水处理工程=清华大学第九章离子交换课件(第一篇)资料下载.pdf

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降低含盐量（锅炉给水、碱度太高，会汽水共沸）除盐：

降低含盐量第1节软化与除盐概述第1节软化与除盐概述第九章6二、硬度单位二、硬度单位当量浓度：

当量浓度：

meq/L度（我国用德国度）度（我国用德国度）:

德国度德国度10mgCaO/L美国度美国度1mgCaCO3/L物质的量浓度物质的量浓度（mol/L）:

c基本单元的表示方法：

基本单元的表示方法：

Ca2+,1/2Ca2+第1节软化与除盐概述第1节软化与除盐概述2第九章7三、水的纯度三、水的纯度含盐量电阻率（单位：

含盐量电阻率（单位：

106欧姆厘米欧姆厘米,106cm）或电导率（微西门子）或电导率（微西门子/厘米厘米,S/cm）淡化水：

高含盐量水经局部处理脱盐水：

相当于普通蒸馏水，含盐量）淡化水：

相当于普通蒸馏水，含盐量15mg/L101S/cm纯水：

亦称去离子水，含盐量纯水：

亦称去离子水，含盐量1mg/L,10.1S/cm高纯水：

含盐量高纯水：

含盐量0.1mg/L,硬度，还应去除多余的硬度，还应去除多余的HCO3若水中存在若水中存在Fe离子，也要消耗离子，也要消耗Ca（OH）2第1节软化与除盐概述第1节软化与除盐概述第九章11所以，石灰投加量：

所以，石灰投加量：

CaO=CO2+Ca（HCO3）2+2Mg（HCO3）2+Fe+aa：

CaO过剩量，一般为过剩量，一般为0.10.2mmol/L经石灰处理，水的剩余碳酸盐硬度可降低到经石灰处理，水的剩余碳酸盐硬度可降低到0.250.5mmol/L，碱度降低到，碱度降低到0.81.2mmol/L为尽量降低碳酸盐硬度，石灰混凝沉淀可以同时进行。

注意：

石灰法只能降低碳酸盐硬度及降低水中的碱度。

为尽量降低碳酸盐硬度，石灰混凝沉淀可以同时进行。

第1节软化与除盐概述第1节软化与除盐概述第九章122.石灰纯碱法去除碳酸盐和非碳酸盐硬度石灰纯碱法去除碳酸盐和非碳酸盐硬度CaSO4+Na2CO3CaCO3+Na2SO4MgSO4+Na2CO3MgCO3+Na2SO4MgCO3+Ca（OH）2CaCO3+Mg（OH）2但纯碱太贵，此法一般不用。

但纯碱太贵，此法一般不用。

第1节软化与除盐概述第1节软化与除盐概述3第九章13一、离子交换树脂二、离子交换平衡三、离子交换速度一、离子交换树脂二、离子交换平衡三、离子交换速度第2节离子交换基本原理第2节离子交换基本原理第九章14一、离子交换树脂一、离子交换树脂1结构结构母体（骨架）：

高分子化合物和交联剂经聚合反应而生成的共聚物根据组成母体的单体材料：

苯乙烯（最广泛）、丙烯酸、酚醛系列母体（骨架）：

苯乙烯（最广泛）、丙烯酸、酚醛系列活性基团：

遇水电离，称为固定部分和活动部分，具有交换性（可交换离子）活性基团：

遇水电离，称为固定部分和活动部分，具有交换性（可交换离子）第2节离子交换基本原理第2节离子交换基本原理第九章15如聚苯乙烯磺化磺酸基团（如聚苯乙烯磺化磺酸基团（SO3H）一种强酸性阳离子树脂）一种强酸性阳离子树脂微孔形态：

凝胶型、大孔型、等孔型等微孔形态：

凝胶型、大孔型、等孔型等CHSO3HCH2n第2节离子交换基本原理第2节离子交换基本原理第九章162命名命名全名称：

（分类名称）（骨架名称）（基本名称）如强酸型苯乙烯系阳离子交换树脂全名称：

（分类名称）（骨架名称）（基本名称）如强酸型苯乙烯系阳离子交换树脂为了区别同一类树脂产品，有时用数字区分。

为了区别同一类树脂产品，有时用数字区分。

第2节离子交换基本原理第2节离子交换基本原理第九章173主要性能指标主要性能指标

（1）密度：

湿真密度：

湿树脂质量密度：

湿树脂质量/树脂颗粒本身所占体积（不包括颗粒之间的空隙）树脂颗粒本身所占体积（不包括颗粒之间的空隙）用于确定反冲洗强度，混合床的分层湿视密度：

湿树脂质量用于确定反冲洗强度，混合床的分层湿视密度：

湿树脂质量/树脂堆积体积树脂堆积体积计算树脂用量计算树脂用量第2节离子交换基本原理第2节离子交换基本原理第九章18

（2）交换容量：

是树脂最重要的性能，表示树脂交换能力的大小。

以体积和重量两种表示方式。

全交换容量：

可用滴定法测定或从理论上计算分子量交换容量：

可用滴定法测定或从理论上计算分子量184.2,184.2g树脂中含有树脂中含有1g可交换离子可交换离子H+。

扣去交联剂所占份量（。

扣去交联剂所占份量（8%），全交换容量为，全交换容量为4.99mmol/g。

CHSO3HCH2n第2节离子交换基本原理第2节离子交换基本原理4第九章19不论那种树脂，可交换离子均为不论那种树脂，可交换离子均为1价离子价离子而水中被交换离子一般而水中被交换离子一般1价或价或2价离子价离子全树脂交换容量定义：

树脂所能交换的离子的物质的量全树脂交换容量定义：

树脂所能交换的离子的物质的量nB除以树脂体积或质量除以树脂体积或质量mqv=nB/V（mmol/L）或或qm=nB/m（mmol/g）B：

可交换离子的基本单元，等于离子式除以电荷数，即以当量粒子为基本单元。

：

工作交换容量：

实际工作条件下，全的工作交换容量：

实际工作条件下，全的60%70%，与实际运行条件有关。

，与实际运行条件有关。

第2节离子交换基本原理第2节离子交换基本原理第九章20（3）离子交换树脂的选择性与水中离子种类、树脂交换基团的性能有很大关系，同时也受离子浓度和温度的影响。

离子交换树脂的选择性与水中离子种类、树脂交换基团的性能有很大关系，同时也受离子浓度和温度的影响。

离子电荷愈多，愈易被交换离子电荷愈多，愈易被交换原子序数愈大，即水合半径愈小，愈易被交换原子序数愈大，即水合半径愈小，愈易被交换Fe3+Al3+Ca2+Mg2+K+=NH4+Na+Li+SO42-NO3-Cl-HCO3-HSiO3-H和和OH的交换选择性与树脂交换基团酸、碱性的强弱有关。

对于强酸阳树脂：

的交换选择性与树脂交换基团酸、碱性的强弱有关。

H+Li+而对于弱酸阳树脂：

而对于弱酸阳树脂：

H+Fe3+第2节离子交换基本原理第2节离子交换基本原理第九章21二、离子交换平衡离子交换是一种可逆反应，存在交换平衡。

二、离子交换平衡离子交换是一种可逆反应，存在交换平衡。

R-A+B+R-B+A+离子交换选择系数为：

离子交换选择系数为：

KAB=R-B+A+/R-A+B+该值该值1，有利于交换反应的进行。

，有利于交换反应的进行。

第2节离子交换基本原理第2节离子交换基本原理第九章22经推导：

经推导：

0000/1/1/ccccKqqqqBAq0：

树脂全交换容量，：

树脂全交换容量，mmol/L；

q：

树脂中：

树脂中B+离子浓度离子浓度,mmol/L；

c0：

溶液中两种交换离子的总浓度，：

溶液中两种交换离子的总浓度，mmol/L；

c：

溶液中：

溶液中B+离子浓度，离子浓度，mmol/L第2节离子交换基本原理第2节离子交换基本原理第九章23二价对一价的离子交换反应离子交换选择系数：

二价对一价的离子交换反应离子交换选择系数：

200002200）/1（/）/1（/cccccqKqqqqBA222222BARABRKBA改写成：

改写成：

第2节离子交换基本原理第2节离子交换基本原理第九章24离子交换树脂的选择系数可用于：

计算泄漏量、极限工作交换容量、再生度极限值离子交换树脂的选择系数可用于：

计算泄漏量、极限工作交换容量、再生度极限值一价对一价离子交换平衡曲线二价对一价离子交换平衡曲线一价对一价离子交换平衡曲线二价对一价离子交换平衡曲线第2节离子交换基本原理第2节离子交换基本原理5第九章25三、离子交换速度三、离子交换速度1.边界水膜内的迁移边界水膜内的迁移2.交联网孔内的扩散交联网孔内的扩散3.离子交换（反应快）离子交换（反应快）4.交联网内的扩散交联网内的扩散5.边界水膜内的迁移边界水膜内的迁移离子交换速度通常由膜扩散或孔道扩散所控制。

离子交换速度通常由膜扩散或孔道扩散所控制。

第2节离子交换基本原理第2节离子交换基本原理第九章26离子交换速度的影响因素：

离子交换速度的影响因素：

溶液浓度：

影响扩散过程的重要因素浓度大膜扩散快，孔道扩散为控制步骤溶液浓度：

影响扩散过程的重要因素浓度大膜扩散快，孔道扩散为控制步骤流速或搅拌速度：

主要影响膜扩散，流速或搅拌速度：

主要影响膜扩散，孔道扩散基本不受孔道扩散基本不受影响。

影响。

树脂粒径：

对于膜扩散，离子交换速度与粒径成反比树脂粒径：

对于膜扩散，离子交换速度与粒径成反比；

对于孔道扩散，离子交换速度与粒径二次方成反比。

交联度：

对孔道扩散的影响更大交联度：

对孔道扩散的影响更大第2节离子交换基本原理第2节离子交换基本原理第九章27第2节离子交换基本原理本节思考题第2节离子交换基本原理本节思考题

（1）离子交换树脂的结构和作用原理是什么？

（2）什么是离子交换树脂的工作容量？

与全交换容量有何关系？

受什么因素的影响？

（3）离子交换选择系数是如何定义的？

物理意义是什么？

（4）离子交换速度受什么因素影响？

第九章28一、阳离子交换树脂特性二、离子交换软化系统三、固定床离子交换软化设备一、阳离子交换树脂特性二、离子交换软化系统三、固定床离子交换软化设备第3节离子交换软化第3节离子交换软化第九章29一、阳离子交换树脂特性一、阳离子交换树脂特性分强酸和弱酸，强酸主要有分强酸和弱酸，强酸主要有RNa和和RH。

1RNa2RNa+Ca（HCO3）2R2Ca+2NaHCO32RNa+CaSO4R2Ca+Na2SO4特点：

去除碳酸盐和非碳酸盐硬度，总含盐量（阳离子总重量）有所变化，但碱度不变。

特点：

第3节离子交换软化第3节离子交换软化第九章30Na离子交换软化法示意图离子交换软化法示意图第3节离子交换软化第3节离子交换软化Na2SO46第九章312RH碳酸盐硬度：

生成碳酸盐硬度：

生成CO2、H2O同时去除碱度。

同时去除碱度。

2RH+Ca（HCO3）2R2Ca+2CO2+2H2O非碳酸盐硬度：

生成非碳酸盐硬度：

生成H2SO4，HCl出水酸性出水酸性2RH+CaCl2R2Ca+2HCl对于对于Na+：

RH+NaClRNa+HCl-产生钠型树脂，但不起软化作用产生钠型树脂，但不起软化作用第3节离子交换软化第3节离子交换软化第九章32Na+泄漏硬度泄漏泄