水的物理化學(xué)處理任務(wù)4離子交換法1概述2離子交換劑3離子交換樹脂的保存、使用和再生4離子交換的工藝過程和設(shè)備概述RSO3-H+網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)骨架活性基團(tuán)固定部分活性基團(tuán)可交換部分RCH3N+(CH3)3OH-離子交換樹脂結(jié)構(gòu)示意圖處理對象：去除廢水中有毒有害的離子；離子交換樹脂：空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)骨架和附屬在骨架上活性基團(tuán)所構(gòu)成的高分子化合物；概述離子交換法基本原理：

平衡狀態(tài)時(shí)有：K越大表示樹脂對該離子的交換能力越強(qiáng)交換交換飽和樹脂離子樹脂概述交換反應(yīng)：強(qiáng)酸性陽離子交換劑

弱酸性陽離子交換劑

概述強(qiáng)堿性陰離子交換劑

弱堿性陰離子交換劑

概述交換過程：交換離子從溶液中擴(kuò)散到樹脂顆粒表面;交換離子在樹脂顆粒內(nèi)部擴(kuò)散;交換離子與活性基團(tuán)上可交換離子發(fā)生交換反應(yīng);被交換下來的離子在樹脂顆粒內(nèi)部擴(kuò)數(shù);被交換下來的離子在溶液中擴(kuò)散。離子交換劑（1）離子交換劑分類離子交換劑天然有機(jī)類無機(jī)類合成

天然沸石合成沸石

離子交換劑（2）離子交換劑的交換能力影響因素①

離子交換樹脂的選擇性01強(qiáng)酸陽樹脂的選擇順序：

02弱酸陽樹脂的選擇順序：

03強(qiáng)堿陰樹脂的選擇順序：

04弱堿陰樹脂的選擇順序：

離子交換劑②

廢水水質(zhì)對交換能力的影響懸浮物和油脂pH值：弱酸、堿離子交換樹脂

有機(jī)物高價(jià)金屬離子水溫：732#陽樹脂<11℃717#陰樹脂<60℃離子交換劑③

離子交換樹脂的物理化學(xué)特性（1）物理性能密度：1.04-1.3g／mL；粒度：0.3—1.2mm；外觀：透明或半透明球體；含水率：50％左右；交聯(lián)度：8％-12％；導(dǎo)電性：干樹脂不導(dǎo)電，濕樹脂可以導(dǎo)電；耐熱性：貯藏和使用溫度為5-40℃；機(jī)械強(qiáng)度：年損耗量<3％—7%；離子交換劑RSO3-H+RCH3N+(CH3)3OH-③

離子交換樹脂的物理化學(xué)特性（2）化學(xué)性能樹脂的交聯(lián)度：樹脂合成時(shí)采用交聯(lián)劑的用量樹脂的酸堿性：樹脂活性基團(tuán)在水中可解離選擇性：化合價(jià)、離子半徑離子交換劑（3）離子交換樹脂的主要性能指標(biāo)離子交換樹脂制成球形，因?yàn)榍蝮w的通氣性能好，水流阻力小。在一定的容積內(nèi)，球形樹脂的裝載量最大。出廠的樹脂一般要求圓球率大于90％。1、形狀：粒度表示離子交換樹脂的粒徑范圍和不均勻程度。粒度小的樹脂交換能力大，但水流阻力也大；粒度大的樹脂水流阻力小，交換能力也小。2、粒度：離子交換樹脂的顏色有乳白、淺黃、深黃至深褐色等多種。3、顏色：離子交換劑（3）離子交換樹脂的主要性能指標(biāo)在離子交換樹脂骨架的空間都充滿著水，其中的含水量與樹脂質(zhì)量的百分比，稱為含水率。4、含水率：干樹脂浸泡于水中時(shí)，體積脹大，成為濕樹脂;濕樹脂轉(zhuǎn)型，體積也有變化。樹脂的這種性質(zhì)稱為溶脹性。5、溶脹性：離子交換劑6、密度樹脂的密度，根據(jù)含水情況可分為干態(tài)密度和濕態(tài)密度（簡稱濕密度），前項(xiàng)指標(biāo)實(shí)用意義不大，所以不常應(yīng)用;根據(jù)樹脂層的體積是否包括樹脂顆粒之間的空隙，又可分為真密度和視密度。具有實(shí)際意義的指標(biāo)是樹脂的濕真密度和濕視密度。離子交換劑7、有效pH的范圍強(qiáng)酸、強(qiáng)堿性樹脂的活性基團(tuán)電離能力強(qiáng)，其交換容量基本上與pH無關(guān)。弱酸性樹脂當(dāng)水的pH低時(shí)不電離或僅部分電離，因而只在堿性溶液中才會有較高的交換能力。弱堿性樹脂則相反，只能在酸性溶液中才會有較大的交換能力。離子交換劑8、交換容量離子交換樹脂交換能力的大小以交換容量來衡量。交換容量是以可供利用的活性基團(tuán)的數(shù)量多少來表示的。以每g干樹脂的摩爾數(shù)表示。

離子交換劑8、交換容量所謂可供利用的活性基團(tuán)的數(shù)量，就是在規(guī)定條件下能夠供給最多交換離子的活性基團(tuán)數(shù)量。①總離子交換容量又稱全離子交換容量，是指離子交換樹脂內(nèi)全部可交換的活性基團(tuán)的數(shù)量。②平衡離子交換容量指在一定的外部條件（溫度、操作技術(shù)等）下，離子交換樹脂同一定濃度的溶質(zhì)離子達(dá)到離子交換平衡時(shí)所能交換離子的數(shù)量。③工作離子交換容量又稱實(shí)用離子交換容量，是指離子交換裝置在正常運(yùn)轉(zhuǎn)（出水水質(zhì)等符合要求）期間，交換樹脂總體達(dá)到的交換容量。離子交換劑9、離子交換樹脂的選擇性離子交換樹脂對水中各種離子的吸附能力不同，其中某些離子很容易吸附而另一些離子卻很難吸附。樹脂在再生時(shí)，有的離子容易被置換下來，而有的離子卻很難被置換。離子交換樹脂對某種離子能優(yōu)先吸附的性能稱為選擇性，它是決定離子交換法處理效率的一個(gè)重要因素。離子交換樹脂的保存、使用和再生（1）保存：溫度：0-40℃，飽和食鹽水；（2）使用：水、5%HCl、2-4%NaOH清洗2次，每次4-8小時(shí)；新樹脂：陽樹脂（HCl）、陰樹脂（NaOH）轉(zhuǎn)型處理：離子交換樹脂的保存、使用和再生（3）離子交換樹脂的再生①

再生方法用酸、堿、中性鹽、絡(luò)合劑（焦磷酸鉀）洗脫再生①強(qiáng)酸性陽離子交換劑：氫型，用鹽酸再生；鈉型，用氯化鈉再生；②弱酸性陽離子交換劑：氫型，用鹽酸再生；鈉型，用氫氧化鈉再生；③陰離子交換劑：氫氧型，用氫氧化鈉再生；鈉型，用氯化鈉再生；②

再生工藝順流再生：再生劑流向與交換時(shí)水流方向相同；逆流再生：再生劑流向與交換時(shí)水流方向相反；離子交換的工藝過程和設(shè)備(1)離子交換的工藝過程交換階段1再生階段3清洗階段洗滌殘留的再生液和再生時(shí)出現(xiàn)的反應(yīng)產(chǎn)物;4反沖洗階段松動樹脂層，使再生液能均勻滲入層中;沖走破碎粒子和截留的污物;2離子交換的工藝過程和設(shè)備(2)離子交換設(shè)備離子交裝置靜態(tài)法動態(tài)法單床固定床連續(xù)床流動床：床內(nèi)樹脂呈流動狀態(tài)，產(chǎn)水、再生、清洗都是連續(xù)進(jìn)行；多床復(fù)床混合床移動床流動床離子交換的工藝過程和設(shè)備單床系統(tǒng)示意圖二級N