离子交换树脂在水处理中的应用

一般湿视密度在0.6～0.85g/mL之间
（5）含水率
是指在水中充分膨胀的湿树脂中所含水分的百分数；含水 率可以反映离子交换树脂的交联度和网眼中的孔隙率，一 般树脂的含水率在40％～ ％之间。 ％～60％ ％～
（6）溶胀性和转型体积改变率
将干的离子交换树脂浸入水中时，其体积会膨胀的现象称 为溶胀 溶胀。 溶胀 当树脂由一种离子型转为另一种离子型时，其体积就会发 生改变，此时树脂体积改变的百分数称为树脂转型体积改 树脂转型体积改 变率。 变率
2.1离子交换反应 2.1离子交换反应
离子交换反应是可逆反应，但是这种可逆反应并不是在均相溶液 离子交换反应是可逆反应， 中进行的，而是在固态的树脂和溶液接触的界面间发生的。 中进行的，而是在固态的树脂和溶液接触的界面间发生的。 离子交换反应
强型树脂的 交换反应
RSO3H+NaOH=RSO3Na+H2O
1.4 离子交换树脂的分类
1）按电性分 ） •阳离子交换树脂，可解离部分阳离子 阳离子交换树脂， 或金属离子) 阳离子交换树脂 可解离部分阳离子(H+或金属离子 或金属离子 •阴离子交换树脂，可解离部分阴离子（OH－或酸根） 阴离子交换树脂，可解离部分阴离子（ －或酸根） 阴离子交换树脂 2）按活性基团的解离常数大小 ）按活性基团的解离常数大小: • 强酸性阳离子交换树脂； 弱酸性阳离子交换树脂； 强酸性阳离子交换树脂； 弱酸性阳离子交换树脂； • 强碱性阴离子交换树脂； 弱碱性阴离子交换树脂。 强碱性阴离子交换树脂； 弱碱性阴离子交换树脂。 •3）按结构特征 ） •凝胶型、大孔型与等孔型 凝胶型、 凝胶型 主要掌握：阳离子交换树脂或磺化煤：软化、脱碱； 主要掌握：阳离子交换树脂或磺化煤：软化、脱碱； 阳离子交换树脂配合除盐。 阴、阳离子交换树脂配合除盐。
（1）阳离子交换树脂：苯乙烯磺酸型；苯酚磺酸型；丙烯 酸系羧酸型 （2）阴离子交换树脂：季胺型；弱碱型
1.3 离子交换树脂的性质
1. 离子交换树脂的物理性质
（1）外观 ①颜色 苯乙烯系呈黄色；凝胶型树脂 ） 呈透明或半透明状态；大孔型树脂呈不透明状态。 ②形状 球形，圆球率应达90％以上。 树脂粒度一般用有效粒径和均一系数 （2）粒度 表示，树脂的粒径通常在0.3～1.2mm范围。
3.4钠床除盐 钠床除盐
钠床除盐就是利用阳离子交换树脂中的Na+离子把水中所含 的钙、镁离子交换出来，这一过程成为水的软化，所得的水 称为软化水。
3.5树脂的再生 树脂的再生
固定床再生分为顺流再生和逆流再生两种。 固定床再生分为顺流再生和逆流再生两种。 再生分为顺流再生 两种 逆流再生： 降低再生剂用量； 逆流再生 ： 降低再生剂用量 ； 出水质量提 高、工作交换容量提高。 工作交换容量提高。 RNa型：用NaCl再生。 型 再生。 再生 RH型：用HCl 或H2SO4 再生。 型 再生。 ROH型：用NaOH再生。 型 再生。 再生
除二氧化碳器放在阴床之前是为了减轻阴床负荷。 除二氧化碳器放在阴床之前是为了减轻阴床负荷。水量 小和进水碱度低的小型除盐装置可以省去除二氧化碳器。 小和进水碱度低的小型除盐装置可以省去除二氧化碳器。
强碱阴床设置在强酸阳床之后的原因在于； 强碱阴床设置在强酸阳床之后的原因在于； 1． 若进水先通过阴床 ， 容易生成 ． 若进水先通过阴床， 容易生成CaCO3、Mg 、 沉积在树脂层内， （ OH)2沉积在树脂层内 ， 使强碱树脂交换容量 沉积在树脂层内 降低。 降低。 2．阴床在酸性介质中易于进行离子交换 ， 若进水 ． 阴床在酸性介质中易于进行离子交换， 先经过阴床，更不利于去除硅酸， 先经过阴床 ， 更不利于去除硅酸 ， 因为强碱树脂 对硅酸盐的吸附要比对硅酸的吸附差得很 对硅酸盐的吸附要比对硅酸的吸附差得很多。
3． 强酸树脂抗有机物污染的能力胜过强碱 ． 树脂。 树脂。 4． 若原水先通过阴床 ， 本应由除二氧化碳 ． 若原水先通过阴床， 器去除的碳酸， 都要由阴床承担， 从而增 器去除的碳酸 ， 都要由阴床承担 ， 从而 增 加了再生剂耗用量。 加了再生剂耗用量。
3.2固定床的工作过程： 固定床的工作过程
P1：再生完毕，软化开始前残 ：再生完毕， 存硬度离子所占的百分数
P2（工作交换容量） （工作交换容量） P1+P2+P3＝100 ＝ 影响因素：再生程度、 影响因素：再生程度、软化时的 流速、 流速、原水水质
P3：软化结束时，树脂层中交 ：软化结束时， 换不到部分所占的百分数。 换不到部分所占的百分数。
弱型树脂的 交换反应
R(SO3Na)2+NaOH=RCOONa+H2O
中性盐 分解反应
中和反应
复分解反应
非中性盐的 分解反应
强酸或强碱 的中和反应
复分解反应
R-SO3H十NaCl=RSO3Na+HCL 十
R(NCl)2+CaCl2=R(COO)2Ca+2NaCl
2.2 离子交换树脂的选择性
与水中离子种类、 与水中离子种类、树脂交换基团的性能有很大关 同时也受离子浓度和温度的影响。 系，同时也受离子浓度和温度的影响。 离子电荷愈多， 离子电荷愈多，愈易被交换 原子序数愈大，即水合半径愈小， 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->HSiO3H＋和OH－的交换选择性与树脂交换基团酸、碱 的交换选择性与树脂交换基团酸、 性的强弱有关。 性的强弱有关。 – 对于强酸阳树脂： H+>Li+ 对于强酸阳树脂： – 而对于弱酸阳树脂：H+>Fe3+ 而对于弱酸阳树脂：
（7）耐磨性
一般情况下，树脂每年的耗损应不超过3％～ ％。 ％～7％ ％～
2. 离子交换树脂的化学性质
（1）酸碱性
各种类型树脂有效pH值范围 树脂类型 强酸性 有效pH值范围 1~14 弱酸性 5~14 强碱性 1~12 弱碱性 0~7
（2）选择性
离子交换树脂对各种离子具有不同的亲和力，可以优先 交换溶液中某种离子，这种现象为…… * 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： Fe 3+ >Al 3+ >Ca 2+ >Mg 2+ > K+ = NH 4+ >Na + >Li + SO42->NO3->Cl->HCO3->HSiO3-
（3）交换容量 ）
一定数量的离子交换树脂所具有的可交换离子的 数量 1）全交换容量 指一定量的树脂所具有的活性基 团或可交换离子的总数量； 2）工作交换容量 指树脂在给定工作条件下实际 的交换能力。 实际工作条件下的交换容量为全交换容量的60－ 70％。
（4）热稳定性
弱酸性＞强酸性＞弱碱性＞Ⅰ型强碱性＞Ⅱ型强 碱性
三、离子交换装置及运行操作
1、复床除盐 2、固定床的工作过程 3、工作交换容量 4、钠床除盐 5、树脂的再生 6、混床除盐 7、双层床除盐
3.1复床除盐 复床除盐
强酸——脱气——强碱 系统： 该系统适用于制取 脱盐水。含盐量不大于 500mg／L的原水经处 理后，出水电阻率可达 到0.1xl06 .cm以上， 电导率5µS/cm以下，硅 含量在0.1mg／L以下。
3.5.1顺流再生离子交换器结构 顺流再生离子交换器结构 顺流再生离子交换器
3.5.2顺流再生离子交换器的运行 顺流再生离子交换器的运行
一个运行周期：反洗、进再生液、置换、 一个运行周期：反洗、进再生液、置换、正洗和 制水。 制水 反洗的目的：1）松动树脂层；2）清除树脂上层 反洗的目的 中的悬浮物碎粒；反洗到排水不浑为止，一般需 10～15min。 置换：使水按再生液流过树脂的流程及流速通过 置换 交换器； 置换的目的：使树脂层中仍有再生能力的再生液 置换的目的 和其他部位残存的再生液得以充分利用。 正洗的流速约为10～15m/h ～ 正洗合格后即可投入制水
离子交换树脂在水处理中的应用 离子交换树脂在水处理中的应用
新疆富蕴广汇新能源有限公司
赵光利
目录导视
一、离子交换树脂概述 二、离子交换树脂反应 三、离子交换树脂装置及运行操作 四、离子交换树脂的应用 五、离子交换树脂的保管与处理
一、离子交换概述
• 去除对象：水中呈离子态的成分、选择性去除重
金属。 • 离子交换是一类特殊的固体吸附过程，能够从电解 质溶液中吸取某中阳离子或阴离子，而把本身所 含另外一种带相同电荷的离子等当量交换下来释 放到水中。 • 典型的离子交换反应。 • 离子交换剂包括：无机离子交换剂、磺化煤和有机 离子交换剂。
冲洗压脂层 流速5-10m/h 流速 历时10-15min 历时
维持空气压 力30-50kPa
流速10流速 15m/h
流速5-7m/h 流速 流速5流速 7m/h
3.5.5无顶压逆流再生 无顶压逆流再生
• 增加中间排水孔开孔面积，使穿孔管的小 孔流速在0.1~0.2m/s Βιβλιοθήκη Baidu 增加压脂层厚度：一般压脂层厚20cm，再 生速度小于7m/h，不需任何顶压设备，可 7m/h 保证树脂层固定密实，再生效果与有顶压 设备相同
3.5.3逆流再生离子交换器的结构 逆流再生离子交换器的结构
3.5.4逆流再生离子交换器的运行 逆流再生离子交换器的运行
逆流再生操作步骤： ⑴ 小反洗 ⑵ 放水 ⑶ 顶压 → 使床不乱 （为何需顶压，顺流时是否 需顶压） ⑷ 进再生液 ⑸ 逆向冲洗 （软化水，流速5～7m/h） ⑹ 正洗 为何需软化水逆向冲洗： 为何需软化水逆向冲洗： 逆流再生要用软化水清洗，否则底层已再生好的 树脂在清洗过程中又被消耗，导致出水质量下降， 失去了逆流再生的特点。
二、 离子交换反应
离子交换如同化学反应一样， 离子交换如同化学反应一样，服从当量定 律，且是可逆反应 离子交换技术就是基于等当量交换与可逆 反应来进行交换与再生的； 反应来进行交换与再生的； 离子交换中的等当量性、可逆性、 离子交换中的等当量性、可逆性、选择性 是进行水质软化的基本设计依据。 是进行水质软化的基本设计依据。
3.5.6工艺特点 工艺特点
1）逆流再生交换器运行失效后，各离子在 树脂层中的分布规律与顺流交换器基本上 是一致的； 2）逆流在再生前仅对压脂层进行小反洗， 所以树脂层仍保持运行失效时的层态； 3）再生效果比顺流式好得多； 4）与顺流再生相比，逆流再生工艺具有对 水质适应性强、出水水质好、再生剂比耗 低、自用水率低等优点。
1.1无机离子交换剂和磺化煤
1. 无机离子交换剂主要为弱酸性阳离子交换剂，其 中一部分是弱碱性阴离子交换剂， 天然无机离子交换剂最常见有沸石和绿砂两类物 质。 2. 磺化煤一般是通过发烟硫酸对褐煤、无烟煤等进 行磺化处理而合成的。 磺化煤的交换容量约为合成树脂交换剂的1/3到1/4。
1.2有机合成离子交换树脂
（3）交联度 是指交联剂在离子交换树脂 内的重量百分含量，水处理过程中的交联 度7％～10％为宜。
（4）密度
1）湿真密度 指在单位真体积（不包括树脂颗粒间空隙的 体积）内湿态离子交换树脂的质量，单位是g/mL或kg/L
一般湿真密度在1.04～1.30g/mL之间。 2）湿视密度 指单位视体积内紧密无规律排列的湿态离子 交换树脂的质量，单位是g/mL或kg/L。
1. 有机合成离子交换树脂的结构
离子交换树脂是一类带有活性基团的网状结构高分子化合 离子交换树脂的骨架，它是高 物。分为两部分：一部分为离子交换树脂的骨架 离子交换树脂的骨架 分子化合物的基体；另一部分是带有可交换离子的活性基 带有可交换离子的活性基 团，它化合在高分子骨架上，提供可交换的离子。
2. 有机合成离子交换树脂的分类
•交换带形 交换带形 成阶段 •交换带下 交换带下 移
为保证一定的水质： 为保证一定的水质： 应有一个保护层≥交换带高度 应有一个保护层 交换带高度 交换带影响因素：水流速度、树脂大小、 交换带影响因素：水流速度、树脂大小、原水水质
3.3工作交换容量： 工作交换容量： 工作交换容量
在给定工作条件下的实际交换能力。 在给定工作条件下的实际交换能力。
（1）按活性基团性质分类：阳离子交换树脂和阴离子交换 树脂； （2）按结构特征分类：凝胶型树脂、大孔型和均孔型树脂； （3）按单体种类分类：苯乙烯系、丙烯酸系等。
3. 离子交换树脂的命名
根据国家标准《离子交换树脂产品分类、命名及型号》 （GB1631－79）制定。 （1）名称；（2）型号
4. 几类常见的离子交换树脂