自来水水处理技术7ppt课件.ppt

《自来水水处理技术7ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自来水水处理技术7ppt课件.ppt（80页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、第5-6章 水的离子交换,5.1 离子交换基本原理 5.2离子交换树脂的性质 5.3离子交换操作设备 6.1离子交换水质软化方法与系统 6.2离子交换水质除盐方法与系统,5.1 离子交换基本原理 一、离子交换树脂概念 离子交换树脂是由空间网状结构骨架（母体）与附属在骨架上的许多活性基团所构成的不溶性高分子化合物。 活性基团遇水电离，水解形成：1）固定部分 2）活动部分 活动部分能在一定空间移动，并与周围其它同性离子发生交换反应。称为可交换离子。,以R-SO3-H+为例，R，为母体; -SO3-H+为活性基团，H+为活性基团可交换离子 有时可进一步简化为R- H+。,二、离子交换树脂分类,三、离

2、子交换树脂命名与型号 分类名称：强酸型强碱型等。 骨架名称：本体的材料，如苯乙烯系等 基本名称：阳离子交换树脂等 如-强酸苯乙烯阳离子交换树脂,为了方便，人们给各种树脂进行编号 第1个，数字表示活性基团代号 第2个，数字表示骨架代号 第3个，数字表示顺序代号 第4个，数字表示交联度 如：0017；D311，D201 分类代号见表5-2 骨架代号见表5-3,5.2离子交换树脂的性质 一、基本性质 1 外观 粒径0.31.2mm 乳白、淡黄、棕褐色等 不透明或半透明球状颗粒,2交联度：取决于生产过程，表示母体中交联剂的含量，以710%为宜，对于苯乙烯系树脂，二乙烯苯就是交联剂。,3含水率 树脂的含

3、水率以每克树脂（在水中充分膨胀）所含水分的百分比（约50%） 树脂的含水率相应地反映了树脂网架中的孔隙率 交联度越小，孔隙率越大，含水率越大,4溶胀性 干树脂+水湿树脂 体积胀大 绝对溶胀度,5密度 湿真密度通常1.3mg/l，用于确定反洗强度与膨胀率 湿视密度通常0.6-0.85mg/l，用于确定所需树脂的体积,6.有效PH值范围 由于树脂活性基团分为强酸、强碱、弱酸、弱碱性，水的pH值势必对其交换容量产生影响。 表 各种类型树脂有效pH值范围,7.交换容量 单位数量离子交换树脂具有离子交换基团的数量，是树脂最重要的性能，表示树脂交换能力的大小。 以体积和重量两种表示方式。 mmol/g，m

4、mol/L 1）全交换容量： 2）平衡交换容量： 3）工作交换容量：实际工作条件下的，全交换容量的6070,（1）定义：一定量的树脂所具有的活性基团或可交换离子的总量 代表交换能力的大小 （2）测定方法：滴定测定与理论上计算,8.离子交换树脂的选择性 与水中离子种类、树脂交换基团的性能有很大关系，同时也受离子浓度和温度的影响。 在常温和低浓度时： * 离子电荷愈多，愈易被交换 * 原子序数愈大，即水合半径愈小，愈易被交换： Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+= NH4+ Na+Li+ SO42-NO3-Cl-HCO3-HSiO3-,* H和OH的交换选择性与树脂交换基团酸、碱性的强弱有关。

5、对于强酸阳树脂：H+Li+ 而对于弱酸阳树脂：H+Fe3+ 对于强碱：OH HCO3- 对于弱碱：OH SO42-,二、离子交换平衡,选择系数用离子浓度分率表示：,二阶对一阶离子交换反应通式为：,三、离子交换速度,膜扩散和孔道扩散何者影响最大？何者为控制步？ 慢者控制离子交换反应的速度 (1) 浓度：浓度大于0.1mol/l时，孔道扩散为控制步 浓度小于0.003mol/l时，膜扩散成为控制步 介于中间则取决于具体情况 (2) 流速或搅拌速率： 大，则水膜薄膜扩散快 但孔隙扩散基本不受影响 (3) 树脂粒径：膜扩散，速度与粒径成反比 孔道扩散，速度与粒径次方成反比 (4) 交联度： 交联度对于

6、孔道扩散影响比对膜扩散更为显 著,四、 树脂层离子交换过程,五、离子交换树脂的再生原理 离子交换反应的逆过程 阳树脂： 2R-SO3H + Ca2 +- R2Ca + 2H+， 2RNa + Ca2 +- R2Ca + 2Na+， 阴树脂： R-OH+CI-RCI+OH- R-OH+SO42-R2 SO4+OH- 将饱合树脂放入相应的浓溶液中。,5.3离子交换的操作设备,固定床最为常见，按再生液与水溶液的流向，又可分为顺流再生床与逆流再生床。,一、离子交换设备分类,1顺流再生 特点： 上部再生程度高，下部差，越是下部越差 再生剂耗量大，23倍理论值时，效果仍不理想 出水剩余硬度高 交换器失效早

7、，降低工作效率，工作交换容量降低 适合于硬度较低的场合,2逆流再生 特点： 再生效果好，耗量可降低20%以上 出水水质明显提高 原水水质适应范围扩大，对硬度较高原水仍能保 证出水水质 再生废液中再生剂有效浓度低 工作交换容量提高 操作较复杂 再生效果好及剂量低等,二、离子交换设备构造,三、逆流再生固定床的运行过程 1.制水 2小反洗 3放水,4.进再生液 5反洗 6正洗,四. 阀系统及其控制程序,五. 运行参数,1.制水，运行流速15-20m/h. 2.小反洗流速5-10m/h，时间10-15min 3.再生液流速，5m/h,时间50min 4置换：流速5-10m/h，出水酸度小于3-5mmo

8、l/l,或碱度小于0.5mmol/l.时间一般5-10m/h 6正洗：10-15m/h，时间10-15min,再生液配制与消耗：,6.1 离子交换软化方法与系统,钠离子交换法 氢离子交换法 氢-钠离子交换法,一、钠离子交换法,水中的Ca2+、Mg2+交换到树脂上，钠离子进入水中， 而钠盐的溶解度很大，不会沉淀析出，达到软化目的。,再生,经软化过程后，树脂为Ca2+、Mg2+型树脂，需再生，恢复能力：,缺点：在锅炉给水中，往往在软化的同时，要求碱度也降低，否则，软化中生成的NaHCO3在加热时有如下反应：,二、氢离子交换脱碱软化法,交换下来的H+与水中原有的阴离子结合成酸不单独使用 碳酸盐硬度产

9、生的H2CO3分解被去除脱碱,H离子交换软化法过程曲线,开始时出水呈酸性。 Na开始泄漏时，出水酸度急剧下降。之后，RH交换转变为RNa型运行模式，对Ca和Mg仍有交换能力。 出水Na离子逐渐超过原水中的浓度，呈碱性。 然后硬度离子开始泄漏 出水中离子泄漏的顺序为：H、Na、Mg2、Ca2,三、HNa串联及并联： 并联：, 串联：,四、再生附属设备 1食盐系统,2酸系统,3再生剂用量计算： 再生剂用量G表示单位体积树脂所消耗的纯再生剂量（g / L，kg / m3） 比耗：n mol / mol （再生剂 / 工作交换容量） q:树脂工作交换容量(mol/L) MB 再生剂摩尔质量 再生1mo

10、l所需质量：RnMB GqRqnMB （g / L）,4.除二氧化碳器 1 原理：,CO2具有腐蚀性，并增加强碱树脂负荷，且一般为H床后 ：,2构造和计算： 1） 构造：,2） 填料：常用瓷环 204 m2 / m3 空隙率 74% 3） 计算： GKFC kgh G单位时间能够去除CO2的量（能力） K 解吸系数 单位时间、单位接触面积、单位推动力下去除的CO2的数量 F-瓷环面积,结论： K解析系数，温度高则其值大，CO2溶解度低，冬天鼓热风 水封高度大于风压 进风口高于水面距离25cm，伸入内壁，防止水溅入风口 通风管有一定坡向水面的坡度 防止出水管不通，使水漫入鼓风机 设备防腐,6.2

11、离子交换除盐方法与系统,一、水的纯度概念 电阻率：1cm1cm1cm体积的水所测得的电阻（cm） 1 .淡化水：生活及生产用的淡水 2. 脱盐水：含盐量为15mg/l，强电解质大部分被去除 （普通蒸馏水） 25 0C 电阻率 0.11.0106cm 3 .纯水：去离子水，含盐量为.mg，强电解质绝大部分被去除，弱电解质也去除到一定程度 25 0C，0.11.0106cm。 .高纯水：超纯水，导电介质几乎已全部被去除，水中胶粒，微生物，溶解气体和有机物等亦去除到最低的程度。 含盐量0.1mg/L， 250C ，10106cm,二、阴离子交换树脂的特性 1） 强碱性阴树脂对水中各种阴离子的交换选者

12、性也是不同的，一般顺序为： PO43SO42NO3ClOHFHCO3HSIO3 （1）电荷愈多，选择性愈好 （2）相同电荷时，原子序数愈高，水合半径愈小，则选者性愈好 （3）还与离子交换基团的性质有关 （4）强酸性 选择性好,2） 强碱性阳树脂对水中各种阴离子的交换顺序如上，从而可得： ROH+NaSiO3RHSiO3+NaOH （几乎不能进行） 3） 阴树脂的化学稳定性一般要比阳树脂差，（600C800C），易受氧化剂的影响而变质 如水中存在氧化剂时，则会使：,4）强碱性树脂抗有机物的能力较差，特别是凝胶型强碱性阴树脂，由于孔道分布不均,故容易堵塞. 强碱性树脂被有机物污染后，交换容量下降，

13、正洗水量增加，出水导电率增加。,5）强碱性阴树脂的运行过程,三、弱碱阴离子交换树脂的特性 1）.交换容量大 可做强碱阴床前的预处理 2）.抗有机污染强，吸附后容易洗脱 可做强碱阴床前的预处理 3）.出水呈碱性，NaHCO3，Na HSiO3存在,漏SO42-、Cl-后出水呈酸性. Cl- ,首先泄漏。,四、离子交换除盐方法与系统,1复床除盐：（复床系指阴、阳离子交换器串联使用，达到水的除盐目的） 1）一级复床除盐 强酸脱气强碱系统,一级复床出水的特点： 呈弱碱性 PH= 8 9.5 （阳床微量Na泄漏） . 出水电阻率 0.1 1.0106 *CM脱盐水（普通蒸馏水） . 如果阳床泄漏Na过量

14、的话，电导率会升高。 阴床设在阳床之后（为什么？）：,2）强碱弱碱脱气系统,3）强酸脱气弱碱强碱系统,适合于原水强酸阴离子含量较大 H2SO4 弱碱用于去除强酸阴离子 HCl 强碱用于去除其它阴离子,2混合床除盐 1）原理与特点： 阴阳离子装在一个床内，使用时均匀混合，构成无数微型复床，反复脱盐，故其出水电率可达510106Cm。 RH + ROH + NaCl RNa + RCI +H2O,混合床的特点： . 阴、阳离子交换反应几乎同时进行 . 出水呈中性，出水水质稳定，纯度高（用于制纯水，超纯水） .不存在反离子（强碱出水呈碱性，强酸出水呈酸性） .失效终点分明 . 设备小,缺点： . 再

15、生时，难以彻底分层 。 . 混合床对有机物敏感，阴树脂变质后，出水水质恶化，下降 . 一般常需进行预处理（混凝、沉淀 、活性炭吸附） . 再生操作复杂,2） 混合床离子交换器装置及再生方式 再生方法有体内再生和体外再生 体内再生又分为酸、碱同时再生和酸、碱分别再生， 现以酸、碱分别再生为例。,步骤：1、反洗分层 2、阴树脂再生 3、阴树脂正洗 4、阳树脂再生 5、阳树脂清洗 6、混合 7、最后正洗至PH7，电阻率大于5105cm，即可运行。,3). 高纯水制备与终端处理： 强酸脱气强碱混合床系统 使用前终端处理有：紫外线，精制混床，超滤。 3.氢型精处理器： 强酸脱气强碱强酸 能彻底去除Na，

16、出水水质好， 流速高 100m/h 不能除Si，因而只有复床出水水质达到规定要求时，取代混合床提纯水质。,4.离子交换双层床： 阳离子交换双层床 阴离子交换双层床 1) 阳离子交换双层床,采用逆流再生，耗酸量相当于全部是阳树脂来说从3倍降到1.1倍理论值。,适应于：原水硬度=碱度的水，或硬度略大于碱度的水。 2) 阴离子交换双层床,（1）. 逆流再生，碱耗量低，理论值的1.1倍。强碱是理论值的34倍 （2）. 交换容量提高，出水量增加。 （3）.适应的含盐量范围可提高。 （4）.出水水质好。,缺点：要求再生条件严格，否则会出现如下现象，大量胶体硅（甚至胶冻）聚积在弱碱树脂上，使出水水质严重恶化

17、。 原因：再生时：下层强碱树脂： 在NaOH存在的情况下，以Na2SiO3，Na2CO3存在。 2R-NH3Cl + Na2SiO3 2R-NH3OH+2NaCl+H2SiO3 2R-NH3Cl + Na2CO3 2R-NH3OH+2NaCl+H2CO3 从而使PH值下降，出现大量H2SiO3, 从而析出胶体硅,粘附在弱碱树脂上,故对再生条件要求严格. 1立即再生, 否则强碱性树脂硅酸发生聚合,会污染强碱性树脂 2加热再生,400碱液 (避免产生胶体硅,降低出水硅含量) 3先低浓度后高浓度 1%3%碱液或(2% 快慢),思考题 1、与顺流再生相比，逆流再生为何能使离子交换出水水质显著提高？ 2

18、、实现逆流再生的关键是什么？ 3、为什么说在HtHc的条件下，经H离子交换（到硬度开始泄漏）的周期出水平均强酸酸度在数值上与原水Hn相当？此时HNa离子交换系统的QH和QNa表达式为何？若原水碱度大于硬度，情况又是如何？ 4、在离子交换除盐系统中，阳床、阴床、混合床和除二氧化碳器的前后位置的布置应如何考虑？试说明理由。,3、在固定床逆流再生中，用工业盐酸再生强酸阳离子交换树脂。若工业盐酸中HCl含量为31%，而HCl含量为3%，试估算强酸树脂的极限再生度,4、试说明离子交换混合床工作原理，其除盐效果好的原因何在？,习 题: 1、如下图所示，当氢离子交换出水强酸酸度为零，与其相应，出水Na+含量应是多少？ 2、在固定床逆流再生条件下，树脂工作交换容量能否由下式表示，试阐明其理由。,