水中离子的去除
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1.1.2 离子性质及危害
重金属是指分子量在63.5和200.6之间的原子，并且他们的 比重一般都大于5.0。
随着工业的迅速发展，比如金属电镀设备，采矿作业， 化肥工业，制革工业，电池工业，造纸和农药等，重金属 废水越来越多的直接或间接地排放到环境中，尤其是在发 展中国家。重金属不同于有机污染物，它不能生物降解， 而且往往在生物体内积累。许多重金属离子已被证明有毒 或是致癌物质。在废水处理中备受关注的重金属有锌、铜、 镍、汞、砷、镉、铅和铬。
在水中浸泡，形变小，较稳定。
1.2.3.1.2 树脂性质 ➢ 溶胀性
树脂吸水后体积增大的现象。溶胀程度用溶胀率表示：
溶胀率
V后 V前 V前
100%
影响因素：
✓ 树脂交联度：交联度越大，溶胀率越低。
✓ 活性基团：离解程度越大，溶胀率越大；
✓ 可交换离子：水合半径越大，溶胀率越高。
➢ 交换容量
按结构
离子交 换树脂
凝胶型 大孔型 等孔型
孔径5nm、少，溶胀度较大，水溶胀后呈凝胶状。
孔径为20—100nm，溶胀度小，交换速度高，抗污 能力强。 孔大、均匀，抗有机污染能力强。
1.2.3.1.2 树脂性质
➢粒度
有效粒径：指筛分树脂时，而90%体积的树脂颗粒保留的筛孔直径。
均一系数：能通过60%体积树脂的筛孔直径与能通过10%体积的树 脂的筛孔直径之比。均一系数越接近1，表明树脂颗粒越均匀。
干真密度：干燥状态下，树脂材料本身具有的密度。
➢密度 湿真密度：在水中充分溶胀后湿树脂本身的密度。（树脂分层参数）
湿视密度：树脂在水中充分溶胀后的堆积密度。（用于计算装填量）
➢交联度：交联度为树脂交联剂质量占树脂总质量的百分比，一般为
7%~10%。 交联度越高，孔隙度越低，密度越大，对半径较大的离子和水 合离子扩散速度越低，交换量越小。
离子交换的实质是不溶性离子化合物（离子交换剂）上的交换离子
与溶液中的其他同性离子的交换反应，是一种特殊的吸附过程，通
常是可逆性化学吸附。 1.2.3.1 离子交换树脂 1.2.3.1.1 树脂结构
固体球形颗粒，多孔网状结构； 不溶于水；具有离子交换特性的有 机高分子聚电解质。
离子交 换树脂
母体(骨架) 活性基团
1.2.1.2.3 影响因素
pH：pH是整个化学沉淀过程中最主要的影响因素，特别是氢氧化 物法，pH会影响金属离子形态，过低，会沉淀不了离子；过高， 可能会使沉淀的离子反溶。 沉淀剂及其投加量：沉淀剂的影响，主要包括沉淀效果和对环境 的影响，沉淀效果取决于沉淀物本身的性质（Ksp）和投加量，投 加不足，会不能沉淀；投加过高，可能会导致其他化学反应，或 对环境造成影响。 其他因素：包括温度、搅拌、接触反应时间等。
物理沉淀法主要通过混凝沉淀的方法，选择适当的混凝剂 与重金属离子发生电性中和、吸附架桥、网捕、卷扫等作用， 使胶体离子与水分离，加快沉降，从而实现固液分离。 ➢ 电中和作用 ➢ 吸附架桥作用 ➢ 卷捕网扫作用
➢ 压缩双电层和DLVO理论
1.2.1.1.2 去除对象及使用范围
去除对象：胶体状的重金属离子和悬浮物 适用范围：一般用于化学沉淀的后续处理，作为化学沉淀的辅助 作用，提高絮体密实性，适用于常量金属浓度的情况。
同样，这些参数需根据原水水质通过小试实验确定。
1.2.1.3 反应器 1.2.1.3.1 反应器类型
物理沉淀过程所用反应器主要包括混合设备和絮凝池。化学沉 淀过程反应器与絮凝池大体相同。同时，还有一种将絮凝和沉淀 合为一体的澄清池。 （一）混合设备 ✓水泵混合：药剂在泵取水口投加混合 ✓管式混合：药剂在水泵加压水管中投加 ✓机械混合：药剂在池内机械搅拌后投加
单位体积湿树脂或单位重量干树脂可发生交换的活性基团数量。
✓ 全交换容量：单位体积或重量树脂中含可交换基团的总数。
✓ 工作交换容量：在动态工作条件下，当出水水质达到交换终点时，树脂层达
的平均交换容量。
容量表示法 EV ：mmol/mL、mol/L
重量表示法 EW ：mmol/g、mol/kg
E = E ×[湿比重×(1-含水率)]
NG 1.2.1.1.3 影响因素
pH：pH影响混凝剂在水中的存在形态，从而影响混凝作用的机理 和效果，对于金属盐，pH较低，主要以金属离子态存在，pH较高， 主要以络合物形态存在；同时，pH也会影响水中金属离子的形态。 混凝剂投加量：混凝剂量增加，胶体脱稳；继续增加，胶体再稳。 温度：温度影响水的黏度，平衡方程的反应程度，一般在常温。 速度梯度G：对于混凝，G要求较大，700~1000s-1；对于絮凝，G 要求较小，20~70-1。 水力停留时间t：对于混凝，需快速混合，t要求较小，10~30s至多 不超过2min；对于絮凝，为保证絮体不被破坏，t要求相对较大。 （各参数具体取值需根据原水水质做小试后确定）
固定离子 可交换离子
苯乙烯(单体) +
二乙烯苯(交联剂)
共聚
母体
功 能 H2SO4 基 反 应
R —SO3 H
母体 固定离子 可交换离子
1.2.3.1.2 树脂分类 按选择性
离子交 换树脂
阳离子交换树脂 阴离子交换树脂
强酸性阳离子交换树脂 R—SO3H 弱酸性阳离子交换树脂 R—COOH 强碱性阴离子交换树脂 R NOH 弱碱性阴离子交换树脂 R—NH3OH
1.2.1.2.3
去除对象：水中重金属离子和可沉淀的无机盐离子 适用范围：适用于常量离子的去除，对于石灰法、氢氧化物法和 硫化物法，适用于金属离子浓度较高的情况。
✓石灰法：采用CaO作为沉淀剂，价格便宜，但产泥量大。 ✓氢氧化物沉淀法：成本低，对水质污染小，但沉淀效果受pH影 响较大，pH较难控制。 ✓硫化物沉淀法：去除效果相对氢氧化物较好，但处理费用高， 硫离子会改变污水水质，常需投加混凝剂以加强效果。 ✓钡盐沉淀法：该法主要用于处理含六价铬的废水，对控制要求 较高，钡离子有毒性，需要对残钡处理。
1.2.2.3 生物吸附
吸附离子的微生物主要包括真菌、藻类和细菌等。吸附 工艺具有成本低、原料丰富、吸附量大、吸附迅速、无害、 无毒、无二次污染、选择性好等优点。对于利用微生物吸附， 国内外都有很多研究，但国内大多处于实验室研究阶段。生 物wenku.baidu.com附法稳定性较差，受环境条件影响大。
1.2.3 离子交换法（IE）
✓ 机械絮凝池：利用机械设备进行搅拌，单格接近于CSTR性反应 器，分格越多，效果越好，但分格越多，造价和维修费用越高。
✓ 其他絮凝池：包括穿孔流絮凝池，网格和栅条絮凝池等
（三）澄清设备 泥渣悬浮型
悬浮澄清池：水流自下而上，经过悬浮泥渣层， 杂质被截留，进入浓缩室外排；适用于小水量处 理。
脉冲澄清池：利用脉冲发生器使流速发生变化， 使悬浮层不断收缩和膨胀。
1.2.1.2 化学沉淀 1.2.1.2.1 去除原理及过程
化学沉淀法利用沉淀反应使水中金属离子或无机离子以沉淀物 的形式沉淀下来，已达到去除的目的。根据所用沉淀剂的不同可 分为石灰法、氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、钡盐沉淀法等。 原理：
AnBm —— nAm+ + mBn- Ksp = [Am+]n[Bn-]m 对于某一物质AnBm ，水中[Am+]n[Bn-]m的值大于该物质的Ksp时， 即会沉淀。
1.2.3.2.2 动力学过程
外 扩 散 薄膜扩散 内 扩 散
B
(1)
(2)
(3)
B
(4) (A) (5)
(6)
A
树脂颗粒 水膜
1.2.3.2.3 影响因素
➢ 薄膜扩散
离子浓度 溶液离子浓度低，树脂交换容量大时，薄膜扩散受阻。 溶液离子浓度过高，树脂易发生收缩现象，内扩散受阻。 水流速度 水流速度增加，水膜变薄，薄膜扩散加快。 树脂颗粒的大小 树脂颗粒小，比表面积增加，利于薄膜扩散。
1.2.1.2.2 适用范围及各自特点
去除对象：水中重金属离子和可沉淀的无机盐离子 适用范围：适用于常量离子的去除，对于石灰法、氢氧化物法和 硫化物法，适用于金属离子浓度较高的情况。
✓石灰法：采用CaO作为沉淀剂，价格便宜，但产泥量大。 ✓氢氧化物沉淀法：成本低，对水质污染小，但沉淀效果受pH影 响较大，pH较难控制。 ✓硫化物沉淀法：去除效果相对氢氧化物较好，但处理费用高， 硫离子会改变污水水质，常需投加混凝剂以加强效果。 ✓钡盐沉淀法：该法主要用于处理含六价铬的废水，对控制要求 较高，钡离子有毒性，需要对残钡处理。
物理吸附也称范德华吸附，它是由吸附质和吸附剂分子间 作用力所引起，物理吸附可以发生在任何固体表面上。被吸附 分子的热运动会产生解吸现象，因不发生化学作用，所以低温 时就能进行。
1.2.2.2 化学吸附
由于固体表面存在不均匀力场，表面上的原子往往还有剩 余的成键能力，当气体分子碰撞到固体表面上时便与表面原子 间发生电子的交换、转移或共有，形成吸附化学键的吸附作用。
1.2.3.3 离子交换运行与再生
1.2.3.3.1 离子交换运行过程
1.2.3.3 离子交换运行
1.2.3.3.1 离子交换运行过程
由工作（有时叫做产水）、反洗、吸盐（再生）、慢冲洗（置 换）、快冲洗五个过程。
① 反洗：工作一段时间后的设备，会在树脂上部拦截很多由原水 带来的污物，把这些污物除去后，离子交换树脂才能完全曝露 出来，再生的效果才能得到保证。反洗过程就是水从树脂的底 部洗入，从顶部流出，这样可以把顶部拦截下来的污物冲走。 这个过程一般需要5-15分钟左右
1.2.3.2 离子交换原理及影响因素
1.2.3.2.1 交换机理
① A+自溶液中扩散到树脂表 面
② A+从树脂表面进入树脂内 部的活性中心
③ A+与RB在活性中心上发 生复分解反应
④ 解吸附离子B+自树脂内部 扩散至树脂表面
⑤ B+离子从树脂表面扩散到 溶液中
交换速度的控制步骤是扩散 速度，不同的分离体系可能 由内部扩散或外部扩散控制.
水中离子与 气体的去除
小组成员： 赵娟 陈然然 吴俊康 李传扬
汇 报 人：吴俊康
主要内容
1、水中离子的去除 2、水中气体的去除
3、工程实例
1 水中离子的去除
1.1 离子的类型、性质、危害
1.1.1 离子类型
➢ 重金属：Pb、Cd、Cu、Cr、Hg、Zn、Ni等 ➢ 无机盐离子： Cl-、SO42-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+、HCO3-等
❖ 电荷数 电荷数越高，作用力越大，选择性强。
❖ 螯合树脂对离子的亲和力决定于树脂上螯合基团的性质。
➢ 选择规律
对于强酸性阳离子交换树脂，离子价数越高，与固定离子的静电引力 越大，越优先交换。当离子价态相同时．亲和力随着水合离子半径减小而 增大。
如：
Li+＜H+＜Na+＜NH4+＜K+＜Rb+＜Cs+＜Ag+＜Tl+ Mg2+＜Zn2+＜Co2+＜Cu2+＜Cd2+＜Ni2+＜Ca2+＜Sr2+＜Pb2+＜Ba2
1.2.1.3.1 反应器类型
（二）絮凝设备 ✓ 隔板絮凝池：接近于推流型（PF）反应器，构造简单，管理方 便，絮凝效果受流量大小限制，不稳定，能量消耗中无用部分相 对其他设备较高，絮凝时间长，池子容积大。
✓ 折板絮凝池：池中隔板为折板，水流由于折板产生漩涡，提高 了颗粒碰撞；每个折板转角处，接近于CSTR型单元反应器，整体 接近于无数个小的CSTR单元组成的PF型反应器；水利条件较好， 絮凝时间较短，池子容积较小，但安装困难。
➢ 内扩散
离子电荷 离子电荷越大，扩散系数越小，不利于内扩散。 树脂交联度 交联度越低，树脂网孔越大，有利于离子的内扩散。 离子的水化度 离子水化程度大，水合离子半径越大，不利于离子的内扩散。
1.2.3.2.4 离子交换选择规律 ➢ 影响因素
❖ 水合离子半径 同价的离子，其水合离子半径大，选择性强。
同时无机盐离子的存在，可能会对废水性质产生影响， 或在废水处理过程中对工艺产生一定的影响，或导致设备 的结垢或腐蚀。同时，某些工业用水对无机盐离子的限值 要求较严，因此，需对水中无机盐进行适当处理。
1.2 水中离子的去除方法
1.2.1 沉淀法（P）
1.2.1.1 物理沉淀 1.2.1.1.1 去除原理及过程
泥渣循环型
机械搅拌澄清池：利用机械搅拌，集混合、 絮凝、分离设备于一体综合复杂体，应用最 广泛，缓冲能力强。
水力循环澄清池：利用水力循环集混合、 絮凝、分离设备于一体，缓冲能力较机械 搅拌式弱，结构简单。
（三）澄清设备
（三）澄清设备
（三）澄清设备
1.2.2 吸附法
1.2.2.1 物理吸附
重金属是指分子量在63.5和200.6之间的原子，并且他们的 比重一般都大于5.0。
随着工业的迅速发展，比如金属电镀设备，采矿作业， 化肥工业，制革工业，电池工业，造纸和农药等，重金属 废水越来越多的直接或间接地排放到环境中，尤其是在发 展中国家。重金属不同于有机污染物，它不能生物降解， 而且往往在生物体内积累。许多重金属离子已被证明有毒 或是致癌物质。在废水处理中备受关注的重金属有锌、铜、 镍、汞、砷、镉、铅和铬。
在水中浸泡，形变小，较稳定。
1.2.3.1.2 树脂性质 ➢ 溶胀性
树脂吸水后体积增大的现象。溶胀程度用溶胀率表示：
溶胀率
V后 V前 V前
100%
影响因素：
✓ 树脂交联度：交联度越大，溶胀率越低。
✓ 活性基团：离解程度越大，溶胀率越大；
✓ 可交换离子：水合半径越大，溶胀率越高。
➢ 交换容量
按结构
离子交 换树脂
凝胶型 大孔型 等孔型
孔径5nm、少，溶胀度较大，水溶胀后呈凝胶状。
孔径为20—100nm，溶胀度小，交换速度高，抗污 能力强。 孔大、均匀，抗有机污染能力强。
1.2.3.1.2 树脂性质
➢粒度
有效粒径：指筛分树脂时，而90%体积的树脂颗粒保留的筛孔直径。
均一系数：能通过60%体积树脂的筛孔直径与能通过10%体积的树 脂的筛孔直径之比。均一系数越接近1，表明树脂颗粒越均匀。
干真密度：干燥状态下，树脂材料本身具有的密度。
➢密度 湿真密度：在水中充分溶胀后湿树脂本身的密度。（树脂分层参数）
湿视密度：树脂在水中充分溶胀后的堆积密度。（用于计算装填量）
➢交联度：交联度为树脂交联剂质量占树脂总质量的百分比，一般为
7%~10%。 交联度越高，孔隙度越低，密度越大，对半径较大的离子和水 合离子扩散速度越低，交换量越小。
离子交换的实质是不溶性离子化合物（离子交换剂）上的交换离子
与溶液中的其他同性离子的交换反应，是一种特殊的吸附过程，通
常是可逆性化学吸附。 1.2.3.1 离子交换树脂 1.2.3.1.1 树脂结构
固体球形颗粒，多孔网状结构； 不溶于水；具有离子交换特性的有 机高分子聚电解质。
离子交 换树脂
母体(骨架) 活性基团
1.2.1.2.3 影响因素
pH：pH是整个化学沉淀过程中最主要的影响因素，特别是氢氧化 物法，pH会影响金属离子形态，过低，会沉淀不了离子；过高， 可能会使沉淀的离子反溶。 沉淀剂及其投加量：沉淀剂的影响，主要包括沉淀效果和对环境 的影响，沉淀效果取决于沉淀物本身的性质（Ksp）和投加量，投 加不足，会不能沉淀；投加过高，可能会导致其他化学反应，或 对环境造成影响。 其他因素：包括温度、搅拌、接触反应时间等。
物理沉淀法主要通过混凝沉淀的方法，选择适当的混凝剂 与重金属离子发生电性中和、吸附架桥、网捕、卷扫等作用， 使胶体离子与水分离，加快沉降，从而实现固液分离。 ➢ 电中和作用 ➢ 吸附架桥作用 ➢ 卷捕网扫作用
➢ 压缩双电层和DLVO理论
1.2.1.1.2 去除对象及使用范围
去除对象：胶体状的重金属离子和悬浮物 适用范围：一般用于化学沉淀的后续处理，作为化学沉淀的辅助 作用，提高絮体密实性，适用于常量金属浓度的情况。
同样，这些参数需根据原水水质通过小试实验确定。
1.2.1.3 反应器 1.2.1.3.1 反应器类型
物理沉淀过程所用反应器主要包括混合设备和絮凝池。化学沉 淀过程反应器与絮凝池大体相同。同时，还有一种将絮凝和沉淀 合为一体的澄清池。 （一）混合设备 ✓水泵混合：药剂在泵取水口投加混合 ✓管式混合：药剂在水泵加压水管中投加 ✓机械混合：药剂在池内机械搅拌后投加
单位体积湿树脂或单位重量干树脂可发生交换的活性基团数量。
✓ 全交换容量：单位体积或重量树脂中含可交换基团的总数。
✓ 工作交换容量：在动态工作条件下，当出水水质达到交换终点时，树脂层达
的平均交换容量。
容量表示法 EV ：mmol/mL、mol/L
重量表示法 EW ：mmol/g、mol/kg
E = E ×[湿比重×(1-含水率)]
NG 1.2.1.1.3 影响因素
pH：pH影响混凝剂在水中的存在形态，从而影响混凝作用的机理 和效果，对于金属盐，pH较低，主要以金属离子态存在，pH较高， 主要以络合物形态存在；同时，pH也会影响水中金属离子的形态。 混凝剂投加量：混凝剂量增加，胶体脱稳；继续增加，胶体再稳。 温度：温度影响水的黏度，平衡方程的反应程度，一般在常温。 速度梯度G：对于混凝，G要求较大，700~1000s-1；对于絮凝，G 要求较小，20~70-1。 水力停留时间t：对于混凝，需快速混合，t要求较小，10~30s至多 不超过2min；对于絮凝，为保证絮体不被破坏，t要求相对较大。 （各参数具体取值需根据原水水质做小试后确定）
固定离子 可交换离子
苯乙烯(单体) +
二乙烯苯(交联剂)
共聚
母体
功 能 H2SO4 基 反 应
R —SO3 H
母体 固定离子 可交换离子
1.2.3.1.2 树脂分类 按选择性
离子交 换树脂
阳离子交换树脂 阴离子交换树脂
强酸性阳离子交换树脂 R—SO3H 弱酸性阳离子交换树脂 R—COOH 强碱性阴离子交换树脂 R NOH 弱碱性阴离子交换树脂 R—NH3OH
1.2.1.2.3
去除对象：水中重金属离子和可沉淀的无机盐离子 适用范围：适用于常量离子的去除，对于石灰法、氢氧化物法和 硫化物法，适用于金属离子浓度较高的情况。
✓石灰法：采用CaO作为沉淀剂，价格便宜，但产泥量大。 ✓氢氧化物沉淀法：成本低，对水质污染小，但沉淀效果受pH影 响较大，pH较难控制。 ✓硫化物沉淀法：去除效果相对氢氧化物较好，但处理费用高， 硫离子会改变污水水质，常需投加混凝剂以加强效果。 ✓钡盐沉淀法：该法主要用于处理含六价铬的废水，对控制要求 较高，钡离子有毒性，需要对残钡处理。
1.2.2.3 生物吸附
吸附离子的微生物主要包括真菌、藻类和细菌等。吸附 工艺具有成本低、原料丰富、吸附量大、吸附迅速、无害、 无毒、无二次污染、选择性好等优点。对于利用微生物吸附， 国内外都有很多研究，但国内大多处于实验室研究阶段。生 物wenku.baidu.com附法稳定性较差，受环境条件影响大。
1.2.3 离子交换法（IE）
✓ 机械絮凝池：利用机械设备进行搅拌，单格接近于CSTR性反应 器，分格越多，效果越好，但分格越多，造价和维修费用越高。
✓ 其他絮凝池：包括穿孔流絮凝池，网格和栅条絮凝池等
（三）澄清设备 泥渣悬浮型
悬浮澄清池：水流自下而上，经过悬浮泥渣层， 杂质被截留，进入浓缩室外排；适用于小水量处 理。
脉冲澄清池：利用脉冲发生器使流速发生变化， 使悬浮层不断收缩和膨胀。
1.2.1.2 化学沉淀 1.2.1.2.1 去除原理及过程
化学沉淀法利用沉淀反应使水中金属离子或无机离子以沉淀物 的形式沉淀下来，已达到去除的目的。根据所用沉淀剂的不同可 分为石灰法、氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、钡盐沉淀法等。 原理：
AnBm —— nAm+ + mBn- Ksp = [Am+]n[Bn-]m 对于某一物质AnBm ，水中[Am+]n[Bn-]m的值大于该物质的Ksp时， 即会沉淀。
1.2.3.2.2 动力学过程
外 扩 散 薄膜扩散 内 扩 散
B
(1)
(2)
(3)
B
(4) (A) (5)
(6)
A
树脂颗粒 水膜
1.2.3.2.3 影响因素
➢ 薄膜扩散
离子浓度 溶液离子浓度低，树脂交换容量大时，薄膜扩散受阻。 溶液离子浓度过高，树脂易发生收缩现象，内扩散受阻。 水流速度 水流速度增加，水膜变薄，薄膜扩散加快。 树脂颗粒的大小 树脂颗粒小，比表面积增加，利于薄膜扩散。
1.2.1.2.2 适用范围及各自特点
去除对象：水中重金属离子和可沉淀的无机盐离子 适用范围：适用于常量离子的去除，对于石灰法、氢氧化物法和 硫化物法，适用于金属离子浓度较高的情况。
✓石灰法：采用CaO作为沉淀剂，价格便宜，但产泥量大。 ✓氢氧化物沉淀法：成本低，对水质污染小，但沉淀效果受pH影 响较大，pH较难控制。 ✓硫化物沉淀法：去除效果相对氢氧化物较好，但处理费用高， 硫离子会改变污水水质，常需投加混凝剂以加强效果。 ✓钡盐沉淀法：该法主要用于处理含六价铬的废水，对控制要求 较高，钡离子有毒性，需要对残钡处理。
物理吸附也称范德华吸附，它是由吸附质和吸附剂分子间 作用力所引起，物理吸附可以发生在任何固体表面上。被吸附 分子的热运动会产生解吸现象，因不发生化学作用，所以低温 时就能进行。
1.2.2.2 化学吸附
由于固体表面存在不均匀力场，表面上的原子往往还有剩 余的成键能力，当气体分子碰撞到固体表面上时便与表面原子 间发生电子的交换、转移或共有，形成吸附化学键的吸附作用。
1.2.3.3 离子交换运行与再生
1.2.3.3.1 离子交换运行过程
1.2.3.3 离子交换运行
1.2.3.3.1 离子交换运行过程
由工作（有时叫做产水）、反洗、吸盐（再生）、慢冲洗（置 换）、快冲洗五个过程。
① 反洗：工作一段时间后的设备，会在树脂上部拦截很多由原水 带来的污物，把这些污物除去后，离子交换树脂才能完全曝露 出来，再生的效果才能得到保证。反洗过程就是水从树脂的底 部洗入，从顶部流出，这样可以把顶部拦截下来的污物冲走。 这个过程一般需要5-15分钟左右
1.2.3.2 离子交换原理及影响因素
1.2.3.2.1 交换机理
① A+自溶液中扩散到树脂表 面
② A+从树脂表面进入树脂内 部的活性中心
③ A+与RB在活性中心上发 生复分解反应
④ 解吸附离子B+自树脂内部 扩散至树脂表面
⑤ B+离子从树脂表面扩散到 溶液中
交换速度的控制步骤是扩散 速度，不同的分离体系可能 由内部扩散或外部扩散控制.
水中离子与 气体的去除
小组成员： 赵娟 陈然然 吴俊康 李传扬
汇 报 人：吴俊康
主要内容
1、水中离子的去除 2、水中气体的去除
3、工程实例
1 水中离子的去除
1.1 离子的类型、性质、危害
1.1.1 离子类型
➢ 重金属：Pb、Cd、Cu、Cr、Hg、Zn、Ni等 ➢ 无机盐离子： Cl-、SO42-、Na+、K+、Ca2+、Mg2+、HCO3-等
❖ 电荷数 电荷数越高，作用力越大，选择性强。
❖ 螯合树脂对离子的亲和力决定于树脂上螯合基团的性质。
➢ 选择规律
对于强酸性阳离子交换树脂，离子价数越高，与固定离子的静电引力 越大，越优先交换。当离子价态相同时．亲和力随着水合离子半径减小而 增大。
如：
Li+＜H+＜Na+＜NH4+＜K+＜Rb+＜Cs+＜Ag+＜Tl+ Mg2+＜Zn2+＜Co2+＜Cu2+＜Cd2+＜Ni2+＜Ca2+＜Sr2+＜Pb2+＜Ba2
1.2.1.3.1 反应器类型
（二）絮凝设备 ✓ 隔板絮凝池：接近于推流型（PF）反应器，构造简单，管理方 便，絮凝效果受流量大小限制，不稳定，能量消耗中无用部分相 对其他设备较高，絮凝时间长，池子容积大。
✓ 折板絮凝池：池中隔板为折板，水流由于折板产生漩涡，提高 了颗粒碰撞；每个折板转角处，接近于CSTR型单元反应器，整体 接近于无数个小的CSTR单元组成的PF型反应器；水利条件较好， 絮凝时间较短，池子容积较小，但安装困难。
➢ 内扩散
离子电荷 离子电荷越大，扩散系数越小，不利于内扩散。 树脂交联度 交联度越低，树脂网孔越大，有利于离子的内扩散。 离子的水化度 离子水化程度大，水合离子半径越大，不利于离子的内扩散。
1.2.3.2.4 离子交换选择规律 ➢ 影响因素
❖ 水合离子半径 同价的离子，其水合离子半径大，选择性强。
同时无机盐离子的存在，可能会对废水性质产生影响， 或在废水处理过程中对工艺产生一定的影响，或导致设备 的结垢或腐蚀。同时，某些工业用水对无机盐离子的限值 要求较严，因此，需对水中无机盐进行适当处理。
1.2 水中离子的去除方法
1.2.1 沉淀法（P）
1.2.1.1 物理沉淀 1.2.1.1.1 去除原理及过程
泥渣循环型
机械搅拌澄清池：利用机械搅拌，集混合、 絮凝、分离设备于一体综合复杂体，应用最 广泛，缓冲能力强。
水力循环澄清池：利用水力循环集混合、 絮凝、分离设备于一体，缓冲能力较机械 搅拌式弱，结构简单。
（三）澄清设备
（三）澄清设备
（三）澄清设备
1.2.2 吸附法
1.2.2.1 物理吸附