離子交換樹脂與水污染控制

目錄一.離子交換樹脂二.水污染控制三.離子交換樹脂與水污染控制當(dāng)前1頁，總共51頁。一.離子交換樹脂1.離子交換樹脂的定義

2離子交換樹脂的分類3離子交換樹脂的交換原理4離子交換樹脂離子交換速度5離子交換樹脂離子交換設(shè)計(jì)

當(dāng)前2頁，總共51頁。第一節(jié)離子交換樹脂

固體球形顆粒，多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；不溶于水；具有離子交換特性的有機(jī)高分子聚電解質(zhì)。一、離子交換樹脂定義

(一)組成

離子交換樹脂母體(骨架)活性基團(tuán)固定離子可交換離子苯乙烯(單體)+二乙烯苯(交聯(lián)劑)母體共聚H2SO4功能基反應(yīng)R—SO3H固定離子可交換離子母體當(dāng)前3頁，總共51頁。離子交換樹脂基體的組成

離子交換樹脂的基體，制造原料主要有苯乙烯和丙烯酸(酯)兩大類。苯乙烯系樹脂是先使用的，丙烯酸系樹脂則用得較后。

強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂

弱酸性丙烯酸系陽離子交換樹脂

當(dāng)前4頁，總共51頁。

2.樹脂分類按選擇性按結(jié)構(gòu)離子交換樹脂凝膠型等孔型孔大、均勻，抗有機(jī)污染能力強(qiáng)?？状螅苊浂刃?，交換速度高，抗污染能力強(qiáng)。孔隙小、少，溶脹度較大，水溶脹后呈凝膠狀。大孔型離子交換樹脂陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂弱堿性陰離子交換樹脂R—NH3OH強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂RNOH弱酸性陽離子交換樹脂R—COOH強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂R—SO3H當(dāng)前5頁，總共51頁。當(dāng)前6頁，總共51頁。3離子交換樹脂的工作原理樹脂在離子交換過程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)當(dāng)前7頁，總共51頁。3

離子交換原理3.1離子交換反應(yīng)b(R—A)a++aBb+?a(R—B)b++bAa+

特點(diǎn)：

符合質(zhì)量作用定律;

等當(dāng)量進(jìn)行的同性離子的互換反應(yīng);

具有飽和性;

樹脂母體和固定離子不發(fā)生變化。當(dāng)前8頁，總共51頁。3.2、離子交換平衡

b(R—A)a++aBb+?a(R—B)b++bAa+有：式中：f為活度系數(shù)。當(dāng)前9頁，總共51頁。3.3、離子交換選擇性平衡吸著率設(shè)：fR-B/fR-A=C；

fA/fB=1選擇性系數(shù)K//C=K

當(dāng)前10頁，總共51頁。a=b=1Q為樹脂的全交換容量；q為B在離子交換樹脂上平衡交換量；C0、C為水中B離子的初始和平衡濃度。當(dāng)前11頁，總共51頁。

影響離子交換的選擇性

1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。

Cr3+＞Ca2+＞Na+PO43+＞SO42-＞Cl-

同價(jià)離子原子序數(shù)越大，與固定離子的靜電引力越大；稀土元素相反。

2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減小，與固定離子的靜電引力越小。當(dāng)前12頁，總共51頁。

3樹脂的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

樹脂的交聯(lián)度：交聯(lián)度越高，選擇性增加強(qiáng)酸(堿)、弱酸堿樹脂的交換

4溶液的溫度和pH溫度升高，K值增大，離子和固定基團(tuán)交換勢增大。pH值：影響某些離子的存在狀態(tài)，

Cr2O72-+OH-=2CrO42-+H+

影響弱酸、堿樹脂固定基團(tuán)的電離。當(dāng)前13頁，總共51頁。4離子交換樹脂離子交換速度當(dāng)前14頁，總共51頁。樹脂顆粒水膜BB(1)(2)(3)(A)(4)(5)(6)A外擴(kuò)散薄膜擴(kuò)散內(nèi)擴(kuò)散

4.1交換過程當(dāng)前15頁，總共51頁。當(dāng)前16頁，總共51頁。4.2.1液膜擴(kuò)散

離子濃度

溶液離子濃度低，樹脂交換容量大時(shí)，液膜擴(kuò)散受阻。溶液離子濃度過高，樹脂易發(fā)生收縮現(xiàn)象，內(nèi)擴(kuò)散受阻。

水流速度

水流速度增加，水膜變薄，液膜擴(kuò)散加快。

樹脂顆粒的大小

樹脂顆粒小，比表面積增加，利于液膜擴(kuò)散。4.2影響交換速度的因素當(dāng)前17頁，總共51頁。

離子電荷

離子電荷越大，擴(kuò)散系數(shù)越小，不利于液膜擴(kuò)散。樹脂交聯(lián)度

交聯(lián)度越低，樹脂網(wǎng)孔越大，有利于離子的內(nèi)擴(kuò)散。離子的水化度離子水化程度大，水合離子半徑越大，不利于離子的內(nèi)擴(kuò)散。水溶液的溫度提高水溫同時(shí)加快液膜擴(kuò)散和顆粒內(nèi)擴(kuò)散4.2.2樹脂顆粒內(nèi)擴(kuò)散當(dāng)前18頁，總共51頁。5、離子交換樹脂離子交換設(shè)計(jì)

(一)根據(jù)廢水水質(zhì)和處理要求，選擇離子交換劑。

(二)選擇合適的再生劑，估算其用量。

(三)根據(jù)去除對象確定工藝流程及工藝參數(shù)。

1工藝流程的確定

2主要工藝參數(shù)

交換速度15～35m/h；反沖速度15m/h

再生劑流速10～15m/h

再生效率＞80%當(dāng)前19頁，總共51頁。

(四)離子交換柱尺寸確定

1離子交換柱高度HH=H1+H2+H3H1—樹脂層高度；H2—樹脂層以上高度，膨脹率40～80%；H3—底部配水區(qū)高度(0.4m)

2交換柱內(nèi)徑D

式中：Q—處理水量；(D≤3m)n—并聯(lián)臺數(shù)；

u—交換速度。當(dāng)前20頁，總共51頁。(五)樹脂用量確定

TQ(C0—C)=nE工

f·H1V=(n＋n′)f·H1

式中：

T—有效工作時(shí)間；Q—水量；

C0、C—進(jìn)、出水濃度；E工—工作交換容量；f—交換柱截面積；V—樹脂體積；n′—備用臺數(shù)。當(dāng)前21頁，總共51頁。一.水污染控制1.水污染定義2污染分類3水污染-主要特征4中國水污染現(xiàn)狀5近幾年我國重大水污染事件

當(dāng)前22頁，總共51頁。1.水污染定義

水污染，即水體因某種物質(zhì)的介入，而導(dǎo)致其化學(xué)、物理、生物或者放射性等方面特征的改變，從而影響水的有效利用，危害人體健康或者破壞生態(tài)環(huán)境，造成水質(zhì)惡化的現(xiàn)象。簡言之凡是在人類活動(dòng)影響下，水質(zhì)變化朝著水質(zhì)惡化方面發(fā)展的現(xiàn)象，統(tǒng)稱為水污染。而不論其是否影響使用程度，只要一旦發(fā)生，即為污染。當(dāng)前23頁，總共51頁。2污染分類

廢水從不同角度有不同的分類方法。據(jù)不同來源分為生活廢水和工業(yè)廢水兩大類；據(jù)污染物的化學(xué)類別又可分無機(jī)廢水與有機(jī)廢水；也有按工業(yè)部門或產(chǎn)生廢水的生產(chǎn)工藝分類的，如焦化廢水、冶金廢水、制藥廢水、食品廢水等。當(dāng)前24頁，總共51頁。3水污染-主要特征

1、由于地表水和地下水在分布、蓄存、運(yùn)移和環(huán)境上的差異，表現(xiàn)出不同的污染特征。地表水體污染可視性強(qiáng)，易出現(xiàn)；且循環(huán)周期短，易于凈化且容易恢復(fù)。2、地下水污染相當(dāng)隱蔽性。污染發(fā)生在孔隙介質(zhì)之中，常常已遭相當(dāng)程度的污染，但物理性質(zhì)仍表現(xiàn)為無色、無味，即使人類飲用受害和有毒組分污染的地下水，其影響也是慢性而難于著察。3、地下水污染難以恢復(fù)性。地下水一旦遭受污染，無論程度如何，則難以得到恢復(fù)。這是其賦存于孔隙介質(zhì)之中，流速緩慢，而孔隙介質(zhì)對許多污染物質(zhì)都有吸附作用，因而清除非常困難，即使切斷污染源，靠地下水本身凈化，少則需要十幾年、幾十年，多則上百年才有可能得到恢復(fù)。當(dāng)前25頁，總共51頁。

在我國，只有不到11%的人飲用符合我國衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的水，而高達(dá)65%的人飲用渾濁、苦堿、含氟、含砷、工業(yè)污染、傳染病的水。2億人飲用自來水，7000萬人飲用高氟水，3000萬人飲用高硝酸鹽水，5000萬人飲用高氟化物水，1.1億人飲用高硬度水。4中國水污染現(xiàn)狀當(dāng)前26頁，總共51頁。水中的有害物質(zhì)

有機(jī)物重金屬微生物123三氯甲烷、四氯化碳、農(nóng)藥、氨氮等鉛、汞、錳、鎘等細(xì)菌、致病菌

世界衛(wèi)生組織：威協(xié)人類健康的十大殺手，不潔飲水位列其中。當(dāng)前27頁，總共51頁。當(dāng)前28頁，總共51頁。2003—2013年重大水污染事件平均1700起/年當(dāng)前29頁，總共51頁。4.1、水污染形勢依然嚴(yán)峻。

監(jiān)測的１９７條河流的４０７個(gè)斷面中，一至三類、四五類和劣五類水質(zhì)的斷面比例分別為４９.９％、２６.５％和２３.６％。七大水系中：只有珠江、長江總體水質(zhì)良好；松花江為輕度污染；黃河、淮河為中度污染；遼河、海河為重度污染。我國河流污染相當(dāng)嚴(yán)重。當(dāng)前30頁，總共51頁。當(dāng)前31頁，總共51頁。4.2、局部海域污染加劇。全國近岸海域一、二類海水比例為６２.８％，比上年下降４.９個(gè)百分點(diǎn)；三類為１１.８％，上升３.８個(gè)百分點(diǎn)；四類、劣四類為２５.４％，上升１.１個(gè)百分點(diǎn)。四大海區(qū)近岸海域中，渤海為輕度污染，東海為重度污染。當(dāng)前32頁，總共51頁。

4.3、中國的主要湖泊富營養(yǎng)化問題突出當(dāng)前33頁，總共51頁。當(dāng)前34頁，總共51頁。4.4、中國的地下水資源和水質(zhì)

東北、華北和西北地區(qū)地下水水位總體呈下降趨勢。河北、河南的豫北地區(qū)和山東的西北地區(qū)的地下水位降落漏斗區(qū)已連成一片，形成包括北京和天津在內(nèi)的華北平原地下水漏斗區(qū)，面積超過4萬平方公里。東南、中南和西南地區(qū)地下水水位變化較為平衡。

全國多數(shù)城市地下水受到一定程度的點(diǎn)狀或面狀污染。局部地區(qū)地下水部分水質(zhì)指標(biāo)超標(biāo)，主要有礦化度、總硬度、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮、鐵、錳、氯化物、硫酸鹽、氟化物、pH值等。在污染程度上，北方城市重于南方城市，尤以華北地區(qū)污染較突出。當(dāng)前35頁，總共51頁。當(dāng)前36頁，總共51頁。5近幾年我國重大水污染事件

5.1淮河水污染事件震驚中外

1994年7月，淮河上游因突降暴雨而采取開閘泄洪的方式，將積蓄于上游一個(gè)冬春的2億立方米水放下來。水經(jīng)之處河水泛濁，河面上泡沫密布，頓時(shí)魚蝦喪失。下游一些地方的居民飲用了雖經(jīng)自來水處理但未能達(dá)到飲用標(biāo)準(zhǔn)的河水后，出現(xiàn)惡心、腹瀉、嘔吐等癥狀。經(jīng)取樣檢驗(yàn)證實(shí)，上游來水水質(zhì)惡化，沿河各自來水廠被迫停止供水達(dá)54天之久，百萬淮河民眾飲水告急。當(dāng)前37頁，總共51頁。

5.2，2004沱江“3．02”特大水污染事故

四川省的名字來源于它境內(nèi)的四條河流。它們豐沛的水源，造就了四川這個(gè)天府之國?？墒?004年2月到3月，這四條河流之一的沱江，卻給天府之國帶來了一場前所未有的生態(tài)災(zāi)難。當(dāng)時(shí)，因?yàn)榇罅扛邼舛裙I(yè)廢水流進(jìn)沱江，四川五個(gè)市區(qū)近百萬老百姓頓時(shí)陷入了無水可用的困境，直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)2.19億元。當(dāng)前38頁，總共51頁。5.32005北江鎘污染事故

北江是珠江三大支流之一，也是廣東各市的重要飲用水源。2005年12月15日北江韶關(guān)段出現(xiàn)嚴(yán)重鎘污染，高橋斷面檢測到鎘濃度超標(biāo)12倍多。韶關(guān)地處北江上游，一旦發(fā)生污染將直接影響下游城市數(shù)千萬群眾的飲水安全。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，此次北江韶關(guān)段鎘污染事故，是由韶關(guān)冶煉廠在設(shè)備檢修期間超標(biāo)排放含鎘廢水所致，是一次由企業(yè)違法超標(biāo)排污導(dǎo)致的嚴(yán)重環(huán)境污染事故。當(dāng)前39頁，總共51頁。5.42005重慶綦河水污染

因取水點(diǎn)被污染導(dǎo)致水廠停止供水，重慶綦江古南街道橋河片區(qū)近3萬居民，從2005年1月3日起連續(xù)兩天沒有自來水喝。經(jīng)衛(wèi)生和環(huán)保部門勘測，河水是被綦河上游重慶華強(qiáng)化肥有限公司排除的廢水所污染。綦江縣有關(guān)部門立即在綦河水域的橋河段上游和下游開閘放水，加速稀釋受污染水體，并責(zé)成華強(qiáng)化肥有限公司硫酸廠停止生產(chǎn)并整改。

當(dāng)前40頁，總共51頁。5.5、2005松花江重大水污染事件

2005年11月13日，中石油吉林石化公司雙苯廠苯胺車間發(fā)生爆炸事故。事故產(chǎn)生的約100噸苯、苯胺和硝基苯等有機(jī)污染物流入松花江。因而導(dǎo)致松花江發(fā)生重大水污染事件。哈爾濱市政府隨即決定，于11月23日零時(shí)起關(guān)閉松花江哈爾濱段取水口停止向市區(qū)供水，哈爾濱全城停水四天,哈爾濱市的各大超市無一例外地出現(xiàn)了搶購飲用水的場面。中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳在12月2日發(fā)布的通報(bào)中稱：松花江重大水污染發(fā)生后，環(huán)保總局作為國家環(huán)境保護(hù)主管部門，對事件重視不夠，對可能產(chǎn)生的嚴(yán)重后果估計(jì)不足，對這起事件造成的損失負(fù)有責(zé)任。為此，解振華向黨中央、國務(wù)院申請辭去國家環(huán)境保護(hù)總局局長職務(wù)，這一請求獲得黨中央、國務(wù)院批準(zhǔn)。

當(dāng)前41頁，總共51頁。5.62006白洋淀死魚事件

2006年2月和3月份，素有“華北明珠”美譽(yù)的華北地區(qū)最大淡水湖泊白洋淀，相繼發(fā)生大面積死魚事件。調(diào)查結(jié)果顯示，水體污染較重，水中溶解氧過低，造成魚類窒息是此次死魚事件的主要原因。這次事件造成任丘市所屬9．6萬畝水域全部污染，水色發(fā)黑，有臭味，網(wǎng)箱中養(yǎng)殖魚類全部死亡，淀中漂浮著大量死亡的野生魚類，部分水草發(fā)黑枯死。

當(dāng)前42頁，總共51頁。2012年10月8日，浙江紹興市區(qū)皋埠鎮(zhèn)岙底村乳白色的采石場“牛奶河”。2011年12月13日，洛陽澗河遭到污染，河水變成血紅色。當(dāng)前43頁，總共51頁。浙江省嘉興市區(qū)新嘉街道百步橋下河塘邊，市民老張用掃帚拂去漂在水面上的綠萍后，下水洗澡2012年7月6日，重慶市巫山縣小三峽，河面漂浮著大量浪渣，過往船只小心通過，清漂人員緊張清漂當(dāng)前44頁，總共51頁。三.離子交換樹脂與水污染控制1.離子交換樹脂的應(yīng)用2離子交換處理工業(yè)廢水

3參考文獻(xiàn)當(dāng)前45頁，總共51頁。1.離子交換樹脂的應(yīng)用離子交換樹脂主要應(yīng)用于以下行業(yè)：制藥行業(yè)用水：制藥用純化水、針劑、片劑、生化制品、設(shè)備清洗等?；ば袠I(yè)工藝用水：化工產(chǎn)品制造用水、化妝品用水、化工循環(huán)水化肥用水等。實(shí)驗(yàn)室用純水：實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)用軟化水、純水、高純水等。當(dāng)前46頁，總共51頁。電子工業(yè)用超純水：集成電路、硅晶片、顯示管、電極箔等電子元器件沖洗水。電力行業(yè)鍋爐補(bǔ)給水：火力發(fā)電廠鍋爐、廠礦中低壓鍋爐動(dòng)力系統(tǒng)。食品工業(yè)用水：飲用純凈水、飲料、啤酒、白酒、保健品等。海水苦咸水淡化：海島、艦船、海上鉆井平臺、苦咸水地區(qū)。生活飲用水：住宅小區(qū)分質(zhì)供水、集團(tuán)（家用）型純水機(jī)、軟水機(jī)等。當(dāng)前47頁，總共51頁。2.離子交換處理工業(yè)廢水

(一)處理廢水注意的問題

預(yù)處理懸浮物或油類濃度大于5～10mg/L時(shí)，采用過濾或吸附法。

有機(jī)污染和重金屬污染采用大孔樹脂；再生時(shí)適當(dāng)加入氧化劑；選用高濃度再生劑。

pH值不同性質(zhì)樹脂使用；廢水中污染物的存在狀態(tài)。

水溫提高離子內(nèi)擴(kuò)散和薄膜擴(kuò)散速度；過高可引起樹脂降解。當(dāng)前48頁，總共51頁。(二)離子交換處理電鍍含鉻廢水

1廢水的來源及水質(zhì)特征

鍍件酸洗清洗鍍槽清洗成品

廢酸液酸性水廢鍍液含鉻廢水

廢電鍍液：產(chǎn)生量少，濃度高。

含鉻廢水：產(chǎn)生量多，濃度低，水質(zhì)情況為：

Cr6+濃度為20～150mg/L，存在形式Cr2O72-和CrO42-。金屬離子Cr3+、Fe3+等；陰離子有SO42-

、Cl-等；

pH4～6。當(dāng)前49頁，總共51頁。

2工藝流程及原理

廢水過濾排放陽柱陰柱作用去除懸浮物、油類。作用nRH＋(Cr3+、Fe3+···

)

=Rn(Cr、Fe···

)＋nH+①改善水質(zhì);②調(diào)節(jié)廢水pH，使Cr6+以Cr2O72-形式存在。作用nROH＋(Cr2O72-、CrO42-、SO42-

、C