1、第二节 吸附吸附现象吸附现象 A A 冰箱除异味冰箱除异味B B 变色硅胶变色硅胶一、吸附概述一、吸附概述1 吸附法功能与特点u功能 去除水中溶解态微量污染物。l 有机物 l 胶体粒子l 重金属离子l 放射性元素l 其他（微生物、余氯、臭味、色度） 一、吸附概述一、吸附概述1 吸附法功能与特点特点l 深度处理l 可回收有用物料l 进水预处理要求高l 运转费用贵一、吸附概述一、吸附概述一、吸附概述一、吸附概述吸吸附附物理吸附物理吸附化学吸附化学吸附吸附剂与吸附物质之间是通过吸附剂与吸附物质之间是通过分子间引力分子间引力(即范徳华力即范徳华力)而产而产生的吸附生的吸附吸附剂与被吸附物质之间产吸附剂
2、与被吸附物质之间产生化学作用，生成化学键引生化学作用，生成化学键引起吸附起吸附2.1 吸附机理及分类 物理吸附物理吸附 l 分子间力(范德华力)引起l 没有选择性l 放热较小，约42kJmol或更少l 多分子层吸附l 吸附剂的比表面积和细孔分布影响大一、吸附概述一、吸附概述2.1 吸附机理及分类 化学吸附化学吸附l 化学反应，形成牢固的化学键l 放热量较大，约84420kJmoll 有选择性l 单分子层吸附l 表面化学性质和化学性质影响大一、吸附概述一、吸附概述二、吸附平衡与吸附等温式二、吸附平衡与吸附等温式 吸附过程中，固、液两相经过成分接触后，最后吸附过程中，固、液两相经过成分接触后，最后
3、将达到吸附与脱附的动态平衡。达到平衡时，单将达到吸附与脱附的动态平衡。达到平衡时，单位吸附剂所吸附的物质的数量称为平衡吸附量，位吸附剂所吸附的物质的数量称为平衡吸附量，常用常用q qe e(mg/g)(mg/g)表示。表示。 平衡吸附量计算公式平衡吸附量计算公式： 式中：式中： V溶液体积，溶液体积，L； c0、ce分别为溶质的初始和平衡浓度，分别为溶质的初始和平衡浓度，mg/L； x 吸附剂吸附的溶质总量，吸附剂吸附的溶质总量，mg m投加吸附剂总量，投加吸附剂总量，g。mccVmxqee)(0二、吸附平衡与吸附等温式二、吸附平衡与吸附等温式 一般认为，一般认为，1/n值介于值介于0.10.
4、5，则易于吸附，则易于吸附，1/n2时难以吸附。时难以吸附。利用利用K和和1/n两个常数，可以比较两个常数，可以比较 不同吸附剂的特性。不同吸附剂的特性。适用于中等浓度的适用于中等浓度的溶液溶液二、吸附平衡与吸附等温式二、吸附平衡与吸附等温式2.2 吸附平衡与吸附等温式2 2、Langmuir Langmuir 吸附等温式吸附等温式 理论假设：理论假设：l 吸附剂表面均一吸附剂表面均一l 吸附是单分子层的吸附是单分子层的 二、吸附平衡与吸附等温式二、吸附平衡与吸附等温式2. Langmuir吸附等温式：吸附等温式：其中： Ce 被吸附物质的平衡浓度， mg/L; qe 单位吸附剂所吸附的物质的
5、量，即平衡 吸附量，mg/g; Q0吸附剂的最大吸附量, mg/g; b Langmuir 常数, L/mg。001QCbQqCeee二、吸附平衡与吸附等温式二、吸附平衡与吸附等温式2.2 吸附平衡与吸附等温式3. B.E.T 吸附等温式吸附等温式 假定发生多分子层吸附。在原先假定发生多分子层吸附。在原先被吸附的分子上面仍可吸附另外被吸附的分子上面仍可吸附另外的分子，而且不一定等第一层吸的分子，而且不一定等第一层吸满后再吸附第二层。第一层吸附满后再吸附第二层。第一层吸附是靠吸附剂与吸附质间的分子引是靠吸附剂与吸附质间的分子引力，而第二层以后是靠吸附质分力，而第二层以后是靠吸附质分子间的引力。总
6、吸附量等于各层子间的引力。总吸附量等于各层吸附量之和。吸附量之和。2.2 吸附平衡与吸附等温式3. B.E.T 吸附等温式吸附等温式 式中式中 a ，B常数；常数； Cs 吸附质饱和浓度，吸附质饱和浓度，mg/L Ce 平衡浓度，平衡浓度，mg/L。1)(Ce/Cs)-(B1Ce)-(CsBaCqee三、影响吸附的因素三、影响吸附的因素衡量衡量指标指标吸附能力吸附能力吸附速度吸附速度固体吸附剂用吸附量衡量固体吸附剂用吸附量衡量单位质量吸附剂在单位单位质量吸附剂在单位时间内所吸附的物质量时间内所吸附的物质量吸附吸附阶段阶段颗粒外部颗粒外部扩散阶段扩散阶段孔隙扩散孔隙扩散阶段阶段吸附反应吸附反应阶
7、段阶段吸附质从溶液中扩散到吸附吸附质从溶液中扩散到吸附剂表面剂表面吸附质在吸附剂孔隙中继续吸附质在吸附剂孔隙中继续向吸附点扩散向吸附点扩散吸附质被吸附在吸附剂孔隙吸附质被吸附在吸附剂孔隙内的吸附点表面内的吸附点表面吸附速度主要取决于外部扩散速度和孔隙扩散速度。吸附速度主要取决于外部扩散速度和孔隙扩散速度。外部扩外部扩散速度散速度与溶液浓度成正比与溶液浓度成正比与吸附剂的比表面积的大小成正与吸附剂的比表面积的大小成正比比吸附剂颗粒直径越小，速度越快吸附剂颗粒直径越小，速度越快增加溶液与颗粒间的相对运动速度，增加溶液与颗粒间的相对运动速度，可提高速度可提高速度孔隙扩孔隙扩散速度散速度吸附剂颗粒越小
8、，速度越快吸附剂颗粒越小，速度越快三、影响吸附的因素三、影响吸附的因素 吸附剂的物理化学性质和吸附质的物理化学性吸附剂的物理化学性质和吸附质的物理化学性质对吸附有很大影响。质对吸附有很大影响。 极性分子极性分子(或离子或离子)型的吸附剂容易吸附极性分子型的吸附剂容易吸附极性分子(或离子或离子)型的吸附质。型的吸附质。 非极性分子型的吸附剂容易吸附非极性的吸附质。非极性分子型的吸附剂容易吸附非极性的吸附质。三、影响吸附的因素三、影响吸附的因素四、吸附剂四、吸附剂 吸附剂是决定高效能的吸附处理过程的关键因素，吸附剂是决定高效能的吸附处理过程的关键因素，广义而言，一切固体都具有吸附能力，但是只有广义
9、而言，一切固体都具有吸附能力，但是只有多孔物质或磨得极细的物质，由于其具有很大的多孔物质或磨得极细的物质，由于其具有很大的表面积，才能作为吸剂。表面积，才能作为吸剂。 1.1.工业吸附剂必须满足的要求工业吸附剂必须满足的要求 (1)(1)吸附能力强；吸附能力强；(2)(2)吸附选择性好；吸附选择性好；(3)(3)吸附平衡浓度低；吸附平衡浓度低；(4)(4)容易再生和再利用；容易再生和再利用；(5)(5)机械强度好；机械强度好；(6)(6)化学性质稳定；化学性质稳定；(7)(7)来源广；来源广；(8)(8)价廉价廉 。四、吸附剂四、吸附剂四、吸附剂四、吸附剂1. 活性炭活性炭 活性炭的再生活性炭
10、的再生 再生是在吸附剂本身的结构基本不发生变化的情再生是在吸附剂本身的结构基本不发生变化的情况下，用某种方法将吸附质从吸附剂微孔中除去况下，用某种方法将吸附质从吸附剂微孔中除去,恢复恢复它的吸附能力。它的吸附能力。再再生生方方法法加热再生法加热再生法在高温条件下，提高了吸附质分在高温条件下，提高了吸附质分子的能量，使其易于从活性炭的子的能量，使其易于从活性炭的活性点脱离；而吸附的有机物则活性点脱离；而吸附的有机物则在高温下氧化和分解，成为气态在高温下氧化和分解，成为气态逸出或断裂成低分子逸出或断裂成低分子化学再生法化学再生法通过化学反应，使吸附质转化为通过化学反应，使吸附质转化为易溶于水的物质
11、而解吸下来易溶于水的物质而解吸下来活性炭再生方法比较活性炭再生方法比较 用加热再生法处理活性炭时，炭的损失率高，而且再生成本也较高，而药剂再生法处理成本高并易造成二次污染，因此化学再生法(如臭氧再生法)、生物再生法和湿式氧化再生法是今后活性炭再生方法的发展方向。四、吸附剂四、吸附剂四、吸附剂四、吸附剂四、吸附剂四、吸附剂四、吸附剂四、吸附剂五、五、 吸附工艺和设备吸附工艺和设备操作方式连续式连续式间歇式将废水和吸附剂放在吸附池内进行搅拌30min左右，然后静置沉淀，排除澄清液固定床固定床移动床移动床流化床流化床吸附剂固定填放在吸附柱(或塔)中在操作过程中定期地将接近饱和的一部分吸附剂从吸附柱中
12、排出，并同时将等量的新鲜吸附剂加入柱中吸附剂在吸附柱内处于膨胀状态，悬浮于由下而上的水流中吸附的应用吸附的应用降流式固定吸附塔构造示意图(a)(b)(c)固定床吸附操作示意图单床式单床式多床串联式多床串联式多床并联式多床并联式活性炭吸附工艺和设备活性炭吸附工艺和设备六、吸附法在污水处理中的应用六、吸附法在污水处理中的应用1. 吸附法除汞吸附法除汞 活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附活性炭有吸附汞和汞化合物的性能，但因其吸附能力有限，只适宜于处理含汞量低的废水。能力有限，只适宜于处理含汞量低的废水。吸附法除汞流程吸附法除汞流程概述概述一、离子交换法一、离子交换法 离子交换剂上的离子和水中
13、的离子进行交换的一离子交换剂上的离子和水中的离子进行交换的一种特殊吸附现象。种特殊吸附现象。 与其它吸附过程相比：与其它吸附过程相比： 主要吸附水中离子态物质；主要吸附水中离子态物质； 交换剂上的离子和水中离子进行交换剂上的离子和水中离子进行“等当量等当量”的交的交换。换。概述概述二、发展二、发展18051805年英国科学家发现了土壤中年英国科学家发现了土壤中CaCa2+2+和和NHNH4 4+ +的交换的交换现象；现象；18761876年年Lemberg Lemberg 揭示了离子交换的可逆性和化学揭示了离子交换的可逆性和化学计量关系；计量关系；19351935年人工合成了离子交换树脂；年人
14、工合成了离子交换树脂；19401940年应用于工业生产；年应用于工业生产；19511951年我国开始合成树脂。年我国开始合成树脂。概述概述 (一一) 给水处理给水处理 硬水软化、脱盐。硬水软化、脱盐。 纯水、高纯水的制备。纯水、高纯水的制备。 (二二) 废水处理废水处理 废水中金属离子废水中金属离子：Zn2+、Cu2+、Cr6+ 、Cr3+ (三三) 工业生产工业生产 产品的提纯产品的提纯 三、应用三、应用概述概述 1 去除率高，净化效果好；去除率高，净化效果好； 2 可做到污染物的回收利用；可做到污染物的回收利用； 3 对废水的预处理要求较高；对废水的预处理要求较高； 4 树脂再生液需要进一
15、步处置树脂再生液需要进一步处置。四、特点四、特点离子交换树脂离子交换树脂 固体球形颗粒，多孔网状固体球形颗粒，多孔网状结构；不溶于水；具有离子交换结构；不溶于水；具有离子交换特性的有机高分子聚电解质。特性的有机高分子聚电解质。 (一) 组成 离子交离子交换树脂换树脂母体母体(骨架骨架)活性基团活性基团固固 定定 离离 子子可交换离子可交换离子苯乙烯苯乙烯( (单体单体) )+ +二乙烯苯二乙烯苯( (交联剂交联剂) )母体母体共聚共聚H2SO4功功能能基基反反应应R SO3 H固定离子固定离子 可交换离子可交换离子母体母体离子交换树脂离子交换树脂 (二) 树脂分类按选择性按活动离子离子交离子交
16、换树脂换树脂H型型OH型型Na型型离子交离子交换树脂换树脂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弱碱性阴离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂 RNH3OH强碱性阴离子交换树脂强碱性阴离子交换树脂 R NOH弱酸性阳离子交换树脂弱酸性阳离子交换树脂 RCOOH强酸性阳离子交换树脂强酸性阳离子交换树脂 RSO3HCl型型离子交换树脂离子交换树脂 (二) 树脂分类按结构离子交离子交换树脂换树脂凝胶型凝胶型等孔型等孔型孔大、均匀，抗有机污染能力强。孔大、均匀，抗有机污染能力强。孔大，溶胀度小，交换速度高，抗污染能力强。孔大，溶胀度小，交换速度高，抗污染能力强。孔隙小、少，溶胀度较大，水溶
17、胀后呈凝胶状。孔隙小、少，溶胀度较大，水溶胀后呈凝胶状。大孔型大孔型离子交换树脂离子交换树脂 (二) 树脂分类按交联度离子交离子交换树脂换树脂低交联度低交联度高交联度高交联度12%-20%7%-8%2%-4%一般交联度一般交联度u交联度越高，孔隙度越低，密度越大，对半径较大的离子交联度越高，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。和水合离子扩散速度越低，交换量越小。u在水中浸泡，形变小，较稳定。在水中浸泡，形变小，较稳定。树脂的特性树脂的特性离子交换树脂离子交换树脂 (一) 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
18、黄、赤褐色。颜色：白、浅黄、赤褐色。 (二) 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%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。 (三) 溶胀性 吸水后体积增大的现象。溶胀程度用溶胀率表示：吸水后体积增大的现象。溶胀程度用溶胀率表示：u溶胀的原因溶胀的原因 水扩散到树脂交联网孔发生溶胀；水扩散到树脂交联网孔发生溶胀； 活性基团离解形成水合离子。活性基团离解形成水合离子。u 影响因素影响因素 树脂交联度：交联度越大，溶胀率越低。树脂交联度：交联度越大，溶胀率越低。 活性基团：离解程度越大，溶胀率越大
19、；活性基团：离解程度越大，溶胀率越大； 可交换离子：水合半径越大，溶胀率越高。可交换离子：水合半径越大，溶胀率越高。%100前前后溶胀率VVV离子交换树脂离子交换树脂离子交换树脂离子交换树脂 (四) 交换容量 单位体积湿树脂单位体积湿树脂(容量表示法容量表示法)或单位重量干树脂或单位重量干树脂(重量表示重量表示法法)可发生交换的活性基团数量。可发生交换的活性基团数量。 容量表示法容量表示法 EV ：mmol/ml、mol/l。 重量表示法重量表示法 EW ：mmol/g、mol/kg。 EV = EW 湿比重湿比重(1-含水率含水率) 全交换容量：全交换容量： 单位体积或重量树脂中含可交换基团
20、的总数。单位体积或重量树脂中含可交换基团的总数。 平衡交换容量：在一定的外界溶液条件下，交换反应达到平衡交换容量：在一定的外界溶液条件下，交换反应达到平衡状态时，交换树脂所能交换的离子数量。平衡状态时，交换树脂所能交换的离子数量。工作交换容量：在动态工作条件下，当出水水质达到交换工作交换容量：在动态工作条件下，当出水水质达到交换终点时，树脂层达到的平均交换容量。终点时，树脂层达到的平均交换容量。 实质：不溶性离子化合物(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：离子交换是可逆反应，其反应式可表达
21、为：HRMMRH交换交换树脂树脂交换交换离子离子饱和饱和树脂树脂 在平衡状态下，树脂中及溶液中的反应物浓度符在平衡状态下，树脂中及溶液中的反应物浓度符合下列关系式：合下列关系式：KRHMRMH 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。离子交换原理离子交换原理树脂的网络骨架树脂的网络骨架 离子交换的过程：离子交换的过程： R-SO3H + Na+ R-SO3Na + H + R-N(CH3)3Cl + OH- R-N(CH3)3OH + Cl- 影响离子交换的选择性影响离子交换的选择性 离子在离子交换树脂上的交换能力与离子的离子在离子交换树脂上的交换能力与离子的水合离子
22、半径、电荷水合离子半径、电荷及离子的极化程度及离子的极化程度有关。有关。水合离子半径水合离子半径，电荷，电荷，离子的极化程度，离子的极化程度 ，亲和力，亲和力。 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，越优先交换。离子价数越高，与固定离子的静电引力越大，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，与固定离子的静电引力越大（同价离子原子序数越大，与固定离子的静电引力越大（Ca, Ca, MgMg）；）；稀土元素相反。稀土元素相反。 离子交换原理离子交换原理
23、影响离子交换的选择性影响离子交换的选择性 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，水合离子的半径接近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，离子半径增大，离子表面离子半径，原子序数越大，离子半径增大，离子表面电荷密度相对减小，与固定离子的静电引力越小。电荷密度相对减小，与固定离子的静电引力越小。离子交换原理离子交换原理阳离子交换树脂阳离子交换树脂1）强酸性阳离子交换树脂：）强酸性阳离子交换树脂： Li+ H+ Na+ NH4+ K+ Rb+ Cs+ Ag+ Mg2+ Ca2+ Zn2+Co2+Cu2+Cd2+Ni2+Sr2+Pb2+Ba2+A
24、l3+ Fe3+ 2）弱酸性阳离子交换树脂，）弱酸性阳离子交换树脂，H的亲合力大于阳离子，的亲合力大于阳离子，阳离子亲合力与强酸性阳离子交换树脂类似。阳离子亲合力与强酸性阳离子交换树脂类似。离子交换原理离子交换原理阴离子交换树脂阴离子交换树脂1）强碱型阴离子交换树脂）强碱型阴离子交换树脂F-OH-CH3COO-HCOO-Cl-NO2-CN-Br-C2O42-NO3- HSO4-I-CrO42-SO42- Cr2O72- 2）弱碱型阴离子交换树脂）弱碱型阴离子交换树脂F-Cl-BrI-CH3COO-MoO42-PO43-AsO43-NO3-酒石酸根酒石酸根CrO42- SO42- Cr2O72-
25、 OH-离子交换原理离子交换原理 3 树脂的结构和性质树脂的结构和性质 树脂的交联度：交联度越高，选择性增加树脂的交联度：交联度越高，选择性增加 强酸强酸(碱碱)、弱酸碱树脂的交换、弱酸碱树脂的交换 4 溶液的温度和溶液的温度和pH 温度升高，温度升高，K值增大，离子和固定基团交换势增大。值增大，离子和固定基团交换势增大。 pH值：值： 影响某些离子的存在状态，影响某些离子的存在状态， Cr2O72-+OH-= 2CrO42-+H+ 影响弱酸、碱树脂固定基团的电离。影响弱酸、碱树脂固定基团的电离。离子交换原理离子交换原理离子交换树脂的选择、保存、使用离子交换树脂的选择、保存、使用 树脂选择 树
26、脂保存 树脂使用（1）树脂选择 离子交换法主要用于除去水中可溶性盐类。选择树脂时应综合考虑原水水质、处理要求、交换工艺以及投资和运行费用等因素。当分离无机阳离子或有机碱性物质时，宜选用阳树脂；分离无机阴离子或有机酸时，宜采用阴树脂。对氨基酸等两性物质的分离，既可用阳树脂，也可用阴树脂。（1）树脂选择 对某些贵金属和有毒金属离子（如 Hg2）可选择螯合树脂交换回收。对有机物（如酚），宜用低交联度的大孔树脂处理。绝大多数脱盐系统都采用强型树脂。（2）树脂保存 树脂宜040下存放，当环境温度低于0，或发现树脂脱水后，应向包装袋内加入饱和食盐水浸泡。对长时期停运而闲置在交换器中的树脂应定期换水。 通常
27、强型树脂以盐型保存，弱酸树脂以氢型保存。弱碱树脂以游离胺型保存，性能最稳定。（3）树脂使用 树脂在使用前应进行适当的预处理，以去除杂质。最好分别用水、5HCl、24NaOH反复浸泡清洗两次，每次48h。离子交换工艺及设备离子交换工艺及设备二、动态交换二、动态交换 (一一) 装置类型装置类型 固定床系统固定床系统 单床、复床单床、复床 、混合床、混合床 移动床和流动床移动床和流动床一、离子交换操作方式一、离子交换操作方式 静态交换静态交换 动态交换动态交换第四节第四节 离子交换工艺及设备离子交换工艺及设备 (二) 工艺流程及操作过程 工艺流程工艺流程 运行过程运行过程废水预处理交换离子交换离子排
28、放去除影响交换的杂质去除影响交换的杂质:悬浮物、油类、胶悬浮物、油类、胶 体体吸附、过滤吸附、过滤去除阳离子、阴离子去除阳离子、阴离子反洗再生再生交换正洗正洗1. 交换交换 开启进水阀开启进水阀1和出水阀和出水阀2，其余阀门关闭。，其余阀门关闭。2. 反洗反洗 目的在于松动树脂层，以便下一步再目的在于松动树脂层，以便下一步再生时，注入的再生液能分布均匀，同时也生时，注入的再生液能分布均匀，同时也及时地清除积存在树脂层内的杂质、碎粒及时地清除积存在树脂层内的杂质、碎粒和气泡。和气泡。 先关闭阀门先关闭阀门1和和2，打开反洗阀，打开反洗阀3，然后，然后再逐渐开大排水阀再逐渐开大排水阀4进行反洗。进
29、行反洗。3. 再生再生 先关闭阀门先关闭阀门3和和4，打开排气阀，打开排气阀7及排及排水阀水阀5，将水放到离树脂层表面，将水放到离树脂层表面10cm左左右，再关闭阀门右，再关闭阀门5，开启进再生液阀门，开启进再生液阀门8，排出交换器内空气后，即关闭阀门排出交换器内空气后，即关闭阀门7，再，再适当开启阀门适当开启阀门5，进行再生。，进行再生。4. 清洗清洗 先关闭阀门先关闭阀门8，然后开启阀门，然后开启阀门1及及5。 固定床离子交换器的设计计算，根据物料平衡原理，可得如下基本固定床离子交换器的设计计算，根据物料平衡原理，可得如下基本公式：公式：TccqAhEOV)(A离子交换器截面积，m2；h树
30、脂层高度，m；E交换树脂的工作交换容量，mmol/L;qv废水平均流量，m3/h;c0进水浓度，mmol/L;c出水浓度，nmol/L；T交换周期，h。离子交换工艺及设备离子交换工艺及设备树脂层离子交换规律树脂层离子交换规律分层失效原理分层失效原理 (一) 废水中只有一种离子B+AB0tC0ABaCeC保 护 层交 换 带进 水 （ C0）出 水离子交换工艺及设备离子交换工艺及设备 (二) 废水中有几种离子B1+、 B2+、 B3+ 且交换能力且交换能力 B1+ B2+ B3+ 离子交换可对废水中不同离子进行分离。离子交换可对废水中不同离子进行分离。进水(B1、B2、B3)出水B2AB1B2B
31、3B3离子交换工艺及设备离子交换工艺及设备树脂的再生树脂的再生 (一一) 再生的目的再生的目的 恢复树脂的交换能力恢复树脂的交换能力 回收有用物质回收有用物质 (二二) 再生原理再生原理RA+B=RB+A如果显著增加如果显著增加A A离子浓度，在浓差作用下，大量离子浓度，在浓差作用下，大量A A离子向树脂内扩散，而树脂内的离子向树脂内扩散，而树脂内的B B则向溶液扩散。则向溶液扩散。反应向左进行，从而达到树脂再生的目的。反应向左进行，从而达到树脂再生的目的。离子交换工艺及设备离子交换工艺及设备 (二二) 影响再生的因素影响再生的因素 再生剂再生剂u再生剂的种类再生剂的种类 H型阳树脂：再生剂型
32、阳树脂：再生剂HCl 或或H2SO4，HCl 优于优于H2SO4。 OH型阴树脂：再生剂型阴树脂：再生剂Na2CO3或或NaOH。u 再生剂的浓度再生剂的浓度 HCl 510% NaOH 1012%、48%u再生剂用量再生剂用量 1.23.0倍树脂体积。倍树脂体积。离子交换工艺及设备离子交换工艺及设备 再生方式再生方式u 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，再生有重复交换现象，再生剂用量高；剂用量高； 工作交换容量低。工作交换容量低。顺流再生AB再生液再生剂（A）AB进水出水 再生方式再生方式u 逆流再生逆流再生
33、 优点：优点： 避免重复交换；再生剂用量少。避免重复交换；再生剂用量少。 树脂底层再生干净，工作树脂底层再生干净，工作 交换容量较高。交换容量较高。 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。 BA逆流再生再生液再生剂（A）第四节第四节 离子交换工艺及设备离子交换工艺及设备离子交换设计离子交换设计 (一一) 根据废水水质和处理根据废水水质和处理 要求，选择离子交换剂。要求，选择离子交换剂。 (二二) 选择合适的再生剂，估算其用量。选择合适的再生剂，估算其用量。 (三三) 根据去除对象确定工艺流程及工艺参数。根据去除对象确定工艺流程及工艺参数。 1 工艺流程的确定工
34、艺流程的确定 2 主要工艺参数主要工艺参数 交换速度交换速度 1535m/h； 反冲速度反冲速度 15m/h 再生剂流速再生剂流速 1015m/h 再生效率再生效率 80%第四节第四节 离子交换工艺及设备离子交换工艺及设备 (四四) 离子交换柱尺寸确定离子交换柱尺寸确定 1 离子交换柱高度离子交换柱高度H H = H1+H2+H3 H1树脂层高度；树脂层高度； H2树脂层以上高度，膨胀率树脂层以上高度，膨胀率4080%； H3 底部配水区高度底部配水区高度(0.4m) 2 交换柱内径交换柱内径D 式中：式中：Q处理水量；处理水量； (D3m) n并联台数；并联台数； u 交换速度。交换速度。u
35、nQD4第四节第四节 离子交换工艺及设备离子交换工艺及设备第五节第五节 应用应用二二 水的软化和除盐水的软化和除盐 (一一) 水质软化水质软化 1 Na离子交换软化系统离子交换软化系统 2 RNa+Ca (HCO3)2=R2Ca+ 2NaHCO3 2RNa+CaSO4= R2Ca + Na2SO4 2 RNa+MgCl2 = R2Mg + 2NaCl2第五节第五节 应用应用 2 强酸性强酸性H离子交换脱碱软化系统离子交换脱碱软化系统 2 RH+Ca (HCO3)2= R2Ca+ 2CO2+2H2O 2 RH+CaCl2 = R2Ca + 2HCl 2 RH+NaCl = RNa + 2HCl
36、生成的生成的CO2用用CO2去除装置去除装置去除，去除，HCl加碱中和。加碱中和。第五节第五节 应用应用 (二二) 水的除盐水的除盐 工艺流程：工艺流程： 强酸强酸RH+脱除脱除CO2+强碱强碱ROH第五节第五节 应用应用三三 离子交换处理工业废水离子交换处理工业废水 (一一) 处理废水注意的问题处理废水注意的问题u 预处理预处理 悬浮物或油类浓度大于悬浮物或油类浓度大于510mg/L时，时，采用过滤或吸附法。采用过滤或吸附法。u 有机污染和重金属污染有机污染和重金属污染 采用大孔树脂；再生时采用大孔树脂；再生时适当加入氧化剂；选用高浓度再生剂。适当加入氧化剂；选用高浓度再生剂。u pH值值
37、不同性质树脂使用；废水中污染物的存在不同性质树脂使用；废水中污染物的存在状态。状态。u 水温水温 提高离子内扩散和薄膜扩散速度；过高可提高离子内扩散和薄膜扩散速度；过高可引起树脂降解。引起树脂降解。 第五节第五节 应用应用 (二二) 离子交换处理电镀含铬废水离子交换处理电镀含铬废水 1 废水的来源及水质特征废水的来源及水质特征 镀件镀件 酸洗酸洗 清洗清洗 镀槽镀槽 清洗清洗 成品成品 废酸液 酸性水 废镀液 含铬废水 废电镀液：产生量少，浓度高。 含铬废水：产生量多，浓度低，水质情况为： Cr6+浓度为20150mg/L，存在形式Cr2O72-和CrO42-。 金属离子Cr3+、 Fe3+等
38、；阴离子有SO42- 、Cl-等； pH46。 2 工艺流程及原理工艺流程及原理 废水过滤排放阳柱阴柱作作 用用去除悬浮物、油类。去除悬浮物、油类。作作 用用nRH(Cr3+、 Fe3+ ) = Rn (Cr、Fe ) nH+ 改善水质改善水质; 调节废水调节废水pH，使，使Cr6+以以Cr2O72-形式存在。形式存在。作作 用用 nROH(Cr2O72-、CrO42-、SO42- 、Cl- ) = Rn (Cr2O7、CrO4、 SO4 、Cl ) nOH-第五节第五节 应用应用 3 再生再生 阳柱阳柱 Rn(Cr、Fe)nH+ = nRH(Cr3+、 Fe3+) 阴柱阴柱 Rn(Cr2O7、CrO4、 SO4 、Cl) nOH- = nROH(Cr2O72-、CrO42-、SO42- 、Cl-) 3 铬回收铬回收 饱和后阳柱再生液为饱和后阳柱再生液为Na2CrO4 设一阳离子交换柱：设一阳离子交换柱： 2RH+Na2CrO4= H2CrO4+ 2RNa阴离子交换树脂脱脂棉橡胶塞聚乙烯导管
