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離子交換法在廢水處理中的應(yīng)用
??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????【武漢純水設(shè)備 www.jsccccs.cn/】離子交換是靠交換劑自身所帶的能自由移動(dòng)的離子與被處理的溶液中的離子之間的離子擴(kuò)散來(lái)實(shí)現(xiàn)的。推動(dòng)離子交換的動(dòng)力是離子間的濃度差和交換劑上的功能基對(duì)離子的親和能力，這就是離子交換的基本原理。
離子交換劑是實(shí)現(xiàn)交換功能的最基本物質(zhì)，根據(jù)其材料性質(zhì)可分為無(wú)機(jī)離子交換劑和有機(jī)離子交換劑，又可分為天然離子交換劑和人工離子交換劑。天然離子交換劑有粘土、沸石、褐煤等，人工合成天然離子交換劑有凝膠樹(shù)脂、大孔樹(shù)脂、吸附樹(shù)脂、氧化還原樹(shù)脂、螯合樹(shù)脂等。按其交換能力又可分為強(qiáng)堿性樹(shù)脂、弱堿性樹(shù)脂、強(qiáng)酸性樹(shù)脂、弱酸性樹(shù)脂等多種類型。離子交換樹(shù)脂實(shí)際上是由網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子固體與附著在母體上的許多活性基團(tuán)構(gòu)成的不溶性高分子電解質(zhì)。
一、離子交換設(shè)備的組成
一個(gè)完整的離子交換系統(tǒng)由預(yù)處理、離子交換、樹(shù)脂再生和電控儀表等單元組成，其中離子交換單元是系統(tǒng)的核心，通常所說(shuō)的離子交換法的常用設(shè)備和裝置其實(shí)是離子交換單元的形式。
根據(jù)離子交換柱的構(gòu)造、用途和運(yùn)行方式，離子交換單元裝置可分為固定床式離子交換體系和連續(xù)式離子交換體系兩大類。固定床式離子交換體系是指樹(shù)脂的交換和再生過(guò)程是在同一設(shè)備內(nèi)，在不同的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，即樹(shù)脂再生時(shí)，離子交換程序就要停止運(yùn)行。蘇州實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備
固定床依據(jù)不同使用要求和水力流向，又可分為：
1）只裝填一種樹(shù)脂的單床或多床式；
2）將裝填陽(yáng)樹(shù)脂的離子交換柱和裝填陰樹(shù)脂的離子交換柱串聯(lián)在一起的復(fù)合床式；
3）依靠水流的作用力將樹(shù)脂層托浮起來(lái)運(yùn)行的浮動(dòng)床式；
4）在逆流再生固定床內(nèi)，依據(jù)一定配比裝填強(qiáng)、弱兩種樹(shù)脂(密度小、粒度細(xì)的弱樹(shù)脂在上層，密度大、粒度粗的弱樹(shù)脂在下層)的雙層床式。
連續(xù)式離子交換體系是指把交換和再生過(guò)程在不同設(shè)備內(nèi)同時(shí)進(jìn)行，即交換過(guò)程可以連續(xù)進(jìn)行。連續(xù)式離子交換體系可分為流動(dòng)床和移動(dòng)床。流動(dòng)床內(nèi)的樹(shù)脂在裝置內(nèi)連續(xù)循環(huán)流動(dòng)，失效樹(shù)脂在流動(dòng)過(guò)程中經(jīng)再生清洗后恢復(fù)交換能力。移動(dòng)床則是裝置內(nèi)的樹(shù)脂星周期性移動(dòng)，失效樹(shù)脂在移動(dòng)過(guò)程中經(jīng)再生清洗后恢復(fù)交換能力，再定期定滋補(bǔ)充到交換柱頂端。
二、離子交換法在廢水處理中的應(yīng)用
在廢水處理中，離子交換法可用于去除廢水中的某些有害物質(zhì)，回收有價(jià)值化學(xué)品、重金屬和稀有元素，或?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)水資源的重復(fù)利用。主要用于處理電鍍廢水，如鍍鉻廢水、鍍鎳廢水、鍍鎘廢水、鍍金廢水、鍍銀廢水、鍍鋅廢水、鍍銅廢水及含氰廢水等，在膠片洗印廢水中回收銀、CD-2、CD-3等貴重化學(xué)藥品，還可用于其他含鉻廢水、含鎳廢水和含汞廢水、放射性廢水的處理。
每升含鉻數(shù)十至數(shù)百毫克的電鍍廢水首先經(jīng)過(guò)過(guò)濾去除懸浮物，再經(jīng)陽(yáng)離子交換器除去金屬離子，然后進(jìn)入陰離子交換器除去Cr2O7-和Cr2O4- ，出水六價(jià)鉻的含量小于0.5mg/L，還可作為清洗水循環(huán)使用。陰樹(shù)脂用12%NaOH再生后，再生液含鉻可高達(dá)17g/L，將此再生液H型陽(yáng)離子交換器使Na2CrO4 轉(zhuǎn)變成鉻酸，再經(jīng)蒸發(fā)濃縮7～8倍后，可返回電鍍槽重新使用。
離子交換法處理電鍍廢水，第一個(gè)陽(yáng)離子交換器的作用有兩個(gè)，一是除去金屬離子及雜質(zhì)，減少對(duì)陰樹(shù)脂的污染，因?yàn)橹亟饘賹?duì)樹(shù)脂的氧化分解能起催化作用;二是降低pH值，使六價(jià)格以Cr2O7- 存在，因?yàn)殛帢?shù)脂Cr2O7- 的選擇性大于Cr2O4- 和其他陰離子的選擇性，而且交換一個(gè)Cr2O7- 除去兩個(gè)Cr6+，面交換一個(gè)Cr2O4- 只能除去一個(gè)Cr6+。由于Cr2O7- 是強(qiáng)氧化劑，容易引起樹(shù)脂的氧化性破壞，因此一定要選用化學(xué)穩(wěn)定性較好的強(qiáng)堿性樹(shù)脂。
三、離子交換法運(yùn)行注意事項(xiàng)
(1)高價(jià)金屬離子：Fe3+、Cr3+ 、AL3+ 等高價(jià)金屬離子容易被樹(shù)脂吸附，而且再生時(shí)難以洗脫，引起樹(shù)脂中毒.使樹(shù)脂的交換能力降低。樹(shù)脂高鐵中毒后，顏色會(huì)變深、此時(shí)可用高濃度酸長(zhǎng)時(shí)間浸泡再生。
(2)懸浮物和油脂：由于廢水中的SS會(huì)堵塞樹(shù)脂孔隙，油脂會(huì)將樹(shù)脂顆粒包裹起來(lái)，影響離子交換的正常進(jìn)行，因此必須對(duì)進(jìn)水進(jìn)行充分的預(yù)處理，降低其中的懸浮物和油脂類物質(zhì)含淤，預(yù)處理可以使用過(guò)濾、氣浮、澄清等方法。蘇州實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備
(3)氧化劑：CL2、O2、Cr2O7- 等強(qiáng)氧化劑會(huì)引起樹(shù)脂的氧化分解，導(dǎo)致活性基團(tuán)的交換能力喪失和樹(shù)脂固體母體的欄化，影響樹(shù)脂的正常使用。因此，在處理含有強(qiáng)氧化劑的廢水時(shí)，定要選用化學(xué)穩(wěn)定性較好、交聯(lián)度大的樹(shù)脂，或加入適量的還原劑消除氧化劑的影響。
(4)有機(jī)物：某些高分子有機(jī)物與樹(shù)指活性基團(tuán)的固定離子結(jié)合力很大，一旦結(jié)合就很難進(jìn)行再生，進(jìn)而影響樹(shù)脂的再牛率和交換能力，例如廢水中含有高分子有機(jī)酸時(shí)，高分有機(jī)酸與強(qiáng)堿性季胺基團(tuán)的結(jié)合力就很大，很難洗脫下來(lái)。處理含有此類物質(zhì)的廢水時(shí)可選用低交聯(lián)度的樹(shù)脂，或者對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)處理、將高分子有機(jī)物從水中去除。
(5)電解質(zhì)：交換樹(shù)脂在高電解質(zhì)濃度的情況下、由于滲透壓的作用會(huì)導(dǎo)致樹(shù)脂出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，當(dāng)處理含鹽量濃度較高的廢水時(shí)，應(yīng)當(dāng)選用交聯(lián)度較大的樹(shù)脂。
(6)水溫：在一定范圍內(nèi)，水溫升高可以加速離子交換的過(guò)程，但水溫超過(guò)樹(shù)脂的允許使用溫度范圍后，會(huì)導(dǎo)致樹(shù)脂交換基團(tuán)的分解和破壞。如果待處理廢水的溫度過(guò)高，必須進(jìn)行降溫處理。
(7)pH值：強(qiáng)酸或強(qiáng)堿離子交換樹(shù)脂的活性基團(tuán)電離能力強(qiáng)，交換能力基本上與廢水的pH值無(wú)關(guān)，但弱酸樹(shù)指和弱堿樹(shù)脂則分別需要在堿性條件和酸性條件下，才能發(fā)揮出較大的交換能力。因此，針對(duì)不同酸、堿廢水，應(yīng)該選用不同的交換樹(shù)指;對(duì)于已經(jīng)選定的交換樹(shù)脂，可根據(jù)處理廢水中離子的性質(zhì)和樹(shù)脂的特性，對(duì)廢水進(jìn)行pH值調(diào)整。
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