脱盐水-离子交换水处理.ppt

离子交换水处理离子交换水处理引言水的硬度：水的硬度最初是指钙、镁离子沉淀水的硬度最初是指钙、镁离子沉淀肥皂的能力。水的总硬度指水中钙、肥皂的能力。水的总硬度指水中钙、镁离子的总浓度，其中包括碳酸盐镁离子的总浓度，其中包括碳酸盐硬度硬度 （即通过加热能以碳酸盐形（即通过加热能以碳酸盐形式沉淀下来的钙、镁离子，故又叫式沉淀下来的钙、镁离子，故又叫暂时硬度）和非碳酸盐硬度（即加暂时硬度）和非碳酸盐硬度（即加热后不能沉淀下来的那部分钙、镁热后不能沉淀下来的那部分钙、镁离子，又称永久硬度）。离子，又称永久硬度）。离子交换水处理离子交换水处理软化水：软化水是指经软化处理后的水，即软化水是指经软化处理后的水，即除去了部分或全部钙、镁离子的水。除去了部分或全部钙、镁离子的水。水的硬度主要由其中的阳离子：钙水的硬度主要由其中的阳离子：钙(a a2+2+）、）、镁镁(Mg(Mg2+2+）离子构成。离子构成。当当含有硬度的原水通过交换器的树脂含有硬度的原水通过交换器的树脂层时，水中的钙、镁离子被树脂吸层时，水中的钙、镁离子被树脂吸附，同时释放出钠离子，这样交换附，同时释放出钠离子，这样交换器内流出的水就是去掉了硬度离子器内流出的水就是去掉了硬度离子的软化水的软化水。离子交换水处理离子交换水处理离子交换在水处理中的应用离子交换在水处理中的应用水处理领域离子交换树脂的需求量很水处理领域离子交换树脂的需求量很大，约占离子交换树脂产量的大，约占离子交换树脂产量的90%90%，用于水，用于水中的各种阴阳离子的去除。目前，离子交中的各种阴阳离子的去除。目前，离子交换树脂的最大消耗量是用在火力发电厂的换树脂的最大消耗量是用在火力发电厂的纯水处理上。纯水处理上。离子交换水处理离子交换水处理蒸汽锅炉离子交换水处理离子交换水处理水质不良将对锅炉产生严重的危害：水质不良将对锅炉产生严重的危害：水质不良锅炉将形成水垢，由于水垢的导水质不良锅炉将形成水垢，由于水垢的导热系数比钢铁的导热系数小得多，导致锅炉传热系数比钢铁的导热系数小得多，导致锅炉传热不良，降低了锅炉的热效率，同时也使得锅热不良，降低了锅炉的热效率，同时也使得锅炉受热面壁温升高，受热面金属过热，金属强炉受热面壁温升高，受热面金属过热，金属强度下降，致使管壁鼓包或出现裂缝，以至爆管。度下降，致使管壁鼓包或出现裂缝，以至爆管。此外，水质不良还会使锅炉金属腐蚀，还会导此外，水质不良还会使锅炉金属腐蚀，还会导致所产生的蒸汽品质恶化。致所产生的蒸汽品质恶化。离子交换水处理离子交换水处理离子交换基本原理离子交换基本原理 离子交换是指借助于固体离子交换剂离子交换是指借助于固体离子交换剂中的离子与稀溶液中的离子进行交换中的离子与稀溶液中的离子进行交换,以达以达到提取或去除溶液中某些离子的目的到提取或去除溶液中某些离子的目的,是一是一种属于传质分离过程的单元操作。种属于传质分离过程的单元操作。离子交离子交换是可逆的等当量交换反应换是可逆的等当量交换反应。离子交换水处理离子交换水处理离子交换基本原理离子交换基本原理钙钙的去除的去除CaCOCaCO3 3+2Na-R=Ca-R+Na+2Na-R=Ca-R+Na2 2COCO3 3 Ca(HCOCa(HCO3 3)2 2+2Na-R=Ca-R+2NaHCO+2Na-R=Ca-R+2NaHCO3 3 镁镁的去除：的去除：MgCOMgCO3 3+2Na-R=Mg-R+Na+2Na-R=Mg-R+Na2 2COCO3 3 Mg(HCOMg(HCO3 3)2 2+2Na-R=Mg-R+2NaHCO+2Na-R=Mg-R+2NaHCO3 3离子交换水处理离子交换水处理离子交换树脂离子交换树脂离离子子交交换换树树脂脂是是带带有有官官能能团团(有有交交换换离离子子的的活活性性基基团团)、具具有有网网状状结结构构、不不溶溶性性的的高高分分子化合物。通常是球形子化合物。通常是球形颗颗粒物。粒物。离子交换水处理离子交换水处理钠钠离离子子交交换换树树脂脂离子交换水处理离子交换水处理离子交换树脂的结构其结构由三部分组成：其结构由三部分组成：其结构由三部分组成：其结构由三部分组成：1.1.不溶性的三维空间网状结构构成的不溶性的三维空间网状结构构成的树脂骨架树脂骨架，使树脂具有化学稳定性和机械强度；使树脂具有化学稳定性和机械强度；2.2.是与骨架相联的是与骨架相联的功能基团功能基团；3.3.是与功能基团带相反电荷的可移动的离子，称是与功能基团带相反电荷的可移动的离子，称为为活性离子活性离子，它在树脂骨架中的进进出出，就发，它在树脂骨架中的进进出出，就发生离子交换现象。生离子交换现象。离子交换水处理离子交换水处理离子交换树脂的结构-网络骨架离子交换树脂结构骨架：接有功能基团，本身是惰性功能基团：连接在骨架功能基团：连接在骨架 上，可与上，可与相反离子结合相反离子结合待交换分子：在吸附阶段可与活待交换分子：在吸附阶段可与活性离子交换，与骨架上的功能基性离子交换，与骨架上的功能基团结合团结合活性离子：活性离子：与功能基团所带电荷相与功能基团所带电荷相反的可移动的离子反的可移动的离子离子交换水处理离子交换水处理离子交换树脂的分类 按化学功能团分1.阳树脂，酸性基团，(弱酸性、强酸性)2.阴树脂，碱性基团，(弱碱性、强碱性)活性离子H 氢型阳树脂；活性离子OH 羟型阴树脂；活性离子为其它离子统称盐型树脂。离子交换水处理离子交换水处理 这类树脂含有大量的强酸性基团，如磺酸基这类树脂含有大量的强酸性基团，如磺酸基SO3HSO3H，容易在溶液中离解出，容易在溶液中离解出H+H+，故呈，故呈强酸性。树脂离解后，本体所含的负电基团，如强酸性。树脂离解后，本体所含的负电基团，如SO3SO3，能吸附结合溶液中的其他阳离子。，能吸附结合溶液中的其他阳离子。这两个离子交换树脂反应使树脂中的这两个离子交换树脂反应使树脂中的H+H+与溶液中的阳离子互相交换。强酸性树脂的离解能与溶液中的阳离子互相交换。强酸性树脂的离解能力很强，在酸性或碱性溶液中均能离解和产生离子交换作用。树脂在使用一段时间后，要进力很强，在酸性或碱性溶液中均能离解和产生离子交换作用。树脂在使用一段时间后，要进行再生处理，即用化学药品使离子交换反应以相反方向进行，使树脂的官能基团回复原来状行再生处理，即用化学药品使离子交换反应以相反方向进行，使树脂的官能基团回复原来状态，以供再次使用。如上述的阳离子树脂是用强酸进行再生处理，此时树脂放出被吸附的阳态，以供再次使用。如上述的阳离子树脂是用强酸进行再生处理，此时树脂放出被吸附的阳离子，再与离子，再与H+H+结合而恢复原来的组成。结合而恢复原来的组成。强酸性阳离子树脂强酸性阳离子树脂离子交换水处理离子交换水处理 这类树脂含弱酸性基团，如羧基这类树脂含弱酸性基团，如羧基COOHCOOH，能在水中离解出，能在水中离解出H+H+而呈酸性。而呈酸性。树脂离解后余下的负电基团，如树脂离解后余下的负电基团，如R-COOR-COO(R(R为碳氢基团为碳氢基团)，能与溶液中的其他阳，能与溶液中的其他阳离子吸附结合，从而产生阳离子交换作用。这种树脂的酸性即离解性较弱，在低离子吸附结合，从而产生阳离子交换作用。这种树脂的酸性即离解性较弱，在低pHpH下难以离解和进行离子交换，只能在碱性、中性或微酸性溶液中下难以离解和进行离子交换，只能在碱性、中性或微酸性溶液中(如如pH5pH514)14)起作用。这类树脂亦是用酸进行再生起作用。这类树脂亦是用酸进行再生(比强酸性树脂较易再生比强酸性树脂较易再生)。弱酸性阳离子树脂弱酸性阳离子树脂离子交换水处理离子交换水处理 这类树脂含有强碱性基团，如季胺基这类树脂含有强碱性基团，如季胺基(亦称四级胺基亦称四级胺基)NR3OH(RNR3OH(R为碳氢基为碳氢基团团)，能在水中离解出，能在水中离解出OHOH而呈强碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离而呈强碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。这种树脂的离解性很强，在不同子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。这种树脂的离解性很强，在不同pHpH下都下都能正常工作。它用强碱能正常工作。它用强碱(如如NaOH)NaOH)进行再生。进行再生。强碱性阴离子树脂强碱性阴离子树脂离子交换水处理离子交换水处理 这类树脂含有弱碱性基团，如伯胺基这类树脂含有弱碱性基团，如伯胺基(亦称一级胺基亦称一级胺基)-NH2)-NH2、仲胺基、仲胺基(二级胺二级胺基基)-NHR)-NHR、或叔胺基、或叔胺基(三级胺基三级胺基)-NR2)-NR2，它们在水中能离解出，它们在水中能离解出OHOH而呈弱碱性。这而呈弱碱性。这种树脂的正电基团能与溶液离子交换树脂中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子种树脂的正电基团能与溶液离子交换树脂中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。这种树脂在多数情况下是将溶液中的整个其他酸分子吸附。它只能在交换作用。这种树脂在多数情况下是将溶液中的整个其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性条件中性或酸性条件(如如pH1pH19)9)下工作。它可用下工作。它可用Na2CO3Na2CO3、NH4OHNH4OH进行再生。进行再生。弱碱性阴离子树脂弱碱性阴离子树脂离子交换水处理离子交换水处理性能性能阳离子交换树脂阳离子交换树脂阴离子交换树脂阴离子交换树脂强酸性强酸性弱酸性弱酸性强碱性强碱性弱碱性弱碱性活性基团活性基团磺酸磺酸羧酸羧酸季氨季氨胺胺pHpH对交换能力对交换能力的影响的影响无无在酸性中交在酸性中交换能力很小换能力很小无无在碱性溶液中交在碱性溶液中交换能力很小换能力很小盐的稳定性盐的稳定性稳定稳定洗涤要水解洗涤要水解 稳定稳定洗涤时要水解洗涤时要水解再生再生需过量的需过量的强酸强酸很容易很容易需要过量需要过量的强碱的强碱再生容易，可用再生容易，可用碳酸钠或氨碳酸钠或氨交换速度交换速度快快慢慢(除非离除非离子化后子化后)快快慢慢(除非离子化后除非离子化后)离子交换水处理离子交换水处理树脂的特性树脂的特性 (一一)外观外观u 形状：透明或半透明的球状珠体。形状：透明或半透明的球状珠体。u 颜色：白、浅黄、赤褐色。颜色：白、浅黄、赤褐色。(二二)含水率含水率 树脂孔隙内所含的水分，一般在树脂孔隙内所含的水分，一般在40%40%69%69%。u与树脂的胶联度有关，交联度低，空隙率高，与树脂的胶联度有关，交联度低，空隙率高，含水率高。含水率高。离子交换水处理离子交换水处理树脂的特性树脂的特性 (三三)密度密度uu 干真密度：干燥状态下，树脂材料本身具有的密度。干真密度：干燥状态下，树脂材料本身具有的密度。uu 湿真密度：在水中充分溶胀后湿树脂本身的密度。湿真密度：在水中充分溶胀后湿树脂本身的密度。uu 表观密度：树脂在水中充分溶胀后的堆积密度表观密度：树脂在水中充分溶胀后的堆积密度(视密度视密度)。单位均为单位均为mg/L.mg/L.(四四)交联度交联度 交联度为树脂合成时交联剂的用量，一般为交联度为树脂合成时交联剂的用量，一般为7%10%7%10%。uu 交联度越高，孔隙度越低，密度越大，对半径较大的交联度越高，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。离子和水合离子扩散速度越低，交换量越小。uu 在水中浸泡，形变小，较稳定。在水中浸泡，形变小，较稳定。离子交换水处理离子交换水处理1 1、在常温、稀溶液中、在常温、稀溶液中离子价数越高，与固定离子的静电引力越大，离子价数越高，与固定离子的静电引力越大，越优先交换。越优先交换。CrCr3+3+CaCa2+2+NaNa+PO PO4 43+3+SOSO4 42-2-ClCl-同价离子原子序数越大，与固定离子的静电同价离子原子序数越大，与固定离子的静电引力越大；稀土元素相反。引力越大；稀土元素相反。影响离子交换的选择性影响离子交换的选择性离子交换水处理离子交换水处理2 2、在高浓度的溶液中、在高浓度的溶液中由于离子的水化作用不充分，水合离子的半由于离子的水化作用不充分，水合离子的半径接近离子半径，原子序数越大，离子半径径接近离子半径，原子序数越大，离子半径增大，离子表面电荷密度相对减小，与固定增大，离子表面电荷密度相对减小，与固定离子的静电引力越小。离子的静电引力越小。影响离子交换的选择性影响离子交换的选择性静态：操作简单、但是分静态：操作简单、但是分批操作，交换不完全批操作，交换不完全动态：离子交换柱，交换、动态：离子交换柱，交换、洗脱、再生等步骤均在洗脱、再生等步骤均在柱内进行，亦称为离子柱内进行，亦称为离子交换层析法交换层析法,操作连续、操作连续、交换完全，适宜多组份交换完全，适宜多组份分离分离一、离子交换操作方式l 静态交换静态交换l 动态交换动态交换离子交换水处理离子交换水处理树脂预处理物理处理：水洗、过筛，去杂，以获得粒度均匀物理处理：水洗、过筛，去杂，以获得粒度均匀的树脂颗粒；的树脂颗粒；化学处理：转型化学处理：转型阳离子树脂阳离子树脂 酸酸碱碱酸酸阴离子树脂阴离子树脂 碱碱酸酸碱碱最后以去离子水或缓冲液平衡最后以去离子水或缓冲液平衡 离子交换水处理离子交换水处理2 2、流速、流速(柱操作柱操作)：流速太快后果流速太快后果吸附时：交换液来不及达平衡就往下流，吸附时：交换液来不及达平衡就往下流，交换带变宽，漏出点提早，柱效率下降。交换带变宽，漏出点提早，柱效率下降。离子交换吸附条件的选择1 1、料液浓度、料液浓度 Z Z1 1 Z Z2 2(高价离子取代低价离子高价离子取代低价离子)：Z Z1 1 Z Z2 2(低价离子取代高价离子低价离子取代高价离子)：料液浓度料液浓度C Co o 稀稀料液浓度料液浓度C Co o 浓浓2 2、流速、流速(柱操作柱操作)：流速太快后果流速太快后果吸附时：交换液来不及达平衡就往下流，吸附时：交换液来不及达平衡就往下流，交换带变宽，漏出点提早，柱效率下降。交换带变宽，漏出点提早，柱效率下降。1 1、料液浓度、料液浓度 Z Z1 1 Z Z2 2(高价离子取代低价离子高价离子取代低价离子)：Z Z1 1 Z Z2 2(低价离子取代高价离子低价离子取代高价离子)：料液浓度料液浓度C Co o 稀稀离子交换工艺及设备工艺流程及操作过程 运行过程运行过程废水废水预处理预处理交换离子交换离子排放排放去除影响交换的杂质去除影响交换的杂质:悬浮物、油类、胶体悬浮物、油类、胶体吸附、过滤吸附、过滤去除阳离子、去除阳离子、阴离子阴离子反洗反洗再生再生交换交换正洗正洗 工艺流程工艺流程离子交换工艺及设备离子交换工艺及设备离子交换工艺及设备离子交换水处理离子交换水处理钠离子交换树脂的再生：当树脂吸附钙、镁离子达到一定的饱和度后，出水的硬度增大，此时软水器会按照预定的程序自动进行失效树脂的再生工作，利用较高浓度的氯化钠溶液(盐水)通过树脂，使失效的树脂重新恢复至钠型树脂。离子交换水处理离子交换水处理再生方式1 1、顺流再生顺流再生 优点：优点：工艺简单；工艺简单；操作方便、可靠。操作方便、可靠。缺点：缺点：有重复交换现象，有重复交换现象，再生剂用量高；再生剂用量高；工作交换容量低。工作交换容量低。离子交换水处理离子交换水处理再生方式2 2、逆顺流再生逆顺流再生优点：优点：避免重复交换；再生剂用量避免重复交换；再生剂用量少少；树脂底层再生干净，工作交树脂底层再生干净，工作交换容量较高。换容量较高。缺点：缺点：设备较复杂设备较复杂；要求控制技术高要求控制技术高。