水处理技术 4第四章 离子交换除盐
离子交换除盐
a
b
图3.7.2 交换器中离子分布情况 (a)开始进水时 (b)交换器失效时
图3.7.3 强酸H型阳离子交 换 器典型出水曲线
7、阴离子交换器
阴离子交换实质上是阴树脂中的OH与酸性水(经过阳离子交换
Hale Waihona Puke 及除碳)中的负离子进行交换。所以在强碱性阴离子交换器内发生的
反应为：
1/2H2SO4 HNO3 1/2H2CO3 HCl 1/2H2SiO3 1/2SO4 NO3 +ROH→ R 1/2CO3 CI HSiO3
+ (CH3)3 N →
CI
CH CI 氯球 2
三甲基胺
CH2N (CH3)3
苯乙烯季胺盐阴树脂
2 离子交换树脂的命名
离子交换树脂产品型号是根据国家标准 GBl631—79《离子交 换树脂产品分类、命名及型号》而制定的。 离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架（或基团）名称、基本 名称依次排列组成。基本名称为离子交换树脂。大孔型树脂在全名称
1/2Ca2+ 1/2Mg2+ + Na+ 1/2 SO42NO3- + RH → CI HCO3
-
1/2 Ca R 1/2 Mg Na
1/2 H2SO4 HNO3 HCI 1/2 H2CO3
阳离子交换器的出水是酸性水。但当交换器运行失效时，其出水中就会有其 它阳离子的泄漏，而在诸多的阳离子中，首先漏出的阳离子是Na+，故习惯 上称之为漏钠。当出水中的Na+超过一个给定的极限值时，阳离子交换器被 判失效，需停运再生后才能投入运行。 为什么阳交换器失效时，首先发生漏钠，而不是漏Ca2+或Mg2+离子？这是因为 水中各种阳离子与树脂中H+发生交换反应时，因树脂对各种阳离子的吸收有 选择性，故被树脂吸收的离子在交换器内有分层现象，根据树脂对被吸收离 子的选择性顺序，最上层是最易被吸收的 Ca2+，次层以Mg2+为主，下层就是Na+。 当交换器不断进水，随离子交换的不断进行，由于水中的Ca2+比Mg2+、 Na+与树脂的亲合力更大，更易被树脂吸收，所以水中的Ca2+离子可和已吸 收了Mg2+的树脂进行交换反应，使Ca型树脂层向下扩展，而被置换下来的 Mg2+一起与Na+型树脂发生交换，使Mg2+型树脂层下移而Na+的交换区域也逐 渐下移。在运行过程中，这三层不同型态的交换剂的高度在不断地向下扩展， 如图3.7.2所示。 阳床整个制水周期(运行开始到交换器失效这段时间)中电导率、钠离子浓度、 酸度变化可用图3.7.3表示。 开始通水正洗时随水的不断通入，水质越来越好。因而电导率、酸度、钠离 子快速下降（a点前）。在ab为稳定制水过程，b点后树脂开始失效。此时水 中钠增加，氢离子减少而氢氧根增加，使酸度下降，电导率下降。
电去离子技术在水处理中的应用
电去离子技术在水处理中的应用摘要：电去离子技术是一种将电渗析技术及离子交换技术结合而形成的膜分离技术，在水处理中应用电去离子技术不仅能够大幅提升企业的经济效益，同时还可有效缓解环境污染问题。
基于此，本文首先介绍了电去离子技术的工作原理，并在此基础上分析了电去离子技术在水处理中的应用。
关键词：电去离子技术；水处理；应用1.电去离子技术的工作原理1.1离子交换除盐过程离子交换即水中的离子与离子交换树脂上的功能基团之间进行的等电荷反应，其是通过阴阳离子交换树脂上的活性基团选择性吸附水中的阴阳离子，在水与离子交换树脂接触时，阳离子交换树脂中所含有的Na等离子则会与溶解于水中的阳离子相互交换，阴离子交换树脂中所含有的CL等离子则会与溶解于水中的阴离子相互交换，进而方可有效去除溶解于水中的阴阳离子，确保水处理效果，实现净化目的。
1.2 电渗析脱盐过程电渗析技术是通过多组交替排列的阴阳离子交换膜脱盐，这种膜对于透过离子具有较高的要求，阳膜通常只允许阳离子透过，排斥水中的阴离子，而阴膜也只允许阴离子透过，但会排斥水中的阳离子。
在外部恒定电场的作用下，淡水室中的离子则会向同一方向迁移，阳离子透过阳膜则会迁移至负极方向，与此同时，阴膜则会将阳离子阻挡在浓水室中，而阴离子则会透过阴膜迁移至正极方向，同时，阳膜则会将阴离子阻挡在浓水室中，进而方可有效去除淡水室中的盐，实现脱盐目的。
1.3电去离子技术的脱盐过程电去离子装置则是由淡水室、浓水室及电极室等部分组合而成的，该装置要运行，则需在电渗析器的淡水室中填充阴阳离子交换树脂，这是因为纯水中离子交换树脂的电导率比我们通常所接触到的水的电导率要高出2至3个数量级，进而则会导致淡水室中溶液、交换剂、膜等体系的电导率大幅提升，这样一来，则会大幅消减电渗析器的极化现象，增大电渗析器的极限电流。
其次，若在淡水室中添加一定量的离子交换剂，与普通电渗析器相比，淡水室中的液流速度相对较快，与此同时，交换剂也具有一定的搅拌作用，使用交换剂则会加快离子的扩散，改善水的力学状态，进而也会大幅提升淡水室体系的电导率以及电渗析器的极限电流。
离子交换除盐实验报告
离子交换除盐实验报告离子交换除盐实验报告引言：离子交换是一种常见的除盐方法，通过交换树脂材料吸附水中的离子，实现除去水中的盐分。
本实验旨在通过离子交换除盐实验，探究离子交换技术在水处理中的应用和效果。
一、实验目的本实验旨在通过离子交换除盐实验，探究离子交换技术在水处理中的应用和效果。
二、实验原理离子交换是一种通过树脂材料吸附和释放离子的过程。
树脂是一种高分子化合物，其具有特定的结构和功能，可以选择性地吸附或释放特定的离子。
离子交换除盐实验中，我们使用的是阴离子交换树脂。
该树脂上带有正电荷的离子，可以吸附水中的阴离子，如氯离子、硝酸根离子等。
当水通过离子交换树脂时，树脂会吸附水中的阴离子，并释放出等量的阳离子，如钠离子、钙离子等。
三、实验步骤1. 准备实验所需材料：离子交换树脂、蒸馏水、离子交换柱、试管、移液器等。
2. 将离子交换树脂放入离子交换柱中，并用蒸馏水洗净。
3. 将待处理水样倒入离子交换柱中，让水通过离子交换树脂。
4. 收集通过离子交换柱的水样，进行离子浓度测定。
5. 将处理后的水样与原始水样进行对比分析。
四、实验结果与分析通过离子交换除盐实验，我们得到了处理后的水样和原始水样的离子浓度数据。
根据数据分析，我们可以得出以下结论：1. 经过离子交换处理后，水样中的阴离子浓度明显降低，阳离子浓度有所增加。
2. 离子交换树脂对不同离子的吸附效果有所差异，某些离子可能被部分保留在树脂中，导致处理后的水样中仍含有少量的盐分。
3. 离子交换除盐技术可以有效降低水中的盐分，提高水的质量。
五、实验总结通过离子交换除盐实验，我们了解了离子交换技术在水处理中的应用和效果。
离子交换除盐技术可以有效去除水中的盐分，提高水的质量。
然而，在实际应用中，我们还需要考虑离子交换树脂的选择、树脂的再生和替换等问题，以确保离子交换除盐技术的持续有效性。
六、参考文献[1] Smith, K. C., & Wegrzyn, J. (2012). Ion exchange in analytical chemistry. Journal of Chromatography A, 1221, 84-103.[2] Sengupta, A. K., & Clifford, D. A. (2012). Water purification by ion exchange. Chemical Reviews, 112(4), 2171-2202.以上为离子交换除盐实验报告的主要内容，通过实验步骤、实验结果与分析以及实验总结，我们可以对离子交换技术在水处理中的应用和效果有一个初步的了解。
离子交换除盐课件
再生处理
根据需要定期对离子交换剂进行再生 处理，恢复其除盐性能。
维护保养
对离子交换除系统进行定期的维护 保养，确保设备处于良好状态。
运行记录
建立完善的运行记录，包括设备运行 状况、出水水质、再生处理等，为系 统优化提供依据。
05
离子交换除盐技术的发 展趋势与展望
CHAPTER
提高离子交换剂的再生利用率
优化再生剂的种类和浓度
研究开发更高效、环保的再生剂，提 高离子交换剂的再生效率和性能。
改进再生工艺
延长离子交换剂使用寿命
通过改进离子交换剂的结构和制备工 艺，提高其使用寿命和稳定性，降低 更换频率和成本。
优化再生过程，降低能耗和减少废液 排放，提高离子交换剂的再生利用率。
01
保证出水水质
02
高效稳定
03
经济性
04
环保节能
离子交换除盐系统的设备选型
离子交换器
根据处理水量和出水水质要求， 选择合适的离子交换器类型和规
格。
再生系统
根据离子交换剂的再生需求，配 置相应的酸碱再生系统及设备。
辅助设备
包括水处理药剂投加设备、管道 阀门、流量计、控制仪表等，确
保系统正常运行。
离子交换除盐系统的运行管理
开发新型离子交换剂
新型功能化离子交换剂
复合型离子交换剂
生物基离子交换剂
提高离子交换除盐技术的自动化程度
智能化控制技术
01
在线再生技术
02
集成化系统
03
THANKS
感谢观看
CHAPTER
阳离子交换剂的种类与特性
01
阳离子交换剂可以去除 水中的阳离子，如钙、 镁、铁、铜等。
离子交换除盐实验报告
离子交换除盐实验报告
实验目的，通过离子交换技术，去除水中的硬度离子，净化水质。
实验原理，离子交换是指利用离子交换树脂将水中的阳离子和阴离子与树脂上
的其他离子进行置换的过程。
在本实验中，我们将利用离子交换树脂去除水中的钙离子和镁离子，从而净化水质。
实验步骤：
1. 准备工作，将离子交换树脂充分浸泡在水中，使其充分膨胀。
2. 样品采集，取一定量的自来水样品，作为实验的原始水样。
3. 进行离子交换，将浸泡后的离子交换树脂装入离子交换柱中，将原始水样通
过离子交换柱进行处理，观察处理后的水质变化。
4. 检测水质，对处理前后的水样进行pH值、硬度等指标的检测，比较处理前
后的差异。
实验结果：
经过离子交换处理后，水样的硬度明显降低，pH值也有所变化。
经过对比分析，处理后的水质明显更加清洁、柔和，去除了原始水样中的大部分硬度离子。
实验结论：
离子交换技术可以有效去除水中的硬度离子，净化水质。
通过本次实验，我们
验证了离子交换技术的可行性，为水质净化提供了一种新的思路和方法。
实验注意事项：
1. 在进行离子交换实验时，要注意操作规范，避免离子交换树脂的污染和损坏。
2. 实验过程中要注意安全，避免接触到化学品和实验设备，以免造成伤害。
3. 实验后要对实验设备和离子交换树脂进行清洗和消毒，以保证下次实验的准确性和安全性。
通过本次实验，我们对离子交换除盐技术有了更深入的了解，相信在今后的水质净化工作中，离子交换技术将发挥重要作用。
第四章 离子交换水处理
4.3 离子交换除盐水处理
弱碱阴树脂的再生：
再生特点：极易用碱再生，碱耗比低。
弱碱树脂特性：交换容量高于强碱树脂，抗有机污染能力强。设 在强碱阴床前，可减轻强碱树脂的负荷，并保护其不受有机污染。
4.3 离子交换除盐水处理
4.3 离子交换除盐水处理
常见的化学除盐主系统及其选择 采用阳、阴离子交换器组成主系统时，通常参照下面 的原则： (1)第一个交换器应是H型交换器。 (2)弱酸性阳树脂；适用于处理碱度大或碳酸盐硬度 大的水。 (3)弱碱性阴树脂；是用于处理强酸阴离子含量大的 水。 (4)除硅必须采用强碱性阴树脂。 (5)水质要求高时应设混床。 (6)除碳器应置于强碱性阴树脂之前，以保证除硅效 果。
4.2 软化脱碱水处理
H型弱酸离子交换过程（目前应用广的主要是丙烯
酸型）
4.2 软化脱碱水处理
•由于电离较弱，只能去除碳酸盐硬度
2 RCOOH Ca( HCO3 ) 2 ( RCOO) 2 Ca 2 H 2O 2CO2 2 RCOOH Mg ( HCO3 ) 2 ( RCOO) 2 Mg 2 H 2O 2CO2
4.4 离子交换装置及其运行 三塔式移动床
4.4 离子交换装置及其运行
各种类型的交换器，各有其特点。 从实践看，应用最普遍的仍属固定床，并且可制 得纯度很高的水，连续床适用于软化处理，当供水 量不大，对水质要求又不太高时，移动床是可行的。 流动床应用很少。
4.5 混合床
混合床是将再生后的阳、阴离子交换树脂放在同一个 交换器中并混合均匀。 混床的设备结构示意见图4-42。 混床的运行分反洗分层、再生、混合、正洗和交换五 个步骤，其中反洗分层是运行操作的关键。
第四章
离子交换水处理
4 离子交换
二阶对一阶离子交换反应通式为：
2RA B2 R2 B 2 A
其离子交换选择系数为
K
B* A
[ R 2 B][ [RA]2[
A ]2 B2 ]
y (1 y)2
. (1 x)2 x
E C
0 0
.K
B A
式中
K
B* A
—表观选择性系数；
✓ 按设备的功能分为：阳离子交换器、阴离子交换器和混
合比离子交换器
✓ 固定床离子交换器间歇工作过程
1. 离子交换过程
在床层穿透以前，树脂分属于饱和区、交换区和未用区，真 正工作的只有交换区内树脂交换区的厚度取决于所用的树脂、 离子种类和浓度以及工作条件。
从交换带来讲， 要经历两个阶段： 1）形成阶段； 2）下移阶段。
Na+
Na+
OH Na+
CO+lH--++OOH+H－Cl-+ +
ClOH
－
OH-Cl- Na+
交换前
交换达到平衡后
强酸性苯乙烯型阳离子交换树脂
大孔弱碱性苯乙烯型阴离子交换树脂
阳离子交换树脂的强弱顺序：
R—SO3H＞R—CH2SO3H＞R—PO3H2＞R—COOH＞R—OH 磺酸基 次甲基磺酸基 磷酸基 羧酸基 酚基
1.非中性盐的分解反应：
R(COOH)2+Ca(HCO3)2 → R(COO)2Ca+2H2CO3 R=NH2OH+NH4CL → R=NH2CL+ NH4OH
2.强酸或强碱的中和反应：
第四章离子交换法
离子交换树脂的结构 离子交换树脂是具有特殊网状结构的高分子化合物，由空间
网状结构骨架（即母体）和附着在骨架上的许多活性基团所构成。 活性基团遇水电离，分成：固定部分和活动部分
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5
树脂的网络骨架
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6
2.2离子交换树脂的分类 一般按树脂所带功能团的性质不同分为阳离子交换树
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1
离子交换法的应用： （1）从贫液中富集和回收有价金属：贵金属和稀有金属； （2）提纯化合物和分离性质相似的元素：稀土分离； （3）处理某些工厂的废水； （4）生产软化水。
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2
第二节 离子交换树脂及其性能
2.1离子交换树脂的结构
（1）高分子部分：聚苯乙烯或聚丙烯酸酯等。连接树脂 的功能团的作用。
柱上离子交换分为运动树脂床和固定树脂床。
交换柱内离子交换过程：B A B A
柱上中层为交换层。
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28
漏穿容量 （V V1 )C mol / L
废水中只有一种离子B+
V2
V 至漏穿时流过的料液体积；V1 树脂床的空隙体积；
进水（C0）
C V2 树脂床的体积；C 料液中金属离子浓度。
(c V）Na OH 交换容量＝
(c
V)
HCl
100 25
m 树脂(g)
100
0.1100 0.112.5
25 5(mmol.g 1 )
1
阳离子交换树脂： 交换容量＝ c V NaOH NaOH c HCl VHCl
干树脂质量 (g)
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4.1 离子交换树脂
某些物质遇到溶液时，可以将其本身所具有的离子和溶液中同符 号离子发生相互交换，这种现象称为离子交换，具有离子交换性能 的这种物质称为离子交换剂。
• 新树脂常含有未参加反应的有机物和铁、铅、铜等无机杂质，使用前必须进 行处理，以除去这些杂质，
• 离子交换树脂在运行过程中，可能受到进水中氧化剂如游离氯的氧化而变质， 这种变质是无法恢复的。也可受到外来杂质的污染而改变其性能，影响出水 水质和周期制水量。但可以采取适当措施，清除污染物，使树脂性能复原或 有所改进。阳树脂的污染和复苏，阳树脂会受到进水中的悬浮物、铁、铝、 油、CaSO4等物质的污染。运行中可针对污染物的种类采取不同的处理方 法。
当增加离子交换剂层高度时，树脂交换能 力的平均利用率会提高。热力发电厂水处理用 的离子交换剂层的高度，一般最低不低于 1.0m，有的高达3.5m。但不能太高，否则水 通过交换剂时压降太大，给运行带来困难。
RH树脂与水中Ca2+、Mg2+、Na+交换时出水水质
4.3 水的离子交换处理
一、离子交换除盐系统
2.氢氧根离子交换反应 交换反应式为：
SO4
SO4
2ROH
H
Cl 2 2CO
3
R
Cl 2 2 ( HCO3)
2
2H 2O
SiO3
( HSiO3) 2
再生反应式为：
SO4
R
Cl 2 2 ( HCO3) 2
2NaOH
2ROH
SO4
Na
Cl 2 2CO
3
(HSiO3)2
SiO3
二、离子交换速度
4.2 离子交换的基本理论
影响因素：树脂本身、原水水质、出水水质的终点控制，运行交换 流速、树脂层高度、再生方式以及设备的特性等。实际中，交换剂并不 能得到彻底再生，这会对树脂的工作交换容量有很大的影响。
一般说来，阳树脂的工作交换容量比阴树脂要大。
六、离子交换树脂的保管和预处理
• 离子交换树脂应在5～40℃的环境中储存，储存期为两年，超过储存期的树 脂在使用前应进行复验，若复验结果合格，则仍可使用，树脂在储存期应防 止冻裂，防止干燥失水，对干燥失水的树脂，应先浸泡于饱和食盐水中，再 逐步降低食盐水的浓度，以防破裂。对使用过的树脂，应转变成出厂型式保 存，强酸性阳离子交换树脂为钠型，弱酸性阳离子交换树脂为氢型，强碱性 阴离子交换树脂为氯型，弱碱性阴离子交换树脂为游离胺型。
变化? 7.什么是树脂的转型体积改变率? 8.什么是树脂的中性盐分解能力? 9.什么是树脂的选择性、工作交换容量、全交换容量? 10.水处理中常用的四种离子交换树脂的交换特性是什么?
11.水处理中设置特型床的依据是什么? 12.天然水通过RH型树脂时，其出水质随出水量的变化情况如何? 13.什么是再生剂的单耗?什么是再生剂的比耗? 14.储存离子交换树脂的过程中应注意哪些问题? 15. 什么是不等价离子交换的浓度效应? 16.什么是软化处理? 17.什么是一级复床除盐? 18.典型的一级复术除盐系统是由哪几部分组成? 19.一级复床除盐系统中，阴床设置在阳床后面的原因是什么? 20.弱型床设置在强型床前面的原因是什么?
二、
三、
四、
4.4 再生系统和机械设备 一、
4.5
三、动态离子交换过程
一、
H型树脂与进水Na+的交换
实际运行时，为保证出水水质，当出水水 中泄露离子达到一定含量时，需要停止运行。 因此，在交换剂的最底层，有一层尚未失效的 树脂，它起保护出水水质的作用，这部分交换 剂层称为保护层。保护层的层态对出水水质有 影响。若保护层厚度大，出水水质有保障，但 交换剂的工作交换容量小。
思考题与习题
1.什么是离子交换树脂?它的结构是怎么样的? 2.按活性基团划分，离子交换树脂分为哪几类? 3.按结构类型划分，离子交换树脂分为哪几类? 4.指出001X7、201X7、D113、 D301树脂的全称。 5.什么叫树脂的溶胀现象? 6. 001X7树脂从钠型到钙型再到氢型树脂，其体积发生了什么样的
4.2 离子交换的基本理论
一、
1.氢离子交换反应
交换反应式为：
( HCO3 )2
( HCO3 )2
2RH Ca( Mg ,Na2 ) Cl 2 R2Ca( Mg ,Na2 ) H 2 Cl 2
SO4
SO4
再生反应式为：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2HCl R2Ca(Mg, Na2) H 2SO4 2RH
Cl 2 Ca(Mg, Na2)SO4
一、
二、离子交换树脂的分类 1.按功能基类别分
2.
3.
三、离子交换树脂的命名与型号
四、离子交换除盐的基本原理
1.晶格理论 2.双电层理论
五、
1.物理性能
2．化学性能
二、离子交换树脂性能
（1）可逆性：离子交换是一种化学反应，具有可逆性。可逆性是离子 交换树脂可以重复使用的重要性质；
21.一级复床阳床和阴床出水水质变化情况如何? 22如何提高一级复床阴床的除硅效果? 23.离子交换设备的分类情况如何? 24. 比较顺流再生床和逆流再生床在结构、操作步骤及工艺特点上的
异同。 25.如何改善混床的分层效果? 26.混床的工艺特点是什么? 27.除碳器的工作原理是什么?
第四章 离子交换除盐
（2）酸碱性：H型阳树脂和OH型阴树脂，如同电解质酸和碱，具有酸 碱性。
（3）中和、水解与中性盐分解能力： （4）选择性 （5）交换容量 （6）化学稳定性
理解树脂的化学性质，对后续树脂的使用有重要指导意义。
工作交换容量是指一个运行周期中单位体积树脂所交换的离子量， 即单位体积树脂从再生型离子交换基团变为失效型基团的量。其单位通 常以mmol/L（湿树脂）（或mmol/mL）表示。即树脂在工作状态下， 交换至出水允许泄露的离子含量达到某一要求时，交换器停止运行，此 时树脂实际发挥的交换容量。工作交换容量是一项重要的技术经济指标 。