水质工程学 上册 教学课件 作者 谢水波 姜应和 主编 第11章.ppt

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1、11.1　离子交换基本原理11.1.1　离子交换树脂的类型11.1.2　树脂的基本性能11.1.3　离子交换平衡11.1.4　离子交换速度11.1.5　树脂层离子交换过程11.1.1　离子交换树脂的类型1.离子交换树脂的性质与类型2.离子交换树脂的命名1.离子交换树脂的性质与类型离子交换剂是指能用一种离子交换另一种离子的物质，它能暂时占有某种离子，再将它释放到再生液中。它被广泛用于处理含有各种溶解盐类的原水处理。采用适当的再生剂就可以用目标离子取代不希望的离子。离子交换树脂是由空间网状结构骨架(母体R)与附属在骨架上的许多活性基

2、团所构成的不溶性高分子化合物，是最常用的交换剂。2.离子交换树脂的命名表11-1　分类代号(第一位数字)表11-2　骨架代号(第二位数字)11.1.2　树脂的基本性能(1)外观　离子交换树脂外观为不透明或半透明球状颗粒。(2)交联度　树脂结构骨架的交联度取决于制造过程。(3)含水率　一般指每克湿树脂在水中充分膨胀后所含水分的百分比。(4)溶胀性　树脂因为吸水或转型等条件改变而引起的体积变化称为溶胀性。(5)密度　离子交换树脂的密度系指湿的状态下的密度，分为湿真密度和湿视密度两种。(6)交换容量　通常用单位质量或单位体积树脂所能交

3、换离子的物质的量(摩尔数)表示交换容量，定量地表示树脂交换能力。(7)pH值　pH值对弱酸树脂与弱碱树脂的工作交换容量影响较大。11.1.2　树脂的基本性能(8)其他性质(1)外观离子交换树脂外观为不透明或半透明球状颗粒。(2)交联度树脂结构骨架的交联度取决于制造过程。(3)含水率一般指每克湿树脂在水中充分膨胀后所含水分的百分比。(4)溶胀性树脂因为吸水或转型等条件改变而引起的体积变化称为溶胀性。(5)密度离子交换树脂的密度系指湿的状态下的密度，分为湿真密度和湿视密度两种。(6)交换容量通常用单位质量或单位体积树脂所能交换离子的

4、物质的量(摩尔数)表示交换容量，定量地表示树脂交换能力。(7)pH值pH值对弱酸树脂与弱碱树脂的工作交换容量影响较大。(8)其他性质1)机械强度(耐磨性)。2)抗干扰性。3)耐热性。11.1.3　离子交换平衡1)一价对一价的离子交换与平衡常数　即离子交换选择系数。2)二价对一价的的离子交换反应通式及离子交换选择系数3)离子交换和再生过程中的某些极限值图11-1　一价对一价离子交换平衡曲线表11-3　　强酸树脂与强碱树脂选择系数近似值11.1.4　离子交换速度(1)离子扩散过程　以2RNa+Ca2+→R2Ca+2Na+为例，说明离

5、子扩散过程，如图11-3所示。(2)影响交换速度的因素　影响交换速度的因素有溶液离子浓度、水流速度、选择性、树脂颗粒大小等。11.1.4　离子交换速度图11-3　离子交换过程示意(1)离子扩散过程1)待交换的Ca2+从水中向树脂表面迁移，并通过树脂表面的水膜。2)Ca2+进一步通过交联网孔向内部扩散到某交换部位，在交换位置上，1/2Ca2+与Na+发生交换反应。3)被交换下来的Na+从树脂内部扩散到树脂表面，然后穿过树脂表面的水膜，进入主体水溶液中。(2)影响交换速度的因素1)溶液离子浓度。2)流速或搅拌速率、树脂粒径。3)交联

6、度。11.1.5　树脂层离子交换过程图11-4　树脂层饱和程度示意11.2　离子交换软化方法与系统11.2.1　RNa交换软化法11.2.2　RH交换软化法11.2.3　RH—RNa并联离子交换系统11.2.4　RH-RNa串联交换系统11.2.5　弱酸树脂的工艺特性及其应用11.2.6　RCl—RNa交换软化11.2.1　RNa交换软化法1)水中每一个Ca2+或Mg2+都换成两个Na+，即40mg的Ca2+或24.3mg的Mg2+换成46mg的Na+。2)由于阴离子成分未变化，软化后水的碱度不变。11.2.2　RH交换软化法图

7、11-6　氢离子交换出水水质变化的全过程11.2.3　RH—RNa并联离子交换系统把原水分成两部分，分别用RH、RNa交换柱进行软化，出水进行瞬间混合。利用RNa软化水中的HCO-3碱度中和RH产生的酸，并使出水保留一定的碱性，产生的H2CO3由脱气塔除掉。11.2.4　RH-RNa串联交换系统RH-RNa串联离子交换系统适用于原水硬度较高的场合。部分原水QH流径RH交换器，出水与另一部分原水混合，进入脱气塔，再由泵抽入RNa交换器进一步软化。11.2.5　弱酸树脂的工艺特性及其应用1)RCOOH主要与水中的碳酸盐起交换反应2)

8、RCOOH对Ca2+与对Na+的选择性的差别比R-SO3H大得多，RCOOH几乎不与NaHCO3及NaCl发生交换。3)RCOOH对水中Hn基本不起反应，即使开始能进行部分反应，也很不完全。4)再生效率高，几乎接近理论值，即用1mol/L的酸再生，可得到0.9m