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離子交換法
一、概述及分類(lèi)：
離子交換法是一種借助于離子交換劑上的離子和污水中的離子進(jìn)行交換反應而除去水中有害離子的方法。在工業(yè)廢水處理中，主要用于回收和除去污水中的金、銀、銅、鉻、鎘、鋅等重金屬離子，也用于放射性廢水和有機廢水的處理。離子交換劑按母體材質(zhì)不同可以分為無(wú)機和有機兩大類(lèi)。無(wú)機離子交換劑有天然沸石和人工合成沸石兩種，是一類(lèi)硅質(zhì)的陽(yáng)離子交換劑。沸石即可作陽(yáng)離子交換劑，也可作為吸附劑，成本較低，但不能在酸性條件下使用。有機離子交換劑有磺化煤和各種離子交換樹(shù)脂?；腔菏菬熋夯蚝置航?jīng)發(fā)煙硫酸磺化處理后制成的陽(yáng)離子交換劑，成本適中，但交換容量低，機械強度差，化學(xué)穩定性差，目前在水處理中廣泛使用的是離子交換樹(shù)脂。
離子交換樹(shù)脂是一類(lèi)具有離子交換特性的有機高分子聚合電解質(zhì)，是一種疏松的具有多孔結構的固體球形顆粒，由樹(shù)脂母體（骨架）和活性基團兩部分組成。樹(shù)脂母體為有機化合物和交聯(lián)劑組成的高分子共聚物，交聯(lián)劑的作用是使樹(shù)脂母體形成主體網(wǎng)狀結構?；钚曰鶊F由起交換作用的離子和與樹(shù)脂母體連接的固定分子組成。離子交換樹(shù)脂按樹(shù)脂的類(lèi)型和孔結構的不同可分為凝膠型樹(shù)脂、大孔型樹(shù)脂、多孔凝膠型樹(shù)脂、巨孔型(MR)樹(shù)脂和高巨孔型（超MB型）樹(shù)脂等。離子交換樹(shù)脂按活性基體的不同可分為：含有酸性基團的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，含有堿性基團的陰離子交換樹(shù)脂，含有氨羧基團等的螯合樹(shù)脂，含有氧化還原基團的氧化還原樹(shù)脂及兩性樹(shù)脂。其中陰、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂按照活性基團電離的強弱程度，又分為強酸性樹(shù)脂、弱酸性樹(shù)脂、強堿性樹(shù)脂和弱堿性樹(shù)脂。
二、離子交換樹(shù)脂的性能指標：
離子交換樹(shù)脂的性能對污水處理效率、再生周期及再生劑的消耗量有很大影響，了解離子交換樹(shù)脂的性能對于合理選用離子交換樹(shù)脂是很重要的。
1、選擇性離子交換樹(shù)脂對某種離子優(yōu)先吸附的性能稱(chēng)為選擇性，它是決定離子交換法處理效果的一個(gè)重要因素。
2、交換容量定量表示樹(shù)脂的交換能力，單位是mol/kg交換劑。交換容量又可分為全交換容量和工作交換容量。前者是指一定量的交換劑所有的活性基團或可交換離子的總數量，后者指交換劑給定工作條件下的實(shí)際交換能力。
3、溶脹性各種離子交換樹(shù)脂都含有極性很強的交換基團，因此親水性很強。樹(shù)脂的這種結構使它具有溶脹和收縮的性能，樹(shù)脂溶脹或收縮的程度以溶脹度來(lái)表示。樹(shù)脂的交聯(lián)度越小，活性基團越多，越易離解，其溶脹率越大。水中電解質(zhì)濃度越高，由于滲透壓增大，其溶脹率越小。一般情況下強酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂由鈉型轉變?yōu)闅湫?，強堿性陰離子交換樹(shù)脂由氯型轉變?yōu)闅溲跣蜁r(shí)，其體積溶脹率為5%左右。
4、物理與化學(xué)穩定性樹(shù)脂的物理穩定性是指樹(shù)脂受到機械作用時(shí)的磨損程度，還包括溫度變化時(shí)對樹(shù)脂影響的程度。樹(shù)脂的化學(xué)穩定性包括承受酸堿度變化的能力、抵抗氧化還原的能力等，樹(shù)脂穩定性是選擇和使用樹(shù)脂時(shí)必須注意的因素之一。
5、粒度和密度樹(shù)脂粒度對水流分布、床層壓力有很大影響。密度是設計計算交換柱、確定反沖洗強度以及混合床再生前分層分離狀態(tài)等的重要指標，也是影響樹(shù)脂分層的主要因素。因此在選擇和使用離子交換樹(shù)脂時(shí)必須要考慮這些性能。
三、離子交換樹(shù)脂的選擇：
離子交換法主要用于除去水中可溶性鹽類(lèi)。選擇樹(shù)脂時(shí)應綜合考慮原水水質(zhì)、處理要求、工藝條件及投資和運行費用等因素。當分離無(wú)機陽(yáng)離子或有機堿性物質(zhì)時(shí)，宜選用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂；當分離無(wú)機陰離子或有機酸時(shí)，宜選用陰離子交換樹(shù)脂。對氨基酸等兩性物質(zhì)的分離，即可用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，也可用陰離子交換樹(shù)脂。對某些貴金屬和有毒金屬離子可選用螯合樹(shù)脂交換回收。對有機物（如酚）宜用低交聯(lián)度的大孔樹(shù)脂處理。絕大多數脫鹽系統都采用強型樹(shù)脂。污水處理時(shí)，對交換勢大的離子，宜選用弱性樹(shù)脂。此時(shí)弱性樹(shù)脂的交換能力強，再生容易，運行費用較小。當污水中含有多種離子時(shí)，可利用交換選擇性進(jìn)行多級回收，如不需回收時(shí)，可用陽(yáng)-陰樹(shù)脂混合床處理。
四、離子交換工藝與設備：
離子交換裝置，按照進(jìn)行方式的不同，可分為固定床和連續床兩大類(lèi)。固定床有單層床、雙層床和混合床三種類(lèi)型；連續床有移動(dòng)床和流動(dòng)床兩種。在廢水處理中，單層固定床離子交換裝置是最常用、最基本的一種形式。固定床離子交換器在工作時(shí)，床層固定不變，水流由上而下流動(dòng)。根據料層的組成，又分為單層床、雙層床和混合床三種。單層床中只裝一種樹(shù)脂，可以單獨使用，也可以串聯(lián)使用。雙層床是在同一個(gè)柱內裝兩種同性不同型的樹(shù)脂，由于密度不同而分為兩層?；旌洗彩前殃?、陽(yáng)兩種樹(shù)脂混合裝成一床使用。固定床交換柱的上部和下部設有配水和集水裝置，中部裝填1.0~1.5m厚的交換樹(shù)脂。這種交換器的優(yōu)點(diǎn)是設備緊湊、操作簡(jiǎn)單、出水水質(zhì)好；但是，再生費用較大、生產(chǎn)效率不夠高，目前仍然是應用比較廣泛的一種設備。移動(dòng)床交換設備包括交換柱和再生柱兩個(gè)主要部分，工作時(shí)，定期從交換柱排出部分失效樹(shù)脂，送到再生柱再生，同時(shí)補充等量的新鮮樹(shù)脂參與工作。它是一種半連續式的交換設備，整個(gè)交換樹(shù)脂在間斷移動(dòng)中完成交換和再生。移動(dòng)床和流動(dòng)床與固定床相比，具有交換速度快、生產(chǎn)能力大和效率高的優(yōu)點(diǎn)，但是由于設備復雜、操作麻煩、對水質(zhì)水量變化的適應性差，以及樹(shù)脂磨損大等缺點(diǎn)，限制了使用范圍。
