水处理技术 第九章 离子交换法水处理
第九章 离子交换法
离子交换法
本章需要掌握的知识点
什么是离子交换？ 离子交换树脂的分类？其主要的理化性质有哪些？ 离子交换的机理是什么？
什么是离子交换的选择性？其选择性受哪些因素影
响？
基本的离子交换操作是怎样的？
如何利用离子交换法分离蛋白质？
§ 9.1 概述
离子交换的发展
十八世纪中期由Thompson所发现，后来J.Thomas Way全面研究。
稳定
稳定
需过量的强酸 很容易 快 慢(除非离子 化后)
需要过量的 再生容易，可用碳酸 强碱 钠或氨 快 慢(除非离子化后)
大孔离子交换树脂 大孔离子交换树脂具有和大孔吸附剂相同的骨架结构，
在大孔吸附剂合成后（加入致孔剂），再引入化学功能 基团，便可得到大孔离子交换树脂。
特点：
空隙大，抗有机物污染能力较强。
国内外离子交换树脂相应牌号对照
704 = 311×2 717 = 201×7 732 = 001×7
711 = 201×4
703 = D311 HD42 = 001 Amberlite IR系列 Zerolit 系列
§ 9.3 离子交换树脂的性质与测定
一、生物相容性 二、结构性能 三、理化性能
离子交换法概述
离子交换法是通过带电的溶质分子与离子交换剂中可
交换的离子进行交换而达到分离纯化的方法。该方法主要 依赖电荷间的相互作用，利用带电分子中的电荷的微小差 异而进行分离，具有较高的分离容量。
几乎所有的生物大分子都是极性的，都可使其带电， 所以离子交换法已广泛用于生物大分子的分离纯化技术。
3．交换容量
《离子交换水处理》课件
适用范围广
离子交换技术适用于各种不同 的水质处理，如工业废水、饮
用水等。
环保安全
离子交换技术不使用化学药剂 ，对环境无害，安全可靠。
离子交换水处理的缺点
需要定期再生
离子交换剂需要定期进行再生 处理，以恢复其离子交换能力
。
可能产生二次污染
再生过程中可能会产生废液， 造成二次污染。
不适合处理大量废水
对于大量废水处理，离子交换 技术可能不是最经济和高效的 方法。
数据分析和优化
通过数据分析，优化离子 交换水处理工艺，提高处 理效率和降低能耗。
离子交换水处理与其他水处理技术的联合应用
组合式水处理系统
将离子交换水处理与其他水处理 技术（如活性炭吸附、反渗透等 ）相结合，形成高效的水处理系
统。
协同作用研究
研究不同水处理技术之间的协同作 用，提高整体处理效果。
技术集成与优化
医药行业
在制药和生物制品生产中，离子交换 技术可用于制备高纯度水和缓冲液。
环保领域
离子交换技术还可应用于废水处理， 去除重金属和有害离子，实现废水回 用和达标排放。
CHAPTER 05
离子交换水处理的发展趋势和展望
新型离子交换剂的研究与开发
新型离子交换剂的合成
研究新的合成方法，提高离子交换剂的性能和稳定性。
02
注意离子交换剂的再生 性能和寿命，以便合理 安排再生周期。
03
使用离子交换剂时，应 控制流速和流量，以保 证最佳的去除效果。
04
注意离子交换剂的储存 和运输，避免受潮、曝 晒等不利条件影响其性 能。
CHAPTER 03
离子交换水处理工艺流程
原水预处理
01
《水的离子交换处理》课件
制备和应用
离子交换树脂可通过聚合反应、 固化反应等方式制备。目前广泛 应用于水处理、制药等领域。
水的离子交换处理技术
基本过程
离子交换处理的基本过程包括水的预处理、树脂选择、离子交换吸附、树脂再生等。
主要工艺流程
离子交换处理技术的主要工艺流程包括单床工艺、多床工艺、混床工艺等。
应用范围和优势
离子交换处理技术可应用于饮用水、工业用水、海水淡化等领域，具有高效、环保、可靠等 优点。
பைடு நூலகம்
质的监测与管理
1
重要性和意义
水质的监测和管理是保障用水安全、合理利用水资源的重要手段。
2
方法和技术
水质的监测可通过采集水样、测定水质指标、分析水质污染源等方式进行。
3
未来发展方向
未来水质监测将引入更先进的技术和设备，提升监测精度和效率。
总结
离子交换处理技术的作用
离子交换处理技术在水的净化 和处理中发挥着重要作用。
离子交换处理技术的优缺 点
离子交换处理技术具有高效、 环保等优点，但存在成本较高 等缺点。
未来的发展趋势
未来离子交换处理技术将朝着 智能化、高效化方向发展。
Q&A
• 问：离子交换处理技术是否还存在着局限性？ • 答：离子交换处理技术存在着成本较高、树脂寿命有限等局限性，需
要不断完善和优化。 • 问：离子交换处理技术与其他净水技术相比，有何优劣之处？ • 答：离子交换处理技术相对于其他净水技术具有高效、环保等优点，
离子交换处理的原理是通
净化水质的技术。
水中的重金属离子、放射
过交换树脂上的离子与水
性物质和其他污染物，是
中的离子进行交换，使水
保障水安全的重要手段。
离子交换水处理设备工艺原理及应用
离子交换水处理设备工艺原理及应用
一、沉淀法：沉淀法利用药剂处理，使悬浮物及微粒颗粒沉淀下来，
通常搭配沉淀池、回流池、接触式沉淀池、收集沉淀池等，使水中杂质经
过三次循环，从而达到净水的效果。
二、吸附法：吸附法是将不溶性有机物和有毒有害物质分离、去除的
一种技术，利用有机沟槽吸附剂对原水中的有机物和重金属进行吸附，从
而达到净化水质的目的。
三、离子交换法：离子交换法是利用离子交换在水中实现离子的交换，使原水中的重金属离子及其它有害物质净化掉，满足用户使用要求。
四、膜分离法：膜分离法是通过膜对水中重金属和有机物的分离，将
有害物质过滤掉，满足用户的要求，而膜分离法有RO浓缩法、UF膜滤法、NF超滤法等多种。
五、湿式反渗透法：湿式反渗透法是利用抗碱性材料的有序排列，结
合膨胀膜滤芯的压力强度作用，使水中的有害物质滤除掉，从而达到净化
水源的目的。
离子交换技术在水处理中的应用
离子交换技术在水处理中的应用离子交换技术是一种常用的水处理方法，通过将水中的离子与固体交换树脂上的离子进行交换，从而达到去除水中杂质的目的。
离子交换技术在水处理中有着广泛的应用，本文将从硬水处理、去除重金属、水软化和水纯化等方面介绍离子交换技术在水处理中的应用。
一、硬水处理硬水是指含有较高浓度的钙、镁等离子的水，长期饮用硬水会对人体健康产生不利影响。
离子交换技术可以有效地去除水中的钙、镁离子，将硬水转化为软水。
通过将硬水通过离子交换树脂柱，树脂上的钠离子与水中的钙、镁离子进行交换，从而使水中的钙、镁离子被去除，得到软化水。
软化水不仅可以改善饮用水的口感，还可以减少水垢对设备的腐蚀，延长设备的使用寿命。
二、去除重金属水中的重金属污染是一种严重的环境问题，重金属对人体健康有着严重的危害。
离子交换技术可以有效地去除水中的重金属离子，如铅、汞、镉等。
通过选择合适的离子交换树脂，将水中的重金属离子与树脂上的其他离子进行交换，从而实现去除重金属的目的。
离子交换技术在工业废水处理中有着广泛的应用，可以有效地减少重金属对环境的污染。
三、水软化水软化是指将硬水转化为软水的过程，主要是去除水中的钙、镁离子。
硬水不仅会影响饮用水的口感，还会对管道、设备等产生腐蚀和堵塞的问题。
离子交换技术可以通过选择合适的离子交换树脂，将水中的钙、镁离子与树脂上的其他离子进行交换，从而实现水的软化。
软化水不仅可以改善饮用水的口感，还可以减少设备的腐蚀和堵塞问题，延长设备的使用寿命。
四、水纯化离子交换技术在水纯化中也有着广泛的应用。
通过选择合适的离子交换树脂，可以去除水中的有机物、无机盐和微量元素等杂质，从而得到纯净水。
离子交换技术在制备超纯水、制药工业和电子工业中有着重要的应用，可以满足不同领域对水质的要求。
总结：离子交换技术在水处理中的应用十分广泛，可以用于硬水处理、去除重金属、水软化和水纯化等方面。
通过选择合适的离子交换树脂，可以有效地去除水中的杂质，改善水质，保护设备，满足不同领域对水质的要求。
离子交换膜法水处理的工艺流程
离子交换膜法水处理的工艺流程引言离子交换膜法是一种常用的水处理技术，通过离子交换膜的选择性通透性，将水中的离子物质进行去除或分离，从而实现水质的净化和处理。
本文将介绍离子交换膜法水处理的工艺流程。
工艺流程1. 原水处理原水处理- 原水收集：从水源收集待处理的原水，可能是自来水、井水或河水等。
- 水质检测：对原水进行水质检测，包括测定水中悬浮物、溶解物质、有机物质和离子物质的浓度，以确定其污染程度和组成。
2. 预处理预处理- 澄清：使用澄清剂将原水中的悬浮物迅速沉淀，并去除悬浮物，以减少膜的污染和阻塞。
- 软化：通过加入适量的软化剂，将原水中的钙、镁离子等硬水离子转化为不易产生水垢的盐类。
- 过滤：利用滤芯将原水中的颗粒物、杂质等进行过滤，进一步净化水质。
3. 反渗透反渗透- 进料泵送：将预处理后的水送入反渗透设备，通过进料泵进行泵送。
- 压力增加：通过增加水压，使水分子逆向通过离子交换膜，而离子和溶解物质无法通过膜的选择性孔洞。
- 分离净化：离子交换膜将水中的大部分离子物质、溶解物质、有机物质、重金属离子等截留在一侧，而过滤出纯净水。
4. 净水质检净水质检- 检测：对净化后的水进行全面检测，包括测定PH值、溶解物质、微生物、有机物质、重金属离子等的含量，以确保水质达到要求。
- 二次处理：如果净化后的水不符合相关标准，需要进行二次处理，如再次过滤、加入消毒剂等。
5. 水质储存水质储存- 存储：将净化后的水储存到合适的中，以备使用。
结论离子交换膜法水处理工艺流程包括原水处理、预处理、反渗透、净水质检和水质储存等步骤。
通过该工艺流程，可以实现对水中离子物质的去除和分离，达到净化水质的目的。
然而，具体工艺流程可能因实际情况而有所不同，需根据实际需求及水质特征进行调整和优化。
离子交换技术在水处理中的应用
离子交换技术在水处理中的应用水是生命之源，对于人类和其他生物来说，干净的水是必不可少的。
然而，随着工业化和城市化的发展，水污染问题日益严重。
离子交换技术作为一种常用的水处理方法，被广泛应用于水处理领域。
本文将介绍离子交换技术在水处理中的应用，并探讨其优势和局限性。
离子交换技术概述离子交换技术是一种通过固体材料与溶液中的离子发生置换反应，实现离子去除或转化的方法。
常见的离子交换材料包括树脂、活性炭和陶瓷等。
离子交换技术可以有效去除水中的有害离子，改善水质。
离子交换技术在硬水处理中的应用硬水是指含有高浓度钙、镁等金属离子的水。
硬水不仅影响家庭用水质量，还会导致管道堵塞和设备损坏。
离子交换技术可以通过选择合适的树脂材料，将水中的钙、镁离子与树脂上的钠离子进行交换，从而软化水质，解决硬水问题。
离子交换技术在除盐处理中的应用除盐是指去除水中的盐分，使其达到可饮用或工业用水标准。
离子交换技术可以通过选择具有高选择性的树脂材料，将水中的钠、钾等金属离子与树脂上的氢离子进行交换，从而实现除盐效果。
这种方法被广泛应用于海水淡化和地下水处理等领域。
离子交换技术在污水处理中的应用污水处理是保护环境和人类健康的重要环节。
离子交换技术可以通过选择具有特定功能的树脂材料，吸附和去除污水中的重金属离子、有机物和其他有害物质，从而实现污水的净化和回收利用。
离子交换技术的优势离子交换技术在水处理中具有以下优势： 1. 高效：离子交换材料具有较大的比表面积和孔隙结构，能够提供更多的吸附位点，从而提高去除效率。
2. 可控性强：通过选择不同类型和规格的离子交换材料，可以实现对特定离子的选择性去除。
3. 可再生性：离子交换材料可以通过再生操作，恢复其吸附能力，延长使用寿命，减少成本。
4. 适应性广：离子交换技术可以适用于不同水质和处理需求，具有较强的适应性。
离子交换技术的局限性离子交换技术在水处理中也存在一些局限性： 1. 选择性有限：离子交换材料对于不同离子的选择性有限，可能会导致一些有害物质无法完全去除。
离子交换技术在水处理中的应用
离子交换技术在水处理中的应用
简介
离子交换技术是一种常用的水处理方法，通过利用树脂等材料对水中离子进行吸附和交换，以达到去除杂质、软化水质等目的。
本文将介绍离子交换技术在水处理中的应用。
离子交换技术的原理
离子交换技术是一种通过树脂或其他吸附材料将水中的离子和分子有选择性地去除并替换的方法。
其原理是利用树脂上活性位点与水中离子发生化学反应，使水中的离子被树脂吸附并被其他离子替代的过程。
离子交换可以分为阴离子交换和阳离子交换两种方式。
水处理中的离子交换应用
水软化
离子交换技术在水处理中最常见的应用之一是水软化。
硬水是指含有大量钙、镁离子的水，经过离子交换处理后，可将硬水中的钙、镁等离子与树脂上的钠、氢等离子进行交换，从而软化水质，减少水垢的生成。
去除有害离子
离子交换技术还可以应用于去除水中的有害离子，如重金属离子、氟化物离子等。
通过选择性吸附和交换，可以有效地将有害离子从水
中去除，保证饮用水和工业用水的安全性。
水处理废水
离子交换技术也被广泛应用于水处理废水过程中。
通过离子交换
过程，可以有效去除废水中的金属离子、有机物等杂质，提高废水处
理效率，降低对环境的污染。
制备高纯水
在电子、光伏等领域，需要用到超纯水。
离子交换技术可以去除
水中的离子和微生物等，制备出高纯度的水，满足特定工艺对水质的
要求。
结语
离子交换技术在水处理中发挥着重要作用，不仅可以改善饮用水
质量，还可以保护环境、节约资源。
随着科学技术的不断进步，离子
交换技术在水处理领域的应用前景将更加广阔。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
4）pH值 强酸和强碱树脂的活性基团的电离能力很强，交换能力基本上与pH
值无关。 但弱酸性树脂在pH值低时不电离或部分电离，因此，在碱性条件下，
才能得到较高的交换能力。 而弱碱性树脂在酸性溶液中才能得到较大的交换能力。 螯合树脂对金属的结合与pH值有很大关系，每种金属都有适宜的pH
值 5）水温 水温高虽可加速离子交换的扩散，但各种离子交换树脂都有一定的
离子水化程度大，水合离子半径越大，不利于离子的内 扩散。
四、离子交换过程的影响因素
1、离子交换剂的性质 后面会详细讲述
2、水中污染物的性质
1）悬浮物和油脂 废水中的悬浮物会堵塞树脂孔隙，油脂会包住树脂颗粒，都会使交换能
力下降。因此当这些物质含量较多时，应进行预处理。预处理的方法有 过滤、吸附等。 2）有机物 废水中某些高分子有机物与树脂活性基团的固定离子结合力很大，一旦 结合就很难进行再生，结果是降低树脂的再生率和交换能力。 3）高价金属离子 废水中Fe3＋、A13＋、Cr3＋等高价金属离子能引起树脂中毒，当树脂受 铁中毒时，会使树脂颜色变深。 从阳离子树脂的选择性可看出，高价金属离子易为树脂吸附，再生时难 于把它洗脱下来，结果会降低树脂的交换能力。 为了恢复树脂的交换能力可用高浓度酸，长时间浸泡。
dq / dt Dc1 c2 /
q 单位质量的吸附剂上所吸附的吸附质的量，mg/g或者g/g Do 吸附质在液膜中的扩散系数，m2/s δ 液膜厚度，m
离子交换过程模型 外扩散
内扩散
B
(1) (2)
B
(4) (A)(3) (5)
A
树脂颗粒 水膜
三、影响交换速度的因素
1 、薄膜扩散 离子浓度
允许使用温度范围。 6）氧化剂 废化水分中解如。果强含碱有性氧阴化树剂脂（容如易C被l2氧、化O剂2、氧H化2C，r2使O7交等换）基时团，变会成使非树碱脂性氧
物质，可能完全丧失交换能力。氧化作用也会影响交换树脂的本体， 使树脂加速老化，结果使交换能力下降。
3、操作条件（运行流速）
9.3 离子交换剂种类
第九章 离子交换法水处理
Water pollution control theory and technology
水污染控制与技术
目录
9.1、概述 9.2、基本原理 9.3、离子交换剂的种类 9.4、离子交换工艺 9.5、离子交换的应用
9.1 概述
一、 定义
•离子交换法是一种借助于离子交换剂(ion exchange resin)上 的离子和废水中的离子进行交换反应而除去废水中有害离子的 方法。 •离子交换过程也可以看成是一种特殊吸附过程，所以在许多 方面都与吸附过程类同。 •离子交换过程的特点在于:它主要吸附水中以离子态存在的物 质，并进行等当量的离子交换。
R —SO3 H
母体 固定离子 可交换离子
无 法 显 示 图 像 。 计 算 机 可 能 没 有 足 够 的 内 存 以 打开该图像，也可能是该图像已损坏。请重新启动计算机，然后重新打开该文件。如果仍然显示红色 “x” ，则可能需要删除该图像，然后重新将其插入。
RHM RMH
交换 交换 饱和 树脂 离子 树脂
在平衡状态下，树脂中及溶液中的反应物浓度符合下列 关系式：K为平衡常数
[RM][H [RH][M
] ]
K
K值的大小能定量地反映离子交换
剂对某两个固定离子交换选择性的大小。
二、离子交换速度
上述几步中，交换反应速率与扩散相比要快得多。因此总 交换速度由扩散过程控制。由Fick定律，扩散速度可写成：
将离子交换树脂做成薄膜形式，即称为离子交换膜，用于海 水淡化、物质提纯和污水处理等各方面。
一、离子交换树脂
固体球形颗粒，多孔网状结 构；不溶于水；具有离子交换特 性的有机高分子聚电解质。
(一) 组成
离子交 换树脂
母体-骨架 活性基团
固定离子 可交换离子
苯乙烯(单体) +
二乙烯苯(交联剂)
共聚
母体
功 能 H2SO4 基 反 应
1. 去除率高，净化效果好； 2. 可做到污染物的回收利用； 3. 对废水的预处理要求较高； 4. 树脂再生液需要进一步处置。
9.2 离子交换的基本原理
一、离子交换过程
实质：离子交换剂上的可交换离子与溶液中的其他同性离子的 交换反应，是一种特殊的吸附过程，通常是可逆化学吸附。
离子交换是可逆反应，其反应式可表达为：
溶液离子浓度低，树脂交换容量大时，薄膜扩散受阻。 溶液离子浓度过高，树脂易发生收缩现象，内扩散受阻。
水流速度 水流速度增加，水膜变薄，薄膜扩散加快。
树脂颗粒的大小 树脂颗粒小，比表面积增加，利于薄膜扩散。
2、内扩散 离子电荷
离子电荷越大，扩散系数越小，不利于内扩散。 树脂交联度
交联度越低，树脂网孔越大，有利于离子的内扩散。 离子的水化度
三、应用
(一) 、给水处理 硬水软化、脱盐、环境废水的处理；纯水、高纯水的制备；
(二) 、溶液和物质的纯化和净化，如铀的提取和纯化，溶液除盐； 废水中金属离子：Zn2+、Cu2+、Cr6+ 、Cr3+ ；
(三) 、金属离子的分离、痕量离子的富集及干扰离子的除去； (四) 、抗菌素的提取和纯化等.
四、特点
凡具有离子交换能力的物质称为离子交换剂，是一种带有可 交换离子的不溶性固体物质，带有阳离子的称阳离子交换剂， 带有阴离子称阴离子交
离子交换剂
碳质：磺化煤（阳离子交换剂）
有机质 合成树脂：是所有离子交换剂中性能 最优的一类，它包括阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。
二、发展
1805年英国科学家发现了土壤中Ca2+和NH4+的交换现象；
1876年莱姆伯格（Lemberg） 揭示了离子交换的可逆性和化学计量关 系；
1935年亚当斯（Aclams）和霍姆斯（Holmes）人工合成了聚酚醛强酸 性阳离子树脂和聚苯胺醛系弱碱阴离子交换树脂；
1940年应用于工业生产；
1951年我国开始合成树脂。