2.1水的離子交換處理ppt課件

1、7 水的離子交換處理水的離子交換處理2離子交換水處理離子交換水處理 多種類(lèi)型的離子交換組合達(dá)到不同的水處理目的原多種類(lèi)型的離子交換組合達(dá)到不同的水處理目的原水的軟化、或軟化并脫堿、或脫鹽。水的軟化、或軟化并脫堿、或脫鹽。 7.1 離子交換處理方法概述離子交換處理方法概述 離子交換軟化水處理離子交換軟化水處理 離子交換軟化處理是利用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂中可交換的陽(yáng)離子如Na+ 、H+ ），把水中所含的鈣、鎂離子交換出來(lái)，去除水中的硬度，這一過(guò)程稱(chēng)為離子交換軟化水處理。目前常用的有鈉離子交換軟化法、氫離子交換軟化法和氫鈉離子交換軟化法等31. 鈉離子交換軟化法鈉離子交換樹(shù)脂是最簡(jiǎn)單的一種軟化方法，其反應(yīng)

2、如下： Ca(HCO3)2+2RNa=R2Ca+2NaHCO3CaSO4+2RNa=R2Ca+Na2SO4MgCl2+2RNa=R2Mg+2NaCl 該法的優(yōu)點(diǎn)是處理過(guò)程中不產(chǎn)生酸性水；設(shè)備和管道防腐設(shè)施簡(jiǎn)單；再生劑為食鹽，再生劑易得。452. 氫離子交換軟化法強(qiáng)酸性氫離子交換樹(shù)脂的軟化反應(yīng)如下：Ca(HCO3)2+2RH=R2Ca+2CO2+2H2OCaSO4+2RH=R2Ca+H2SO4MgCl2+2RH=R2Mg+2HCl 由上可見(jiàn)，原水中碳酸鹽硬度在交換過(guò)程中形成碳酸，因此該法除可軟化外還可去除堿度。但在與非碳酸鹽硬度交換過(guò)程中，除軟化外還生成相應(yīng)的強(qiáng)酸。因而，對(duì)設(shè)備和管道防腐要求高，

3、一般總是和鈉離子交換聯(lián)合使用，可與其它措施如加堿中和相結(jié)合。63. 氫-鈉離子交換脫堿軟化法 同時(shí)應(yīng)用氫和鈉離子交換進(jìn)行軟化的方法，根據(jù)兩者的連接情況，可分為氫-鈉并聯(lián)離子交換法和氫鈉串聯(lián)離子交換法。7離子交換除鹽水處理離子交換除鹽水處理 離子交換除鹽水處理是指水中所含的各種離子和離子交換樹(shù)脂進(jìn)行離子交換反應(yīng)而被除去的過(guò)程，又稱(chēng)為化學(xué)除鹽處理。原理 當(dāng)水中的各種 陽(yáng)離子和陽(yáng)離子交換樹(shù)脂反應(yīng)后，水中就含有一種從陽(yáng)樹(shù)脂上被交換下來(lái)的陽(yáng)離子；而水中的各種陰離子和陰離子交換樹(shù)脂反應(yīng)后，水中就只含一種從陰離子樹(shù)脂上被交換下來(lái)的陰離子。若水中僅存在的陽(yáng)離子或陰離子能結(jié)合成水，則就能實(shí)現(xiàn)水的離子交換除鹽。

4、顯然，這兩種離子只能是H+和OH-。81氫型陽(yáng)樹(shù)脂的交換反應(yīng) Ca2+2RHR2Ca+2H+ Na+RHRNa+H+2氫氧型陰樹(shù)脂的交換反應(yīng) Cl-+ROHRCl+OH- SO42-+2ROHR2SO4+2OH- HCO3-+ROHRHCO3+OH-3中和反應(yīng) 水中的陽(yáng)離子和陰離子各自與H型陽(yáng)樹(shù)脂和OH型陰樹(shù)脂反應(yīng)，分別形成的H+ 和OH- 結(jié)合生成水，其反應(yīng)式如下： H+ OH-H2O9 離子交換裝置，按照運(yùn)行方式的不同，可分為固定床和連續(xù)床兩大類(lèi)。固定床依照原水與再生液的流動(dòng)方向，雙可分為兩種形式：7.1.2 離子交換裝置 工作運(yùn)行圖工作運(yùn)行圖 順流再生圖順流再生圖工作運(yùn)行圖工作運(yùn)行圖 逆

5、流再生圖逆流再生圖順流再生固定床；逆流再生固定床。101. 順流再生固定床 原水與再生液分別從上而下以同一方向流經(jīng)離子交換器的離子交換裝置，稱(chēng)為順流再生固定床。 順流再生固定床存在如下主要缺點(diǎn)：樹(shù)脂層上部再生程度高，而越是下部，再生程度越差；在工作期間，由于樹(shù)脂層下半部原先再不好，出水水質(zhì)提前超出規(guī)定指標(biāo)，導(dǎo)到交換器過(guò)早地失效，降低了設(shè)備工作效率。 因而，順流再生固定床只適用于設(shè)備較小、原水含鹽量較低的場(chǎng)合。112. 逆流再生固定床 凡時(shí)再生時(shí)再生液流向與交換時(shí)水流方向相反的離子交換軟化裝置，均屬于逆流對(duì)流再生固定床。常見(jiàn)的是再生液向上流、水流向下流的逆流再生固定床。 逆流再生固定床的優(yōu)點(diǎn)有：

6、再生時(shí)，再生液首先接觸接觸飽和程度低的底層樹(shù)脂，然后再生飽和程度高的中、上層樹(shù)脂。這樣，再生液可被充分利用，再生劑用量顯著降低，并能保證底層樹(shù)脂得到充分再生。工作時(shí)，處理水在經(jīng)過(guò)相當(dāng)脫鹽之后又與這一底層樹(shù)脂接觸，進(jìn)行充分交換，從而提高了出水水質(zhì)。這一優(yōu)點(diǎn)在處理高鹽度水時(shí)更為突出。 12 與順流再生固定床相比，逆流再生固定床具有如下優(yōu)點(diǎn)： 1再生劑耗量可降低20%以上； 2出水質(zhì)量顯著提高； 3） 原水水質(zhì)適用范圍擴(kuò)大，對(duì)于鹽度較高的水，仍能保證出水水質(zhì)； 4再生廢液中再生劑有效濃度明顯降低，一般不超1%。 5樹(shù)脂工作交換容量有所提高。 與順流再生固定床相比，其主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、運(yùn)行操

7、作復(fù)雜。 7.1.4 離子交換樹(shù)脂的再生方法離子交換樹(shù)脂的再生方法l離子交換樹(shù)脂的最大特點(diǎn)是失效后可以再生，使樹(shù)脂能在較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)反復(fù)使用，體現(xiàn)出離子交換村脂利用效率高、成本低的優(yōu)越性。l在離子交換的整個(gè)過(guò)程中，再生這一環(huán)節(jié)具有特殊的意義。再生的進(jìn)行狀況不但對(duì)水質(zhì)有著直接的影響，而且，對(duì)制備高純水的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用也有直接影響。因此對(duì)再生過(guò)程中各技術(shù)參數(shù)和操作的研究有很重要的價(jià)值。l從化學(xué)反應(yīng)上講，再生是交換的逆過(guò)程，顯而易見(jiàn)，樹(shù)脂再生的目的，就是讓失效的樹(shù)脂盡可能地恢復(fù)或接近原來(lái)樹(shù)脂的工作狀態(tài)。l樹(shù)脂失效后的再生方式有多種，大致可分為靜態(tài)再生和動(dòng)態(tài)再生兩類(lèi)。l靜態(tài)再生可分為體內(nèi)再生和體外再生，是將樹(shù)脂

8、放在一定的容器內(nèi)，用再生劑浸泡樹(shù)脂，使其恢復(fù)活性的方法。l動(dòng)態(tài)再生又可分為順流再生、逆流再生、對(duì)流再生等。再生液和處理水的流向一致的稱(chēng)為順流再生，流向相反的稱(chēng)為逆流再生，再生液由上、下兩端同時(shí)進(jìn)入，由中部集流管流出的稱(chēng)為對(duì)流再生。l動(dòng)態(tài)再生一般都是體內(nèi)再生。1 1、體內(nèi)再生、體內(nèi)再生l1順流再生再生劑在交換柱中的流向和交換工作時(shí)水的流向相同，即下向流再生，下向流通水。順流再生時(shí)，底部樹(shù)脂再生效果較差。順流再生是一種較老的再生方式。其設(shè)備簡(jiǎn)單，容易操作，但再生劑耗量大、利用率不高、樹(shù)脂再生程度低、易出現(xiàn)離子提前穿透現(xiàn)象、處理水的水質(zhì)不好。1 1、體內(nèi)再生、體內(nèi)再生l2逆流再生逆流再生時(shí)再生劑自下

9、向上流經(jīng)交換柱樹(shù)脂層，交換工作時(shí)水自上向下通過(guò)交換柱。逆流再生優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備內(nèi)推動(dòng)力比較均勻，樹(shù)脂再生程度比較完全，能獲得較高的再生度，與順流式相比，顯著提高工作交換容量，再生劑用量較少，整個(gè)樹(shù)脂失效才出現(xiàn)離子穿透現(xiàn)象。逆流再生的關(guān)鍵是保證樹(shù)脂層不因再生劑的流動(dòng)而發(fā)生混合亂層現(xiàn)象，因而必須控制再生劑流速。設(shè)備和操作相對(duì)順流式較為復(fù)雜，造價(jià)也高。逆流再生應(yīng)用非常廣泛。1 1、體內(nèi)再生、體內(nèi)再生l3復(fù)床逆流再生在陽(yáng)樹(shù)脂交換工作中，原水先自上通過(guò)交換柱上層的交換容量大的弱型陽(yáng)樹(shù)脂，再通過(guò)交換柱下部的強(qiáng)型陽(yáng)樹(shù)脂；再生時(shí)，再生劑如HCl自下進(jìn)入交換柱首先再生強(qiáng)型陽(yáng)樹(shù)脂，再流經(jīng)上部再生交換容量大、容易再生的弱

10、型陽(yáng)樹(shù)脂。對(duì)陰樹(shù)脂的再生過(guò)程與陽(yáng)樹(shù)脂相同，只是再生劑為NaOH。這種再生方式比前面的逆流再生方式更能節(jié)約再生劑的用量，樹(shù)脂再生程度也好。l4混床再生混床系統(tǒng)的再生一般可分為分步再生和對(duì)流再生兩種方式。分步再生先將失效樹(shù)脂用水或鹽水反洗，使陰、陽(yáng)樹(shù)脂分層陰樹(shù)脂在上，陽(yáng)樹(shù)脂在下）；再生陰樹(shù)脂時(shí)，NaOH從頂部引入，再生廢液從陰、陽(yáng)樹(shù)脂的分界面的排液管引出；HCl從底部通入再生陽(yáng)樹(shù)脂，廢液同樣從分界面的排液管排出；分步再生時(shí)為了防止再生劑的“交叉污染”，需同時(shí)通入純水。 對(duì)流再生是在樹(shù)脂分層后，從床層的上下同時(shí)引入堿和酸再生液對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行再生，這種方式節(jié)約再生時(shí)間，但會(huì)消耗較多的再生液。再生完成后從上

11、、下兩端同時(shí)通入純水清洗樹(shù)脂，然后用壓縮空氣攪拌樹(shù)脂使其混勻。l混床再生時(shí)，要嚴(yán)格控制再生酸、堿的用量和流速，否則會(huì)造成分界面附近的兩種樹(shù)脂的交叉污染。在用純水清洗樹(shù)脂時(shí)，當(dāng)陰樹(shù)脂層的pH=8，陽(yáng)樹(shù)脂層的pH=5時(shí)，就可以停止沖洗，進(jìn)行攪拌混合，不需要沖至中性。2 2、體外再生、體外再生l體外再生就是將樹(shù)脂移入個(gè)容器中，用HCl，NaOH再生。小型交換住直徑200mm以下一般采用體外再生，其優(yōu)點(diǎn)是再生較充分，缺點(diǎn)是易損耗樹(shù)脂、易污染。5.7.3 影響樹(shù)脂再生的因素影響樹(shù)脂再生的因素l1、再生劑的選擇、再生劑的選擇再生劑的種類(lèi)和質(zhì)量直接影響到樹(shù)脂的再生效再生劑的種類(lèi)和質(zhì)量直接影響到樹(shù)脂的再生效果

12、和處理水的質(zhì)量。一般來(lái)說(shuō)，陽(yáng)樹(shù)脂的再生果和處理水的質(zhì)量。一般來(lái)說(shuō)，陽(yáng)樹(shù)脂的再生用用HCl最好，因?yàn)樽詈茫驗(yàn)镠Cl氧化能力很弱，不會(huì)破氧化能力很弱，不會(huì)破壞樹(shù)脂結(jié)構(gòu)和氧化樹(shù)脂，且從樹(shù)脂上解析下來(lái)壞樹(shù)脂結(jié)構(gòu)和氧化樹(shù)脂，且從樹(shù)脂上解析下來(lái)的離子大多形成可溶的氯化物，便于清洗，減的離子大多形成可溶的氯化物，便于清洗，減少了對(duì)樹(shù)脂的污染。如用硫酸作再生劑，解析少了對(duì)樹(shù)脂的污染。如用硫酸作再生劑，解析下來(lái)的離子可能形成微溶性的鈣、鎂等硫酸鹽下來(lái)的離子可能形成微溶性的鈣、鎂等硫酸鹽沉淀，堵塞孔道降低樹(shù)脂的交換容量。但由于沉淀，堵塞孔道降低樹(shù)脂的交換容量。但由于硫酸的價(jià)格非常便宜，工業(yè)上也常用不超過(guò)硫酸的價(jià)

13、格非常便宜，工業(yè)上也常用不超過(guò)5%濃度的稀硫酸溶液作為再生劑。硝酸由于濃度的稀硫酸溶液作為再生劑。硝酸由于其強(qiáng)氧化性，即使很稀也能使樹(shù)脂氧化，破壞其強(qiáng)氧化性，即使很稀也能使樹(shù)脂氧化，破壞樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)，影響其壽命，一般不用。樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)，影響其壽命，一般不用。陰樹(shù)脂的再生一般用陰樹(shù)脂的再生一般用NaOH作為再生劑。用作為再生劑。用NaOH再生時(shí)，不僅陰樹(shù)脂的再生度高，而且再生時(shí)，不僅陰樹(shù)脂的再生度高，而且去除硅的能力也強(qiáng)。從經(jīng)濟(jì)上考慮，對(duì)交換容去除硅的能力也強(qiáng)。從經(jīng)濟(jì)上考慮，對(duì)交換容量大、再生較容易的弱堿性陰樹(shù)脂，也可用量大、再生較容易的弱堿性陰樹(shù)脂，也可用Na2CO3或或NH3H2O作再生劑，但其

14、對(duì)強(qiáng)型樹(shù)作再生劑，但其對(duì)強(qiáng)型樹(shù)脂沒(méi)有多大作用。脂沒(méi)有多大作用。再生劑的質(zhì)量也是影響再生效果的重要因素。再生劑的質(zhì)量也是影響再生效果的重要因素。如用工業(yè)級(jí)如用工業(yè)級(jí)NaCl再生陽(yáng)樹(shù)脂，由于其雜質(zhì)含量再生陽(yáng)樹(shù)脂，由于其雜質(zhì)含量高，尤其鐵含量高，不但會(huì)降低再生效果，而高，尤其鐵含量高，不但會(huì)降低再生效果，而且會(huì)引起樹(shù)脂的鐵中毒。且會(huì)引起樹(shù)脂的鐵中毒。2、再生劑的用量、再生劑的用量l一般來(lái)說(shuō)，提高再生劑用量有助于樹(shù)脂的再生程度的提高，增加樹(shù)脂的工作交換容量。但若無(wú)限制地增加再生劑用量，不僅經(jīng)濟(jì)上難以承受，而且當(dāng)再生劑用量達(dá)到一定值時(shí)，再生程度的提高不再明顯。再生劑用量與再生程度的關(guān)系圖見(jiàn)下圖。l實(shí)踐表明，順流式Na型樹(shù)脂，l再生劑用量一般為理論值的l23.5倍，強(qiáng)酸性H型樹(shù)脂為l理論值的25倍；弱性樹(shù)脂l，其再生劑用量略大于理論l用量即可。3、再生劑濃度、再生劑濃度l再生劑用量一定時(shí)，適當(dāng)增加再生劑濃度，可提高再生程度。但當(dāng)濃度達(dá)到一定值時(shí)，交換容量達(dá)到最高值，此時(shí)再增加濃度，交換容量反而下降。原因是由于高濃度的再生劑使再生反應(yīng)不均衡，引起樹(shù)脂交換基團(tuán)受到過(guò)分壓縮，造成樹(shù)脂破碎，這樣樹(shù)脂的交換容量反而下降了。l實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)不同情況通過(guò)試驗(yàn)確定最佳再生劑濃度。一般來(lái)