《水的離子交換處理》PPT課件.ppt

1、7 水的離子交換處理,2,離子交換水處理 多種類型的離子交換組合達到不同的水處理目的原水的軟化、或軟化并脫堿、或脫鹽。 7.1 離子交換處理方法概述 離子交換軟化水處理,離子交換軟化處理是利用陽離子交換樹脂中可交換的陽離子（如Na+ 、H+ ），把水中所含的鈣、鎂離子交換出來，去除水中的硬度，這一過程稱為離子交換軟化水處理。目前常用的有鈉離子交換軟化法、氫離子交換軟化法和氫鈉離子交換軟化法等,3,1. 鈉離子交換軟化法 鈉離子交換樹脂是最簡單的一種軟化方法，其反應如下：,Ca(HCO3)2+2RNa=R2Ca+2NaHCO3 CaSO4+2RNa=R2Ca+Na2SO4 MgCl2+2RNa=

2、R2Mg+2NaCl,該法的優(yōu)點是處理過程中不產生酸性水；設備和管道防腐設施簡單；再生劑為食鹽，再生劑易得。,4,5,2. 氫離子交換軟化法 強酸性氫離子交換樹脂的軟化反應如下：,Ca(HCO3)2+2RH=R2Ca+2CO2+2H2O CaSO4+2RH=R2Ca+H2SO4 MgCl2+2RH=R2Mg+2HCl,由上可見，原水中碳酸鹽硬度在交換過程中形成碳酸，因此該法除可軟化外還可去除堿度。但在與非碳酸鹽硬度交換過程中，除軟化外還生成相應的強酸。因此，對設備和管道防腐要求高，一般總是和鈉離子交換聯(lián)合使用，可與其它措施（如加堿中和）相結合。,6,3. 氫-鈉離子交換脫堿軟化法,同時應用氫和

3、鈉離子交換進行軟化的方法，根據(jù)兩者的連接情況，可分為氫-鈉并聯(lián)離子交換法和氫鈉串聯(lián)離子交換法。,7,離子交換除鹽水處理,離子交換除鹽水處理是指水中所含的各種離子和離子交換樹脂進行離子交換反應而被除去的過程，又稱為化學除鹽處理。,原理 當水中的各種 陽離子和陽離子交換樹脂反應后，水中就含有一種從陽樹脂上被交換下來的陽離子；而水中的各種陰離子和陰離子交換樹脂反應后，水中就只含一種從陰離子樹脂上被交換下來的陰離子。若水中僅存在的陽離子或陰離子能結合成水，則就能實現(xiàn)水的離子交換除鹽。 顯然，這兩種離子只能是H+和OH-。,8,1氫型陽樹脂的交換反應 Ca2+2RHR2Ca+2H+ Na+RHRNa+H

4、+ 2氫氧型陰樹脂的交換反應 Cl-+ROHRCl+OH- SO42-+2ROHR2SO4+2OH- HCO3-+ROHRHCO3+OH- 3中和反應 水中的陽離子和陰離子各自與H型陽樹脂和OH型陰樹脂反應，分別形成的H+ 和OH- 結合生成水，其反應式如下： H+ OH-H2O,9,離子交換裝置，按照運行方式的不同，可分為固定床和連續(xù)床兩大類。固定床依照原水與再生液的流動方向，雙可分為兩種形式：,7.1.2 離子交換裝置,順流再生固定床；,逆流再生固定床。,10,1. 順流再生固定床 原水與再生液分別從上而下以同一方向流經(jīng)離子交換器的離子交換裝置，稱為順流再生固定床。 順流再生固定床存在如下

5、主要缺點：樹脂層上部再生程度高，而越是下部，再生程度越差；在工作期間，由于樹脂層下半部原先再不好，出水水質提前超出規(guī)定指標，導到交換器過早地失效，降低了設備工作效率。 因此，順流再生固定床只適用于設備較小、原水含鹽量較低的場合。,11,2. 逆流再生固定床 凡時再生時再生液流向與交換時水流方向相反的離子交換軟化裝置，均屬于逆流（對流）再生固定床。常見的是再生液向上流、水流向下流的逆流再生固定床。 逆流再生固定床的優(yōu)點有：再生時，再生液首先接觸接觸飽和程度低的底層樹脂，然后再生飽和程度高的中、上層樹脂。這樣，再生液可被充分利用，再生劑用量顯著降低，并能保證底層樹脂得到充分再生。工作時，處理水在經(jīng)

6、過相當脫鹽之后又與這一底層樹脂接觸，進行充分交換，從而提高了出水水質。這一優(yōu)點在處理高鹽度水時更為突出。,12,與順流再生固定床相比，逆流再生固定床具有如下優(yōu)點： 1）再生劑耗量可降低20%以上； 2）出水質量顯著提高； 3） 原水水質適用范圍擴大，對于鹽度較高的水，仍能保證出水水質； 4）再生廢液中再生劑有效濃度明顯降低，一般不超1%。 5）樹脂工作交換容量有所提高。 與順流再生固定床相比，其主要缺點是結構復雜、造價高、運行操作復雜。,7.1.4 離子交換樹脂的再生方法,離子交換樹脂的最大特點是失效后可以再生，使樹脂能在較長時期內反復使用，體現(xiàn)出離子交換村脂利用效率高、成本低的優(yōu)越性。 在離

7、子交換的整個過程中，再生這一環(huán)節(jié)具有特殊的意義。再生的進行狀況不但對水質有著直接的影響，而且，對制備高純水的運轉費用也有直接影響。因此對再生過程中各技術參數(shù)和操作的研究有很重要的價值。 從化學反應上講，再生是交換的逆過程，顯而易見，樹脂再生的目的，就是讓失效的樹脂盡可能地恢復或接近原來樹脂的工作狀態(tài)。,樹脂失效后的再生方式有多種，大致可分為靜態(tài)再生和動態(tài)再生兩類。 靜態(tài)再生可分為體內再生和體外再生，是將樹脂放在一定的容器內，用再生劑浸泡樹脂，使其恢復活性的方法。 動態(tài)再生又可分為順流再生、逆流再生、對流再生等。再生液和處理水的流向一致的稱為順流再生，流向相反的稱為逆流再生，再生液由上、下兩端同

8、時進入，由中部集流管流出的稱為對流再生。 動態(tài)再生一般都是體內再生。,1、體內再生,1）順流再生再生劑在交換柱中的流向和交換工作時水的流向相同，即下向流再生，下向流通水。順流再生時，底部樹脂再生效果較差。順流再生是一種較老的再生方式。其設備簡單，容易操作，但再生劑耗量大、利用率不高、樹脂再生程度低、易出現(xiàn)離子提前穿透現(xiàn)象、處理水的水質不好。,1、體內再生,2）逆流再生逆流再生時再生劑自下向上流經(jīng)交換柱樹脂層，交換工作時水自上向下通過交換柱。逆流再生優(yōu)點：設備內推動力比較均勻，樹脂再生程度比較完全，能獲得較高的再生度，與順流式相比，顯著提高工作交換容量，再生劑用量較少，整個樹脂失效才出現(xiàn)離子穿透

9、現(xiàn)象。逆流再生的關鍵是保證樹脂層不因再生劑的流動而發(fā)生混合亂層現(xiàn)象，因而必須控制再生劑流速。設備和操作相對順流式較為復雜，造價也高。逆流再生應用非常廣泛。,1、體內再生,3）復床逆流再生在陽樹脂交換工作中，原水先自上通過交換柱上層的交換容量大的弱型陽樹脂，再通過交換柱下部的強型陽樹脂；再生時，再生劑（如HCl）自下進入交換柱首先再生強型陽樹脂，再流經(jīng)上部再生交換容量大、容易再生的弱型陽樹脂。對陰樹脂的再生過程與陽樹脂相同，只是再生劑為NaOH。這種再生方式比前面的逆流再生方式更能節(jié)約再生劑的用量，樹脂再生程度也好。 4）混床再生混床系統(tǒng)的再生一般可分為分步再生和對流再生兩種方式。分步再生先將失

10、效樹脂用水或鹽水反洗，使陰、陽樹脂分層（陰樹脂在上，陽樹脂在下）；再生陰樹脂時，NaOH從頂部引入，再生廢液從陰、陽樹脂的分界面的排液管引出；HCl從底部通入再生陽樹脂，廢液同樣從分界面的排液管排出；分步再生時為了防止再生劑的“交叉污染”，需同時通入純水。,對流再生是在樹脂分層后，從床層的上下同時引入堿和酸再生液對樹脂進行再生，這種方式節(jié)約再生時間，但會消耗較多的再生液。再生完成后從上、下兩端同時通入純水清洗樹脂，然后用壓縮空氣攪拌樹脂使其混勻。,混床再生時，要嚴格控制再生酸、堿的用量和流速，否則會造成分界面附近的兩種樹脂的交叉污染。在用純水清洗樹脂時，當陰樹脂層的pH=8，陽樹脂層的pH=5

11、時，就可以停止沖洗，進行攪拌混合，不需要沖至中性。,2、體外再生,體外再生就是將樹脂移入個容器中，用HCl，NaOH再生。小型交換住（直徑200mm以下）一般采用體外再生，其優(yōu)點是再生較充分，缺點是易損耗樹脂、易污染。,5.7.3 影響樹脂再生的因素,1、再生劑的選擇再生劑的種類和質量直接影響到樹脂的再生效果和處理水的質量。一般來說，陽樹脂的再生用HCl最好，因為HCl氧化能力很弱，不會破壞樹脂結構和氧化樹脂，且從樹脂上解析下來的離子大多形成可溶的氯化物，便于清洗，減少了對樹脂的污染。如用硫酸作再生劑，解析下來的離子可能形成微溶性的鈣、鎂等硫酸鹽沉淀，堵塞孔道降低樹脂的交換容量。但由于硫酸的價

12、格非常便宜，工業(yè)上也常用不超過5%濃度的稀硫酸溶液作為再生劑。硝酸由于其強氧化性，即使很稀也能使樹脂氧化，破壞樹脂的結構，影響其壽命，一般不用。陰樹脂的再生一般用NaOH作為再生劑。用NaOH再生時，不僅陰樹脂的再生度高，而且去除硅的能力也強。從經(jīng)濟上考慮，對交換容量大、再生較容易的弱堿性陰樹脂，也可用Na2CO3或NH3H2O作再生劑，但其對強型樹脂沒有多大作用。再生劑的質量也是影響再生效果的重要因素。如用工業(yè)級NaCl再生陽樹脂，由于其雜質含量高，尤其鐵含量高，不但會降低再生效果，而且會引起樹脂的鐵中毒。,2、再生劑的用量,一般來說，提高再生劑用量有助于樹脂的再生程度的提高，增加樹脂的工作

13、交換容量。但若無限制地增加再生劑用量，不僅經(jīng)濟上難以承受，而且當再生劑用量達到一定值時，再生程度的提高不再明顯。再生劑用量與再生程度的關系圖見下圖。 實踐表明，順流式Na型樹脂， 再生劑用量一般為理論值的 23.5倍，強酸性H型樹脂為 理論值的25倍；弱性樹脂 ，其再生劑用量略大于理論 用量即可。,3、再生劑濃度,再生劑用量一定時，適當增加再生劑濃度，可提高再生程度。但當濃度達到一定值時，交換容量達到最高值，此時再增加濃度，交換容量反而下降。原因是由于高濃度的再生劑使再生反應不均衡，引起樹脂交換基團受到過分壓縮，造成樹脂破碎，這樣樹脂的交換容量反而下降了。 實際生產中，應根據(jù)不同情況通過試驗確定最佳再生劑濃度。一般來說Na型樹脂用NaCl再生時采用5%10%，