廢水離子交換處理法是指藉助於離子交換劑中的交換離子同廢水中的離子進行交換而除去廢水中有害離子的方法。 人類對自然界中的某些離子交換現象早已有所認識。古希臘著作中已有關於使用粘土脫去水中礦物質的敘述。1850年有人發現了土壤中離子交換的現象，以後又有人發現泥土吸附地下水中的離子是可逆反應。
基本介紹
- 中文名：廢水離子交換處理法
- 外文名：Ion exchange treatment of wastewater
- 學科：生態工程
- 領域：環境科學
- 用於：廢水處理
簡介,發展狀況,交換過程,交換反應,離子交換劑,運行方式,交換設備,再生方式,交換前景,
簡介
廢水離子交換處理法是廢水物理化學處理法之一種。是藉助於離子交換劑中的交換離子同廢水中的離子進行交換而去除廢水中有害離子的方法。
發展狀況
離子交換劑在工業上的套用，起初是用天然沸石製取軟水，後來發展到製備合成沸石和磺化煤。在離子交換技術中最重要的進展，是1935年英國人B.A.亞當斯和E.L.霍姆斯發表了關於用苯酚和甲醛合成有機離子交換樹脂的報告。1939年德國化學公司初次介紹了工業製造的離子交換樹脂，其牌號是wofatit。1945年後，苯乙烯磺酸型強酸陽樹脂以及強鹼性和弱鹼性陰樹脂先後研究成功，這些都是凝膠型樹脂。1962年性能更好的MR型大孔樹脂問世。70年代發明了熱再生樹脂。離子交換技術在工業、農業、醫藥以及科學研究上的套用日益廣泛。
交換過程
①被處理溶液中的某離子遷移到附著在離子交換劑顆粒表面的液膜中；
②該離子通過液膜擴散（簡稱膜擴散）進入顆粒中，並在顆粒的孔道中擴散而到達離子交換劑的交換基團的部位上（簡稱顆粒內擴散）；
③該離子同離子交換劑上的離子進行交換；
④被交換下來的離子沿相反途徑轉移到被處理的溶液中。離子交換反應是瞬間完成的，而交換過程的速度主要取決於歷時最長的膜擴散或顆粒內擴散。
拋光樹脂是由氫型強酸性陽離子交換樹脂及氫氧型強鹼性陰離子交換樹脂混合而成 來保證系統出水水質能夠維持用水標準。一般出水水質都能達到18兆歐以上，以及對TOC、SiO2都有一定的控制能力。拋光樹脂出廠的離子型態都是H、OH型，裝填後及可使用無需再生。
交換反應
任何離子交換反應都有三個特徵：
①和其他化學反應一樣服從當量定律，即以等當量進行交換；
②是一種可逆反應，遵循質量作用定律；
③交換劑具有選擇性。交換劑上的交換離子先和交換勢大的離子交換。
在常溫和低濃度時，陽離子價數愈高，交換勢就愈大；同價離子則原子序數愈大，交換勢愈大。
離子交換劑
有無機和有機質兩類。前者如天然物質海綠砂或合成沸石；後者如磺化煤和樹脂。
交換劑由兩部分組成，一是不參加交換過程的惰性物母體，如樹脂的母體是由高分子物質交聯而成的三維空間網路骨架；一是聯結在骨架上的活性基團（帶電官能團）。母體本身是電中性的。活性基團包括可離解為同母體緊密結合的惰性離子和帶異號電荷的可交換離子。可交換離子為陽離子(活性基團為酸性基)時，稱陽離子交換樹脂；可交換離子為陰離子(活性基團為鹼性基)時，稱陰離子交換樹脂。陽、陰離子交換樹脂又可根據它們的酸鹼性反應基的強度分為強酸性和弱酸性，強鹼性和弱鹼性等。強酸性陽離子交換樹脂可用 R—SO3H表示,R為母體,—SO3H為活性基團。後者在溶液中可離解為惰性離子R—SO婣和可交換離子H+。弱鹼性陽樹脂可用R—COOH表示。強鹼性季胺型陰樹脂可用R匵NOH表示，弱鹼性叔胺、 仲胺、 伯胺型陰樹脂分別用R呏NHOH、R=NH2OH、R—NH3OH表示，R代表母體，其他部分代表活性基團。
運行方式
有靜態運行和動態運行兩種。靜態運行是在處理水中加入適量的樹脂進行混合，直至交換反應達到平衡狀態。這種運行除非樹脂對所需去除的同性離子有很高的選擇性，否則由於反應的可逆性只能利用樹脂交換容量的一部分。為了減弱交換時的逆反應，離子交換操作大都以動態運行，即置交換劑於圓柱形床中，廢水連續通過床內交換。
交換設備
有固定床、移動床、流動床等型式。固定床是在離子交換一周期的四個過程（交換、反洗、再生、淋洗）中，樹脂均固定在床內。移動床則是在交換過程中將部分飽和樹脂移出床外再生，同時將再生的樹脂送回床內使用。流動床則是樹脂處於流動狀態下完成上述四個過程。移動床稱半連續裝置，流動床則稱全連續裝置。
床內只有一種陽樹脂（或陰樹脂）的稱為陽床（或陰床），床內裝有陽、陰兩種樹脂的稱為混合床。如床內裝有一種強型和一種弱型陽樹脂或陰樹脂的則稱為雙層床。混合床可同時去除廢水中的陽、陰離子，相當於無數個陽床、陰床串聯，因而可製取高純水。採用雙層床進行離子交換時廢水先通過弱型樹脂，後通過強型樹脂，再生時則相反。
再生方式
主要有順流再生和逆流再生。前者，再生和交換過程中的流向相同；後者，再生和交換過程中的流向相反。逆流再生由於再生時新鮮度高的再生劑首先同飽和度小的樹脂接觸，新鮮度低的再生劑同飽和度大的樹脂接觸，這樣可充分利用再生劑，再生效果較好。
還出現了電再生和熱再生工藝。電再生是在電滲析器淡水隔室內填充陽、陰樹脂，利用極化產生的H+及OH-,使陽、陰樹脂同時得到再生的一種技術。熱再生是以極易再生的弱酸或弱鹼樹脂對溫度作用的敏感性為依據：溫度低(25℃)時有利於交換，溫度高時(85℃)由於水中【H+】、【OH-】離子濃度增高而有利再生，因此,可以只調整水溫而不用再生劑。
此外，從原子核反應器、醫院和實驗室廢水中回收和去除放射性物質，也可套用離子交換法。
交換前景
離子交換法處理廢水具有廣闊的前景，進展很快。當前研究的主要方向，一是合成適用於處理各種廢水的樹脂，以獲得交換容量大、洗脫率高、洗脫峰集中、抗污染能力強的樹脂；二是使離子交換設備小型化、系列化，並向生產裝置連續化、操作自動化發展，以降低投資，減少用地，簡化管理。
