能源化工]水处理技术培训资料

能源化工]水处理技术培训资料内容摘要：

— SO3H,此外煤质本身还有－ COOH,－ OH,以及硫酸氧化生成－ COOH,所以它实质上是一种混合离子交换剂。 : 分类 :根据其单体的种类 ,可分为苯乙烯系 ,酚醛系和丙烯酸系。 （ 1） 苯乙烯系离子交换树脂 （ 2） 苯乙烯系磺酸型阳离子交换树脂 （ 3） 苯乙烯系阴离子交换树脂 （ 4） 丙烯酸系离子交换树脂 基体是丙烯酸甲脂 (甲基丙烯酸甲脂 )和二乙烯苯共聚而成 ,结构如下 : A. 丙烯酸系羧酸树脂 (弱阳 ) RCOOCH3 → RCOOH ( 在浓 ROH和 H2O条件下 ) B．丙烯酸系阴离子交换树脂（弱碱） RCOOCH3+H2N(CH2)2NH(CH2)2NH2 →RCONH (CH2)2NH(CH2)2NH2 （ 5） 树脂的结构类型 : A. 凝胶型 (特点 :抗氧化性和机械性强度较差 ,易受有机物污染 ) B. 大孔型树脂 (缺点 :交换容量低 ,售价 贵 ,酸碱耗高 ) C. 第二代大孔型树脂 (空隙率较第一代小 ,交换容量和凝胶相近 ,反应快 ) D. 超凝胶型树脂 (控制苯乙烯和二乙烯苯之间反应速度 ,制得机械强度好的凝胶树脂 ) E. 均孔型强碱性阴树脂 (交联均匀 ,孔眼大小相近 ,防有机物中毒 ) 第二节 离子交换树脂的命名 :由分类名称 ,骨架名称 ,基本名称三部分组成 . (1)分类名称 :凝胶型 ,大孔型 (2)骨架名称 :苯乙烯系 ,丙烯酸系 ,酚醛系 ,环阳系等 (3)基本名称 :离子交换树脂 (酸性冠阳 ,碱性冠阴 ) :大孔前加 D 第三节 离子交换原理 1. 交换作用 (主要在扩散 层进行 ,但由于扩散关系也将与固定层交换 ) 2. 压缩作用 (再生液浓度太大时 ,不能提高再生效果 ,反使再生效果降低 ) 第四节 离子交换树脂的性能 : (1) 外观 :A颜色。 B形状 (圆球率 90%) (2) 粒度 (～ ) (3) 密度 : =干树脂质量∕树脂的真体积 g∕ml B. 湿真密度 =湿树脂的质量∕湿树脂的真体积 g∕ml C. 湿视密度 =湿树脂的质量∕湿树脂的堆积体积 g∕ml (4) 含水率 :含水率大则空隙率大 ,交联度小 (5) 溶胀性：溶于水中树脂体积变大。 影响因素：溶剂、交联度 、活性基团、交换容量、溶液浓度、可交换离子本质。 对强性树脂： H+＞ Na+＞ NH4+＞ K+＞ Ag+ OH_＞ HCO3_≈ CO32_＞ SO42_＞ Cl_，由此看出树脂再生后体积膨胀。 (6) 耐磨性 (7) 溶解性 (影响因素 :交联度小 ,电离能力大 ,离子水合半径大 ,受高温氧化影响 ) (8) 耐热性 (阳树脂≦ 100℃ ,强阴≦ 60℃ ,弱≦ 80℃阴 ) (9) 抗冻性 (10) 耐辐射性能 (11) 导电性 2. 化学性能 （ 1） 离子交换反应的可逆性。 离子交换反应是可逆的，例如当含有硬度的水通过 H型离子交换树脂时其反应为： 2RH＋ Ca2+ R2Ca＋ 2H+ 当树脂失效后为了恢复树脂的交换能力，就可以利用离子交换反应的可逆性，用硫酸或盐酸通过此失效的树脂： R2Ca＋ 2H+ 2RH＋ Ca2+ 这两种反应，实质上是可逆反应似的化学平衡移动，当水中 Ca2+ 和 H 型离子交换树脂多时，反应正向进行；反之则逆行进行。 （ 2） 酸、碱性。 树脂的性能与电介质酸碱相同，在水中有电离出 H+ 和 OH_的能力。 （ 3） 中和与水解。 离子交换树脂的中和与水解的性能和同城的电解质一样。 H型树脂和碱溶液会进行中和反应，如 RSO3H ＋ NaOH RSO3Na＋ H2O。 水解反应也和通常电解质的水解反应一样，当水解产物有弱酸或弱碱时，水解度就大，如 RCOONa＋ H2O RCOOH＋ NaOH RNH3Cl＋ H2O RNH3OH＋ HCl所以，具有弱酸性基团和弱碱性基团的离子交换树脂的盐型，容易水解。 （ 4） 离子交换的选择性。 离子交换树脂细琢各种粒子的能力不一，有些离子易被吸着，但吸着后要把它置换下来就比较困难；而另一些例子很难被吸着，但置换下来比较容易，这种性能称为离子交换的选择性。 （ 5） 交换容量：分为全交换容量、工作交换容量、平衡交换容 量。 单位 mol/l 或mol/m3 第五节 离子交换平衡 在稀溶液中，强酸型阳树脂对常见阳离子的选择性顺序如下： Fe3+＞ Al3+＞ Ca2+＞ Mg2+＞ K+ ≈ NH4+＞ Na+ ＞这可以归纳两个规律：离子所带电荷愈大，愈易被吸收；当离子所带电荷相同时，离子水合半径较小的易被吸取。 对弱阳树脂 H+位置前移，例如羧酸型树脂 H+位于 Fe3+之前，所以弱酸树脂易再生。 在浓溶液中，排列顺序发生改变，某些低价离子会居于高价离子之前。 对稀溶液，强碱阴树脂对阴离子的选择性顺序为： SO42_＞ Cl_＞ HCO3_＞ HSiO3_ 在浓溶液中交换顺序是 : Cl_ ＞ SO42_＞ CO32_＞ SiO32_ 强碱型树脂的选择性顺序，遵循以下三条规律： （ 1） 在强弱酸混合的溶液中，易吸取强酸的阴离子。 （ 2） 浓溶液与稀溶液相比，前者利于低价离子被吸取，后者利于高价离子被吸取。 （ 3） 在浓度和价数等条件相同的情况下，选择性系数大的易被吸取。 第六节 离子交换速度 离子交换的动力学过程一般可分为五步： （ 1） 水中扩散通过膜 （ 2） 进入胶联网孔 （ 3） 与交换基团接触，进行 H+离子交换 （ 4） H+向表面扩散 （ 5） H+通过水膜进入水中 影响离子交换速度的因素： （ 1） 树脂交换基团 （ 2） 树脂的交联度（交联度大，网孔 小，交换慢） （ 3） 树脂的颗粒（颗粒小交换快） （ 4） 溶液的浓度 （ 5） 温度 （ 6） 搅拌或提高流速 （ 7） 离子的本性 第五章 水的离子交换处理 第一节 固定床离子交换原理 固定床是动态离子交换的一种形式，它是指运行中离子交换剂层固定在一个交换器中，一般不将交换剂转移到床体外部进行再生。 固定床的运行方式，通常是使水由上向下不断地通过交换剂层。 1. 水中阳离子只有 Ca2+时和 Na离子交换剂的交换 进水 影响保护层厚度的因素：流速、生水 质量、树脂粒度、交换剂孔隙率 失效层 和温度。 工作层 尚未工作层 出水 2. 水中含有 Ca2+、 Mg2+ 、 Na+时和 H离子交换剂的交换 进水 Ca2+ Mg2+ Na+ H+ 出水 第二节 离子 交换软化和除盐 1. 软化 如离子交换水处理的目的只是为了软化，即除去水中钙镁，则可采用钠离子交换法。 其交换过程如下式： （ 1）运行： 2RNa＋ Ca2+（ Mg2+） R2Ca(Mg)＋ 2Na＋ （ 2）再生： R2Ca(Mg)＋ 2Na＋ 2RNa＋ Ca2+（ Mg2+） 盐耗＝ G/V(H－ HC) g/mol G－再生盐量 g V－制水量 m3 H－ HC－原水硬度和生水硬度差值 mol/m2(1/2Me2+) 2. 软化和除碱： （ 1）加硫酸除碱： NaHCO3＋ H2SO4 Na2SO4＋ CO2 ＋ 2H2O CO2用除碳器除去 （ 2）采用强酸性 H离子交换剂的 H－ Na离子交换 强酸性 H离子交换剂可以将水中各种阴离子转变成相应的酸，固它的出水是酸性的。 因此和加酸法相似，可以利用它的出水中和调另一部分水的碱度。 由于它不是外加药剂到水中，所以不会增大水中的含盐量，而是降低。 （ 3）采用强酸性 H离子交换剂的 H－ Na离子交换 用弱酸 H离子交换剂来除去水中碱度是一种很好的方法，因为这种交换剂分解中盐的能力较弱，它仅与弱酸盐类（碱度）反应，交换后不产生强酸。 弱酸 H离子交换剂失效后，很容易再生 ，酸耗低，通常为理论的 110％，因此比较经济，排废酸问题也较少。 （ 4） H离子交换剂采用贫再生方式的 H－ Na离子交换 是指 H离子交换剂失效后，用理论量的酸进行再生，是交换剂再生不充分，上层为 H型，下部还有钙镁型的树脂。 （ 5）除碳器 鼓风式除碳器：使水中的 CO2随吹入的空气排入大气。 因为空气中的 CO2 含量很少，即它的分压很小，所以当鼓入除碳器的空气流和经 H交换处理的水接触时，水中 CO2便会析出并被空气带走。 真空式除碳器：利用真空泵或喷射器从除碳器的上部抽真空，使水达到沸点从而除去水中的气体。 第三节 固定床 离子交换 1. 顺流式 运行水流与再生液流动方向一致，通常是由上向下流动。 运行：反洗、再生（剂量、浓度、再生流速、湿度、再生剂种类和纯度）、正洗、交换。 2. 逆流式 运行水流与再生液流动方向相反。 运行：小反洗、放水、顶压、进再生液、逆流冲洗（置换）、小反洗、正洗、投运。 逆流再生注意事项： （ 1） 实层厚度和空气压力应符合要求 （ 2） 再生水质好 （ 3） 中排应加固 （ 4） 采用白球作压实层其密度应小于树脂 （ 5） 再生剂质量要好 （ 6） 防止气泡混入 3. 分流再生 分流再生是在床层表面下约 400－ 600mm 处装排水装置，使再生液自上下同时进入，废液自中间排水装置 排出。 4. 浮动床 （ 1） 运行水由下至上，将树脂托起，再生由上至下 优点：出水质量好，流速高。 阻力小，酸耗低，操作方便。 缺点：树脂絮体外清洗。 （ 2） 运行：落床、再生、置换和正洗、成床。 第四节 连续床离子交换 1. 移动床 是指交换器中的交换剂层在运行中是不断移动的，即定期的排出一部分树脂和不仅等量再生好的新鲜树脂。 被排除失效树脂的再生过程，是在另一专用设备中进行的。 ，所以供水基本上是连续的。 2. 流动床 流动床分为无压力式和压力式两种类型。 第六章 水的离子除盐 第一节 （ 1） 在稀溶液中选择性： SO42_＞ NO3_＞ Cl_＞ OH＞ F＞ HCO3_＞ HSiO3_ ROH＋ NaHSiO3＝ RHSiO3＋ NaOH 水中 OH含量大，交换不彻底，先进阳床使 NaHSiO3 则 ROH＋ H2SiO3＝ RHSiO3＋ H2O （ 2） 再生： a. 再生剂：用 NaOH，因为强碱阴树脂除硅必须转化成 OH 型。 ，提高碱耗对洗硅有利。 :先浓 (%~%后稀 )洗硅效果好 (浓压缩双电层 ) d:再生液温度和再生时间 f:再生剂的纯度 (3)交换 (制水 ) 1).进 水中金属阳离子要低 (有利于除硅 ) 2).进水中碳酸会计师要低 (树脂对 HCO3吸附性与 HSiO3的相似 ) 对硫酸根 .氯根 .硝酸根等强酸根吸附 ,对 HCO3吸附弱 ,对 HSiO3不能吸附。 吸附只能在酸性条件下进行 ,中性溶液中 ,弱碱性 OH 型树脂封锁交换能力。 R(NH3OH) 2+H2SO4→ K(NH3 )2 SO4+ 2H2O RNH3OH+HCl→ RNH3Cl+ H2O 弱酸树脂对离子的选择为 OH＞ SO42＞ NO3＞ Cl＞ HCO3(所以易再生 ) 弱碱树脂吸附有机物可 以在再生时被洗出来 (因交联度低 ,孔隙大 ) 第二节 复床除盐 H OH 第三节 混合床除盐 1. 原理 :可看成许多阴阳树脂交错排列的多吸式复床 (1000~2020级 )(可消除反离子影响 ) 2. 再生 :先反洗分层 ,阴在上 ,阳在下 (对方便分层 ,湿真密度差应大于 15%~20%阴 :阳 =2:1) 失效后行。