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離子交換法在水處理中有哪些應用?

 

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離子交換法的原理是什么?
離子交換是靠交換劑自身所帶的能自由移動的離子與被處理的溶液中的離子之間的離子擴散來實現的。推動離子交換的動力是離子間的濃度差和交換劑上的功能基對離子的親和能力,這就是離子交換的基本原理。

 
離子交換劑是實現交換功能的最基本物質,根據其材料性質可分為無機離子交換劑和有機離子交換劑,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脂、大孔樹脂、吸附樹脂、氧化還原樹脂、螯合樹脂等。按其交換能力又可分為強堿性樹脂、弱堿性樹脂、強酸性樹脂、弱酸性樹脂等多種類型。離子交換樹脂實際上是由網狀結構的高分子固體與附著在母體上的許多活性基團構成的不溶性高分子電解質。
 
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離子交換法在廢水處理中有哪些應用?
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,回收有價值化學品、重金屬和稀有元素,或為了實現水資源的重復利用。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。
 
每升含鉻數十至數百毫克的電鍍廢水首先經過過濾去除懸浮物,再經陽離子交換器除去金屬離子,然后進入陰離子交換器除去Cr2O7-和Cr2O4- ,出水六價鉻的含量小于0.5mg/L,還可作為清洗水循環使用。陰樹脂用12%NaOH再生后,再生液含鉻可高達17g/L,將此再生液H型陽離子交換器使Na2CrO4 轉變成鉻酸,再經蒸發濃縮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,第一個陽離子交換器的作用有兩個,一是除去金屬離子及雜質,減少對陰樹脂的污染,因為重金屬對樹脂的氧化分解能起催化作用;二是降低pH值,使六價格以Cr2O7- 存在,因為陰樹脂Cr2O7- 的選擇性大于Cr2O4- 和其他陰離子的選擇性,而且交換一個Cr2O7- 除去兩個Cr6+,面交換一個Cr2O4-  只能除去一個Cr6+。由于Cr2O7- 是強氧化劑,容易引起樹脂的氧化性破壞,因此一定要選用化學穩定性較好的強堿性樹脂。
 
離子交換設備
 
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離子交換法的常用設施有哪些?
一個完整的離子交換系統由預處理、離子交換、樹脂再生和電控儀表等單元組成,其中離子交換單元是系統的核心,通常所說的離子交換法的常用設備和裝置其實是離子交換單元的形式、根據離子交換柱的構造、用途和運行方式,離子交換單元裝置可分為固定床式離子交換體系和連續式離子交換體系兩大類。
 
固定床式離子交換體系是指樹脂的交換和再生過程是在同一設備內,在不同的時間內進行,即樹脂再生時,離子交換程序就要停止運行。固定床依據不同使用要求和水力流向,又可分為:1.只裝填一種樹脂的單床或多床式;2.將裝填陽樹脂的離子交換柱和裝填陰樹脂的離子交換柱串聯在一起的復合床式;3.依靠水流的作用力將樹脂層托浮起來運行的浮動床式;4.在逆流再生固定床內,依據一定配比裝填強、弱兩種樹脂(密度小、粒度細的弱樹脂在上層,密度大、粒度粗的弱樹脂在下層)的雙層床式。
 
連續式離子交換體系是指把交換和再生過程在不同設備內同時進行,即交換過程可以連續進行。連續式離子交換體系可分為流動床和移動床。流動床內的樹脂在裝置內連續循環流動,失效樹脂在流動過程中經再生清洗后恢復交換能力。移動床則是裝置內的樹脂星周期性移動,失效樹脂在移動過程中經再生清洗后恢復交換能力,再定期定滋補充到交換柱頂端。
 
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離子交換法運行管理應注意哪些事項?
(1)懸浮物和油脂:由于廢水中的SS會堵塞樹脂孔隙,油脂會將樹脂顆粒包裹起來,影響離子交換的正常進行,因此必須對進水進行充分的預處理,降低其中的懸浮物和油脂類物質含淤,預處理可以使用過濾、氣浮、澄清等方法。
 
(2)有機物:某些高分子有機物與樹指活性基團的固定離子結合力很大,一旦結合就很難進行再生,進而影響樹脂的再牛率和交換能力,例如廢水中含有高分子有機酸時,高分有機酸與強堿性季胺基團的結合力就很大,很難洗脫下來。處理含有此類物質的廢水時可選用低交聯度的樹脂,或者對廢水進行預處理、將高分子有機物從水中去除。
 
(3)高價金屬離子:Fe3+、Cr3+ 、AL3+ 等高價金屬離子容易被樹脂吸附,而且再生時難以洗脫,引起樹脂中毒.使樹脂的交換能力降低。樹脂高鐵中毒后,顏色會變深、此時可用高濃度酸長時間浸泡再生。
 
(4)pH值:強酸或強堿離子交換樹脂的活性基團電離能力強,交換能力基本上與廢水的pH值無關,但弱酸樹指和弱堿樹脂則分別需要在堿性條件和酸性條件下,才能發揮出較大的交換能力。因此,針對不同酸、堿廢水,應該選用不同的交換樹指;對于已經選定的交換樹脂,可根據處理廢水中離子的性質和樹脂的特性,對廢水進行pH值調整。
 
(5)水溫:在一定范圍內,水溫升高可以加速離子交換的過程,但水溫超過樹脂的允許使用溫度范圍后,會導致樹脂交換基團的分解和破壞。如果待處理廢水的溫度過高,必須進行降溫處理。
 
(6)氧化劑:CL2、O2、Cr2O7- 等強氧化劑會引起樹脂的氧化分解,導致活性基團的交換能力喪失和樹脂固體母體的欄化,影響樹脂的正常使用。因此,在處理含有強氧化劑的廢水時,定要選用化學穩定性較好、交聯度大的樹脂,或加入適量的還原劑消除氧化劑的影響。
 
(7)電解質:交換樹脂在高電解質濃度的情況下、由于滲透壓的作用會導致樹脂出現破碎現象,當處理含鹽量濃度較高的廢水時,應當選用交聯度較大的樹脂。

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