水处理工艺——离子交换处理(精选)
离子交换
四、离子交换一、离子交换介绍离子交换是五、六十年代发展起来的水处理工艺，我国也有近六十多年的应用历史，其工艺原理是十分成熟的，运行实践是丰富的，国家有成熟的工艺设计标准和出水水质标准。
离子交换法是以圆球形树脂(离子交换树脂)过滤原水，水中的离子会与固定在树脂上的离子交换。
1.1离子交换树脂离子交换树脂是离子交换树脂是带有官能团（有交换离子的活性基团）、具有网状结构、不溶性的高分子化合物。
通常是球形颗粒物。
离子交换树脂是一类具有离子交换功能的高分子材料。
在溶液中它能将本身的离子与溶液中的同号离子进行交换。
按交换基团性质的不同，离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两类。
离子交换树脂利用氢离子交换阳离子，而以氢氧根离子交换阴离子；以包含磺酸根的苯乙烯和二乙烯苯制成的阳离子交换树脂会以氢离子交换碰到的各种阳离子(例如Na+、Ca2+、Al3+)。
同样的，以包含季铵盐的苯乙烯制成的阴离子交换树脂会以氢氧根离子交换碰到的各种阴离子(如Cl-)。
从阳离子交换树脂释出的氢离子与从阴离子交换树脂释出的氢氧根离子相结合后生成纯水。
阴阳离子交换树脂可被分别包装在不同的离子交换床中，分成所谓的阴离子交换床和阳离子交换床。
也可以将阳离子交换树脂与阴离子交换树脂混在一起，置于同一个离子交换床中。
不论是哪一种形式，当树脂与水中带电荷的杂质交换完树脂上的氢离子及(或)氢氧根离子，就必须进行“再生”。
再生的程序恰与纯化的程序相反，利用氢离子及氢氧根离子进行再生，交换附着在离子交换树脂上的杂质。
离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架（或基因）名称、基本名称组成。
孔隙结构分凝胶型和大孔型两种，凡具有物理孔结构的称大孔型树脂，在全名称前加“大孔”。
分类属酸性的应在名称前加“阳”，分类属碱性的，在名称前加“阴”。
如：大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂。
离子交换树脂还可以根据其基体的种类分为苯乙烯系树脂和丙烯酸系树脂。
树脂中化学活性基团的种类决定了树脂的主要性质和类别。
水的离子交换处理解析
(5)交换容量
离子交换树脂的交换容量表示其可交换离子量的多少。 有两种表示法：质量表示法(单位质量树脂吸着能力)和体 积表示法(单位体积吸着能力)。 在表示交换容量时，为了统一起见，一般阳离子交换树脂 以Na型为准(也有以H型为准的)，阴离子交换树脂以Cl型 为准。
①全交换容量(Q) 此指标表示离子交换树脂中所有活性基团的总量。
✓ 2、除碳器
除碳器的作用是除去CO2。
原水中碳酸盐碱度，经过H离子交换，即转 化为H2CO3并存在平衡
克 / 毫升
(4)孔径、孔度、孔容和比表面积
孔径表示微孔的大小 孔度是指单位体积离子交换树脂内部孔的容积 孔容是指单位质量离子交换树脂内部孔的容积。 比表面积是指单位质量的离子交换树脂具有的比表 面积。一般比表面积越大，越有利于交换。 （5）含水率
树脂的含水率是指单位质量的湿树脂（除去表面的 水分）所含水量的百分数。一般在50%左右。 对于含有一定活性基团的离子交换树脂来说，含水 率可以反映树脂的交联度和孔隙率的大小。含水率 大，就表示孔隙率大，交联度低。
➢ 2、化学性能
(1)离子交换反应的可逆性
离子交换反应的可逆性，使离子交换树脂可 以反复使用的重要性质。例如当以含有硬度的水 通过H型离子交换树脂时，反应式为：
2RH Ca2
(2)酸、碱性
R2Ca 2H
H型阳离子交换树脂和OH型阴离子交换树脂 的性能与电解质酸、碱相同，在水中有电离出H+ 和OH–的能力。
(3)中和与水解
离子交换树脂的中和与水解性能和通常的电 解质一样。
如H型离子交换树脂和碱溶液会进行中和反应：
RSO3H NaOH RSO3Na H2O
水解反应如：
具R有CO弱O酸N性a 或 弱H2碱O性基R团C的O离O子H 交 换Na树O脂H的盐 型容易水解。 (4)离子交换树脂的选择性
水处理工艺流程 (4)
水处理工艺流程1. 引言水是人类生活中不可或缺的资源，但由于人口增加、工业发展和环境污染等原因，水资源的供应变得越来越紧张。
因此，水处理工艺变得至关重要。
水处理工艺流程是一系列的处理步骤，旨在将不洁净的水转化为安全、可用的水源。
本文将介绍水处理工艺流程的主要步骤以及涉及的关键技术。
2. 水处理工艺流程水处理工艺流程可以分为三个主要步骤：预处理、主要处理和后处理。
2.1 预处理预处理是水处理工艺流程的第一步，旨在去除水中的悬浮颗粒、沉积物、颜色和味道等。
常见的预处理方法包括：•滤网过滤：使用物理屏障，如网状滤网，去除大颗粒、悬浮物和杂质。
•沉淀：通过加入化学混凝剂，使悬浮物凝聚并沉淀到底部。
•气浮：通过注入气体，使悬浮物浮起，并通过网状滤网进行分离。
2.2 主要处理主要处理是水处理工艺流程的核心步骤，旨在去除水中的溶解性物质、有机物、微生物和重金属等。
常见的主要处理方法包括：•活性炭吸附：使用活性炭去除溶解性有机物和色素。
•活性氧化：通过加入氧化剂，如臭氧或氯，氧化有机物和微生物。
•逆渗透：通过半透膜过滤，去除水中的溶解性物质和微生物。
•离子交换：使用离子交换树脂吸附并去除水中的离子，如钙、镁、铁等。
•超滤：通过微孔膜过滤，去除水中的颗粒、胶体和微生物。
2.3 后处理后处理是水处理工艺流程的最后一步，旨在提高水的稳定性和安全性。
常见的后处理方法包括：•pH调节：通过调整水的酸碱度，提高水的安全性。
•二次消毒：通过添加消毒剂，如氯或臭氧，杀灭水中的病原微生物。
•补充营养物质：根据实际需要，向水中添加适当的营养物质。
•净化：通过加入除臭剂、风味剂等，提升水的品质。
3. 水处理关键技术水处理工艺流程中涉及到许多关键技术，以下是其中的几个重要技术：3.1 活性炭吸附活性炭吸附是一种高效的去除水中有机物的技术。
活性炭的大孔结构和广泛的表面积使其具有很强的吸附能力。
通过调整活性炭的孔径和化学性质，可以使其对不同类型的有机物具有选择性吸附作用。
第6章 水的离子交换处理
1、体内再生
1）顺流再生 再生剂在交换柱中的流向和交 换工作时水的流向相同，即下 向流再生，下向流通水。顺流 再生时，底部树脂再生效果较 差。 顺流再生是一种较老的再生方 式。其设备简单，容易操作， 但再生剂耗量大、利用率不高 、树脂再生程度低、易出现离 子提前穿透现象、处理水的水 质不好。
1、体内再生
2）逆流再生 逆流再生时再生剂自下向上流经交换柱树 脂层，交换工作时水自上向下通过交换柱 。 逆流再生优点：设备内推动力比较均匀， 树脂再生程度比较完全，能获得较高的再 生度，与顺流式相比，显著提高工作交换 容量，再生剂用量较少，整个树脂失效才 出现离子穿透现象。 逆流再生的关键是保证树脂层不因再生剂 的流动而发生混合乱层现象，因而必须控 制再生剂流速。设备和操作相对顺流式较 为复杂，造价也高。 逆流再生应用非常广泛。
1.常用的离子交换除盐水处理的单元 一级复床离子交换除盐水系统就是由三个单元组成： 阳离子交换单元、脱碳（脱除二氧化碳）单元和阴 离子交换单元
6.3 离子交换除盐水处理
四、离子交换除盐水处理的系统
2.常用的离子交换除盐水处理的系统
6.4 离子交换设备
离子交换水处理系统的设备通常包括离子交换器、除碳器和再生剂系 统的设备等
再生剂用量以盐耗表示可按下式计算
4
6.1 离子交换软化水处理 四、钠离子交换软化系统
1. 单级钠离子交换软化系统
2. 双级钠离子交换软化系统
6.2 离子交换软化及脱碱处理
一、氢型强酸性阳离子交换树脂的H-Na离子交换
6.2 离子交换软化及脱碱处理
一、氢型强酸性阳离子交换树脂的H-Na离子交换
2、体外再生
体外再生就是将树脂 移入—个容器中，用 HCl，NaOH再生。 小型交换住（直径 200mm以下）一般 采用体外再生，其优 点是再生较充分，缺 点是易损耗树脂、易 污染。
工艺方法——脱盐水处理工艺
工艺方法——脱盐水处理工艺工艺简介一、离子交换法我国自上个世纪50年代就开始使用离子交换树脂的技术进行脱盐水的处理，可以说积累了丰富的经验，经过这些年的不断发展进步逐步实现了由间歇式工艺、固定床工艺向离子交换工艺的转变。
其工艺流程主要是：首先通过过滤系统将废水进行预处理，然后将废水注入过滤水槽，接着让原水与强酸阳树脂发生反应，将原水中的阳离子如钙离子，钠离子，镁离子等去除，接着将原水中的碳酸氢根离子分解成二氧化碳和水，以此二氧化碳被排出了，这样阴离子的在后面的去除中就更加便利了。
最后将经过一系列处理后的水与强碱阴树脂反应，水中的阴离子被去除了。
在整个过程中，离子交换系统可以让阴阳树脂不断再生，从而使周期不断的交替进行，直至废水达到排放标准。
优势：（1）设备初期成本较低，工艺流程比较简单，同时又便于操作。
（2）这种方式通过采用阴、阳树脂与废水中的阴、阳离子发生置换反应达到脱盐的目的，有点类似于化学实验中强酸、强碱与水中的阴阳离子发生的反应。
（3）在进行脱盐处理时，如果废水中盐的含量相对较低的情况下，这种离子交换的方法可以达到非常理想的脱盐效果，有利于水资源的充分利用。
不足：（1）这种方法在脱盐处理过程中产生的废液含盐量极高，且由于其酸碱值远远超出污水排放的标准，如果随意排放不但会造成管道的腐蚀，又会造成土壤的污染。
（2）由于废水成分的复杂性，往往会造成树脂被废水中的有机物或者杂质污染的情况，如果出现这种情况不但处理困难而且还影响了工作的顺利展开。
（3）在生产过程中，由于各种因素的影响树脂难免会有损伤、破碎的情况，另外随着阴阳树脂的不断再生，使用年限必将缩短。
二、膜分离技术虽然我国很早就对膜分离技术展开研究了，但由于成本过高和专业技术不完善膜分离技术一直没有得到广泛的应用。
目前在脱盐水处理中最常见的膜分离技术主要是反渗透法，其工艺流程主要是：首先将原水通过过滤器进行过滤，这样大大降低了浑浊的程度，除去了其中的大量杂质，然后利用活性炭吸收水中的有机高分子，难溶胶体以近一步去除水中的难溶物，以便达到反渗透用水的进水标准。
水的离子交换处理
水的离子交换处理第一节离子交换除盐原理、水的离子交换除盐就是顺序用H型阳离子交换树脂将水中各种阳离子交换成H+,用OH型阴离子交换树脂将水中各种阴离子交换成OH-，进入水中的H+和OH-离子组成水分子H2O;或者让水经过阳阴混合离子交换树脂层，水中阳、阴离子几乎同时被H+和OH-离子所取代。
这样，当水经过离子交换处理后，就可除尽水中各种的无机盐类。
该工艺中发生的H离子交换反应和OH离子交换反应以及树脂再生过程中发生的反应如下：(1)氢离子交换反应式：(HCO3) (HCO3)2RH + Ca(Mg,Na2) Cl2 → R2Ca(Mg,Na2) + H2Cl2SO4 SO4再生反应式为：2HCl Cl2R2Ca(Mg,Na2) + → 2RH + Ca(Mg,Na2)H2SO4 SO4(2)氢氧根离子交换反应式为：SO4 SO4Cl2 Cl22ROH + H2 CO3 → R2(HCO3)2 + 2H2OSiO3 (HsiO3)2再生反应式：SO4 SO4Cl2 Cl2R2 (HCO3)2 + 2NaOH → 2ROH + Na2CO32-(HSiO3)2 SiO3进入离子交换器的水中一般都含有大量的碳酸氢盐。
它是天然水中碱度的主要组成部分。
当水经H离子交换后，碳酸氢盐转化成了碳酸，连同水中原来含有的碳酸，可用除碳器一起除去。
这样可以减轻阴离子交换器的负担降低消耗。
水中碳酸的平衡关系如下式所示：H＋+ HCO3- ≒H2CO3 ≒CO2 +H2O水中H＋浓度越大，平衡越易向右移动。
当水的pH值低于4.3时，水中的碳酸几乎全部以游离的CO2形式存在。
水中游离的CO2可以看作是溶解在水中的气体，它在水中的溶解度符合亨利定律，只要降低水面上CO2的分压就可除去CO2。
除碳器就是利用这个原理除去CO2的。
第二节树脂层中的离子交换过程一、阳床工作特性阳床的作用是除去水中H＋离子以外的所有阳离子。
当其运行出水钠离子浓度升高时，树脂失效，须进行再生。
中盐离子交换
中盐离子交换
中盐离子交换是一种处理水的方法，利用特定的离子交换剂去除水中的离子，以达到净化水质的目的。
在离子交换过程中，水中的离子与离子交换剂中的离子进行交换，从而将有害的离子去除。
中盐离子交换技术广泛应用于水处理领域，特别是对于硬水的软化处理。
通过中盐离子交换，可以有效地去除水中的钙、镁等硬度离子，从而降低水的硬度。
这种处理方法不仅可以改善水的口感和外观，还可以延长设备和管道的使用寿命，防止水垢的形成。
在使用中盐离子交换技术时，需要根据具体的水质条件和处理要求选择合适的离子交换剂和工艺参数。
同时，需要注意对离子交换剂进行定期的再生和更换，以保证处理效果和延长使用寿命。
总的来说，中盐离子交换是一种有效的水处理技术，能够广泛应用于各种领域，为人们提供安全、健康和优质的用水。
离子交换与水处理
混合床结构：
混合床是圆柱型密闭容 器。其内部有进水装置、 排水装置、中部有再生时 排再生废液的中间排水装 置等。为了便于阳、阴树 脂分层，混合床中阳树脂 与阴树脂的湿真密度差应 大于0.15～0.20g／cm3。 国内混合床采用的阳、阴 树脂的体积比为1：2。
混合床结构示意图 进水装置 反洗空间
进碱装置 中间排液装置 树脂层
排水装置的作用：是均匀收集处理 好的水；另一个作用是均匀分配反 洗进水。
反洗空间 压脂层 200mm 中间排液装置 树脂层 1600mm 排水装置
逆流再生阳离子交换器结构图
2 . 除碳器
除碳原理 水通过阳离子交换器，水中的HCO3-与从树脂上交换 下来的H+结合，形成H2CO3极不稳定，随即分解生成的 CO2： H2CO3 H2O+CO2 水中的CO2，可以看作是溶解在水中的气体，它的溶 解度与气体分压的关系符合亨利定律，即在一定的温 度下气体在液体中的溶解度与该气体在液面上的分压 成正比。只要降低水面上CO2的分压力，溶于水中的游 离CO2就能解吸出来。 降低液面CO2气体分压的常用方法有鼓风和抽真空两 种。
排水装置
谢谢！
离子交换树脂的结构
其结构由三部分组成： 1.不溶性的三维空间网状结构构 成的树脂骨架，使树脂具有化学 稳定性和机械强度； 2.是与骨架相联的功能基团； 3.是与功能基团带相反电荷的可 移动的离子，称为活性离子，它 在树脂骨架中的进进出出，就发 生离子交换现象。
离子交换树脂结构图示
骨架：接有功能基团，本身是惰性
根据强碱阴树脂的交换规律，HSiO3-集中 在交换器中树脂的底部。所以当强碱性 OH型阴 离子交换器失效时，HSiO3-先漏出来，致使出 水的硅含量升高。 因强碱阴树脂的选择性顺序为：