干货分享|水处理工艺之离子交换法

离子交换法

是一种借助于离子交换剂上的离子和污水中的离子进行交换反应而除去污水中有害离子的方法。

离子交换法的特点

离子交换过程是一种特殊的吸附过程，在许多方面与吸附过程类似。

与吸附法比较，其特点是:它主要吸附污水中的离子化物质，并进行等当量的离子交换。

离子交换法的作用

在污水处理中，离子交换主要用于回收和去除污水中的金、银、铜、镉、铬、锌等金属离子，也用来对有机污水进行处理和净化放射性污水。

离子交换原理

离子交换是指水溶液通过树脂时，发生在固体颗粒与液体之间的界面上固-液间离子相交换的过程。

离子交换反应

离子交换反应是可逆反应，离子交换对不同组分显示出不同的平衡特性。

在污水处理中最常见的离子交换反应是水的软化、除盐、去除或回收污水中的重金属离子等。

水中的阳离子与交换剂上的 Na+进行交换反应，即2RNa + M2+====R2M+2Na+

式中R--离子交换剂的骨架;

Na+--交换剂上可交换离子;

M2+--水溶液中二价阳离子。

离子交换剂

离子交换剂由骨架和交换基团组成。根据骨架，离子交换剂分为无机与有机两大类。

无机离子交换剂

无机离子交换剂有天然沸石和人工合成沸石，沸石即可作阳离子交换剂，也能用作吸附剂。

沸石的交换原理

在污水中加人沸石后，通过沸石晶格空间的组分向颗粒内扩散，进行离子交换，对污水的特定成分进行分离。

沸石的种类

沸石类矿物有方沸石、菱沸石、片沸石等。合成无机物离子交换剂与天然沸石类似，能够用其均匀空隙结构排出大分子，大规模应用的分子筛有合成毛沸石、合成菱沸石、合成丝光沸石等。

有机离子交换剂

有机离子交换剂有磺化煤和各种离子交换树脂。

离子交换树脂

离子交换树脂是一种具有离子交换特性的有机高分子聚合电解质，它是疏松、具有多孔结构的固体球形颗粒，粒径一般为0.6~1.2mm(大粒径树脂)、0.3~0.6mm(中粒径树脂)、0.02~0.1mm(小粒径树脂)。

离子交换树脂特点和结构

离子交换树脂不溶于水，也不溶于电解质，其结构可分为不溶于水的树脂本体和具有活性的交换基团两部分。

树脂本体为有机化合物和交联剂组成的高分子共聚物，交联剂的作用是使树脂本体形成立体的网状结构;

交换基团由起交换作用的离子和与树脂本体连接的离子组成。

离子交换树脂的“选择性”

水中各种离子在与离子交换树脂交换时，其能力是不同的。

有的离子很容易被树脂吸附，但很难被“置换”下来；有的则很难被树脂吸附，但很容易被“置换”下来。这种性能就称为离子交换树脂的“选择性”。

离子交换树脂选择性的影响因素

1、离子带的电荷越多，则越容易被离子交换树脂吸附，例如二价离子就比一价离子易被吸附；

2、对带有相同电荷量的离子而言，原子序大的离子，容易被吸附；

3、浓溶液与稀溶液相比，浓溶液中的低价离子易被树脂吸附。

常用的离子交换设备有固定床、移动床和流动床三种。

固定床离子交换设备

固定床离子交换设备是将离子交换树脂装在竖式交换容器内，欲处理的料液不断地流过树脂层，离子交换的各项操作都在该设备内进行。固定床离子交换操作包括交换、反冲洗、再生和清洗运行的过程，之后进入下一循环工序，所以该设备为间歇式运行。

固定床的类型

根据用途不同，固定床可设计成单床、多床和混床。

移动床离子交换器

移动床离子交换器指交换器中的离子交换树脂在运动中是周期性移动的，即定期排出一部分已失效的树脂和补充等量再生的树脂，被排出已失效的树脂在另一个设备中进行再生。

移动床工艺系统

移动床系统有单塔单周期再生、两塔单周期再生、两塔连续再生、两塔多周期再生、三塔多周期再生等工艺系统。

三塔多周期移动床系统

三塔多周期移动床系统由交换塔、再生塔和清洗塔组成。在移动床运行中，储树脂斗中的树脂层不断移动，定期排出底部已经失效的树脂，并补充进等量的再生树脂。失效树脂由水流送至再生塔进行再生，而后送至清洗塔进行清洗。

流动床离子交换设备

流动床离子交换装置有压力式和重力式两种。

工程中常用的是重力式流动床，按结松重力式流动床又分为双塔式(交换塔和再生清洗塔)和三塔式(交换塔、再生塔和清洗塔)两种类型。

重力式双塔流动床

重力式双塔流动床的结构，由交换塔、再生清洗塔、水射器和辅助管路等组成。