干貨分享|水處理工藝之離子交換法

離子交換法

是一種借助于離子交換劑上的離子和污水中的離子進(jìn)行交換反應(yīng)而除去污水中有害離子的方法。

離子交換法的特點(diǎn)

離子交換過程是一種特殊的吸附過程，在許多方面與吸附過程類似。

與吸附法比較，其特點(diǎn)是:它主要吸附污水中的離子化物質(zhì)，并進(jìn)行等當(dāng)量的離子交換。

離子交換法的作用

在污水處理中，離子交換主要用于回收和去除污水中的金、銀、銅、鎘、鉻、鋅等金屬離子，也用來對有機(jī)污水進(jìn)行處理和凈化放射性污水。

離子交換原理

離子交換是指水溶液通過樹脂時，發(fā)生在固體顆粒與液體之間的界面上固-液間離子相交換的過程。

離子交換反應(yīng)

離子交換反應(yīng)是可逆反應(yīng)，離子交換對不同組分顯示出不同的平衡特性。

在污水處理中最常見的離子交換反應(yīng)是水的軟化、除鹽、去除或回收污水中的重金屬離子等。

水中的陽離子與交換劑上的 Na+進(jìn)行交換反應(yīng)，即2RNa + M2+====R2M+2Na+

式中R--離子交換劑的骨架;

Na+--交換劑上可交換離子;

M2+--水溶液中二價陽離子。

離子交換劑

離子交換劑由骨架和交換基團(tuán)組成。根據(jù)骨架，離子交換劑分為無機(jī)與有機(jī)兩大類。

無機(jī)離子交換劑

無機(jī)離子交換劑有天然沸石和人工合成沸石，沸石即可作陽離子交換劑，也能用作吸附劑。

沸石的交換原理

在污水中加人沸石后，通過沸石晶格空間的組分向顆粒內(nèi)擴(kuò)散，進(jìn)行離子交換，對污水的特定成分進(jìn)行分離。

沸石的種類

沸石類礦物有方沸石、菱沸石、片沸石等。合成無機(jī)物離子交換劑與天然沸石類似，能夠用其均勻空隙結(jié)構(gòu)排出大分子，大規(guī)模應(yīng)用的分子篩有合成毛沸石、合成菱沸石、合成絲光沸石等。

有機(jī)離子交換劑

有機(jī)離子交換劑有磺化煤和各種離子交換樹脂。

離子交換樹脂

離子交換樹脂是一種具有離子交換特性的有機(jī)高分子聚合電解質(zhì)，它是疏松、具有多孔結(jié)構(gòu)的固體球形顆粒，粒徑一般為0.6~1.2mm(大粒徑樹脂)、0.3~0.6mm(中粒徑樹脂)、0.02~0.1mm(小粒徑樹脂)。

離子交換樹脂特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)

離子交換樹脂不溶于水，也不溶于電解質(zhì)，其結(jié)構(gòu)可分為不溶于水的樹脂本體和具有活性的交換基團(tuán)兩部分。

樹脂本體為有機(jī)化合物和交聯(lián)劑組成的高分子共聚物，交聯(lián)劑的作用是使樹脂本體形成立體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu);

交換基團(tuán)由起交換作用的離子和與樹脂本體連接的離子組成。

離子交換樹脂的“選擇性”

水中各種離子在與離子交換樹脂交換時，其能力是不同的。

有的離子很容易被樹脂吸附，但很難被“置換”下來；有的則很難被樹脂吸附，但很容易被“置換”下來。這種性能就稱為離子交換樹脂的“選擇性”。

離子交換樹脂選擇性的影響因素

1、離子帶的電荷越多，則越容易被離子交換樹脂吸附，例如二價離子就比一價離子易被吸附；

2、對帶有相同電荷量的離子而言，原子序大的離子，容易被吸附；

3、濃溶液與稀溶液相比，濃溶液中的低價離子易被樹脂吸附。

常用的離子交換設(shè)備有固定床、移動床和流動床三種。

固定床離子交換設(shè)備

固定床離子交換設(shè)備是將離子交換樹脂裝在豎式交換容器內(nèi)，欲處理的料液不斷地流過樹脂層，離子交換的各項操作都在該設(shè)備內(nèi)進(jìn)行。固定床離子交換操作包括交換、反沖洗、再生和清洗運(yùn)行的過程，之后進(jìn)入下一循環(huán)工序，所以該設(shè)備為間歇式運(yùn)行。

固定床的類型

根據(jù)用途不同，固定床可設(shè)計成單床、多床和混床。

移動床離子交換器

移動床離子交換器指交換器中的離子交換樹脂在運(yùn)動中是周期性移動的，即定期排出一部分已失效的樹脂和補(bǔ)充等量再生的樹脂，被排出已失效的樹脂在另一個設(shè)備中進(jìn)行再生。

移動床工藝系統(tǒng)

移動床系統(tǒng)有單塔單周期再生、兩塔單周期再生、兩塔連續(xù)再生、兩塔多周期再生、三塔多周期再生等工藝系統(tǒng)。

三塔多周期移動床系統(tǒng)

三塔多周期移動床系統(tǒng)由交換塔、再生塔和清洗塔組成。在移動床運(yùn)行中，儲樹脂斗中的樹脂層不斷移動，定期排出底部已經(jīng)失效的樹脂，并補(bǔ)充進(jìn)等量的再生樹脂。失效樹脂由水流送至再生塔進(jìn)行再生，而后送至清洗塔進(jìn)行清洗。

流動床離子交換設(shè)備

流動床離子交換裝置有壓力式和重力式兩種。

工程中常用的是重力式流動床，按結(jié)松重力式流動床又分為雙塔式(交換塔和再生清洗塔)和三塔式(交換塔、再生塔和清洗塔)兩種類型。

重力式雙塔流動床

重力式雙塔流動床的結(jié)構(gòu)，由交換塔、再生清洗塔、水射器和輔助管路等組成。