第六章 離子交換法

第六章離子交換法

一、定義離子交換法是一種借助于離子交換劑(ionexchangeresin)上的離子和廢水中的離子進行交換反應而除去廢水中有害離子的方法。離子交換過程也可以看成是一種特殊吸附過程，所以在許多方面都與吸附過程類同。離子交換過程的特點在于:它主要吸附水中以離子態(tài)存在的物質(zhì)，并進行等當量的離子交換。概述二、發(fā)展1805年英國科學家發(fā)現(xiàn)了土壤中Ca2+和NH4+的交換現(xiàn)象；1876年Lemberg揭示了離子交換的可逆性和化學計量關系；1935年人工合成了離子交換樹脂；1940年應用于工業(yè)生產(chǎn)；1951年我國開始合成樹脂。(一)給水處理

硬水軟化、脫鹽。純水、高純水的制備。

(二)廢水處理

廢水中金屬離子：Zn2+、Cu2+、Cr6+、Cr3+

(三)工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品提純

，凈化除雜(如除去鎢酸鈉溶液中微量元素和雜質(zhì))三、應用

1.去除率高，凈化效果好；

2.可做到污染物的回收利用；

3.對廢水的預處理要求較高；

4.樹脂再生液需要進一步處置。四、特點一、離子交換過程

實質(zhì)：離子交換劑上的可交換離子與溶液中的其他同性離子的交換反應，是一種特殊的吸附過程，通常是可逆化學吸附。

離子交換是可逆反應，其反應式可表達為：交換樹脂交換離子飽和樹脂

在平衡狀態(tài)下，樹脂中及溶液中的反應物濃度符合下列關系式：K為平衡常數(shù)

K值的大小能定量地反映離子交換劑對某兩個固定離子交換選擇性的大小。10.1離子交換的基本原理

二、離子交換速度

上述幾步中，交換反應速率與擴散相比要快得多。因此總交換速度由擴散過程控制。由Fick定律，擴散速度可寫成：樹脂顆粒水膜BB(3)(1)(2)(A)(4)(5)A外擴散內(nèi)擴散離子交換過程模型影響交換速度的因素

1薄膜擴散

離子濃度溶液離子濃度低，樹脂交換容量大時，薄膜擴散受阻。溶液離子濃度過高，樹脂易發(fā)生收縮現(xiàn)象，內(nèi)擴散受阻。

水流速度水流速度增加，水膜變薄，薄膜擴散加快。

樹脂顆粒的大小樹脂顆粒小，比表面積增加，利于薄膜擴散。2內(nèi)擴散

離子電荷離子電荷越大，擴散系數(shù)越小，不利于內(nèi)擴散。樹脂交聯(lián)度交聯(lián)度越低，樹脂網(wǎng)孔越大，有利于離子的內(nèi)擴散。離子的水化度離子水化程度大，水合離子半徑越大，不利于離子的內(nèi)擴散。三、離子交換過程的影響因素

1、離子交換劑的性質(zhì)2、水中污染物的性質(zhì)1）懸浮物和油脂廢水中的懸浮物會堵塞樹脂孔隙，油脂會包住樹脂顆粒，都會使交換能力下降。因此當這些物質(zhì)含量較多時，應進行預處理。預處理的方法有過濾、吸附等。2）有機物廢水中某些高分子有機物與樹脂活性基團的固定離子結(jié)合力很大，一旦結(jié)合就很難進行再生，結(jié)果是降低樹脂的再生率和交換能力。3）高價金屬離子廢水中Fe3＋、A13＋、Cr3＋等高價金屬離子能引起樹脂中毒，當樹脂受鐵中毒時，會使樹脂顏色變深。從陽離子樹脂的選擇性可看出，高價金屬離子易為樹脂吸附，再生時難于把它洗脫下來，結(jié)果會降低樹脂的交換能力。為了恢復樹脂的交換能力可用高濃度酸，長時間浸泡。4）pH值強酸和強堿樹脂的活性基團的電離能力很強，交換能力基本上與pH值無關。但弱酸性樹脂在pH值低時不電離或部分電離，因此，在堿性條件下，才能得到較高的交換能力。而弱堿性樹脂在酸性溶液中才能得到較大的交換能力。螯合樹脂對金屬的結(jié)合與pH值有很大關系，每種金屬都有適宜的pH值5）水溫水溫高雖可加速離子交換的擴散，但各種離子交換樹脂都有一定的允許使用溫度范圍。6）氧化劑廢水中如果含有氧化劑（如Cl2、O2、H2Cr2O7等）時，會使樹脂氧化分解。強堿性陰樹脂容易被氧化劑氧化，使交換基團變成非堿性物質(zhì)，可能完全喪失交換能力。氧化作用也會影響交換樹脂的本體，使樹脂加速老化，結(jié)果使交換能力下降。3、操作條件（運行流速）10.2離子交換劑凡具有離子交換能力的物質(zhì)稱為離子交換劑，是一種帶有可交換離子的不溶性固體物質(zhì)，帶有陽離子的稱陽離子交換劑，帶有陰離子稱陰離子交換劑。無機質(zhì)：陽離子交換（硅質(zhì)，天然或合成沸石）離子交換劑碳質(zhì)：磺化煤（陽離子交換劑）有機質(zhì)合成樹脂：是所有離子交換劑中性能最優(yōu)的一類，它包括陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂。

將離子交換樹脂做成薄膜形式，即稱為離子交換膜，用于海水淡化、物質(zhì)提純和污水處理等各方面。

固體球形顆粒，多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；不溶于水；具有離子交換特性的有機高分子聚電解質(zhì)。一、離子交換樹脂(一)組成

離子交換樹脂母體-骨架活性基團固定離子可交換離子苯乙烯(單體)+二乙烯苯(交聯(lián)劑)母體共聚H2SO4功能基反應R—SO3

H固定離子可交換離子母體離子交換樹脂結(jié)構(gòu)骨架：接有功能基團，本身是惰性功能基團：連接在骨架上，可與相反離子結(jié)合待交換離子：在吸附階段可與活性離子交換，與骨架上的功能基團結(jié)合可交換離子：與功能基團所帶電荷相反的可移動的離子樹脂的網(wǎng)絡骨架(二)分類按選擇性按結(jié)構(gòu)離子交換樹脂凝膠型等孔型

孔大、均勻，抗有機污染能力強。孔大，溶脹度小，交換速度高，抗污染能力強。

孔隙小、少，溶脹度較大，水溶脹后呈凝膠狀。大孔型離子交換樹脂陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂弱堿性陰離子交換樹脂R—NH3OH強堿性陰離子交換樹脂R—

NOH弱酸性陽離子交換樹脂R—COOH強酸性陽離子交換樹脂R—SO3H陽離子交換樹脂〈1〉強酸性（聚苯乙烯系），交換基：磺酸－SO3H〈2〉中酸性（聚苯乙烯系）交換基：—P=O(OH)2〈3〉弱酸性（甲基丙烯酸系）交換基：羧基—COOH或酚基—OH

001×7苯乙烯系強酸性離子交換樹脂指標名稱指標含水量%45-53全交換容量(mmol/g干)≥4.5濕視密度(g/ml)0.77-0.87濕真密度(g/ml)1.25-1.29粒度(0.315-1.25mm)≥95出廠形式：鈉型用于：硬水軟化、脫鹽水、純水制備、稀有元素分離、分離和提取氨基酸制糖、制藥可作為催化劑和脫水劑陰離子交換樹脂〈1〉

強堿性（聚苯乙烯系）交換基：季胺叔胺〈2〉

弱堿性（聚苯乙烯系）交換基：氨基—NH2D201大孔強堿性陰離子出廠形式：氯型.主要性能指標：指標名稱指標含水量%54-62全交換容量(mmol/g干)≥4.0濕視密度(g/ml)0.66-0.73濕真密度(g/ml)1.04-1.08粒度(0.315-1.25mm)≥95主要用于純水及高純水制備、糖液脫色、生化制品，放射性元素的提煉。大孔弱堿性丙烯酸系陰離子

指標名稱指標含水量%60-65全交換容量(mmol/g干)≥7.0濕視密度(g/ml)0.65-0.75濕真密度(g/ml)1.06-1.10粒度(0.315-1.25mm)≥95出廠形式：鈉型主要用于藥物提取，苦咸水凈化處理，糖液除酸脫色,金屬提取等

性能陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂強酸性弱酸性強堿性

弱堿性活性基團磺酸羧酸季氨

胺pH對交換能力的影響

無在酸性中交換能力很小

無在堿性溶液中交換能力很小鹽的穩(wěn)定性

穩(wěn)定洗滌要水解

穩(wěn)定洗滌時要水解再生需過量的強酸很容易需要過量的強堿再生容易，可用碳酸鈉或氨交換速度快慢(除非離子化后)快慢(除非離子化后)四類樹脂的特性比較a)

b)c)圖9-17凝膠型、大孔型和等孔型樹脂比較示意圖a)凝膠型樹脂b)大孔型樹脂c)等孔型樹脂有機離子交換劑我國凝膠樹脂的名稱代碼由分類代號(表1)，骨架代號(表2)，順序號與交聯(lián)度數(shù)值四位數(shù)字組成。順序號用以區(qū)別基因、交聯(lián)劑等的差異如201×7，表示交聯(lián)度為7(%)的一種凝膠型強堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂。

表1樹脂分類代碼0123456強酸性弱酸性強堿性弱堿性螯合型兩性氧化-還原型表2樹脂骨架代碼0123456苯乙烯系丙烯酸系酚醛系環(huán)氧系乙烯吡啶系脲醛系氯乙烯系(三)命名大孔型離子交換樹脂的型號。由三個數(shù)字組成：如：D201——大孔型強堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂二、離子交換樹脂的性能物理性能1．外觀形狀：透明或半透明的球狀珠體。顏色：白、淺黃、赤褐色。

2．粒度一般樹脂粒徑0.3～1.2mm有效粒徑（d10）0.36～0.61，均一系數(shù)（d40/d90）為1.22～1.66，均一系數(shù)的含義是篩上體積為40％的篩孔孔徑與篩上體積為90％的篩孔孔徑之比。3．密度

干真密度：干燥狀態(tài)下，樹脂材料本身具有的密度。濕真密度：在水中充分溶脹后濕樹脂本身的密度。表觀密度：樹脂在水中充分溶脹后的堆積密度(視密度，濕視密度)。單位均為mg/L.4．含水率樹脂的含水率以每克樹脂（在水中充分膨脹）所含水分的百分比（約50%），樹脂的含水率相應地反映了樹脂網(wǎng)架中的孔隙率。

與樹脂的交聯(lián)度有關，交聯(lián)度低，空隙率高，含水率高。

5.機械強度

6.耐熱性

7.孔結(jié)構(gòu)8.溶脹性

干樹脂+水→濕樹脂體積脹大絕對溶脹度吸水后體積增大的現(xiàn)象。溶脹程度用溶脹率表示：溶脹的原因

水擴散到樹脂交聯(lián)網(wǎng)孔發(fā)生溶脹；活性基團離解形成水合離子。影響因素樹脂交聯(lián)度：交聯(lián)度越大，溶脹率越低?；钚曰鶊F：離解程度越大，溶脹率越大；可交換離子：水合半徑越大，溶脹率越高。

化學性能

1.再生：離子交換反應的可逆性交換的逆反應。

2.酸堿性：樹脂在水中電離出H+和OH-,表現(xiàn)出酸堿性。樹脂的酸堿性受pH值影響，各種樹脂在使用時都有適當?shù)膒H值范圍。

3.交換容量：單位質(zhì)量干樹脂或單位體積濕樹脂所能交換離子相當于一價離子的物質(zhì)的量(大約為3~6mmol/g，或1~2mmol/ml)。表示樹脂的交換能力。通常用EV（mmol/ml濕樹脂）表示，也可用EW（mmol/g干樹脂）表示。

EV＝EW×（1-含水量）×濕視密度

交換容量全交換容量工作交換容量一定量的樹脂所具有的活性基團或可交換離子的總數(shù)量樹脂在給定工作條件下實際的交換能力4.交聯(lián)度：交聯(lián)劑用量與單體質(zhì)量的百分比，是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)程度的表征

交聯(lián)度為樹脂合成時交聯(lián)劑的用量，一般為7%~10%。交聯(lián)度較高的樹脂，孔隙較低，密度較大，離子擴散速度較低，對半徑較大的離子和水合離子的交換量較小，浸泡在水中時，水化度較低，形變較小，也就比較穩(wěn)定，不易破碎。交聯(lián)度越高，孔隙度越低，密度越大，對半徑較大的離子和水合離子擴散速度越低，交換量越小。在水中浸泡，形變小，較穩(wěn)定。離子交換平衡是一個兩相(樹脂相和液相)平衡；例如：RA+B+

RB+A+平衡時:

KAB={[A+][B+]RB}/{[B+][A+]RA}平衡常數(shù)KAB稱為A交換B的選擇性系數(shù)：

KAB=1，無選擇性

KAB﹥1，交換反應向右，A的交換大于B；

KAB﹤1，交換反應向左，B的交換大于A；5.選擇性：指交換劑對不同離子的親和力。

影響離子交換的選擇性因素

1）在常溫、稀溶液中離子價數(shù)越高，與固定離子的靜電引力越大，越優(yōu)先交換。

Cr3+＞Ca2+＞Na+PO43+＞SO42-＞Cl-

同價離子原子序數(shù)越大，與固定離子的靜電引力越大2）在高濃度的溶液中

由于離子的水化作用不充分，水合離子的半徑接近離子半徑，原子序數(shù)越大，離子半徑增大，離子表面電荷密度相對減小，與固定離子的靜電引力越小。Rb+﹥K+﹥Na+﹥Li+3）樹脂的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

樹脂的交聯(lián)度：交聯(lián)度越高，選擇性增加強酸(堿)、弱酸堿樹脂的交換

4）溶液的溫度和pH溫度升高，K值增大，離子和固定基團交換勢增大。pH值：影響某些離子的存在狀態(tài)，

Cr2O72-+OH-=2CrO42-+H+

影響弱酸、堿樹脂固定基團的電離。強、弱酸型陽離子交換樹脂的親和力強酸型a.不同價態(tài)離子，電荷越高，親和力越大。例如：Na+＜Ca2+＜Al3+＜Th（IV）b.當離子價態(tài)相同時．親和力隨著水合離子半徑減小而增大。

例如；Li+＜H+＜Na+＜NH4+＜K+＜Rb+＜Cs+＜Ag+＜Tl+

c.二價離子的親和力順序：UO22+＜Mg2+＜Zn2+＜Co2+＜Cu2+＜Cd2+＜Ni2+＜Ca2+＜Sr2+＜Pb2+＜Ba2+

d．稀土元素的親和力隨原子序數(shù)增大而減小。

La3+＞Ce3+＞Pr3+＞Nd3+＞Sm3+＞Eu3+＞Gd3+＞Tb3+＞Dy3+＞Y3+＞Ho3+

＞Er3+＞Tm3+

＞Yb3+＞Lu3+＞Sc3+弱酸型：H+的親和力比其它陽離子大，其它同強酸型。強、弱堿型陰離子交換樹脂強堿型常見陰離子的親和力順序為：

F-＜OH-＜CH3COO-＜HCOO-

＜C1-

＜NO2-＜CN-＜Br-＜C2O42-＜NO3-＜HSO42-＜I-＜CrO42-＜SO42-＜檸檬酸根離子弱堿型常見陰離子的親和力順序為：

F-＜C1-＜Br-＜I-＜CH3COO-＜Mo052-＜P043-＜AsO43-＜NO3-＜酒石酸根離子<CrO42-＜SO42-＜OH-6.交換勢

交換勢大，交換離子越容易取代樹脂上的可交換離子，也就表明交換離子與樹脂之間的親和力越大。表

幾種離子交換樹脂的規(guī)格和性能牌

號001╳7110201╳7D301產(chǎn)品名稱強酸性苯乙烯系

陽離子交換樹脂弱酸性丙烯酸系

陽離子交換樹脂強堿性苯乙烯系

陰離子交換樹脂大孔弱堿性苯乙烯

系陰離子交換樹脂功能基-SO3--COOH-N+(CH3)3-N(CH3)2交換

容量mol/g（干）≥4.2,Na≥12,H≥3.0,Cl≥4.0mol/ml（濕）≥2.0,Na≥4,H≥1.2,Cl≥1.4外

觀棕黃色至棕褐

色球狀顆粒近乎白色半透

明球狀顆粒淡黃色至全黃

色球狀顆粒微黃色不透明

球狀顆粒粒度(%)

(0.3~1.2mm)≥95≥95≥95≥95含水量(%)34~4150~6040~5050~60濕真比重(200C)1.30~1.351.10~1.151.06~1.111.05~1.12濕視密度(g/ml)0.84~0.880.70~0.800.65~0.750.70~0.75耐磨率(%)≥98

≥95

型變膨脹率(%)

H→Na70Cl→OH,22鹽→堿→8最高使用溫度

（0C）H型100

Na型120100OH型40

Cl型100鹽型40

堿型100PH值使用范圍1~145~141~121~9出廠型式Na+H+Cl堿型離子交換樹脂的選擇、保存、使用和鑒別樹脂選擇選擇樹脂時應綜合考慮原水水質(zhì)、處理要求、交換工藝以及投資和運行費用等因素。樹脂保存樹脂宜在0～40℃下存放，通常強性樹脂以鹽型保存，弱酸樹脂以氫型保存，弱堿樹脂以游離胺型保存。樹脂使用樹脂在使用前應進行適當?shù)念A處理，以除去雜質(zhì)。最好分別用水、5％HCl、2％～4％NaOH反復浸泡清洗兩次，每次4～8h。表未知樹脂的鑒別操作①取未知樹脂樣品2mL，置于30mL試管中操作②加1NHCl15mL，搖1--2min，重復2--3次操作③水洗2～3次操作④加1O％CuSO4(其中含1％H2SO4)5mL，搖1min，放5min檢查淺綠色不變色操作⑤加5N氨液2mL，搖1min，水洗加1NNaOH15mL搖1min，水洗，加酚酞，水洗檢查深藍顏色不變紅色不變色結(jié)果強酸性陽樹脂弱酸性陽樹脂強堿性陰樹脂弱堿性陰樹脂離子交換的操作方式

操作方式有靜態(tài)(間歇式)與動態(tài)交換兩種，在動態(tài)交換中又有周期式，連續(xù)式交換操作方式。靜態(tài)交換交換液與樹脂一同放入容器內(nèi)，攪拌或鼓入空氣，充分接觸，交換達到平衡時，過濾將液固分離。為了提高交換效果，需進行多次靜態(tài)交換，又稱間歇式交換。費時，效率低，實用價值小。10.3離子交換工藝一、固定床離子交換器樹脂裝在柱中，交換液流經(jīng)樹脂層并發(fā)生交換。特點：交換液在流動過程中不斷與新樹脂接觸和交換(常用方法)；固定床交換操作是由交換與再生交替進行的。柱式離子交換罐剖視圖流化床逆流操作過程再生劑溶液47

1.離子交換工藝過程

樹脂

反洗廢水

反洗水

反洗

樹脂

再生液

再生廢液

再生

樹脂

產(chǎn)品水

正洗廢液

正洗

樹脂

進水產(chǎn)品水

交換

固定床操作的工作過程：交換及穿透曲線：將交換液均勻不斷地自上而下流經(jīng)柱中床層，當達到穿透點即停止交換；下面以樹脂(RA)交換水中B為例來討論

(一)廢水中只有一種離子B（見圖a-d）頂層樹脂首先與B交換，達到平衡時，這層樹脂被B飽和失效；交換區(qū)內(nèi)，上層樹脂接觸的B濃度大，其交換量大于下層樹脂；流出交換區(qū)的水流不含B，交換區(qū)以下樹脂層未發(fā)揮作用；隨著交換不斷進行，失效區(qū)逐漸擴大，交換區(qū)向下移，未用區(qū)逐漸縮小，直到出水中開始有B，此時稱為樹脂穿透。交換區(qū)濃度分布曲線；樹脂交換區(qū)的厚度取決于所用的樹脂、離子種類和濃度以及工作條件。

從交換開始到穿透為止，樹脂所達到的交換容量就是工作容量，為全交換容量的60%~70%;在床層穿透以前，樹脂分屬于飽和區(qū)、交換區(qū)和未用區(qū)，真正工作的只有交換區(qū)穿透曲線（如圖）

(二)廢水中有幾種離子如用RH處理含Ca、Mg、Na離子的天然原水按照選擇順序Ca2+>Mg2+>Na+

，樹脂依次交換Ca2+，Mg2+，Na+

；某一時刻樹脂層液相中三種離子的濃度分布曲線如圖(e)；交換出水濃度隨時間變化的曲線如圖(f)；隨著進水量增加，穿透離子的順序依次為Na+，Mg2+，Ca2+。進水初期，進水中所用陽離子均交換出H+，生成相當量的無機酸，出水酸度保持定值；運行至a點時，Na+首先穿透，且迅速增加，同時酸度降低；當出水堿度也增加到與進水堿度相等時，H離子交換結(jié)束，交換器開始進行Na+交換；穩(wěn)定運行至b點之后，硬度離子開始穿透，出水Na+含量開始下降；最后出水硬度接近進水硬度，出水Na+接近進水Na+，樹脂層全部飽和。②反洗：再生前的反洗液通常用原液(或用洗滌水)，將反洗液由底部向上沖洗，清除固體顆粒，排除氣泡以及疏松樹脂層使之膨脹50%~70%。為了提高反洗效率，有時鼓入空氣進行攪動。③再生：將再生劑通過樹脂層，樹脂與再生劑發(fā)生再生反應，使交換能力耗竭的樹脂重新轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合應用的型式(恢復原狀)，也稱為洗脫。再生反應是交換反應的逆過程，交換反應的平衡常數(shù)大，完全再生不經(jīng)濟；再生劑用量，應考慮樹脂的類型，用途，再生劑效率及經(jīng)濟價值等因素。逆流再生效果比順流再生要好。④正洗：以純水自上而下流過樹脂層，除盡樹脂顆粒之間及表面存在的再生劑，并將排出的再生液回收。⑤洗凈：正洗后繼續(xù)用純水流經(jīng)樹脂層，以徹底除凈再生劑。(二)影響再生的因素

再生劑再生劑的種類

H型陽樹脂：再生劑HCl或H2SO4，HCl優(yōu)于H2SO4。

OH型陰樹脂：再生劑Na2CO3或NaOH。

再生劑的濃度

HCl5～10%NaOH10～12%、4～8%再生劑用量1.2～3.0倍樹脂體積。

再生方式

順流再生

優(yōu)點：工藝簡單；操作方便、可靠。

缺點：有重復交換現(xiàn)象，再生劑用量高；工作交換容量低。

再生方式

逆順流再生

優(yōu)點：

避免重復交換；再生劑用量少。樹脂底層再生干凈，工作交換容量較高。

缺點：

設備較復雜。要求控制技術(shù)高。

運行過程（1）交換：控制要素為水流速度及樹脂屋高度（2）反洗：膨脹率40%~60%，流速15m/h，時間15mm。（3）鹽酸4~6%；鹽5~10%；硫酸小于2%。（4）清洗：水量為樹脂體積的4~13倍。2.離子交換設備結(jié)構(gòu)

工業(yè)離于交換設備主要有固定床、移動床和流動床，目前使用最廣泛的是固定床。固定床離于交換器包括筒體、進水裝置、排水裝置，再生液分布裝置及體外有關管道和閥門，如圖所示。

1.筒體：支撐作用

2.進水裝置：分配進水和收集反洗用水

3.底部排水裝置：收集出水和分配反洗水3.離子交換柱的組合方式

（a）單床離子交換器:使用一種樹脂的單床結(jié)構(gòu)；（b）多床離子交換器:使用一種樹脂，由兩個以上交換器組成離子交換系統(tǒng)；（c）復床離子交換器:使用兩種樹脂的兩個交換器的串聯(lián)系統(tǒng)；（d）混合床離子交換器:同一交換器內(nèi)填裝陰、陽兩種樹脂；（e）聯(lián)合床離子交換器:將復床與混合床聯(lián)合使用。61

離子交換柱組合方式

62

復合床離子交換器63

混合床離子交換柱二連續(xù)式交換法連續(xù)式交換法的特點是交換、再生、清洗等操作在裝置的不同部位同時進行，飽和的樹脂連續(xù)進入再生柱，新生的樹脂同時又連續(xù)進入交換柱。該法進行交換所需樹脂量比柱式少，樹脂利用率高，連續(xù)運行，效率高。但設備較復雜，樹脂磨損大。三塔式移動床系統(tǒng)由交換塔、再生塔和清洗塔組成。65

三塔移動床示意圖

66

三塔移動床離子交換器一、離子交換設計

(一)根據(jù)廢水水質(zhì)和處理要求，選擇離子交換劑。

(二)選擇合適的再生劑，估算其用量。

(三)根據(jù)去除對象確定工藝流程及工藝參數(shù)。

1、工藝流程的確定

2、主要工藝參數(shù)

交換速度15～35m/h；反沖速度15m/h

再生劑流速10～15m/h

再生效率＞80%10.4離子交換的應用

(四)離子交換柱尺寸確定

1、離子交換柱高度HH=H1+H2+H3H1—樹脂層高度；

H2—樹脂層以上高度，膨脹率40～80%；

H3—底部配水區(qū)高度(0.4m)2、交換柱內(nèi)徑D

式中：Q—處理水量；

(D≤3m)n—并聯(lián)臺數(shù)；

u—交換速度。

(一)處理廢水注意的問題：

預處理懸浮物或油類濃度大于5~10mg/L時，采用過濾或吸附法。有機污染和重金屬污染采用大孔樹脂；再生時適當加入氧化劑；選用高濃度再生劑。

pH值不同性質(zhì)樹脂的使用；廢水中污染物的存在狀態(tài)。水溫提高離子內(nèi)擴散和薄膜擴散速度；過高可引起樹脂降解。二、處理工業(yè)廢水(二)離子交換處理電鍍含鉻廢水

1、廢水的來源及水質(zhì)特征

鍍件酸洗清洗鍍槽清洗成品

廢酸液酸性水廢鍍液含鉻廢水

廢電鍍液：產(chǎn)生量少，濃度高。

含鉻廢水：產(chǎn)生量多，濃度低，水質(zhì)情況為：Cr6+濃度為20~150mg/L，存在形式Cr2O72-和CrO42-；金屬離子Cr3+、Fe3+等；陰離子有SO42-

、Cl-等；pH4~6。

2、工藝流程及原理

廢水過濾排放陽柱陰柱去除懸浮物、油類nRH＋(Cr3+、Fe3+···)=Rn(Cr、Fe···)＋nH+①改善水質(zhì);②調(diào)節(jié)廢水pH，使Cr6+以Cr2O72-形式存在。nROH＋(Cr2O72-、CrO42-、SO42-

、Cl-··)=Rn

(Cr2O7、CrO4