離子交換樹脂與水污染控制一.離子交換樹脂1.離子交換樹脂的定義

2離子交換樹脂的分類3離子交換樹脂的交換原理4離子交換樹脂離子交換速度5離子交換樹脂離子交換設計

第一節離子交換樹脂

固體球形顆粒，多孔網狀結構；不溶于水；具有離子交換特性的有機高分子聚電解質。一、離子交換樹脂定義

(一)組成

離子交換樹脂母體(骨架)活性基團固定離子可交換離子苯乙烯(單體)+二乙烯苯(交聯劑)母體共聚H2SO4功能基反應R—SO3H固定離子可交換離子母體離子交換樹脂基體的組成

離子交換樹脂的基體，制造原料主要有苯乙烯和丙烯酸(酯)兩大類。苯乙烯系樹脂是先使用的，丙烯酸系樹脂則用得較后。

強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂

弱酸性丙烯酸系陽離子交換樹脂

2.樹脂分類按選擇性按結構離子交換樹脂凝膠型等孔型孔大、均勻，抗有機污染能力強。孔大，溶脹度小，交換速度高，抗污染能力強。孔隙小、少，溶脹度較大，水溶脹后呈凝膠狀。大孔型離子交換樹脂陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂弱堿性陰離子交換樹脂R—NH3OH強堿性陰離子交換樹脂RNOH弱酸性陽離子交換樹脂R—COOH強酸性陽離子交換樹脂R—SO3H3離子交換樹脂的工作原理樹脂在離子交換過程中發生的化學反應3

離子交換原理3.1離子交換反應

b(R—A)a++aBb+?a(R—B)b++bAa+特點：

符合質量作用定律;

等當量進行的同性離子的互換反應;

具有飽和性;

樹脂母體和固定離子不發生變化。3.2、離子交換平衡

b(R—A)a++aBb+?a(R—B)b++bAa+有：式中：f為活度系數。3.3、離子交換選擇性平衡吸著率設：fR-B/fR-A=C；

fA/fB=1選擇性系數K//C=K大家有疑問的，可以詢問和交流可以互相討論下，但要小聲點a=b=1Q為樹脂的全交換容量；q為B在離子交換樹脂上平衡交換量；C0、C為水中B離子的初始和平衡濃度。

影響離子交換的選擇性

1在常溫、稀溶液中離子價數越高，與固定離子的靜電引力越大，越優先交換。

Cr3+＞Ca2+＞Na+PO43+＞SO42-＞Cl-

同價離子原子序數越大，與固定離子的靜電引力越大；稀土元素相反。

2在高濃度的溶液中

由于離子的水化作用不充分，水合離子的半徑接近離子半徑，原子序數越大，離子半徑增大，離子表面電荷密度相對減小，與固定離子的靜電引力越小。

3樹脂的結構和性質

樹脂的交聯度：交聯度越高，選擇性增加強酸(堿)、弱酸堿樹脂的交換

4溶液的溫度和pH溫度升高，K值增大，離子和固定基團交換勢增大。pH值：影響某些離子的存在狀態，

Cr2O72-+OH-=2CrO42-+H+

影響弱酸、堿樹脂固定基團的電離。4離子交換樹脂離子交換速度樹脂顆粒水膜BB(1)(2)(3)(A)(4)(5)(6)A外擴散薄膜擴散內擴散

4.1交換過程4.2.1液膜擴散

離子濃度

溶液離子濃度低，樹脂交換容量大時，液膜擴散受阻。溶液離子濃度過高，樹脂易發生收縮現象，內擴散受阻。

水流速度

水流速度增加，水膜變薄，液膜擴散加快。

樹脂顆粒的大小

樹脂顆粒小，比表面積增加，利于液膜擴散。4.2影響交換速度的因素

離子電荷

離子電荷越大，擴散系數越小，不利于液膜擴散。樹脂交聯度

交聯度越低，樹脂網孔越大，有利于離子的內擴散。離子的水化度離子水化程度大，水合離子半徑越大，不利于離子的內擴散。水溶液的溫度提高水溫同時加快液膜擴散和顆粒內擴散4.2.2樹脂顆粒內擴散5、離子交換樹脂離子交換設計

(一)根據廢水水質和處理要求，選擇離子交換劑。

(二)選擇合適的再生劑，估算其用量。

(三)根據去除對象確定工藝流程及工藝參數。

1工藝流程的確定

2主要工藝參數

交換速度15～35m/h；反沖速度15m/h

再生劑流速10～15m/h

再生效率＞80%

(四)離子交換柱尺寸確定

1離子交換柱高度HH=H1+H2+H3H1—樹脂層高度；H2—樹脂層以上高度，膨脹率40～80%；H3—

底部配水區高度(0.4m)

2交換柱內徑D

式中：Q—處理水量；(D≤3m)n—并聯臺數；

u—

交換速度。(五)樹脂用量確定

TQ(C0—C)=nE工

f·H1V=(n＋n′)f·H1

式中：

T—有效工作時間；Q—水量；

C0、C—進、出水濃度；E工—工作交換容量；f—交換柱截面積；V—樹脂體積；n′—備用臺數。一.水污染控制1.水污染定義2污染分類3水污染-主要特征4中國水污染現狀5近幾年我國重大水污染事件

1.水污染定義

水污染，即水體因某種物質的介入，而導致其化學、物理、生物或者放射性等方面特征的改變，從而影響水的有效利用，危害人體健康或者破壞生態環境，造成水質惡化的現象。簡言之凡是在人類活動影響下，水質變化朝著水質惡化方面發展的現象，統稱為水污染。而不論其是否影響使用程度，只要一旦發生，即為污染。2污染分類

廢水從不同角度有不同的分類方法。據不同來源分為生活廢水和工業廢水兩大類；據污染物的化學類別又可分無機廢水與有機廢水；也有按工業部門或產生廢水的生產工藝分類的，如焦化廢水、冶金廢水、制藥廢水、食品廢水等。3水污染-主要特征

1、由于地表水和地下水在分布、蓄存、運移和環境上的差異，表現出不同的污染特征。地表水體污染可視性強，易出現；且循環周期短，易于凈化且容易恢復。2、地下水污染相當隱蔽性。污染發生在孔隙介質之中，常常已遭相當程度的污染，但物理性質仍表現為無色、無味，即使人類飲用受害和有毒組分污染的地下水，其影響也是慢性而難于著察。3、地下水污染難以恢復性。地下水一旦遭受污染，無論程度如何，則難以得到恢復。這是其賦存于孔隙介質之中，流速緩慢，而孔隙介質對許多污染物質都有吸附作用，因而清除非常困難，即使切斷污染源，靠地下水本身凈化，少則需要十幾年、幾十年，多則上百年才有可能得到恢復。

在我國，只有不到11%的人飲用符合我國衛生標準的水，而高達65%的人飲用渾濁、苦堿、含氟、含砷、工業污染、傳染病的水。2億人飲用自來水，7000萬人飲用高氟水，3000萬人飲用高硝酸鹽水，5000萬人飲用高氟化物水，1.1億人飲用高硬度水。4中國水污染現狀水中的有害物質

有機物重金屬微生物123三氯甲烷、四氯化碳、農藥、氨氮等鉛、汞、錳、鎘等細菌、致病菌

世界衛生組織：威協人類健康的十大殺手，不潔飲水位列其中。2003—2013年重大水污染事件平均1700起/年4.1、水污染形勢依然嚴峻。監測的１９７條河流的４０７個斷面中，一至三類、四五類和劣五類水質的斷面比例分別為４９.９％、２６.５％和２３.６％。七大水系中：只有珠江、長江總體水質良好；松花江為輕度污染；黃河、淮河為中度污染；遼河、海河為重度污染。我國河流污染相當嚴重。4.2、局部海域污染加劇。全國近岸海域一、二類海水比例為６２.８％，比上年下降４.９個百分點；三類為１１.８％，上升３.８個百分點；四類、劣四類為２５.４％，上升１.１個百分點。四大海區近岸海域中，渤海為輕度污染，東海為重度污染。4.3、中國的主要湖泊富營養化問題突出4.4、中國的地下水資源和水質

東北、華北和西北地區地下水水位總體呈下降趨勢。河北、河南的豫北地區和山東的西北地區的地下水位降落漏斗區已連成一片，形成包括北京和天津在內的華北平原地下水漏斗區，面積超過4萬平方公里。東南、中南和西南地區地下水水位變化較為平衡。

全國多數城市地下水受到一定程度的點狀或面狀污染。局部地區地下水部分水質指標超標，主要有礦化度、總硬度、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮、鐵、錳、氯化物、硫酸鹽、氟化物、pH值等。在污染程度上，北方城市重于南方城市，尤以華北地區污染較突出。5近幾年我國重大水污染事件

5.1淮河水污染事件震驚中外

1994年7月，淮河上游因突降暴雨而采取開閘泄洪的方式，將積蓄于上游一個冬春的2億立方米水放下來。水經之處河水泛濁，河面上泡沫密布，頓時魚蝦喪失。下游一些地方的居民飲用了雖經自來水處理但未能達到飲用標準的河水后，出現惡心、腹瀉、嘔吐等癥狀。經取樣檢驗證實，上游來水水質惡化，沿河各自來水廠被迫停止供水達54天之久，百萬淮河民眾飲水告急。

5.2，2004沱江“3．02”特大水污染事故

四川省的名字來源于它境內的四條河流。它們豐沛的水源，造就了四川這個天府之國。可是2004年2月到3月，這四條河流之一的沱江，卻給天府之國帶來了一場前所未有的生態災難。當時，因為大量高濃度工業廢水流進沱江，四川五個市區近百萬老百姓頓時陷入了無水可用的困境，直接經濟損失高達2.19億元。5.32005北江鎘污染事故

北江是珠江三大支流之一，也是廣東各市的重要飲用水源。2005年12月15日北江韶關段出現嚴重鎘污染，高橋斷面檢測到鎘濃度超標12倍多。韶關地處北江上游，一旦發生污染將直接影響下游城市數千萬群眾的飲水安全。經調查發現，此次北江韶關段鎘污染事故，是由韶關冶煉廠在設備檢修期間超標排放含鎘廢水所致，是一次由企業違法超標排污導致的嚴重環境污染事故。5.42005重慶綦河水污染

因取水點被污染導致水廠停止供水，重慶綦江古南街道橋河片區近3萬居民，從2005年1月3日起連續兩天沒有自來水喝。經衛生和環保部門勘測，河水是被綦河上游重慶華強化肥有限公司排除的廢水所污染。綦江縣有關部門立即在綦河水域的橋河段上游和下游開閘放水，加速稀釋受污染水體，并責成華強化肥有限公司硫酸廠停止生產并整改。

5.5、2005松花江重大水污染事件

2005年11月13日，中石油吉林石化公司雙苯廠苯胺車間發生爆炸事故。事故產生的約100噸苯、苯胺和硝基苯等有機污染物流入松花江。因而導致松花江發生重大水污染事件。哈爾濱市政府隨即決定，于11月23日零時起關閉松花江哈爾濱段取水口停止向市區供水，哈爾濱全城停水四天,哈爾濱市的各大超市無一例外地出現了搶購飲用水的場面。中共中央辦公廳、國務院辦公廳在12月2日發布的通報中稱：松花江重大水污染發生后，環保總局作為國家環境保護主管部門，對事件重視不夠，對可能產生的嚴重后果估計不足，對這起事件造成的損失負有責任。為此，解振華向黨中央、國務院申請辭去國家環境保護總局局長職務，這一請求獲得黨中央、國務院批準。

5.62006白洋淀死魚事件

2006年2月和3月份，素有“華北明珠”美譽的華北地區最大淡水湖泊白洋淀，相繼發生大面積死魚事件。調查結果顯示，水體污染較重，水中溶解氧過低，造成魚類窒息是此次死魚事件的主要原因。這次事件造成任丘市所屬9．6萬畝水域全部污染，水色發黑，有臭味，網箱中養殖魚類全部死亡，淀中漂浮著大量死亡的野生魚類，部分水草發黑枯死。

2012年10月8日，浙江紹興市區皋埠鎮岙底村乳白色的采石場“牛奶河”。2011年12月13日，洛陽澗河遭到污染，河水變成血紅色。浙江省嘉興市區新嘉街道百步橋下河塘邊，市民老張用掃帚拂去漂