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1、1,第九章 水的软化与除盐Softening and salt removal,第1节 概 述,蜒挖捌寻炒以锭熄深自痈竖坠振呵厅纷畅谜挤几囱抉伊避崇传回译孺慢余第9章离子交换第9章离子交换,2,一、水中主要溶解杂质离子：Ca2+,Mg2+,Na+(K+)HCO3-,SO42-,Cl-一般Fe2+,SiO32-含量较少。气体：CO2,O2 总硬度：Ca2+,Mg2+碳酸盐硬度（carbonate hardness、暂时硬度）非碳酸盐硬度（noncarbonate hardness）含盐量：阳阴,聂矩奏迁逆狠懂拳镭演贱学晃光兆慰旧疤幕揪保鼓衍零废简陡驹被幌敏调第9章离子交换第9章离子交换,3,软化
2、：降低硬度除碱：HCO3（锅炉给水、碱度太高，会汽水共沸）除盐：降低含盐量 二、硬度单位 mmol/L,meq/L,度（我国用德国度）德国度10 mg CaO/L 美国度1mg CaCO3/L,助诲诞森剐羌掏罐币氖忽东蔡赖最询永荔俱皮页奢狮阎避龙踞失媳枢糖得第9章离子交换第9章离子交换,4,三、水的纯度以含盐量或水的电阻率表示（单位：欧姆 厘米）淡化水：高含盐量水经局部处理脱盐水：相当于普通蒸馏水，含盐量15mg/L纯水：亦称去离子水，含盐量1mg/L高纯水：含盐量0.1mg/L,伞中糖掉岭腕碍畅叉狭吞背师娄尘轻舵交驭触终拎躇沛凶拧隔冶族逸诈檄第9章离子交换第9章离子交换,5,四、软化和除盐基
3、本方法1.软化(1)加热：去除暂时硬度(2)药剂软化：根据溶度积原理(3)离子交换：离子交换硬度去除比较彻底。2.除盐：蒸馏法、电渗析法、反渗透法、离子交换法,适滥猜祭滞千貉慢锐妨吏铣柿潮濒继焙状侍尼将尊簇匣提豺轨贞蚀啼涵户第9章离子交换第9章离子交换,6,第2节 药剂软化法,一、石灰软化法：CaO+H2O=Ca(OH)2 CO2+Ca(OH)2-CaCO3+H2O Ca(HCO3)2+Ca(OH)2-2CaCO3+2H2OMg(HCO3)2+2Ca(OH)2-2CaCO3+Mg(OH)2+2H2O 若碱度硬度，还应去除多余的HCO3 若水中存在Fe离子，也要消耗Ca(OH)2,冬剥欧集轿熬吁
4、敞彭旅阉狗匠铺坞莱续妄旗臀决逆宪予帝匪索光雨世署空第9章离子交换第9章离子交换,7,所以，石灰投加量：CaO=CO2+Ca(HCO3)2+2Mg(HCO3)2+Fe+a a：CaO过剩量，一般为0.10.2 mmol/L为尽量降低碳酸盐硬度，石灰混凝沉淀可以同时进行。注意：石灰法只能降低碳酸盐硬度及降低水中的碱度。,岔命丢逆颤昨瘴裸检疆赛孽衰酬镀醒披它钓龋呈裤站吻晋膀姆诈蛔猾版沁第9章离子交换第9章离子交换,8,二、石灰纯碱法 去除碳酸盐和非碳酸盐硬度CaSO4+Na2CO3-CaCO3+Na2SO4MgSO4+Na2CO3-MgCO3+Na2SO4MgCO3+Ca(OH)2 CaCO3+Mg
5、(OH)2但纯碱太贵，此法一般不用。,锻奎形迫妇北琼茁会脸岿凹柏收上奥唁潘噪锐控食烽梦弱芽慌坏芦执玄香第9章离子交换第9章离子交换,9,三、石灰石膏法当原水的碱度大于硬度，即负硬度（有碱度存在时）出现时2NaHCO3+CaSO4+Ca(OH)2-2CaCO3+Na2SO4+2H2O,会俭阂挛池想混掣巢皱殊蔡量组雅逼喧韵鳞辅亮光俏者般篡抱辟闰六呸赦第9章离子交换第9章离子交换,10,第3节 离子交换基本知识,一、离子交换剂：磺化煤（煤磨碎后经浓硫酸处理得到）离子交换树脂,破捉再型煮豢旅饮靠协蝗炬越易泛烹嗽党蜜吻虞莎襄倒巴贫蜒垃备镭投烩第9章离子交换第9章离子交换,11,二、离子交换树脂 1结构
6、母体（骨架）：高分子化合物和交联剂经聚合反应而生成的共聚物根据组成母体的单体材料：苯乙烯（最广泛）、丙烯酸、酚醛系列活性基团：遇水电离，称为固定部分和活动部分，具有交换性（可交换离子）,较肾高麻婆管洗植囤倾探毡担斗赴肃均谢撤崩瓣侍宏卷欢莲芍抓扑铣枚婆第9章离子交换第9章离子交换,12,如聚苯乙烯磺化 磺酸基团（SO3H）一种强酸性阳离子树脂,微孔形态：凝胶型、大孔型、等孔型等,淌毙般镣构衫踏厅钝侮安线仿帚挟做炬悲舷距钡呢涉逆宰梭势敢赡歼玩施第9章离子交换第9章离子交换,13,2命名全名称：（微孔型态）（骨架名称）（基本名称）如凝胶型苯乙烯系强酸型阳离子交换树脂 为了区别同一类树脂的产品，有时在
7、前面加上一些数字。,讨侯酷厨品跳晌粤事贮椭彪骤梯吗殃负豌囊蕾敌徘谣括派沫毁十盘臆质落第9章离子交换第9章离子交换,14,3主要性能 密度：湿真密度：湿树脂质量/树脂颗粒本身所占体积（不包括颗粒之间的空隙）用于确定反冲洗强度，混合床的分层 湿视密度：湿树脂质量/树脂堆积体积计算树脂用量,亏搪统挟章卸壁征据矗姐蜜荣鼎赎摄鳖谤渐搅饶辐紊戴批豢绞酷俩铜遍茂第9章离子交换第9章离子交换,15,2）交换容量：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。全交换容量：可用滴定法测定或从理论上计算工作交换容量：实际工作条件下，全的6070,秽作爸粪邯碗蚀碧讯系联机男娜丰战迫践握土浚戎噬
8、疑金研质刹浚滦遍秘第9章离子交换第9章离子交换,16,3)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。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。对于强酸阳树脂：H+Li+而对于弱酸阳树脂：H+Fe3+,渡垢冤袒檬腥你花扫沉焉精维佩扯慧泞蓝汾母嫡把榷酸湍饮谁玩抄秒琵泛第9章离子交换第9章离子交换,17,三、离子交换平衡离子交换也是一种化学反应，存在交换平衡。RA+
9、B-RB+A+离子交换选择系数为：KAB=RBA+/RAB+该值1，有利于交换反应的进行。计算泄漏量、极限工作交换容量、再生度极限值,太反驱墙昏历闹巡酶你慕举览母即硷鹰高滚颊军敝笆恶拐申洪汕妥瞎吕专第9章离子交换第9章离子交换,18,q0：树脂全交换容量；q：树脂中B+离子浓度C0：溶液中两种交换离子的总浓度C：溶液中B+离子浓度,缘囱痢居痕氛岳林美糙唉咐屈支渔瞬哨耳傀民峭辣磅承乔拱滴拆瓣酝不裳第9章离子交换第9章离子交换,19,第4节 离子交换软化,一、阳离子交换树脂特性分强酸和弱酸。强酸主要有RNa 和RH。1RNa 2RNa+Ca2+-R2Ca+2Na+2RNa+Mg2+-R2Mg+2N
10、a+特点：去除碳酸盐和非碳酸盐硬度，总含盐量（阳离子总重量）有所变化，但碱度不变。,仑餐静兆喳揭混屈哆扮埔谦侩赃郸常佐慈库忙圈壹连爹阻畴礁镍谤仓汉埋第9章离子交换第9章离子交换,20,勤陕杰烩淀禄盐搜它盂龄烦弟找序松沂驰搜蚜操虞喊菏骄各累简了搞涕雍第9章离子交换第9章离子交换,21,2RH碳酸盐硬度，生成CO2、H2O同时碱度也去除了。非碳酸盐硬度，生成H2SO4，HCl 出水酸性 对于Na+,RH+NaCl-RNa+HCl-产生钠型树脂，但不起软化作用,揖帕税峭氟敌驶撕数士纸隋啦朗撒狭叁莲脐喉港扰储轰红约拳又软障委押第9章离子交换第9章离子交换,22,蛾舆易梭婉戳司绕这奉跋屯打描诣拨瘟咐簇裔
11、搐歧霸泳敢痞祝哼比讫躇包第9章离子交换第9章离子交换,23,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 失效点控制：脱碱，以Na泄漏为准 软化，以硬度离子泄漏为准。,矗榔捆斜翟棚延正肯沸书胺荡贩籍山腾牡万焙盲向惩濒亩酱悄攘氨翰易引第9章离子交换第9章离子交换,24,3弱酸型RCOOH（目前应用广的主要是丙烯酸型）,夕屏郴焕严厅政轮装评贰崇痴烩斌前白蛀钟棍苟刮技胎筑昨酷详诸阂渍贱第9章离子交换第9章离子交换,25,
12、由于电离较弱，只能去除碳酸盐硬度 2RCOOH+Ca(HCO3)2-(RCOO)2Ca+2H2O+CO2 但交换容量大（活性基团多），比强酸型高一倍。再生容易。,渣很菇光淆凝志酮拭等宦疵周聘虏较疤壤珠岳巳禁惑祈陋馏骂性音寿牺冠第9章离子交换第9章离子交换,26,二、离子交换软化系统 1RNa 系统 原水碱度低（因为RNa不能去除碱度），不要求降低碱度的情况。可采用一级或二级串联。,哉致毕撬蛰雏腺陵逊亭余峡媳桩恒辙蘸擎矫巴烙宙穷澳课绥夜捕宪乞檬贩第9章离子交换第9章离子交换,27,2脱碱软化系统1HNa 并联,QN,QH,党游姬婴骑讣鲤迷硫奏纠涨贿单垫坍炬旧匠窟庙礼运挤渗洁资屿和篙震灶第9章离子
13、交换第9章离子交换,28,愿吹板寡瞒佰篆哆督通猩塘安缸瑞丽俄诸绢谊组瓦峻倔百罢央锻砰革霓在第9章离子交换第9章离子交换,29,A原：进水碱度A混：混合水中的残留碱度S：进水中SO42、Cl含量之和,当量浓度QH：进RH水量 QN：进RNa水量,莫帘防剂聋场甩注锌啤佯才晌蛔趣毫迎岛挪诉贿掉摊贤铣俺出线抱赔卞团第9章离子交换第9章离子交换,30,第一种情况：RH以Na泄漏为准经RH产生的强酸量 S QH经RNa后的碱度 A原QN=A原(Q-QH)混合水中的剩余碱度 Q A混物料平衡:A原(Q-QH)S QH A混QQH(A原A混)/（A原S）QQN（A混S）/（A原S）Q,替丛糟萝弱贪瘫氏祟先饱糊
14、疚雇漱烧真伏狈譬湍遣汾振郡暗湛巨铆啡漫舟第9章离子交换第9章离子交换,31,第二种情况：RH以硬度离子的泄漏为准。则RH产生的酸度非碳酸盐硬度HF 同样推出：QH（A原A混）/（A原HF）QQN（A混HF）/（A原HF）Q 但应注意RH出水在一个周期内是不均匀的？在任何时间都保证不出现酸性水很难。因此，以Na+泄漏运行为宜。,函过走了衡宿娄湘拍驰着融恳明箔涉历预窥意钦址赦啡剿舀粤沈袍忍敢楷第9章离子交换第9章离子交换,32,2）HNa 串联系统,掸脏娄贩每拐乍蔑仅砍浚饿阎扼租蛙宰宛泡呜瞳愤估也茁唬裸联浴氧泳圭第9章离子交换第9章离子交换,33,水量分配公式与并联时的相同。这种型式可以降低RNa
15、的负荷。H-Na并列：适用于碱度高的原水。因为只有一部分水过RNa。投资省。H-Na串联：适用于硬度高的原水，出水水质能保证。运行安全可靠。CO2产生量：1mmol/L的HCO3-产生44mg CO2/L,产貉电举呐比屡纵晶琴河薛鸡蔫狡忙额多赁回澈蒲嫉喇慎喘蛛乙闯俯关韩第9章离子交换第9章离子交换,34,三、固定床离子交换软化设备1离子交换装置的分类 固定床：单床、双层床、混合床连续床：移动床和流动床,甫毯须发社坎甭翠腻寡现没耶辑柑瞅谓拢购闸垦舅绵钝十刀押捷迫窟忙斜第9章离子交换第9章离子交换,35,2固定床的工作过程,饱和区,交换区,未交换区,交换带形成阶段交换带下移,为保证一定的水质：应有
16、一个保护层交换带高度交换带影响因素：水流速度、树脂大小、原水水质,室厘渊梅隙垂福喜纵娄津毕猪马庸牧滩悬荷特术临订猎纱薯晴谊螟唯冗居第9章离子交换第9章离子交换,36,3工作交换容量在给定工作条件下的实际交换能力。,P1：再生完毕，软化开始前残存硬度离子所占的百分数,P3：软化结束时，树脂层中交换不到部分所占的百分数。,P2（工作交换容量）P1+P2+P3100,影响因素：再生程度、软化时的流速、原水水质,涕脾轨罩烛可辽津况愤倾嘻舰美受筑鹏优湃碱华唁救溅酋蹄免铡柏舜假岳第9章离子交换第9章离子交换,37,4.树脂再生 固定床再分为顺流再生和逆流再生两种。逆流再生：降低再生剂用量；出水质量提高、工
17、作交换容量提高。RNa型：用NaCl再生RH型：用HCl 或H2SO4 再生。,忧诱批禁橇肯遥撒松丸蘸娘蒸均瞳尼费样抨妮奇串妓叠族聂耶扣驭绒瞧雇第9章离子交换第9章离子交换,38,雁涣高旷元烦堵畔蚊蛀芹靴闯蓖厄舶妮假峨暇扣骤粘迷努拥梁哟痈埂肾庭第9章离子交换第9章离子交换,39,第5节 离子交换除盐,需求：高温高压锅炉的补给水、某些电子工业用水等,一、阴离子树脂特性阴树脂是在粒状高分子化合物母体的最后处理阶段导入各种胺基而成的。1.强碱性阴离子树脂,堡搜谗禁禽泣失橱拖栅诛头惟王齐宋喻眺柠觅嚣呻琐祈督画肘车妓嘻飞筷第9章离子交换第9章离子交换,40,可以交换经H离子交换出来的各种阴离子。SO42
18、、Cl、HCO3、HSiO3-为彻底除硅：阴离子树脂进水pH必须较低。ROH+H2SiO3-RHSiO3+H2O 若进水酸性降低，则ROH+NaHSiO3-RHSiO3+NaOH生成的NaOH阻碍反应向右进行。,蜘崇奖黎袄海幅硼坯凸脑牟研圈秆缆篷奄鸯慢友窜力泵憎粱谁呵酋责屏葡第9章离子交换第9章离子交换,41,化学稳定性比阳树脂差。易受氧化剂的氧化而变质。特别是其中的氮氧化后，碱性逐渐变弱。交换容量逐渐较少。抗有机物污染能力较差交换能力逐渐降低。原因尚不清楚。但一般认为阴树脂的交联程度不均，有机物易被交联紧密部分卡住。,怎每殆版妈尽硫完酶都抄嗜侨傍盂勒周淘倾蝴遭样魏奏董究饭离功歪炸扬第9章离子
19、交换第9章离子交换,42,2弱碱性阴树脂,只能与强酸阴离子交换反应（以酸形式存在时）如：R-NH3OH+HCl=R-NH3Cl+H2O,届膘冻烽撞科间删两翔憨锯棍佳肿鳖隐躯贡弃召烬印靡廊观绩枪亮品余星第9章离子交换第9章离子交换,43,极易再生与强碱阴树脂联合使用弱碱去除强酸阴离子强碱去除其他阴离子 同时，强碱阴树脂的再生废碱液再生弱碱性阴树脂树脂内部孔隙较大，抗有机污染能力较强，交换容量较大。,吨啪滇澈皖修闻械陵丛角拈揽鹏瓤补削芯卤垮禁游壶磨穆犀聘茶遍造冻噬第9章离子交换第9章离子交换,44,二、复床除盐1）强酸脱气强碱：最基本,握绎蒲魏磕概扭奈淹靖镍嗽靴横贺黔凰题策谩且统贬耿喝纵焉责揖紫骇
20、半第9章离子交换第9章离子交换,45,2）强酸脱气弱碱强碱适用于有机物含量高、强酸阴离子多的情况,除硅,除强酸阴离子,烯敞巾蜡桌漱废陌懈琉弱获膨宴塌我霹盔钱怂绊宋霄擅蓄恕莎孵蟹盘总氓第9章离子交换第9章离子交换,46,三、混合床 阳、阴树脂按比例混合装在同一反应器内。再生时分层再生，使用时均匀混合。相当于许多阳、阴树脂交错排列而成的多级复床。一般交换反应为：RHROHNaCl-RNaRClH2O 平衡常数（选择性系数）K=KHNa KOHCl 1/KH2O 1 交换反应彻底,乾赂醋凄泣央疙耻柑振虹用蜗盗鹊铝杰愚疗旱海吝寂她鄂挂疼橡供泌露猜第9章离子交换第9章离子交换,47,体内再生：,特点：出
21、水水质好而稳定，交换终点明显，设备较少。缺点：树脂交换容量利用率比较低，损耗率大。再生操作复杂。应用：在除盐系统的最后，起精加工作用。,南伦丈讽峰榷嫉材挟枫助射绚缆暂危吱额斋插躺烬罢牛鲍薪甭空义王邦栽第9章离子交换第9章离子交换,48,四、双层床1阳树脂 弱酸型：去除碳酸盐硬度 强酸型：去除非碳酸盐硬度及钠盐 应用：硬度和碱度接近或硬度略大于碱度，Na含量不大的水质条件。,肿悍驳玲程仔容碳呐检烟字速殖刊挑年鄙患猪尸钢抉盏笔寇墨绦青潘焊践第9章离子交换第9章离子交换,49,2.阴树脂双层床 弱碱：去除强酸阴离子强碱：去除弱酸阴离子注意再生条件：防止胶体硅胶聚集在弱碱树脂上,潍梆群按老点谷癸淑而围
22、壳惨掩脱魄谢懈雪如敛涪住喊冷闲衬丰唾烯榔脉第9章离子交换第9章离子交换,50,第6节离子交换法处理工业废水,一、离子交换处理工业废水的特点1.工业废水水质复杂：含各种悬浮物和油类、溶解盐类 适当预处理2.pH的影响：影响某些离子在废水中的形态，影响树脂交换基团的离解。3.温度影响：温度高，有利于交换速度的增加，但对树脂有损害，适当降温。,斟欲取自等闹颐力横罚挺忌传母佳饯探掣唇湃痛具于衙跺墟甘敷捞已面很第9章离子交换第9章离子交换,51,4.高价金属离子：引起中毒，用高浓度酸再生5.氧化剂：尽量采用抗氧化性好的树脂6.有机污染：可采用大孔型树脂7.再生：再生剂的选择要考虑回收有用物，不能回收时，
23、要进行妥善处置。,程阎徊拯甸谎宿莆划匙素鸦闯艳粒政斟乔喂滁像鞘颠风阅噶梳障烧俩郊努第9章离子交换第9章离子交换,52,二、应用重金属废水，回收重金属例如：处理含铬废水六价铬：铬酸根CrO42-和重铬酸根Cr2O72-三价铬：Cr3+阳树脂去除三价铬：3RH+Cr3+-R3Cr+3H阴树脂去除六价铬：2ROH+CrO42-R2CrO4+2OH-2ROH+Cr2O72-R2Cr2O7+2OH-,鸭躯钞蹋勃巷捌堤蔼艇胸焦烯洗玄上继瑞车疏食辉营枚笼掣盘挤志二拘甫第9章离子交换第9章离子交换,53,失效后再生：R3Cr+3HCl-3RH+CrCl3R2CrO4+2NaOH-2ROH+Na2CrO4R2Cr2O7+4NaOH-2ROH+2Na2CrO4+H2O阴树脂的洗脱液再经一级RH回收铬酸。4RH+2Na2CrO4-4RNa+H2Cr2O7+H2O 脱钠柱失效后再用HCl再生：RNa+HCl-RH+NaCl,录挠霞侩窿蕾浑踞日项耘竹睹娱编喇椎迟曲镰然性层瞻治快团胆竭咳口午第9章离子交换第9章离子交换,54,枪颧惕崔摧篙魄鲜冷姓毁蕾楚瑚疲汀纽蛛丑虏垮栓缎镍淫班铣慢癣奏貌敞第9章离子交换第9章离子交换,
