第5章 离子交换法-水质处理-课件-教学-本科.ppt

第5章 离子交换法 5.1 离子交换基本原理 一、离子交换树脂概念 离子交换树脂是由空间网状结构骨架（母体）与附属在骨架上的许多活性基团所构成的不溶性高分子化合物。 活性基团遇水电离，水解形成： 1）固定部分 2）活动部分 活动部分能在一定空间移动，并与周围其它同性离子发生交换反应。称为可交换离子。 以R-SO3-H+为例，R，为母体; -SO3-H+为活性基团，H+为活性基团可交换离子，有时可进一步简化为R- H+。 三、离子交换树脂命名与型号 5.2 离子交换树脂的性质 1． 外观 粒径0.3～1.2mm 乳白、淡黄、棕褐色等 不透明或半透明球状颗粒 2．交联度：取决于生产过程，表示母体中交联剂的含量，以7~10%为宜，对于苯乙烯系树脂，二乙烯苯就是交联剂。 4．溶胀性 干树脂+水→湿树脂 体积胀大 绝对溶胀度 5．密度 6．有效PH值范围 由于树脂活性基团分为强酸、强碱、弱酸、弱碱性，水的pH值势必对其交换容量产生影响。 表 各种类型树脂有效pH值范围 单位数量离子交换树脂具有离子交换基团的数量，是树脂最重要的性能，表示树脂交换能力的大小。 以体积和重量两种表示方式。 mmol/g，mmol/L 1）全交换容量： 2）平衡交换容量： 3）工作交换容量：实际工作条件下的，全交换容量的60－70％ * H＋和OH－的交换选择性与树脂交换基团酸、碱性的强弱有关。 对于强酸阳树脂：H+Li+ 而对于弱酸阳树脂：H+Fe3+ 对于强碱：OH- HCO3- 对于弱碱：OH- SO42- 二、离子交换平衡 二阶对一阶离子交换反应通式为： 三、离子交换速度 膜扩散和孔道扩散何者影响最大？何者为控制步（慢者控制离子交换反应的速度）？ (1) 浓度：浓度大于0.1mol/l时，孔道扩散为控制步． 浓度小于0.003mol/l时，膜扩散成为控制步，介于中间则取决于具体情况． (2) 流速或搅拌速率： 大，则水膜薄．膜扩散快． 但孔道扩散基本不受影响． (3) 树脂粒径：膜扩散，速度与粒径成反比． 孔道扩散，速度与粒径２次方成反比． (4) 交联度：交联度对于孔道扩散影响比对膜扩散更为显著． 四、 树脂层离子交换过程 离子交换反应的逆过程： 阳树脂： 2R-SO3H + Ca2 + R2Ca + 2H+， 2RNa + Ca2 + R2Ca + 2Na+， 阴树脂： R-OH+Cl RCI+OH- R-OH+SO42- R2 SO4+OH- 将饱和树脂放入相应的浓溶液中。 5.3 离子交换的操作设备 5.3 离子交换的操作设备 1．顺流再生 特点： ⑴ 上部再生程度高，下部差，越是下部越差； ⑵ 再生剂耗量大，2～3倍理论值时，效果仍不理想； ⑶ 出水剩余硬度高； ⑷ 交换器失效早，降低工作效率，工作交换容量降低； ⑸ 适合于硬度较低的场合。 三、逆流再生固定床的运行过程 四. 阀系统及其控制程序 五. 运行参数 1. 制水，运行流速15-20m/h； 2. 小反洗流速5-10m/h，时间10-15min； 3. 再生液流速，5m/h,时间50min； 4. 置换：流速5-10m/h，出水酸度小于3-5mmol/l，或碱度小于0.5mmol/l，时间一般5-10m/h； 5. 正洗：10-15m/h，时间10-15min。 再生液配制与消耗： 5.4 离子交换软化方法与系统 钠离子交换法 氢离子交换法 氢-钠离子交换法 再生附属设备 再生：经软化过程后，树脂为Ca2+、Mg2+型树脂，需再生，恢复能力： 缺点：在锅炉给水中，往往在软化的同时，要求碱度也降低，否则，软化中生成的NaHCO3在加热时有如下反应： 二、氢离子交换脱碱软化法 H＋离子交换软化法过程曲线 三、H－Na并联及