离子交换实验.pdf

水污染控制工程实验水污染控制工程实验 实验题目：实验题目：离子交换软化离子交换软化实验实验 实实 验验 人：人： 学学 号：号：1132302811323028 实验日期：实验日期：2014.2014.5 5. .1919 离子交换软化实验离子交换软化实验 一、数据记录一、数据记录 表 9-1 原水硬度及实验装置有关数据 原水硬度（以 CaCO3 计）/(mg/l) 交换柱内径/cm 树脂层高度/cm 102.102 3.5 29.7 表 9-2 交换实验软化出水硬度测定 编号 运行流速/(m/h) 运行时间/min 消耗 EDTA 二钠体积 /mL 出水硬度(以 CaCO3 计）/(mg/L) 原水 0 0 10.2 102.102 1 15 10 1.2 12.012 2 15 10 0.55 5.506 3 20 5 0.65 6.507 4 25 5 0.8 8.008 5 30 5 0.85 8.509 注：EDTA 二钠的浓度为 C=10mmol/L 表 9-3 反洗记录 反洗流速/(m/h) 反洗流量/（L/h） 反洗时间/(min) 15 14.43 15 表 9-4 再生记录 再生一次所需实验量/kg 再生一次所需浓度 10%的食盐再生液/L 再生流速/(m/h) 再生流量/(ml/s) 0.35 3.5 7.3 1.94 注：再生时间为 30 min 表 9-5 清洗出水硬度的测定 编号 运行流速/(m/s) 清洗历时/min 消耗 EDTA 二钠体积/mL 出水硬度(以CaCO3 计） /(mg/L) 1 15 5 0.65 6.507 2 15 10 0.45 4.505 二、数据处理与分析二、数据处理与分析 1、软化、软化数据比较数据比较 在软化流速 15m/h时，每隔 10 min共测得两组出水硬度，如表 9-6 所示。

表 9-6 流速为 15m/h 交换实验软化出水硬度测定 编号 运行流速/(m/h) 运行时间/min 消耗 EDTA 二钠体积/mL 出水硬度(以 CaCO3计）/(mg/L) 原水 0 0 10.2 102.102 1 15 10 1.2 12.012 2 15 10 0.55 5.506 由这两组数据比较可知， 运行流速 15 m/h时第 10 min 的出水硬度远比第 20 min 的出水硬度高，前者约为后者的12.012÷ 5.506 ≈ 2.2 倍这可能有以下几个解释解释： ①本实验用于离子交换的原水和反冲洗水均为自来水，其硬度是一样的由于反冲洗与软化的水流方向是相反的， 而反冲洗结束时仍会有部分自来水吸附在树脂层中，因此在软化原水的初始阶段这部分反冲洗残留液会被软化出水带走，从而增加软化出水的硬度；而当软化时间比较长时，反冲洗残留液基本已经被冲洗干净， 因此软化出水几乎不再受残留液的影响， 故而出水硬度比初始阶段下降 ②反冲洗后树脂层颗粒堆积不够密实，可能存在裂缝在软化初始阶段，部分原水可能直接从这些细小的裂缝中流出，从而导致出水硬度升高；当软化进行一定的时间后，由于水流压力的不断冲击，树脂层不断被压实，其中的裂缝也可能消失不见，这时所有原水都必须经过树脂颗粒的吸附才能通过，故而出水硬度降低。

值得注意的是，反冲洗不干净并非是出水硬度先大后小的原因，因为反冲洗的目的之一便是冲洗掉树脂层内的杂质， 而对于原水就是自来水的软化水质而言，并不存在杂质这个问题 2、绘制运行流速与出水硬度、硬度去除率的变化曲线、绘制运行流速与出水硬度、硬度去除率的变化曲线 如图 9-1 所示，为软化实验中不同运行流速与出水硬度、硬度去除率的变化曲线图 051015202530020406080100Hardness of EffluentRemoval RateVelocity (m/h)Hardness of Effluent (mg/L CaCO3)020406080100Removal Rate (%)图 9-1 运行流速与出水硬度、硬度去除率的变化曲线 由图 9-1 可以看出，自来水经过阳离子交换树脂后其硬度大大降低，不同流速下硬度的去除率均在 90%；另外，随着进出水流速的不断增快，软化出水的硬度略有上升，但仍低于10mg L CaCO3⁄这主要有以下两个解释解释： ①随着进出水流速的不断增快，原水在树脂层的停留时间缩短，减少了与树脂颗粒直接的充分接触，故而水中的小部分钙、镁离子来不及与树脂颗粒的钠离子进行交换即被冲出，从而导致软化出水硬度随运行流速的增快而略有上升。

②图 9-1 并不能真正准确地反映不同运行流速与出水硬度关系的变化， 因为这些数据均是在同一树脂层内连续软化测得， 也即实验时树脂层是在不断进行软化处理的，其软化处理性能正随着时间的延长而不断下降，而这会导致后段出水的硬度比实际硬度要高也就是说，单纯地由于流速变化而导致出水硬度变化在本实验中是不能体现的 3、绘制不同清洗历时与出水硬度、硬度去除率的变化曲线、绘制不同清洗历时与出水硬度、硬度去除率的变化曲线 -101234567891011456789Hardness of EffluentRemoval Ratet (min)Hardness of Effluent (mg/L CaCO3)01020304050Removal Rate (%)图 9-2 不同清洗历时与出水硬度、硬度去除率的变化曲线 如图 9-2 所示，为不同清洗历时与出水硬度、硬度去除率的变化曲线由该图结合表 9-1 可以看出，清洗开始阶段出水的硬度为8.509mg L CaCO3⁄，随着清洗历时的不同延长出水硬度不断下降，直至第 10 min 时期出水硬度降至4.505mg L CaCO3⁄，对应的树脂离子交换性能提升了 47.1%。

此时，出水已经达到要求，故而停止清洗 三、思考题三、思考题 1、本实验钠离子交换运行出水硬度是否小于、本实验钠离子交换运行出水硬度是否小于 0.05 mmol/L？影响出水硬度的因？影响出水硬度的因素有哪些？素有哪些？ 答：本实验软化出水最终硬度大小为： ρ =8.509 mg L⁄ 100 g mol⁄≈ 0.085 mmol L⁄ CaCO3> 0.05 mmol L⁄ CaCO3 因此，本实验钠离子交换运行出水硬度无法小于 0.05 mmol/L 影响出水硬度的因素主要包括： ①软化流速 离子交换软化流速越大，进水与树脂颗粒的接触时间越短，从而使软化出水硬度升高 ②树脂层密实程度 离子交换树脂层颗粒若堆积不够密实，容易出现裂缝，使部分进水直接从裂缝中穿过树脂层，从而使软化出水硬度升高 ③树脂层反冲洗不充分 树脂层反冲洗不充分时，会导致树脂层内掺杂有尺度不均的杂质，特别是原水浊度较高的水质，容易使树脂层出现裂缝，导致出水硬度升高 ④树脂层是否穿透 离子交换树脂必须严格控制在每个周期内进行反冲洗和再生， 或者树脂层会被穿透，从而导致软化出水硬度升高 ⑤出水硬度检测方法 软化出水硬度检测时出水的 pH、指示剂用量、是否添加掩蔽剂等均会影响硬度的测定。

2、影响再生剂用量的因素有哪些？再生液浓度过高或过低有何不利？、影响再生剂用量的因素有哪些？再生液浓度过高或过低有何不利？ 答：⑴影响再生剂用量的因素主要有：再生剂浓度、再生剂温度、离子交换树脂用量、再生流速等 ⑵再生液浓度过高时，所需再生剂用量也将过少，从而导致再生下来的杂质色素离子的浓度变高， 反离子干扰作用加重， 不利于再生反应的顺利进行； 另外，再生液浓度过高，溶液中杂质色素离子对树脂表面双电层产生压缩作用，也不利于再生反应的进行 ⑶再生液浓度过低时，不利于交换出树脂吸附的钙、镁杂质离子，也会加大再生剂的用量，导致不必要的浪费 3、做完本实验感到有什么不足？有何进一、做完本实验感到有什么不足？有何进一步设想？步设想？ 答：做完本实验后，确实发现有若干不足并针对提出了改进的设想，如下所示： ①原水硬度太低，可适当人为地添加钙镁离子，从而提高实验的准确度； ②反冲洗水改用蒸馏水或去离子水，延长离子交换树脂的使用周期； ③离子交换树脂柱出水端控制阀门改用比较灵活的水阀， 不然很难控制进出水平衡； ④购置多几台离子交换树脂实验平台，减少人员拥挤程度；另外，也可以在在空间上实现运行流速与出水硬度关系的实验操作， 而不是采用在时间上连续进行，从而提高实验准确度。