離子交換與水處理

離子交換處理

——水處理方法

班級(jí)：11化工01班姓名：李惠展學(xué)號(hào)：20116670什么是離子交換？

離子交換是借助于固體離子交換劑中的離子與稀溶液中的離子進(jìn)行交換，以達(dá)到提取或去除溶液中某些離子的目的，是一種屬于傳質(zhì)分離過(guò)程的單元操作。離子交換是可逆的等當(dāng)量交換反應(yīng)。

常用應(yīng)用領(lǐng)域：食品飲料、制藥、表面處理、工業(yè)純水及高純水設(shè)備。離子交換與水處理：

離子交換法是水處理的一種常用方法。水處理領(lǐng)域離子交換樹(shù)脂的需求量很大，約占離子交換樹(shù)脂產(chǎn)量的90%，用于水中的各種陰陽(yáng)離子的去除。目前，離子交換樹(shù)脂的最大消耗量是用在火力發(fā)電廠的純水處理上。

離子交換樹(shù)脂是帶有官能團(tuán)(有交換離子的活性基團(tuán))、具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、不溶性的高分子化合物。通常是球形顆粒物。

分為陽(yáng)離子樹(shù)脂和陰離子樹(shù)脂兩大類。什么是離子交換樹(shù)脂？離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)其結(jié)構(gòu)由三部分組成：1.不溶性的三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成的樹(shù)脂骨架，使樹(shù)脂具有化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度；2.是與骨架相聯(lián)的功能基團(tuán)；3.是與功能基團(tuán)帶相反電荷的可移動(dòng)的離子，稱為活性離子，它在樹(shù)脂骨架中的進(jìn)進(jìn)出出，就發(fā)生離子交換現(xiàn)象。離子交換樹(shù)脂結(jié)構(gòu)圖示骨架：接有功能基團(tuán)，本身是惰性功能基團(tuán)：連接在骨架上，可與相反離子結(jié)合待交換分子：在吸附階段可與活性離子交換，與骨架上的功能基團(tuán)結(jié)合活性離子：與功能基團(tuán)所帶電荷相反的可移動(dòng)的離子按化學(xué)功能團(tuán)分陽(yáng)樹(shù)脂，酸性基團(tuán)，(弱酸性、強(qiáng)酸性)陰樹(shù)脂，堿性基團(tuán)，(弱堿性、強(qiáng)堿性)活性離子H＋氫型陽(yáng)樹(shù)脂；活性離子OH－羥型陰樹(shù)脂；活性離子為其它離子統(tǒng)稱鹽型樹(shù)脂。

離子交換樹(shù)脂的分類離子交換操作方式：靜態(tài)：操作簡(jiǎn)單、但是分批操作，交換不完全動(dòng)態(tài)：離子交換柱，交換、洗脫、再生等步驟均在柱內(nèi)進(jìn)行，亦稱為離子交換層析法,操作連續(xù)、交換完全，適宜多組份分離﹡靜態(tài)交換﹡動(dòng)態(tài)交換工藝流程及操作過(guò)程：廢水預(yù)處理交換離子排放去除影響交換的雜質(zhì):懸浮物、油類、膠體吸附、過(guò)濾去除陽(yáng)離子、陰離子反洗再生交換正洗一級(jí)除鹽系統(tǒng)簡(jiǎn)介：一級(jí)化學(xué)除鹽系統(tǒng)由陽(yáng)離子交換器、除碳器和陰離子交換器所組成，其組合方式分為單元制和母管制。圖3.7.1一級(jí)復(fù)床除鹽系統(tǒng)1—陽(yáng)床水泵；2—強(qiáng)酸性H型陽(yáng)離子交換器；3—除碳器；4—中間水箱；5—中間水泵；6—強(qiáng)堿性O(shè)H型陰離子交換器1.陽(yáng)離子交換

當(dāng)水通過(guò)強(qiáng)酸性H型陽(yáng)交換器時(shí)，水中所有的陽(yáng)離子都被強(qiáng)酸性H型樹(shù)脂吸收，活性基團(tuán)上的H+被置換到水中，與水中的陰離子組合生成酸。其反應(yīng)式：1/2Ca1/2SO41/2Ca1/2H2SO4

1/2MgNO3+RH→R1/2Mg+HNO3CIHCINa

HCO3

Na1/2H2CO3

2.陽(yáng)離子交換器（陽(yáng)床）排水裝置壓脂層200mm進(jìn)水裝置反洗空間中間排液裝置樹(shù)脂層1600mm逆流再生陽(yáng)離子交換器結(jié)構(gòu)圖進(jìn)水裝置的作用：是均勻分布進(jìn)水于交換器的過(guò)水?dāng)嗝嫔?。另一個(gè)作用是均勻收集反洗排水。排水裝置的作用：是均勻收集處理好的水；另一個(gè)作用是均勻分配反洗進(jìn)水。中間排液裝置的作用：中間排液裝置對(duì)逆流再生離子交換器運(yùn)行效果有較大影響，其作用是均勻排出再生液，防止樹(shù)脂亂層、流失外，還應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，安裝時(shí)應(yīng)保證在交換器內(nèi)呈水平狀態(tài)。壓脂層的作用：過(guò)濾掉水中的懸浮物及機(jī)械雜質(zhì)；使進(jìn)水通過(guò)壓脂層均勻作用于樹(shù)脂層表面；防止樹(shù)脂在逆流再生中亂層。2.除碳器

除碳原理水通過(guò)陽(yáng)離子交換器，水中的HCO3-與從樹(shù)脂上交換下來(lái)的H+結(jié)合，形成H2CO3極不穩(wěn)定，隨即分解生成的CO2：H2CO3H2O+CO2水中的CO2，可以看作是溶解在水中的氣體，它的溶解度與氣體分壓的關(guān)系符合亨利定律，即在一定的溫度下氣體在液體中的溶解度與該氣體在液面上的分壓成正比。只要降低水面上CO2的分壓力，溶于水中的游離CO2就能解吸出來(lái)。降低液面CO2氣體分壓的常用方法有鼓風(fēng)和抽真空兩種。3.陰離子交換器(陰床)1/2H2SO41/2SO4HNO3NO31/2H2CO3+ROH→R1/2CO3+2H2OHClCI1/2H2SiO3HSiO3

陰離子交換實(shí)質(zhì)上是陰樹(shù)脂中的OH與酸性水(經(jīng)過(guò)陽(yáng)離子交換及除碳)中的負(fù)離子進(jìn)行交換。所以在強(qiáng)堿性陰離子交換器內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)為：圖3.7.4強(qiáng)堿性O(shè)H型離子交換器出水水質(zhì)變化根據(jù)強(qiáng)堿陰樹(shù)脂的交換規(guī)律，HSiO3-集中在交換器中樹(shù)脂的底部。所以當(dāng)強(qiáng)堿性O(shè)H型陰離子交換器失效時(shí)，HSiO3-先漏出來(lái)，致使出水的硅含量升高。因強(qiáng)堿陰樹(shù)脂的選擇性順序?yàn)椋篠O42－>NO3－>Cl－>OH－>F－>HCO3－>HSiO3－陰離子交換器結(jié)構(gòu)：壓脂層進(jìn)水裝置反洗空間中間排液裝置樹(shù)脂層2500mm排水裝置逆流再生陰離子交換器示意圖陰離子交換器與陽(yáng)離子交換器一樣是逆流再生工藝，其操作步驟與陽(yáng)離子交換器相同。其交換器結(jié)構(gòu)示意圖與陽(yáng)離子交換器也相同。4、混合型離子交換器（混合床）除鹽1/2Ca2+、1/2Mg2+、Na+RH+R，OH+1/2SO42－、CI－、HCO3－、HSiO3－Na1/2SO4R1/2Ca+R，CI+H2OHCO31/2Mg

HSiO3

由于陽(yáng)、陰樹(shù)脂混合均勻，所以陽(yáng)、陰離子交換反應(yīng)幾乎是同時(shí)進(jìn)行的，置換出的H+和OH-立即生成水，都不會(huì)積累，消除了反離子作用，交換反應(yīng)進(jìn)行得十分徹底，出水水質(zhì)很好。交換反應(yīng)如下：混合床是圓柱型密閉容器。其內(nèi)部有進(jìn)水裝置、排水裝置、中部有再生時(shí)排再生廢液的中間排水裝置等。為了便于陽(yáng)、陰樹(shù)脂分層，混合床中陽(yáng)樹(shù)脂與陰樹(shù)脂的濕真密度差應(yīng)大于0.15～0.20g／cm3。國(guó)內(nèi)混合床采用的陽(yáng)、陰樹(shù)脂的體積比為1：2?；旌洗步Y(jié)構(gòu)：混合床結(jié)