废水的物理化学处理-3离子交换、膜分离、萃取

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1、水污染控制工程《水污染控制工程》主要学习内容污水处理技术的基本术语、理论及理念；污水处理技术的基本计算方法；污水处理主要构筑物的构造及工作原理；污水处理技术的应用范围和运行特点。第四章废水的物理化学处理废水物理化学处理法是废水处理方法之一种。系运用物理和化学的综合作用使废水得到净化的方法。它是由物理方法和化学方法组成的废水处理系统，或是包括物理过程和化学过程的单项处理方法，如浮选、吹脱、结晶、吸附、萃取、电渗析、离子交换、反渗透等。如为去除悬浮的和溶解的污染物而采用的化学混凝——沉淀和活性炭吸附的两级处理，是一种比较典型的物理化学处理系统。第四章废水的物理化学处理和生物处理法相比，此法优

2、点：占地面积少；出水水质好，且比较稳定；对废水水量、水温和浓度变化适应性强；可去除有害的重金属离子；除磷、脱氮、脱色效果好；管理操作易于自动检测和自动控制等。但是，处理系统的设备费和日常运转费较高。第一节混凝第二节气浮第三节吸附第四节离子交换第五节膜分离第六节萃取、吹脱与汽提第四节离子交换一、基本原理离子交换树脂遇水溶液时，能够从水溶液中吸着某种(类)离子，而把本身所具有的另外一种相同电荷符号的离子等摩尔量地交换到溶液中去，这种现象称为离子交换。离子交换法是一种借助于离子交换剂上的离子和水中的离子进行交换反应而去除水中有害离子的方法。在工业废水处理中，主要用于回收贵重金属离子，也用于放射

3、性废水和有机废水处理。按照交换离子带电的性质，离子交换反应可分为阳离子交换和阴离子交换两种类型。以阳离子交换为例来说明离子交换的基本原理RA+B+≒RB+A+※一般只能处理低浓度废水二、离子交换剂离子交换剂分为无机和有机两大类。前者有天然沸石和人造沸石等；后者是一种高分子聚合物电解质，称为离子交换树脂，是使用最广泛的离子交换剂。（一）离子交换树脂的结构组成离子交换树脂由骨架和活性基团两部分组成。R-SO3H骨架又称为惰性母体R-，不参加交换过程。活性基团连接在骨架上，活性基团由固定离子和可交换离子组成。可交换离子与溶液中同性离子进行交换反应。（二）离子交换树脂的性质离子交换树脂是人工合成

4、的高分子聚合物，常见的单体是苯乙烯系、酚醛系或丙烯酸系。1.物理性能（1）外观：外观呈透明或半透明球形。（2）含水率：每克湿树脂所含水分的百分比(50%)（3）溶胀性：离子交换器的设计和使用过程中，应注意树脂的溶胀和收缩性能。（4）湿视密度：指树脂在水中溶解后的质量与堆积体积之比，一般为0.60～0.85g/mL。（5）耐热性:树脂的贮藏和使用温度5～40℃。2.化学性能（1）交换容量：表示树脂交换能力的大小，常用容积法表示。容积法是指单位体积的湿树脂中离子交换基团的数量，用Ev（mol/L）表示。(2)选择性：离子交换树脂优先吸附某种离子的性能称为选择性。在常温和低浓度溶液中，各种树脂

5、对不同离子的选择性大致有如下规律：离子价数越高，选择性越好。注意点：高浓度时，浓度成为交换反应的决定性因素，主要依据浓度的大小排列顺序，这是树脂再生的依据之一。（3）有效pH值范围强酸、强碱性交换树脂与pH值无关。弱酸性树脂pH低时不电离或部分电离，适合碱性溶液。弱碱性树脂则相反，适合酸性溶液。（三）离子交换树脂的选用1．当分离无机阳离子或有机碱性物质时，宜选用阳离子交换树脂；2．当分离无机阴离子或有机酸时，宜选用阴离子交换树脂；3．对氨基酸等两性物质的分离，即可用阳离子交换树脂，也可用阴离子交换树脂；4．对某些贵金属和有毒金属离子（Hg2+）可选用螯合树脂交换回收；5.对有机物（如酚）

6、宜用低交联度（交联剂含量的百分数）的大孔树脂处理。（四）如何鉴别离子交换树脂？水处理中常用的四大类树脂往往不能从外观鉴别。根据其化学性能，可用以下方法区分。未知树脂的鉴别三、离子交换与再生离子交换法的全过程包括：交换、反冲洗、再生、清洗四个阶段。（一）交换阶段从废水中分离、脱除需要去除的离子的操作过程。当运行到出水中的离子浓度达到限定值时，应立即停止交换。（二）反冲洗阶段：反冲洗目的有两个：1．松动树脂层，使再生液能均匀渗入层中，与交换剂颗粒充分接触；2.交换阶段产生的破碎离子和截留的污物冲走。冲洗水可用自来水或废再生液。（三）再生阶段再生是通过使较高浓度的再生液流过树脂层，把吸附的离子

7、置换出来，使树脂恢复交换能力。1.再生方式分为顺流再生和逆流再生。（1）顺流再生:再生阶段的液流方向和交换时水流方向相同。缺点：再生剂用量多、交换容量低、出水水质差（2）逆流再生：再生阶段的液流方向和交换时水流方向相反。优点：再生剂用量少、树脂再生程度高、保证出水质量。缺点：设备复杂、操作控制较严格。2.再生剂的选择尽量使用浓度较高的再生剂、采用顺流交换、逆流再生方法。再生时，交换剂的交换能力恢复到原来的80%即可。这样不仅可以节约