工业水处理技术 第11章离子交换树脂及离子交换基本原理ppt课件.ppt

浙江师范大学环境科学专业课程工业水处理技术,林红军浙江师范大学地理与环境科学学院,2013年金华,Industrial Water Treatment Technology,第一篇 水及工业用水预处理第一章 水及工业用水第二章 工业用水预处理第二篇 循环冷却水处理第三章 循环冷却水系统及其水处理概况第四章 循环冷却水系统中的沉积物及其控制第五章 循环冷却水系统中金属的腐蚀及其控制第六章 循环冷却水系统中的微生物及其控制第七章 冷却水系统的清洗和预膜第八章 循环冷却水系统的日常运行第九章 冷却水系统中腐蚀、沉积物和微生物的现场监测,目录,第三篇 锅炉水处理第十章 锅炉及其水汽质量标准第十一章 离子交换树脂及离子交换基本原理第十二章 离子交换水处理第十三章 膜法除盐水处理第十四章 凝结水的净化第十五章 锅内加药处理第十六章 热力设备系统的腐蚀与控制第十七章 锅炉的清洗第四篇 工业水处理中的分析与监测第十八章 水质的分析第十九章 沉积物的分析第二十章 常用水处理剂的分析,第三篇 锅炉水处理,第十一章 离子交换树脂及离子交换基本原理,第一节离子交换树脂及其性能第二节离子交换基本原理第三节离子交换树脂层的工作过程第四节离子交换树脂的使用第五节离子交换树脂的变质、污染与复苏,第十一章离子交换树脂及离子交换基本原理,一、离子交换树脂概述,第一节离子交换树脂及其性能,（一）离子交换树脂的组成,离子交换树脂主要由以下三个部分组成,单体交联剂交换基团,它是能聚合成高分子化合物的低分子有机物，是离子交换树脂的主要成分，所以也称为母体,能在线性结构分子缩聚时起架桥作用，而使其分子中的基团相互键合成不溶的网状体结构的物质,连接在单体上的具有活性离子（可交换离子）的基团,一、离子交换树脂概述,第一节离子交换树脂及其性能,（二）离子交换树脂的合成,以苯乙烯系磺酸型阳离子交换树脂的合成为例,高分子骨架的合成,用苯乙烯为单体，二乙烯苯为交联剂，合成聚苯乙烯树脂，作为苯乙烯系离子交换树脂的骨架，,需要将聚苯乙烯用浓流酸处理而引入活性基团磺酸基,交换基团的引入,一、离子交换树脂概述,第一节离子交换树脂及其性能,（三）离子交换树脂的结构,离子交换树脂的内部结构可以分为三部分,高分子骨架,由交联的高分子聚合物组成，如交联的聚苯乙烯、聚丙烯酸等,离子交换基团,孔,它是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔（凝胶孔）和高分子结构之间的孔（毛细孔）,一、离子交换树脂概述,第一节离子交换树脂及其性能,（四）离子交换树脂的分类,交换基团的性质,阳离子交换树脂阴离子交换树脂,一、离子交换树脂概述,第一节离子交换树脂及其性能,（四）离子交换树脂的分类,离子交换树脂的孔型,凝胶型树脂大孔型树脂,凝胶型树脂 这种树脂是均相高分子凝胶结构，所以统称凝胶型离子交换树脂,大孔型树脂 在制造过程中，由于加入了致孔剂，因而形成大量的毛细孔道,一、离子交换树脂概述,第一节离子交换树脂及其性能,（五）离子交换树脂的型号,2 2 1 8,一、离子交换树脂概述,第一节离子交换树脂及其性能,（五）离子交换树脂的型号,一、离子交换树脂概述,第一节离子交换树脂及其性能,（五）离子交换树脂的型号,二、离子交换树脂的性能,第一节离子交换树脂及其性能,（一）离子交换树脂的物理性能,外观粒度,（1）颜色离子交换树脂依其组成不同，呈现的颜色也各不相同：苯乙烯系均呈黄色，其他有赤褐色、黑色等。一般交联剂多的，原料中杂质多的，其制出的树脂颜色就深些。 凝胶型树脂呈透明或半透明状态；大孔型树脂由于毛细孔道对光的折射，则呈不透明状态。,（2）形状离子交换树脂均制成球形，且要求树脂的圆球率（球状颗粒数占总颗粒数的百分率）应达到90%以上。对离子交换水处理而言，树脂的圆球率愈高愈好，这样的树脂通水性好，即水流阻力小，且球形树脂在一定容积内装载量最大。,二、离子交换树脂的性能,第一节离子交换树脂及其性能,（一）离子交换树脂的物理性能,外观粒度密度,干态密度湿态密度,湿真密度,湿视密度,二、离子交换树脂的性能,第一节离子交换树脂及其性能,（一）离子交换树脂的物理性能,外观粒度密度含水率转型膨胀率耐磨性,转型膨胀率指离子交换树脂从一种单一离子型转为另一种单一离子型时体积变化的百分数。例如，树脂在交换和再生时，体积都会发生变化，经长时间不断的胀缩，树脂会发生老化现象，从而影响树脂的使用寿命。,耐磨性指树脂颗粒在使用中，由于相互摩擦和胀缩作用，会产生破裂现象，所以耐磨性是影响其实用性能的指标之一。一般，树脂应能保证每年的耗损不超过3%7%,二、离子交换树脂的性能,第一节离子交换树脂及其性能,（二）离子交换树脂的化学性能,酸碱性选择性交换容量热稳定性,在常温、低浓度水溶液中，各种离子交换树脂对一些常见离子的选择性顺序分别为：,交换容量表示离子交换树脂的交换能力，即可交换离子量的多少，通常用单位质量或单位体积的树脂所能交换离子的摩尔数表示,二、离子交换树脂的性能,第一节离子交换树脂及其性能,（二）离子交换树脂的水力学性能,树脂层的水流阻力,二、离子交换树脂的性能,第一节离子交换树脂及其性能,（二）离子交换树脂的水力学性能,树脂层的水流阻力,树脂层反洗展开率,二、离子交换树脂的性能,第一节离子交换树脂及其性能,（二）离子交换树脂的水力学性能,树脂层的水流阻力,树脂层反洗展开率,树脂沉降速度,二、离子交换树脂的性能,第一节离子交换树脂及其性能,一、离子交换反应,第二节离子交换基本原理,（一）可逆性,一、离子交换反应,第二节离子交换基本原理,（二）强型树脂的交换反应,强型树脂是指强酸性阳离子交换树脂和强碱性阴离子交换树脂。,一、离子交换反应,第二节离子交换基本原理,（三）弱型树脂的交换反应,弱型树脂指弱酸性阳离子交换树脂和弱碱性阴离子交换树脂。它们不能进行中性盐分解反应。,二、离子交换平衡和选择性系数,第二节离子交换基本原理,（一）离子交换平衡,选择性系数,对于两种等价离子之间的交换反应，可表示为,二、离子交换平衡和选择性系数,第二节离子交换基本原理,（二）选择性系数,三、离子交换速率,第二节离子交换基本原理,（一）离子交换速度的控制步骤,有关的离子进行扩散和交换的过程。其动力学过程一般可分为如下的五步,三、离子交换速率,第二节离子交换基本原理,（二）离子交换速度的表达式,三、离子交换速率,第二节离子交换基本原理,（三）离子交换速度的影响因素,一、离子交换反应,第三节离子交换树脂层的工作过程,（一）离子交换树脂层内的交换过程,树脂层的变化可分为以下三个阶段,二、离子交换树脂层内的再生过程,第三节离子交换树脂层的工作过程,再生能力，通常用再生剂耗（分别称为盐耗、酸耗或碱耗）、再生剂比耗表示。,一、离子交换树脂的选用,第四节离子交换树脂的使用,（一）交换容量,一般从以下几方面考虑树脂的选用,另外，同类型树脂的交换容量，一般随着交联度变小而增大，而树脂的机械强度要降低些，这将导致树脂会过早地损耗。因此，对于水处理用的离子交换树脂，在尽可能选择有高交换容量的同时，还要考虑树脂有足够的机械强度。,一、离子交换树脂的选用,第四节离子交换树脂的使用,（二）原水的水质,一般从以下几方面考虑树脂的选用,一、离子交换树脂的选用,第四节离子交换树脂的使用,（三）出水的水质,一般从以下几方面考虑树脂的选用,（四）水处理设备的类型,二、离子交换树脂的保管,第四节离子交换树脂的使用,（一）新树脂的保管,二、离子交换树脂的保管,第四节离子交换树脂的使用,（二）旧树脂的保管,三、新树脂投运前的预处理,第四节离子交换树脂的使用,（一）阳树脂的预处理,（二）阴树脂的预处理,四、离子交换树脂的装填,第四节离子交换树脂的使用,（一）离子交换器的清理与检查,（二）离子交换树脂的装填,一、离子交换树脂的变质,第五节离子交换树脂的变质、污染与复苏,（一）阳离子交换树脂的氧化,1.阳树脂氧化的原因和现象,2.防止树脂被氧化的方法,一、离子交换树脂的变质,第五节离子交换树脂的变质、污染与复苏,（二）强碱性阴树脂的降解,1.降解的原因及过程,2.防止强碱性阴树脂降解的方法,二、离子交换树脂的污染与复苏,第五节离子交换树脂的变质、污染与复苏,（一）铁对树脂的污染,阳、阴树脂都可能发生铁的污染，被铁污染的树脂的颜色明显变深，甚至呈黑色；铁污染会使树脂床层的压降增加和可能导致偏流；严重降低交换容量和再生效率；会使树脂含水量增加；还会使阴树脂加速降解。,1.树脂的复苏,2.防止铁污染的方法,二、离子交换树脂的污染与复苏,第五节离子交换树脂的变质、污染与复苏,（二）铝对树脂的污染,通常是采用铝盐进行水的混凝处理时，因沉淀或过滤效果不好而进入离子交换器内所致,1.树脂的复苏,2.防止铝污染的方法,二、离子交换树脂的污染与复苏,第五节离子交换树脂的变质、污染与复苏,（三）钙对树脂的污染,1.树脂的复苏,2.防止钙污染的方法,二、离子交换树脂的污染与复苏,第五节离子交换树脂的变质、污染与复苏,（四）硅对树脂的污染,树脂被硅污染后，其离子交换器出水中连续有二氧化硅泄漏，使除硅效率降低,1.树脂的复苏,2.防止硅污染的方法,二、离子交换树脂的污染与复苏,第五节离子交换树脂的变质、污染与复苏,（五）油对树脂的污染,被油污染的树脂其外观颜色由棕变黑，在树脂表面形成一层油膜。简易的鉴别方法是将树脂放入试管中，再向试管中注入两倍于树脂体积的水，经激烈振荡后，若水面出现“彩虹”即为油污染,1.树脂的复苏,二、离子交换树脂的污染与复苏,第五节离子交换树脂的变质、污染与复苏,（六）有机物对树脂的污染,由于水中的有机物是由动植物腐烂后分解生成的腐殖酸、富维酸和丹宁酸等带负电基团的线型大分子，它们能与强碱性阴树脂发生交换反应,1.树脂的复苏,二、离子交换树脂的污染与复苏,第五节离子交换树脂的变质、污染与复苏,（六）有机物对树脂的污染,2.防止有机物对强碱性阴树脂污染的方法,Thanks!,