環(huán)境工程中級(jí)職稱考試復(fù)習(xí)資料廢水預(yù)處理物理化學(xué)法

1、環(huán)境工程中級(jí)職稱考試復(fù)習(xí)資料廢水預(yù)處理物理化學(xué)法(1 1)了解離子交換法：離子交換反應(yīng)原理、離子交換劑的種類和性質(zhì)離子交換樹(shù)脂的原理離子交換樹(shù)脂是一類具有離子交換功能的高分子材料。在溶液中它能將本身的離子與溶液中的同號(hào)離子進(jìn)行交換。按交換基團(tuán)性質(zhì)的不同，離子交換樹(shù)脂可分為陽(yáng)離子交換樹(shù) 脂和陰離子交換樹(shù)脂兩類。陽(yáng)離子交換樹(shù)脂大都含有磺酸基(一 S0S03H H)、羧基(COOHCOOH )或苯酚基(一 C C6H H4OHOH )等酸性基團(tuán)，其中的 氫離子能與溶液中的金屬離子或其他陽(yáng)離子進(jìn)行交換。例如 苯乙烯和二乙烯苯的高聚物經(jīng)磺化處理得到強(qiáng)酸性陽(yáng)離子 交換樹(shù)脂，其結(jié)構(gòu)式可簡(jiǎn)單表示為R R SO

2、SO3H H，式中 R R 代表樹(shù)脂母體，其交換原理為2R2R SOSO3H H + CaCa2+ ( R R SOSO3)2CaCa+2H2H+這也是硬水軟化的原理陰離子交換樹(shù)脂含有季胺基-N-N (CHCH3)30H0H、胺基(NHNH2)或亞胺基(一 NHNH2)等堿性基團(tuán)。它們?cè)谒心?生成 0H-0H-離子，可與各種陰離子起交換作用，其交換原理為R R N N( CHCH3)3OHOH + Cl-Cl- R R N N ( CHCH3)3CICI + OHOH-由于離子交換作用是可逆的，因此用過(guò)的離子交換樹(shù)脂一般用適當(dāng)濃度的無(wú)機(jī)酸或堿進(jìn)行洗滌，可恢復(fù)到原狀態(tài)而 重復(fù)使用，這一過(guò)程稱為

3、再生。陽(yáng)離子交換樹(shù)脂可用稀鹽酸、 稀硫酸等溶液淋洗；陰離子交換樹(shù)脂可用氫氧化鈉等溶液處 理，進(jìn)行再生。離子交換樹(shù)脂的用途很廣，主要用于分離和提純。例如 用于硬水軟化和制取去離子水、回收工業(yè)廢水中的金屬、分 離稀有金屬和貴金屬、分離和提純抗生素等。離子交換樹(shù)脂的基本類型( (1) )強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂這類樹(shù)脂含有大量的強(qiáng)酸性基團(tuán)，如磺酸基-SO3H,容 易在溶液中離解出 H H+,故呈強(qiáng)酸性。樹(shù)脂離解后，本體所含的負(fù)電基團(tuán)，女口 S0S03，能吸附結(jié)合溶液中的其他陽(yáng)離子。 這兩個(gè)反應(yīng)使樹(shù)脂中的 H+H+與溶液中的陽(yáng)離子互相交換。強(qiáng) 酸性樹(shù)脂的離解能力很強(qiáng)，在酸性或堿性溶液中均能離解和 產(chǎn)生離子交換

4、作用。樹(shù)脂在使用一段時(shí)間后，要進(jìn)行再生處理，即用化學(xué)藥 品使離子交換反應(yīng)以相反方向進(jìn)行，使樹(shù)脂的官能基團(tuán)回復(fù) 原來(lái)狀態(tài)，以供再次使用。如上述的陽(yáng)離子樹(shù)脂是用強(qiáng)酸進(jìn) 行再生處理，此時(shí)樹(shù)脂放出被吸附的陽(yáng)離子，再與 H H+結(jié)合而恢復(fù)原來(lái)的組成。（2）弱酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂這類樹(shù)脂含弱酸性基團(tuán)，如羧基 COOHCOOH，能在水中離 解出 H+H+而呈酸性。樹(shù)脂離解后余下的負(fù)電基團(tuán)， 如 R-COOR-COO （R R 為碳?xì)浠鶊F(tuán)），能與溶液中的其他陽(yáng)離子吸附結(jié)合，從 而產(chǎn)生陽(yáng)離子交換作用。這種樹(shù)脂的酸性即離解性較弱，在 低 pHpH 下難以離解和進(jìn)行離子交換，只能在堿性、中性或微 酸性溶液中（如 pH5p

5、H51414）起作用。這類樹(shù)脂亦是用酸進(jìn)行再 生（比強(qiáng)酸性樹(shù)脂較易再生）（3 3）強(qiáng)堿性陰離子樹(shù)脂這類樹(shù)脂含有強(qiáng)堿性基團(tuán)，如季胺基（亦稱四級(jí)胺基）-NRNR30H0H（R R 為碳?xì)浠鶊F(tuán)），能在水中離解出 0H0H 而呈強(qiáng)堿性。 這種樹(shù)脂的正電基團(tuán)能與溶液中的陰離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn) 生陰離子交換作用。這種樹(shù)脂的離解性很強(qiáng)，在不同pHpH 下都能正常工作。它用強(qiáng)堿（如 NaOHNaOH）進(jìn)行再生。（4）弱堿性陰離子樹(shù)脂這類樹(shù)脂含有弱堿性基團(tuán)，如伯胺基（亦稱一級(jí)胺基）-NH-NH2、仲胺基（二級(jí)胺基）-NHR-NHR、或叔胺基（三級(jí)胺基）-NR2-NR2 , 它們?cè)谒心茈x解出OHOH 而呈弱堿性

6、。這種樹(shù)脂的正電基團(tuán)能與溶液中的陰離子吸附結(jié)合，從而產(chǎn)生陰離子交換作 用。這種樹(shù)脂在多數(shù)情況下是將溶液中的整個(gè)其他酸分子吸 附。它只能在中性或酸性條件（如 pH1pH19 9）下工作。它可用NaNa2COCO3、NHNH4OHOH 進(jìn)行再生。（5）離子樹(shù)脂的轉(zhuǎn)型 以上是樹(shù)脂的四種基本類型。在實(shí)際使用上，常將這些樹(shù)脂轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌x子型式運(yùn)行，以適應(yīng)各種需要。例如常將 強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂與 NaCINaCI 作用，轉(zhuǎn)變?yōu)殁c型樹(shù)脂再使用。工作時(shí)鈉型樹(shù)脂放出 Na+Na+與溶液中的 CaCa2+、MgMg2+等陽(yáng)離子交 換吸附，除去這些離子。反應(yīng)時(shí)沒(méi)有放出H H+，可避免溶液pHpH 下降和由此產(chǎn)生的副作

7、用（如蔗糖轉(zhuǎn)化和設(shè)備腐蝕等）。這 種樹(shù)脂以鈉型運(yùn)行使用后，可用鹽水再生（不用強(qiáng)酸）。又如陰離子樹(shù)脂可轉(zhuǎn)變?yōu)槁刃驮偈褂?，工作時(shí)放出 CICI -而吸附交換其他陰離子，它的再生只需用食鹽水溶液。氯型樹(shù)脂也可 轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓釟湫停℉COHCO3-）運(yùn)行。強(qiáng)酸性樹(shù)脂及強(qiáng)堿性樹(shù)脂在 轉(zhuǎn)變?yōu)殁c型和氯型后，就不再具有強(qiáng)酸性及強(qiáng)堿性，但它們 仍然有這些樹(shù)脂的其他典型性能，如離解性強(qiáng)和工作的pHpH范圍寬廣等。離子交換樹(shù)脂的構(gòu)造和特性L 藹子交換樹(shù)脂的構(gòu)造離子交換樹(shù)脂勢(shì)觀上是-些有顔色的小球，里面有四通八達(dá)的孔隙，在孔隙內(nèi)有可 提供交換離子的交換基團(tuán)。也就是說(shuō)，離子交換樹(shù)脂上要由母體也稱骨架）和交換基 團(tuán)兩部分組成

8、C?* Al3+ Cm 如 Mg2+K+= NH/ Na* H*L1+2弱酸陽(yáng)離子樹(shù)脂：H*Fe3*Cr3+AICa2+Mg2+K+-NH4+N2*Li*3強(qiáng)堿陰離子樹(shù)脂：SO42 N03- cr 0H_F HCO HSiOi-4弱堿陽(yáng)離子樹(shù)脂：OH a SO 廠 NOj- cr F HCOr HSiO-簡(jiǎn)言之， 水中離子的原子價(jià)越高， 越易與離子交換樹(shù)脂發(fā)生離子交換反應(yīng)： 同枚離 子 （喊金屬和堿七金屬）中，原子序數(shù)越大，其離子水舍半徑越小，越易與離子交換樹(shù) 脂發(fā)生離子交換.5螯合樹(shù)脂的選擇性順序與樹(shù)脂的種類有關(guān)。靈合樹(shù)脂在化學(xué)性質(zhì)方面與弱酸陽(yáng)樹(shù)脂相似但比弱酸陽(yáng)樹(shù)脂對(duì)重金屬的選擇性高* 鰲合

9、樹(shù)脂逋常為 Na 型，樹(shù)脂內(nèi)金屬離子與樹(shù)脂的活性基團(tuán)相螯乞典型的螯合樹(shù)脂為亞 氨基醋酸型*亞氨基酷酸型螯合樹(shù)脂的選擇性順序?yàn)椋篐g Cu Ni Mn Ca Mg Na恆于順序前列的嵩子可以取代位丁順序后列的離子（2 2）熟悉膜分離技術(shù)：電滲析、反滲透、超濾A A、電滲析原理滲析是指溶液中溶質(zhì)通過(guò)半透膜的現(xiàn)象。自然滲析的推動(dòng)力是半透膜兩側(cè)溶質(zhì)的濃度差。在直流電場(chǎng)的作用下，離 子透過(guò)選擇性離子交換膜的現(xiàn)象稱為電滲析 離子交換膜是由高分子材料制成的對(duì)離子具有選擇透過(guò)性的薄膜。主要分陽(yáng)離子交換膜（CMCM ,簡(jiǎn)稱陽(yáng)膜）和陰離子交換膜（AMAM，簡(jiǎn)稱陰膜）兩種。陽(yáng)膜由于膜體固定基 帶有負(fù)電荷離子，可選擇

10、透過(guò)陽(yáng)離子；陰膜由于膜體固定基 帶有正電荷離子，可選擇透過(guò)陰離子。陽(yáng)膜透過(guò)陽(yáng)離子，陰 膜透過(guò)陰離子的性能稱為膜的選擇透過(guò)性。電滲析過(guò)程最基本的工作單元稱為膜對(duì)。一個(gè)膜對(duì)構(gòu)成 一個(gè)脫鹽室和一個(gè)濃縮室。一臺(tái)實(shí)用電滲析器由數(shù)百個(gè)膜對(duì) 組成。圖 3.2-13.2-1 簡(jiǎn)明地示出電滲析器工作原理。陽(yáng)離 T 交換除：A羽離了交換般；D淡朮電：C-淞水宅電滲析器的主要部件為陰、陽(yáng)離子交換膜，隔板與電極三部分。隔板構(gòu)成的隔室為液流經(jīng)過(guò)的通道。淡水經(jīng)過(guò)的隔室為脫鹽室，濃水經(jīng)過(guò)的隔室為濃縮室。若把陰、陽(yáng)離子交 換膜與濃、淡水隔板交替排列，重復(fù)疊加，再加上一對(duì)端電 極，就構(gòu)成了一臺(tái)實(shí)用電滲析器。若電滲析器各系統(tǒng)進(jìn)液

11、都為 NaCINaCI 溶液，在通電情況下，淡水隔室中的 NaNa+向陰極方向遷移，CICI向陽(yáng)極方向遷移，NaNa+與 CICI就分別透過(guò) CMCM 與 AMAM 遷移到相鄰的隔室中去。這樣 淡水隔室中的 NaCINaCI 溶液濃度便逐漸降低。相鄰隔室，即濃 水隔室中的 NaCINaCI 溶液濃度相應(yīng)逐漸升高，從電滲析器中就 能源源不斷地流出淡化液與濃縮液。淡水水路系統(tǒng)、濃水水路系統(tǒng)與極水水路系統(tǒng)的液流由水泵供給，互不相混，并通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的布、集水機(jī)構(gòu)使其 在電滲析內(nèi)部均勻分布，穩(wěn)定流動(dòng)。從供電網(wǎng)供給的交流電，經(jīng)整流器變?yōu)橹绷麟?，由電極 引入電滲析器。經(jīng)過(guò)在電極溶液界面上的電化學(xué)反應(yīng)，完成 由電子導(dǎo)電轉(zhuǎn)化為離子導(dǎo)電的過(guò)程 用夾緊板緊固在一起的膜堆部分稱為電滲析器。電滲析 要進(jìn)行工作，必須有水泵、整流器等輔助設(shè)備，還必須有進(jìn) 水預(yù)處理設(shè)施。通常把電滲析器及輔助設(shè)備總稱為電滲析裝 置。就過(guò)程基本原理而言，電滲析技術(shù)至少有以下四方面的 用途。（1 1）從電解質(zhì)溶液中分離出部分離子，使電解質(zhì)溶液 的濃度降低。如海水、苦咸水淡化制取飲用水與工業(yè)用水；工業(yè)用初級(jí)純水的制備；廢水處理