水处理工程=清华大学第九章离子交换课件(第一篇)
《离子交换水处理》课件
适用范围广
离子交换技术适用于各种不同 的水质处理，如工业废水、饮
用水等。
环保安全
离子交换技术不使用化学药剂 ，对环境无害，安全可靠。
离子交换水处理的缺点
需要定期再生
离子交换剂需要定期进行再生 处理，以恢复其离子交换能力
。
可能产生二次污染
再生过程中可能会产生废液， 造成二次污染。
不适合处理大量废水
对于大量废水处理，离子交换 技术可能不是最经济和高效的 方法。
数据分析和优化
通过数据分析，优化离子 交换水处理工艺，提高处 理效率和降低能耗。
离子交换水处理与其他水处理技术的联合应用
组合式水处理系统
将离子交换水处理与其他水处理 技术（如活性炭吸附、反渗透等 ）相结合，形成高效的水处理系
统。
协同作用研究
研究不同水处理技术之间的协同作 用，提高整体处理效果。
技术集成与优化
医药行业
在制药和生物制品生产中，离子交换 技术可用于制备高纯度水和缓冲液。
环保领域
离子交换技术还可应用于废水处理， 去除重金属和有害离子，实现废水回 用和达标排放。
CHAPTER 05
离子交换水处理的发展趋势和展望
新型离子交换剂的研究与开发
新型离子交换剂的合成
研究新的合成方法，提高离子交换剂的性能和稳定性。
02
注意离子交换剂的再生 性能和寿命，以便合理 安排再生周期。
03
使用离子交换剂时，应 控制流速和流量，以保 证最佳的去除效果。
04
注意离子交换剂的储存 和运输，避免受潮、曝 晒等不利条件影响其性 能。
CHAPTER 03
离子交换水处理工艺流程
原水预处理
01
水处理工程=清华大学第一章绪论课件(第一篇)
●水——水和废水●处理——物化、生化及其组合●目标——饮用、工农业用水；排放、回用7●基本工艺计算？–表面负荷率–废水处理原水⇒混凝⇒沉淀⇒过滤⇒消毒⇒饮用水9●举例：沉淀池课程主要教学内容●应用在什么地方？–给水处理–废水处理20多年平均雨量分布图全国640个城市300个缺水西北地区雨水匮乏200 mm北京: 600 mm东南地区雨水充沛>1000 mm---多年降雨分布图（水利水电科学研究院）水总储量14亿km 3，97%是海水，淡水3%。
直接取用的淡水只有地球总水量的0.2% 。
自然循环社会循环给水工程质与量水气输送22给水工程：取水→给水处理→输配到用户•针对不同的水源水水质•满足工农业和生活对水质与水量的要求。
水质标准不断有新的要求出现第1节水资源循环与特点三、水处理工程的任务地表水污染……七大水系2008年七大水系水质类别比例比较27珠江黄河松花江长江主要水系澜沧江怒江雅鲁藏布江塔里木河辽河海河淮河30•污染最严重湖泊：巢湖、太湖、滇池（三湖）31第2节水污染现状与来源滇池蓝藻爆发32太湖蓝藻爆发•主要污染物：N 、P 、石油类2008年全国近岸海域水质类别37造纸废水未经治理直接排放（人民网）左边的是生活污水，呈暗黑色；右侧为工业造纸污水，呈黄色（人民网）第2节水污染现状与来源38造革废水未经治理直接排放（人民网）40年，我国畜禽粪便产生量达27.5亿吨水污染现状与来源北京水源九厂处理出水（一级COD<60mg/LBOD200mg/LSS <20mg/L3. 城市污水一般处理流程高碑店污水处理厂鸟瞰图62物理方法生化方法物化或生化方法63。
离子交换教学培训PPT 离子交换概论
2、制备离子交换树脂的方法： （1）先聚合单体有机物，然后在聚合物上接入活性基团。
将白球用硫酸磺 化，得到阳离子 交换树脂。
将白球氯甲基化和 胺化，得到阴离子 交换树脂。
磺酸型阳离子交换树脂
（2）直接聚合有机电解质 该法制备的树脂质量均匀。如甲基丙烯酸和二乙烯苯共 聚而成羧酸型弱酸性阳树脂。
3、离子交换树脂的书写方法：
R-SO3Na + HCl R NCl + NaOH
R-COONa + HCl R－NH3Cl + NaOH
中性盐 的分解 能力
3.选择性 在常温和稀溶液中，选择性大小遵循下列规律： 离子价数越高，选择性越好。 原子序数越大，选择性越好。
强酸性 Fe3+﹥Al3+﹥Ca2+﹥Mg2+﹥Na+﹥H+ ﹥Li+ 弱酸性 H+﹥Fe3+﹥Al3+﹥Ca2+﹥ Mg2+﹥Na+﹥Li+ 强碱性 SO42-﹥NO3-﹥Cl-﹥OH-﹥F-﹥HCO3-﹥HSiO3-
（5）含水率 含水率 = 溶胀水重/（干树脂重+溶胀水重） 其值一般在50%左右.在贮存树脂时,冬季应注意防冻.
（6）溶胀性 树脂的交联度越大，其溶胀率越小； 活性基团越易离解，其溶胀率越大； 交换容量越大，其溶胀率越大； 溶液浓度，溶液中离子浓度越大，其溶胀率越小； 可交换离子价数越高，其溶胀率越小。 溶胀率 = 溶胀前后体积差/溶胀前体积
（4）密度： （a）湿真密度 在水中充分溶胀后的真密度（不包括颗粒孔 隙体积）。 湿真密度 = 湿树脂质量/湿树脂颗粒体积（g/mL） 其值一般为1.04～1.30g/mL。 一般阳树脂﹥阴树脂，强型的﹥弱型的。对交换器反洗强度的 确定、混合床树脂的选择等具有重要意义。 （b）湿视密度 在水中溶胀后的堆积密度。 湿视密度 = 湿树脂质量/湿树脂堆积体积（g/mL） 此值一般为0.60～0.85g/mL。在设计交换器时，用它来计算树 脂的用量。
《水处理工程》清华1.doc
《水处理工程》第一篇水与废水物化处理的原理与工艺( 讲义)黄霞清华大学环境科学与工程系（2003年7）主要参考书：(1)顾夏声等：《水处理工程》第一版，清华大学出版社，1985(2)严煦世、范瑾初编著：《给水工程》第四版，中国建筑工业出版社，1999(3)张自杰等编著：《排水工程》第四版，中国建筑工业出版社，2000(4)George Tchobanoglous, Franklin L. Burton and H. David Stensel: WastewaterEngineering, treatment disposal and reuse, Fourth edition, Metcalf & Eddy, Inc.,（清华大学出版社影印，2002年8月）(5)Ronald L. Droste: Theory and Practice of Water and Wastewater Treatment, JohnWiley & Sons, Inc., 1997(6)《环境工程手册》之《水污染防治卷》，张自杰等，高等教育出版社，1996第一章绪论第1节水资源循环与特点一、中国水资源特点1.人均占有量少淡水总量在全世界占第6位。
但人均占有量只有2340m3/人年（以12亿人口计），世界平均水准的1/4，占88位。
2.空间分布不均81％的水资源分布在长江流域及其以南东南地区降水量可达1600mm，造成涝灾西北地区降水只有500mm，少的地区不到200mm3.年内及年际变化大60－80％降水集中在夏季，7，8，9月；年际变化差3－6倍（大时）4.许多地区缺水严重三北（西北、华北、东北）和沿海（青岛、大连）在640个城市中，300多个城市缺水。
二、水资源的自然循环与社会循环三、水处理工程的任务给水工程：取水――给水处理――配水针对不同的水源水水质，经处理后满足工农业和生活的对水质与水量的要求。
FL0906离子交换课件
一、离子交换树脂——（一）定义2
❖ 离子交换树脂是一类带有官能团的网状结构的高 分子化合物，其结构由三部分构成：
❖ （1）不溶性的三维空间网状结构构成的树脂骨架， 使树脂具有化学和机械稳定性；
❖ （2）连接在骨架上的官能团 ❖ （3）官能团所需的相反电荷的可交换离子（活性
离子）。
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❖ 什么是离子交换树脂？
❖ 是一种不溶于酸碱和有机溶剂的固态高分子化合 物。
❖ 组成是什么样的？
❖ 两部分： ❖ 骨架：不能移动的，多价的高分子基团，使树脂
具有一定的溶解度和化学稳定的性质。 ❖ 活性离子：是可移动的离子，在树经的骨架中进
进出出，就发生离子交换现象。
《FL0906离子交换》PPT课件
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度越快。利用这种浓度差的推动力使树脂上的可交换 离子发生可逆交换反应。 ▪ 用Na+置换磺酸树脂上的可交换离子H+ ，当溶液中的 Na+浓度较大时，就可把磺酸树脂上的H+ 交换下来。 ▪ 当全部H+ 被Na+ 交换后，这时就称树脂为Na+ 饱和。 ▪ 然后把溶液变为较高浓度的酸时，溶液中的H+ 又能把 树脂上的Na+ 置换下来，这时树脂就再生为H+ 型。
干，迅速称取2~5克抽干树脂，放入密度瓶中，加水至 刻度称重。 ▪ 视密度：树脂充分膨胀后的堆积密度。
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3、树脂性能测定方法
❖ （4）交换容量
▪ 表示方法：单位质量干票脂或单位体积湿树脂所能吸 附的1价离子的毫摩尔数来表示。
▪ 阳树脂：NaOH 剩余滴定 ▪ 阴树脂：羟基不稳定，吸附CO2 ▪ 氯型 ：动态硫酸钠，AgNO3滴定 ▪ 工作交换容量：流出曲线漏点
水处理工程=清华大学第九章离子交换课件(第一篇)
1
第1节 软化与除盐概述
三、水的纯度
含盐量 电阻率（单位：106欧姆 厘米, 106 Ω•cm ）或 电导率（微西门子/厘米, S/cm ） 淡化水：高含盐量水经局部处理 脱盐水：相当于普通蒸馏水，含盐量1~5mg/L 10 ~ 1 S/cm 纯水：亦称去离子水，含盐量<1mg/L, 1 ~ 0.1 S/cm 高纯水：含盐量<0.1mg/L, <0.1 S/cm
4Байду номын сангаас
第2节 离子交换基本原理
三、离子交换速度
1. 边界水膜内的迁移 2. 交联网孔内的扩散 3. 离子交换（反应快） 4. 交联网内的扩散 5. 边界水膜内的迁移
第2节 离子交换基本原理
离子交换速度的影响因素： •溶液浓度：影响扩散过程的重要因素 浓度大→膜扩散快，孔道扩散为控制步骤 •流速或搅拌速度：主要影响膜扩散，孔道扩散基本不受 影响。 •树脂粒径：对于膜扩散，离子交换速度与粒径成反比； 对于孔道扩散，离子交换速度与粒径二次方成反比。 •交联度：对孔道扩散的影响更大
第九章 7
第1节 软化与除盐概述
四、软化和除盐基本方法
1. 软化 (1)加热：去除暂时硬度 (2)药剂软化：根据溶度积原理 (3)离子交换：离子交换硬度去除比较彻底。 2. 除盐 蒸馏法、离子交换法、电渗析法、反渗透法
第九章 8
第1节 软化与除盐概述
五、药剂软化法 1. 石灰软化法 CaO：生石灰 CaO + H2O = Ca(OH)2 （消化过程） Ca(OH)2：熟石灰或消石灰
第九章 20
不论那种树脂，可交换离子均为1价离子 而水中被交换离子一般1价或2价离子 全树脂交换容量定义：树脂所能交换的离子的物质的 量nB除以树脂体积或质量m
《水处理工程》清华1
《水处理工程》清华1第一篇水与废水物化处理的原理与工艺( 讲义)黄霞清华大学环境科学与工程系（2003年7）要紧参考书：(1)顾夏声等：《水处理工程》第一版，清华大学出版社，1985(2)严煦世、范瑾初编著：《给水工程》第四版，中国建筑工业出版社，1999(3)张自杰等编著：《排水工程》第四版，中国建筑工业出版社，2000(4)George Tchobanoglous, Franklin L. Burton and H. David Stensel: WastewaterEngineering, treatment disposal and reuse, Fourth edition, Metcalf & Eddy, Inc.,（清华大学出版社影印，2002年8月）(5)Ronald L. Droste: Theory and Practice of Water and Wastewater Treatment, JohnWiley & Sons, Inc., 1997(6)《环境工程手册》之《水污染防治卷》，张自杰等，高等教育出版社，1996第一章绪论第1节水资源循环与特点一、中国水资源特点1.人均占有量少淡水总量在全世界占第6位。
但人均占有量只有2340m3/人年（以12亿人口计），世界平均水准的1/4，占88位。
2.空间分布不均81％的水资源分布在长江流域及其以南东南地区降水量可达1600mm，造成涝灾西北地区降水只有500mm，少的地区不到200mm3.年内及年际变化大60－80％降水集中在夏季，7，8，9月；年际变化差3－6倍（大时）4.许多地区缺水严峻三北（西北、华北、东北）和沿海（青岛、大连）在640个都市中，300多个都市缺水。
二、水资源的自然循环与社会循环三、水处理工程的任务给水工程：取水――给水处理――配水针对不同的水源水水质，经处理后满足工农业和生活的对水质与水量的要求。
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QH：进RH水量 QNa: 进RNa水量
第九章 39
第九章
40
第3节 离子交换软化
第二种情况：RH以硬度离子的泄漏为准。 则RH产生的出水平均酸度＝非碳酸盐硬度HF 同样推出： QH＝（A原－A混）/（A原＋HF）×Q QNa＝（A混＋HF）/（A原＋HF）×Q 但应注意RH出水在一个周期内是不均匀的？在 任何时间都保证不出现酸性水很难。 因此，以Na+泄漏运行为宜。
第九章
38
第3节 离子交换软化
A原：进水碱度 A混：混合水中的残留碱度 S：进水中SO4
2－、Cl－含量之和,
第3节 离子交换软化
•第一种情况：RH以Na＋泄漏为准 经RH产生的强酸量 SQH 经RNa后的碱度 A原QNa =A原 (Q-QH)
(1/2SO42-+Cl-)
•物料平衡:
混合水中的剩余碱度 QA混 A原 (Q-QH) – SQH ＝A混Q QH ＝ (A原－A混)/（A原＋S）×Q QNa＝（A混＋S）/（A原＋S）×Q
第2节 离子交换基本原理
改写成：
一价对一价离子交换平衡曲线
B 2 q / q0 KA c / c0 q0 2 (1 q / q0 ) c0 (1 c / c0 ) 2
第九章 23
二价对一价离子交换平衡曲线
离子交换树脂的选择系数可用于： 计算泄漏量、极限工作交换容量、再生度极限值
第九章 24
第九章 41
(2) H－Na 串联系统
H-Na串联离子交换系统 1. H离子交换器；2. Na离子交换器; 3. 除CO2器；4. 中间水箱； 5. 混合器
第九章
42
7
第3节 离子交换软化
水量分配公式与并联时的相同。 这种型式可以降低RNa的负荷。 H-Na 并列：适用于碱度高的原水。因为只有一部分水 过RNa。投资省。 H-Na串联：适用于硬度高的原水，出水水质能保证。 运行安全可靠。 CO2产生量： •1mmol/L的HCO3- 产生44mg CO2/L
一、水中主要溶解杂质
离子：Ca2+, Mg2+, Na+(K+) HCO3-, SO42-, Cl一般Fe2+, SiO32-含量较少。 气体：CO2, O2 总硬度：Ca2+, Mg2+ 碳酸盐硬度（carbonate hardness、暂时硬度） 非碳酸盐硬度（noncarbonate hardness） 含盐量：∑阳＋∑阴
4
第2节 离子交换基本原理
三、离子交换速度
1. 边界水膜内的迁移 2. 交联网孔内的扩散 3. 离子交换（反应快） 4. 交联网内的扩散 5. 边界水膜内的迁移
第2节 离子交换基本原理
离子交换速度的影响因素： •溶液浓度：影响扩散过程的重要因素 浓度大→膜扩散快，孔道扩散为控制步骤 •流速或搅拌速度：主要影响膜扩散，孔道扩散基本不受 影响。 •树脂粒径：对于膜扩散，离子交换速度与粒径成反比； 对于孔道扩散，离子交换速度与粒径二次方成反比。 •交联度：对孔道扩散的影响更大
第九章 5 第九章 6
1
第1节 软化与除盐概述
三、水的纯度
含盐量 电阻率（单位：106欧姆 厘米, 106 Ω•cm ）或 电导率（微西门子/厘米, S/cm ） 淡化水：高含盐量水经局部处理 脱盐水：相当于普通蒸馏水，含盐量1~5mg/L 10 ~ 1 S/cm 纯水：亦称去离子水，含盐量<1mg/L, 1 ~ 0.1 S/cm 高纯水：含盐量<0.1mg/L, <0.1 S/cm
第1节 软化与除盐概述
CO2 + Ca(OH)2 CaCO3↓+ H2O Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 2CaCO3↓ + 2H2O Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 2CaCO3↓+ Mg(OH)2↓+2H2O 若碱度>硬度，还应去除多余的HCO3－ 若水中存在Fe离子，也要消耗Ca(OH)2
第九章 7
第1节 软化与除盐概述
四、软化和除盐基本方法
1. 软化 (1)加热：去除暂时硬度 (2)药剂软化：根据溶度积原理 (3)离子交换：离子交换硬度去除比较彻底。 2. 除盐 蒸馏法、离子交换法、电渗析法、反渗透法
第九章 8
第1节 软化与除盐概述
五、药剂软化法 1. 石灰软化法 CaO：生石灰 CaO + H2O = Ca(OH)2 （消化过程） Ca(OH)2：熟石灰或消石灰
第九章 20
不论那种树脂，可交换离子均为1价离子 而水中被交换离子一般1价或2价离子 全树脂交换容量定义：树脂所能交换的离子的物质的 量nB除以树脂体积或质量m
qv=nB/V(mmol/L)或qm=nB/m(mmol/g)
B：可交换离子的基本单元，等于离子式除以电荷 数，即以当量粒子为基本单元。 工作交换容量：实际工作条件下，全的60%~70%， 与实际运行条件有关。
第九章 31
第3节 离子交换软化
硬度泄漏 氢离子交换出水水质变化的全过程 第九章
Na+泄漏
32
第3节 离子交换软化
•开始时出水呈酸性。 •Na＋开始泄漏时，出水酸度急剧下降。 •之后，RH交换转变为RNa型运行模式，对Ca和Mg 仍有交换能力。出水Na离子逐渐超过原水中浓度呈 碱性。 •然后硬度离子开始泄漏 •出水中离子泄漏顺序为：H＋、Na＋、Mg2＋、Ca2＋ •失效点控制：脱碱，以Na泄漏为准 软化，以硬度离子泄漏为准。
第九章 25 第九章 26
离子交换速度通常由膜扩散或孔道扩散所控制。
第2节 离子交换基本原理 本节思考题
(1) 离子交换树脂的结构和作用原理是什么？ (2) 什么是离子交换树脂的工作容量？与全交换 容量有何关系？受什么因素的影响？ (3) 离子交换选择系数是如何定义的？物理意义 是什么？ (4) 离子交换速度受什么因素影响？
第九章 11
第1节 软化与除盐概述
2. 石灰－纯碱法 去除碳酸盐和非碳酸盐硬度 CaSO4 + Na2CO3 CaCO3↓+ Na2SO4 MgSO4 + Na2CO3 MgCO3 + Na2SO4 MgCO3 + Ca(OH)2 CaCO3↓+Mg(OH)2↓ 但纯碱太贵，此法一般不用。
第九章 29
第3节 离子交换软化
Na2SO4
Na离子交换软化法示意图
第九章 30
5
第3节 离子交换软化
2．RH •碳酸盐硬度：生成CO2、H2O――同时去除碱度。 2RH + Ca(HCO3)2 R2Ca + 2CO2 + 2H2O •非碳酸盐硬度：生成H2SO4，HCl ――出水酸性 2RH + CaCl2 R2Ca + 2HCl •对于Na+：RH + NaCl RNa +HCl --- 产生钠型 树脂，但不起软化作用
第九章 13 第九章 14
第2节 离子交换基本原理
如聚苯乙烯磺化 磺酸基团（－SO3H） 一种强酸性阳离子树脂
CH CH2
第2节 离子交换基本原理
2．命名
•全名称：（分类名称）（骨架名称）（基本名称） 如强酸型苯乙烯系阳离子交换树脂 •为了区别同一类树脂产品，有时用数字区分。
SO3H
n
•微孔形态：凝胶型、大孔型、等孔型等第九章
本章内容
第1节 软化与除盐概述
第九章 离子交换
（Ion exchange）
第2节 离子交换基本原理 第3节 离子交换软化 第4节 离子交换除盐 第5节 离子交换处理工业废水
第九章
1
第九章
2
第1节 软化与除盐概述 一、水中主要溶解杂质 二、硬度单位 三、水的纯度 四、软化和除盐基本方法
第1节 软化与除盐概述
CH CH2
含有1g可交换离子H+。 扣去交联剂所占份量（8%)，
n
—计算树脂用量
第九章 17
全交换容量为4.99mmol/g。
第九章 18ຫໍສະໝຸດ 3第2节 离子交换基本原理
第2节 离子交换基本原理
(3) 离子交换树脂的选择性 与水中离子种类、树脂交换基团的性能有很大关系，同 时也受离子浓度和温度的影响。 •离子电荷愈多，愈易被交换 •原子序数愈大，即水合半径愈小，愈易被交换 Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>K+= NH4+ >Na+>Li+ SO42->NO3->Cl->HCO3->HSiO3• 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+
第九章 33
第3节 离子交换软化
3．弱酸型RCOOH （目前应用广的主要是丙烯酸型）
...
CH CH2 CH CH2
...
COOH
...
CH
CH2 CH
CH2
...
COOH
第九章 34
第3节 离子交换软化
•由于电离较弱，只能去除碳酸盐硬度 2RCOOH + Ca(HCO3)2 (RCOO)2Ca + 2H2O +CO2↑ •但交换容量大（活性基团多），比强酸型高一倍。 •再生容易。
15
第九章
16
第2节 离子交换基本原理
3．主要性能指标
(1) 密度： 湿真密度： 湿树脂质量/树脂颗粒本身所占体积 （不包括颗粒之间的空隙） —用于确定反冲洗强度，混合床的分层 湿视密度 ：湿树脂质量/树脂堆积体积