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

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組成。根據(jù)骨架，離子交換劑分為無機與有機兩大類。

無機離子交換劑

無機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。

有機離子交換劑

有機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兩部分。

樹脂本體為有機化合物和交聯(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。