离子交换实验

3、绘制不同清洗历时与出水硬度、硬度去除率的变化曲线
Hardness of Effluent Removal Rate
9 50
8 40
7
30
Hardness of Effluent (mg/L CaCO3)
Removal Rate (%)
6
20
10 5
0 4
-1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
①随着进出水流速的不断增快，原水在树脂层的停留时间缩短，减少了与树 脂颗粒直接的充分接触，故而水中的小部分钙、镁离子来不及与树脂颗粒的钠离 子进行交换即被冲出，从而导致软化出水硬度随运行流速的增快而略有上升。
②图 9-1 并不能真正准确地反映不同运行流速与出水硬度关系的变化，因为 这些数据均是在同一树脂层内连续软化测得，也即实验时树脂层是在不断进行软 化处理的，其软化处理性能正随着时间的延长而不断下降，而这会导致后段出水 的硬度比实际硬度要高。也就是说，单纯地由于流速变化而导致出水硬度变化在 本实验中是不能体现的。
/mL
5
0.65
10
0.45
出水硬度(以 CaCO3 计）/(mg/L)
6.507 4.505
二、数据处理与分析
1、软化数据比较
在软化流速 15m/h 时，每隔 10 min 共测得两组出水硬度，如表 9-6 所示。
编号
表 9-6 运行流速/(m/h)
流速为 15m/h 交换实验软化出水硬度测定
运行时间/min 消耗 EDTA 二钠体积 出水硬度(以 CaCO3
t (min)
图 9-2 不同清洗历时与出水硬度、硬度去除率的变化曲线
如图 9-2 所示，为不同清洗历时与出水硬度、硬度去除率的变化曲线。由该 图结合表 9-1 可以看出，清洗开始阶段出水的硬度为8.509 mg⁄L CaCO3，随着清 洗历时 的不 同延长 出水 硬度不 断下 降， 直至第 10 min 时 期出 水硬 度降至 4.505 mg⁄L CaCO3，对应的树脂离子交换性能提升了 47.1%。此时，出水已经达 到要求，故而停止清洗。
①本实验用于离子交换的原水和反冲洗水均为自来水，其硬度是一样的。由 于反冲洗与软化的水流方向是相反的，而反冲洗结束时仍会有部分自来水吸附在 树脂层中，因此在软化原水的初始阶段这部分反冲洗残留液会被软化出水带走， 从而增加软化出水的硬度；而当软化时间比较长时，反冲洗残留液基本已经被冲 洗干净，因此软化出水几乎不再受残留液的影响，故而出水硬度比初始阶段下降。
2、影响再生剂用量的因素有哪些？再生液浓度过高或过低有何不利？ 答：⑴影响再生剂用量的因素主要有：再生剂浓度、再生剂温度、离子交换
树脂用量、再生流速等。 ⑵再生液浓度过高时，所需再生剂用量也将过少，从而导致再生下来的杂质
色素离子的浓度变高，反离子干扰作用加重，不利于再生反应的顺利进行；另外， 再生液浓度过高，溶液中杂质色素离子对树脂表面双电层产生压缩作用，也不利 于再生反应的进行。
/mL
计）/(mg/L)
原水
0
0
10Байду номын сангаас2
102.102
1
15
10
1.2
12.012
2
15
10
0.55
5.506
由这两组数据比较可知，运行流速 15 m/h 时第 10 min 的出水硬度远比第 20 min 的出水硬度高，前者约为后者的12.012 ÷ 5.506 ≈ 2.2 倍。这可能有以下几
个解释：
/mL
0
0
10.2
1
15
10
1.2
2
15
10
0.55
3
20
5
0.65
4
25
5
0.8
5
30
5
0.85
注：EDTA 二钠的浓度为 C=10mmol/L
出水硬度(以 CaCO3 计）/(mg/L) 102.102 12.012 5.506 6.507 8.008 8.509
反洗流速/(m/h) 15
表 9-3 反洗记录 反洗流量/（L/h） 14.43
三、思考题
1、本实验钠离子交换运行出水硬度是否小于 0.05 mmol/L？影响出水硬度的因 素有哪些？
答：本实验软化出水最终硬度大小为：
8.509 mg⁄L ρ = 100 g⁄mol ≈ 0.085
mmol⁄L
CaCO3
>
0.05
mmol⁄L
CaCO3
因此，本实验钠离子交换运行出水硬度无法小于 0.05 mmol/L。
⑶再生液浓度过低时，不利于交换出树脂吸附的钙、镁杂质离子，也会加大 再生剂的用量，导致不必要的浪费。
3、做完本实验感到有什么不足？有何进一步设想？ 答：做完本实验后，确实发现有若干不足并针对提出了改进的设想，如下所
示：
①原水硬度太低，可适当人为地添加钙镁离子，从而提高实验的准确度； ②反冲洗水改用蒸馏水或去离子水，延长离子交换树脂的使用周期； ③离子交换树脂柱出水端控制阀门改用比较灵活的水阀，不然很难控制进出 水平衡； ④购置多几台离子交换树脂实验平台，减少人员拥挤程度；另外，也可以在 在空间上实现运行流速与出水硬度关系的实验操作，而不是采用在时间上连续进 行，从而提高实验准确度。
60
60
40
40
20
20
0 0
0
5
10
15
20
25
30
Velocity (m/h)
图 9-1 运行流速与出水硬度、硬度去除率的变化曲线
由图 9-1 可以看出，自来水经过阳离子交换树脂后其硬度大大降低，不同流 速下硬度的去除率均在 90%；另外，随着进出水流速的不断增快，软化出水的硬
度略有上升，但仍低于10 mg⁄L CaCO3。这主要有以下两个解释：
影响出水硬度的因素主要包括：
①软化流速 离子交换软化流速越大，进水与树脂颗粒的接触时间越短，从而使软化出水 硬度升高。 ②树脂层密实程度 离子交换树脂层颗粒若堆积不够密实，容易出现裂缝，使部分进水直接从裂 缝中穿过树脂层，从而使软化出水硬度升高。 ③树脂层反冲洗不充分 树脂层反冲洗不充分时，会导致树脂层内掺杂有尺度不均的杂质，特别是原 水浊度较高的水质，容易使树脂层出现裂缝，导致出水硬度升高。 ④树脂层是否穿透 离子交换树脂必须严格控制在每个周期内进行反冲洗和再生，或者树脂层会 被穿透，从而导致软化出水硬度升高。 ⑤出水硬度检测方法 软化出水硬度检测时出水的 pH、指示剂用量、是否添加掩蔽剂等均会影响 硬度的测定。
水污染控制工程实验
实验题目：离子交换软化实验 实 验 人： 学 号：11323028 实验日期：2014.5.19
离子交换软化实验
一、数据记录
表 9-1 原水硬度及实验装置有关数据
原水硬度（以 CaCO3 计）/(mg/l)
交换柱内径/cm
102.102
3.5
树脂层高度/cm 29.7
编号 原水
表 9-2 交换实验软化出水硬度测定 运行流速/(m/h) 运行时间/min 消耗 EDTA 二钠体积
②反冲洗后树脂层颗粒堆积不够密实，可能存在裂缝。在软化初始阶段，部 分原水可能直接从这些细小的裂缝中流出，从而导致出水硬度升高；当软化进行 一定的时间后，由于水流压力的不断冲击，树脂层不断被压实，其中的裂缝也可 能消失不见，这时所有原水都必须经过树脂颗粒的吸附才能通过，故而出水硬度 降低。
值得注意的是，反冲洗不干净并非是出水硬度先大后小的原因，因为反冲洗 的目的之一便是冲洗掉树脂层内的杂质，而对于原水就是自来水的软化水质而言， 并不存在杂质这个问题。
2、绘制运行流速与出水硬度、硬度去除率的变化曲线 如图 9-1 所示，为软化实验中不同运行流速与出水硬度、硬度去除率的变化
曲线图。
Hardness of Effluent Removal Rate
100
100
Hardness of Effluent (mg/L CaCO3)
80
80
Removal Rate (%)
反洗时间/(min) 15
表 9-4 再生记录
再生一次所需实验量 再生一次所需浓度
再生流速/(m/h)
/kg
10%的食盐再生液/L
0.35
3.5
7.3
注：再生时间为 30 min
再生流量/(ml/s) 1.94
编号
1 2
运行流速/(m/s)
15 15
表 9-5 清洗出水硬度的测定
清洗历时/min 消耗 EDTA 二钠体积