交換柱尺寸確定離子交換柱尺寸確定 1 離子交換柱高度離子交換柱高度H H = H1+H2+H3 H1樹(shù)脂層高度；樹(shù)脂層高度； H2樹(shù)脂層以上高度，膨脹率樹(shù)脂層以上高度，膨脹率4080%； H3 底部配水區(qū)高度底部配水區(qū)高度(0.4m) 2 交換柱內(nèi)徑交換柱內(nèi)徑D 式中：式中：Q處理水量；處理水量； (D3m) n并聯(lián)臺(tái)數(shù)；并聯(lián)臺(tái)數(shù)； u 交換速度。交換速度。unQD4第四節(jié)第四節(jié) 離子交換工藝及設(shè)備離子交換工藝及設(shè)備第五節(jié)第五節(jié) 應(yīng)用應(yīng)用二二 水的軟化和除鹽水的軟化和除鹽 (一一) 水質(zhì)軟化水質(zhì)軟化 1 Na離子交換軟化系統(tǒng)離子交換軟化系統(tǒng) 2 RNa+Ca (HCO3)2=R2Ca+ 2NaHCO3 2RNa+CaSO4= R2Ca + Na2SO4 2 RNa+MgCl2 = R2Mg + 2NaCl2第五節(jié)第五節(jié) 應(yīng)用應(yīng)用 2 強(qiáng)酸性強(qiáng)酸