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工业给水处理—4 §4-3离子交换 离子交换剂 离子交换平衡 离子交换过程与再生过程 离子交换设备和设计计算 离子交换法在污水处理中的应用 离子交换系统的操作管理与维护 概述 离子交换法：借助于离子交换剂上的可交换离子和污水中的其他同性离子进行交换反应而使水质净化的方法。 应用 给水处理：水的软化，脱碱除盐，制备纯水等 工业废水：回收和去除水中的金、镍、铜、铬等；用于去除原子能工业废水中的放射性同位素；去除污水中磷酸、硝酸、氨、有机物等。 特点：预处理程度高，应用范围窄，离子交换剂的再生及再生液的处理是个难题。但此法去除效率高，设备较简单，操作易控制，且离子交换材料可根据需要人工合成等优点。 3、交联度 交联剂的质量占单体质量的百分数称为交联度，通常交联剂的用量直接影响到交联度，7%-10%。 交联度高，孔隙率较低，密度较大，离子扩散速度较低，对半径较大的离子和水合离子的交换量较小，再生时间长；浸泡水中时，水化度较低，形变较小，较稳定，不易破碎。 4、化学稳定性：污水中的氧化剂可使树脂网状结构破坏，活性基团的数量和性质发生变化。 强碱树脂易被氧化，失去交换能力。 措施：采用高交联度的树脂；加入还原剂；使交换柱内的pH值保持在6左右。 5、选择性：常温、低浓度条件下， 强酸性阳离子： Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+NH4+Na+H+Li+ 弱酸性阳离子： H+Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+NH4+Na+Li+ 强碱性阴离子： SO42-NO3-Cl-OH-F-HCO3-HSiO3- 弱碱性阴离子： OH-SO42-NO3-Cl-F-HCO3-HSiO3- 注意：在高浓度溶液中，浓度的高低是决定离子交换反应方向的关键因素。再生时即利用这一特点进行。 3.离子交换树脂的选择、保存、使用和鉴别 a.树脂选择： 分离阳离子或有机碱性物质时，采用阳离子树脂；分离阴离子或有机酸性物质时，采用阴离子树脂；分离两性物质，既可以采用阴离子树脂，也可采用阳离子树脂；分离重金属物质采用螯合树脂；对有机物，采用低交联度的大孔树脂；脱盐系统采用强型树脂。 对交换势大的离子宜采用弱性树脂，其交换能力强，再生容易，运行费用低；当水中含有多种离子时，可利用离子交换选择性进行多级回收；如不回收时，可采用阳、阴床混合处理。 b.树脂保存：0-40℃存放，并保持湿润。 低于0℃存放或发现树脂脱水时，应用饱和食盐水浸泡。高于40℃，易使树脂脱水，并对阴树脂有降解作用。 c.树脂使用：预处理，分别用水、5%盐酸、2%-4%NaOH反复浸泡清洗两次，每次4-8h； 操作过程中树脂性能降低的原因: 物理破损或流失； 活性基团的化学分解； 无机物或有机物覆盖树脂表面。 4.3.2 离子交换平衡 　离子交换的实质是不溶性的电解质与水中另一种电解质所进行的化学反应，即交换离子与水中的同性离子进行等量交换，是可逆的离子交换反应。 4.3.3.1 离子交换过程： 交换带形成阶段：交换过程开始阶段，此时树脂饱和度不断发生变化，直到形成一定形状的曲线。 交换带推移阶段：交换带以一定速度沿着水流方向向下推移的过程。 交换带：交换柱中正在进行离子交换反应的区域，称之为树脂交换工作层。 当交换带推移到达整个树脂层底部，钙、镁开始泄漏时，停止交换，进行再生。 交换带高度及推进速度取决于树脂类型，水中交换离子的种类和工作条件。 离子供应速度V1：单位时间内进入树脂层内的离子数量。流量越大，离子供应速度值越大。 离子交换速度V2：单位时间内交换的离子数量，给定的树脂及水中离子，其值为常数。 可见：若V1＞V2，则交换带高度大，推进速度快，树脂利用率低。 若V1＜V2，交换带高度小，推进速度慢，树脂利用率离。 适宜速度：15－30m/h 4.3.3.2离子交换设备 离子交换器，可承受400-600KPa压力的钢罐。 结构：上部配水管系、树脂层、下部配水管系 树脂层：1.5-2.0米 固定床：交换与再生在同一交换器内完成。 4.3.3.3再生 1）顺流再生固定床 交换：原水由上部配水系统进入经过树脂层完成软化过程后，经下部配水系统流出，当硬度开始泄漏时停止。 反洗：由下部配水系统自下而上通过树脂层，使树脂层产生膨胀以清除其中的杂质。 再生：与原水流相同方向进入再生液，进行再生 再生液，食盐：5%-10%；盐酸：4%-6%；硫酸：2% 清洗：用软化水对树脂层进行正向清洗。 特点：构造简单，运行操作简单；树脂层上部再生程度高，下部再生程度差；出水剩余硬度高，工作周期短；适用于小规模及原水硬度较低的场合 2）逆流再生固定床 在树脂层表面处设有中间排水装置，并在上面装填15cm的压脂层 压脂层作用：1.使压缩空气均匀而缓慢地排出； 2.预过滤 压缩空气作用：保证树脂层不乱层，避