离子交换树脂除氟原理_用离子交换树脂软化水的原理是什么

『壹』离子交换树脂的原理

离子交换树脂是由空间网状结构骨架（即母体）与附属在骨架上的许多活性内基团所构成的容不溶性高分子化合物。活性基团遇水电离，分成二部分：（1）固定部分，仍与骨架牢固结合，不能自由移动，构成固定离子；（2）活动部分，能在一定空间内自由移动，并与其周围溶液中的其他同性离子进行交换反应，称为可交换离子或反离子。以强酸性阳离子交换树脂为例，可写成R-SO3-H+，其中R代表树脂母体即网状结构部分，-SO3- 代表活性基团的固定离子，H+为活性基团的可交换离子。有时更简单地写成R-H+。离子交换通过不溶性的电解质（树脂）与溶液中的另一种电解质进行化学反应。这一反应可以是中和反应、中性盐分解或复分解反应。譬如中和反应：
R-H+ + NaOH= RNa+H2O 利用这个反应可以去除水的碱度。

『贰』分子筛除氟原理及流程

饮用水氟超标处理在国际上也是一个难题，尤其是低成本高效率的处理技术比较少。我公司开发的分子筛技术，对氟化物去除率为75-85％，运行成本0.1-0.6元/吨（根据水中氟化物的含量确定），各项指标均达到世界先进水平。
GLE3-2500型全自动除氟器为我公司标准配置产品。它采用固定单层床工艺，顺流再生。当除氟器工作时，源水自上而下通过分子筛层，水中的氟化物不断被分子筛吸附而除去。
当出水达到一定量时，一级罐中的分子筛会饱和，失去交换能力，须退出运行进行再生。此时出水由其他罐提供，保证连续出水。
再生时要求先对分子筛进行反洗，以去除可能截流的悬浮物等杂质，同时松动分子筛。然后从罐上部进药液，再生废液通过排污阀排出。药洗结束后，最后进行正洗工艺，彻底清除分子筛层中残留的药液。再生过程中药液通过喷射器自动吸入，并自动混合到预定浓度后送入交换器，再生剂浓度可通过阀门自由调节。
采用2台设备同时运行，分别再生。单台设备额定出水量为6m3/h。当其中的任一台设备失效时，该失效罐自动退出运行，启动再生程序。再生结束后自动投入运行。
整个系统采用全自动控制，以流量控制运行终点，顺流再生。每台罐的工作状态依次为：运行→再生（反洗、吸药、置换、正洗）→ 运行。同时为保证生产用水的需要，控制系统禁止两台设备出现同时再生的情况。
工艺特点
1、采用全自动控制，经过有经验的水处理工程师调试完毕后，无须专人看管，大大减少了由于人为因素造成的设备运行故障。
2、同时运行分别再生的处理工艺，大大提高了设备和分子筛的利用率。减少了设备投资费用。
3、采用我公司生产的专用控制器GLC流量控制器和GLA多阀控制器，实现设备的模块化控制。大大简化的控制系统的控制程序，而且控制器的设定与操作，无须专业工程师。
4、控制阀门采用进口的气/液动隔膜阀，阀门性能稳定可靠，使用寿命长。大大减小了由于阀门造成的电路故障。
零部件说明
1、控制器：以GLC流量控制器为核心，结合GLA多阀控制器的自动控制系统，可以设定周期流量,自动记录流量，达到预定值自动发出再生信号启动再生。能够自动实现设备运行与备用的切换。GLA多阀控制器在再生过程中可以给出两个开关信号，用来实现相关辅助设备的控制。
2、SIGNET流量传感器(原装)：配合GLC流量控制器用于流量的计量。当水流推动涡轮转动时产生一个磁脉冲信号,由流量计上的探头传送给GLC流量控制器，由GLC自动累积流量。当累积流量达到流量设定值后，由GLC控制器给出信号，启动该罐的GLA多阀控制器，实现再生工艺。流量传感器由工程塑料制造，强度好，使用寿命长，耐腐蚀。
3、气/液动隔膜阀：以色列原装进口阀门，阀门材质为工程塑料，耐腐性能优异，强度高，使用寿命长。
4、喷射器：喷射器安装在再生压力水口管路上，以正负压差产生的虹吸原理将再生液吸入软化罐。它采用UPVC材质，耐腐性能好。
5、树脂罐体：采用φ1500×2200玻璃钢罐体。
6、药液计量箱：采用φ500×100mm 的PE材质箱体。
7、设备本体管路：采用upvc管路,外形美观，耐腐蚀。

活化火山岩分子筛的结构特性
火山岩是一种呈结晶阴离子型架状结构的多孔硅铝酸盐矿物质，是30多种火山岩石族矿物的总称。在世界40多个国家的火山碎屑沉积岩中，已发现有1000多处火山岩石产地。常见的主要矿物有钠性火山岩石、钙性火山岩石等，它们含水量的多少随外界温度和湿度的变化而变化。其化学通式可以表示为：(Na,K)x(Mg,Ca,Sr,Ba……)y•[Alx+ySin-(x+2y)O2n]•mH2O。其中，x为碱金属离子个数，y为碱土金属离子个数，n表示铝硅离子的个数之和，m表示水分子的个数。
构成火山岩结晶阴离子型架状结构的最基本单位是硅氧（SiO4）四面体和铝氧（AlO4）四面体。在这种四面体中，中心是硅（或铝）原子，每个硅（或铝）原子的周围有4个氧原子，各个硅氧四面体通过处于四面体顶点的氧原子互相连接起来，形成所谓的巨大分子。其中在铝氧四面体中由于1个氧原子的价电子没有得到中和，使得整个铝氧四面体带有1个负电荷，为保持电中性，附近必须有1个带正电荷的金属阳离子（M+）来抵消极性（通常是碱金属或碱土金属离子）。这些阳离子和铝硅酸盐结合相当弱，具有很大的流动性，极易和周围水溶液中的阳离子发生交换作用，交换后的火山岩石结构不被破坏。火山岩石的这种结构决定了它具有离子交换性。

『叁』用离子交换树脂软化水的原理是什么

应用离子交换树脂进行抄水处理软化时,离子交换树脂可以将其本身所具有的Na+离子和水中同符号电荷的Ca2+、Mg2+离子相互交换去除水中硬度达到软化水的目的.
如Na型阳离子交换树脂遇到含有Ca2+、Mg2+的水时,发生如下反应：
2RNa + Ca2+ → R2Ca + 2Na+
2RNa + Mg2+ → R2Mg + 2Na+

『肆』含氟废水处理化学原理

含氟废水，目前国内大多数生产厂尚无完善的处理设施，所排放的废水中氟含量超过国家排放标准，严重污染环境。按照国家污水综合排放标
准，氟离子浓度应小于10mg/L；对于饮用水，氟离子浓度要求在1mg/L以下。
目前国内外常用的含氟废水处理方法大致分为两类，即沉淀法和吸附法。
化学沉淀法是通过投加钙盐等化学药品，形成氟化物沉淀或氟化物被吸附于所形成的沉淀物中而共同沉淀。该方法简单、处理方便，费用低，
但石灰溶解度低，只能以乳状液投加，且产生的CaF2沉淀包裹在Ca(OH)2颗粒的表面，使之不能被充分利用，因而用量
大。处理后的废水中氟含量一般只能下降到15mg/L，很难达到国标一级标准。而且存在泥渣沉降缓慢，脱水困难，处理大流量排放物周期长，
不适应连续处理连续排放等缺点。 吸附法是指含氟废水流经接触床，通过与床中固体介质
进行离子交换或化学反应，去除氟化物。这种方法只适用于低浓度的含氟废水或经其他方法处理后氟化物浓度降至10~20mg/L的废水。而且接触
床的再生及高浓度再生液的处理是整个运行过程中不可缺少的一部分，接触床频繁的再生使运行成本较高。 &n
bsp; 此外，还有冷冻法、离子交换树脂除氟法、超滤除氟法、电渗析等，但因为处理成本高，除氟效率低，至今多停留在实验阶
段，很少推广应用于工业含氟废水治理。 絮凝一气浮处理含氟废水新工艺是在传统工艺的
基础上，采用絮凝一气浮一吸附相结合的工艺处理含氟废水。 1．基本原理 
利用铝离子的三种机理来去除氟离子，即： 
(1)吸附。铝盐絮凝除氟过程中生成的具有很大表面积的无定性Al(OH)3 (am)原体对氟离子产生氢键吸附，氟离子半径小，电负性强，
这一吸附方式很容易发生。 (2)离子交换。氟离子与氢氧根的半径及电荷都相近，铝盐絮凝除
氟过程中，投加到水中的A113 O4 (0H) 147+ 等聚阳离子及水解后形成的无定性Al(0H)3
(am)沉淀，其中的OH-与F-发生交换，这一交换过程是在等电荷条件下进行的。 
(3)络合沉淀。F-能与Al3+等形成从AlF2+、AlF2+、AlF3到AlF6
3- 6种络合物，络合沉降而去除F-。 络合离子方程式如下： 
F-+ Al3+ →AlF2+↓+ AlF2+↓+ AlF3↓+
AlF4-↓+ AlF52-↓+ AlF63-↓ 
; 絮凝产生的絮状物通过气浮装置达到有效的固液分离，出水经过砂滤再通过活性炭吸附后排放。 
; 2．应用实例 某半导体厂含氟废水平均进口浓度为165.54m/L，pH＝2.39，排放水
量为50m3/d。《污水综合排放标准》( GB8978 -1996)一级标准为：F-≤10mg/，pH＝6~9。处理工艺流程见图1。 <IMG alt=""
src="/sbgl/design/UploadFiles_1688/200612/20061205214244475.gif">
 生产废水首先流入调节沉淀池，然后由泵提入絮凝反应池，同时通过自动加药机投加药剂NaOH，
2‰聚铝及0.005‰的PAM助凝剂，进行絮凝反应。加药过程中，观察pH值显示仪的读数，根据声值调节NaOH的投加量，控制pH在7左右。絮凝反应时间约为
15min。出水自流入气浮分离池，由溶气释放器中释放出来的溶气水将絮凝后的沉淀托出水面，在液面上形成沉淀物浮渣，浮渣经刮渣机刮出后进入干化
箱，静沉后的清洁液再流入调节沉淀池，沉渣干化后可外运填埋或焚烧处理。气浮分离池下部的清液自流入清水池中，部分清水由溶气泵提入溶气罐，
作为气浮用的溶气水，其余的清水由泵提入砂滤塔，经过砂滤的水再进入活性炭吸附罐进行深度处理，最后直接排放。 
在调试期间发现pH值对各阶段的处理效果有一定影响（表1），由表1可见，当声值控制在7.0左右时处理效果最佳。 
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3．运行效果 这套处理设施竣工投用以来，经环境监测权威机构多次对设施进出口F-浓度进行采样
监测。监测结果表明，该含氟废水处理设备出口排放物中的州值均在6.5~7之间，F-的浓度均小于5mg/L，排放指标均达到了国家污水综合排放一级标准，
除F-效率达98.9%。 同时经济评估表明，这套设施充分利用了工厂原有的调节沉淀池、部分管路等
设施，总投资不高，除去设备折旧费及人工费，总运行费用每吨仅为0.50元。 4．结论 
(1)絮凝一气浮处理含氟废水工艺继承了传统工艺的优点，充分利用铝盐絮凝的吸附、离子交换、络合沉淀等
作用机理，缓解后续处理的负荷，且采用聚铝作为絮凝剂比采用铝盐用量减少一半，处理费用进一步降低。 
; (2)将气浮技术运用于含氟废水处理中，解决了以往固液分离的难题，使设备能稳定运行。 
(3)出水末端采用活性炭吸附，给出水稳定达标排放提供保障。 (4)在工艺中，用NaOH取代传统的Ca
(OH)2，使泥渣量减少，解决了传统工艺泥渣多，易结垢，处理效果不佳，管路易堵塞等难题。 
; 参考文献 1 凌波．铝盐混凝沉淀除氟水．水处理技术．1990，16(2):418~421
 2 刘裴文、萧举强、王萍等．含氟废水处理过程的吸附交换机理—离子交换与吸附．1991.7(50)
:375~382 3 胡万里．混凝、混凝剂、混凝设备．化学工业出版社，环境科学工程出版中心 
4 卢建杭、刘维屏、王红斌铝盐混凝法除氟离子的一般规律．化工环保．2000
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『伍』离子交换树脂的原理

离子交换树脂是人工合成的颗粒状有机高分子化合物，有交换剂本体（有机高聚物内，用R表示）和交换容基团两部分组成。可以分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两类
可以通过硬水处理的过程来理解。硬水先后通过分别装有阳离子交换树脂和阴离子交换树脂的离子交换柱。硬水中的Ca2+ Mg2+等阳离子和Clˉ等阴离子先后与交换树脂中德H+和OHˉ起例子交换作用，从而软化硬水。例子方程式为
阳离子交换树脂的原理 2RSO3H+ Ca2+ = (RSO3)2Ca +2H+
阴离子交换树脂的原理 RN(CH3)3OH +Clˉ = RN(CH3)3Cl + OHˉ

『陆』除氟工艺的目的

含氟废水，目前国内大多数生产厂尚无完善的处理设施，所排放的废水中氟含量超过国家排放标准，严重污染环境。按照国家污水综合排放标
准，氟离子浓度应小于10mg/L；对于饮用水，氟离子浓度要求在1mg/L以下。
目前国内外常用的含氟废水处理方法大致分为两类，即沉淀法和吸附法。
化学沉淀法是通过投加钙盐等化学药品，形成氟化物沉淀或氟化物被吸附于所形成的沉淀物中而共同沉淀。该方法简单、处理方便，费用低，
但石灰溶解度低，只能以乳状液投加，且产生的CaF2沉淀包裹在Ca(OH)2颗粒的表面，使之不能被充分利用，因而用量
大。处理后的废水中氟含量一般只能下降到15mg/L，很难达到国标一级标准。而且存在泥渣沉降缓慢，脱水困难，处理大流量排放物周期长，
不适应连续处理连续排放等缺点。 吸附法是指含氟废水流经接触床，通过与床中固体介质
进行离子交换或化学反应，去除氟化物。这种方法只适用于低浓度的含氟废水或经其他方法处理后氟化物浓度降至10~20mg/L的废水。而且接触
床的再生及高浓度再生液的处理是整个运行过程中不可缺少的一部分，接触床频繁的再生使运行成本较高。 &n
bsp; 此外，还有冷冻法、离子交换树脂除氟法、超滤除氟法、电渗析等，但因为处理成本高，除氟效率低，至今多停留在实验阶
段，很少推广应用于工业含氟废水治理。 絮凝一气浮处理含氟废水新工艺是在传统工艺的
基础上，采用絮凝一气浮一吸附相结合的工艺处理含氟废水。 1．基本原理 
利用铝离子的三种机理来去除氟离子，即： 
(1)吸附。铝盐絮凝除氟过程中生成的具有很大表面积的无定性Al(OH)3 (am)原体对氟离子产生氢键吸附，氟离子半径小，电负性强，
这一吸附方式很容易发生。 (2)离子交换。氟离子与氢氧根的半径及电荷都相近，铝盐絮凝除
氟过程中，投加到水中的A113 O4 (0H) 147+ 等聚阳离子及水解后形成的无定性Al(0H)3
(am)沉淀，其中的OH-与F-发生交换，这一交换过程是在等电荷条件下进行的。 
(3)络合沉淀。F-能与Al3+等形成从AlF2+、AlF2+、AlF3到AlF6
3- 6种络合物，络合沉降而去除F-。 络合离子方程式如下： 
F-+ Al3+ →AlF2+↓+ AlF2+↓+ AlF3↓+
AlF4-↓+ AlF52-↓+ AlF63-↓ 
; 絮凝产生的絮状物通过气浮装置达到有效的固液分离，出水经过砂滤再通过活性炭吸附后排放。 
; 2．应用实例 某半导体厂含氟废水平均进口浓度为165.54m/L，pH＝2.39，排放水
量为50m3/d。《污水综合排放标准》( GB8978 -1996)一级标准为：F-≤10mg/，pH＝6~9。处理工艺流程见图1。 <IMG alt=""
src="/sbgl/design/UploadFiles_1688/200612/20061205214244475.gif">
 生产废水首先流入调节沉淀池，然后由泵提入絮凝反应池，同时通过自动加药机投加药剂NaOH，
2‰聚铝及0.005‰的PAM助凝剂，进行絮凝反应。加药过程中，观察pH值显示仪的读数，根据声值调节NaOH的投加量，控制pH在7左右。絮凝反应时间约为
15min。出水自流入气浮分离池，由溶气释放器中释放出来的溶气水将絮凝后的沉淀托出水面，在液面上形成沉淀物浮渣，浮渣经刮渣机刮出后进入干化
箱，静沉后的清洁液再流入调节沉淀池，沉渣干化后可外运填埋或焚烧处理。气浮分离池下部的清液自流入清水池中，部分清水由溶气泵提入溶气罐，
作为气浮用的溶气水，其余的清水由泵提入砂滤塔，经过砂滤的水再进入活性炭吸附罐进行深度处理，最后直接排放。 
在调试期间发现pH值对各阶段的处理效果有一定影响（表1），由表1可见，当声值控制在7.0左右时处理效果最佳。 
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3．运行效果 这套处理设施竣工投用以来，经环境监测权威机构多次对设施进出口F-浓度进行采样
监测。监测结果表明，该含氟废水处理设备出口排放物中的州值均在6.5~7之间，F-的浓度均小于5mg/L，排放指标均达到了国家污水综合排放一级标准，
除F-效率达98.9%。 同时经济评估表明，这套设施充分利用了工厂原有的调节沉淀池、部分管路等
设施，总投资不高，除去设备折旧费及人工费，总运行费用每吨仅为0.50元。 4．结论 
(1)絮凝一气浮处理含氟废水工艺继承了传统工艺的优点，充分利用铝盐絮凝的吸附、离子交换、络合沉淀等
作用机理，缓解后续处理的负荷，且采用聚铝作为絮凝剂比采用铝盐用量减少一半，处理费用进一步降低。 
; (2)将气浮技术运用于含氟废水处理中，解决了以往固液分离的难题，使设备能稳定运行。 
(3)出水末端采用活性炭吸附，给出水稳定达标排放提供保障。 (4)在工艺中，用NaOH取代传统的Ca
(OH)2，使泥渣量减少，解决了传统工艺泥渣多，易结垢，处理效果不佳，管路易堵塞等难题。 
; 参考文献 1 凌波．铝盐混凝沉淀除氟水．水处理技术．1990，16(2):418~421
 2 刘裴文、萧举强、王萍等．含氟废水处理过程的吸附交换机理—离子交换与吸附．1991.7(50)
:375~382 3 胡万里．混凝、混凝剂、混凝设备．化学工业出版社，环境科学工程出版中心 
4 卢建杭、刘维屏、王红斌铝盐混凝法除氟离子的一般规律．化工环保．2000
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参考资料：http://www.jdzj.com/sbgl/design/200612/20061205214217_1913.html
http://www.sclw.com/ctidea.asp#t4
我国许多地区，地下水含氟量都超过国家规定的生活饮用水卫生标准（1.5mg/L）。有些地区甚至高达20mg/L。长期饮用高氟水，轻者使牙齿产生斑釉，关节疼痛，重者会影响骨骼发育，致使丧失劳动力。为此本公司开发出活性氧化铝吸附过滤用于地下水除氟（也适用于工业废水除氟）的专用设备。。

原理与工艺流程
含氟水经过比表面积较大的活性氧化铝吸附过滤层。在PH值5～6的条件下，水中氟离子被吸附生成难溶解的氟化物而被除去，其反应式如下：R2SO4＋2F－＝R2F2＋SO42－
吸附剂失效后，用硫酸铝溶液进行再生，以恢复其吸附能力。当原水PH值大于7时，一般用二氧化碳气体进行调节。

参考资料：

『柒』离子交换树脂系统的工作原理

采用离子交换方法，可抄以把水中呈离子态的阳离子、阴离子去除，以氯化钠(NaCl)代表水中无机盐类，水质除盐的基本反应可以用下列方程式表达：
1、阳离子交换树脂：R—H + Na+= R—Na + H+
2、阴离子交换树脂：R—OH + Cl-= R—Cl + OH-
阳、阴离子交换树脂总的反应式即可写成：RH+ROH+NaCl——RNa+RCl+H2O
由此可看出，水中的NaCl已分别被树脂上的H+和OH-所取代，而反应生成物只有H2O，故达到了去除水中盐的作用。

『捌』阴阳离子交换树脂的工作原理

离子交换树脂原理即是离子交换树把溶液中的盐分脱离出来的过程：

离子交换树脂作用环境中的水溶液中，含有的金属阳离子（Na+、Ca2+、 K+、 Mg2+、Fe3+等)与阳离子交换树脂(含有的磺酸基（—SO3H）、羧基（—COOH）或苯酚基（—C6H4OH）等酸性基团，在水中易生成H+离子)上的H+进行离子交换，使得溶液中的阳离子被转移到树脂上，而树脂上的H+交换到水中，（即为阳离子交换树脂原理）。

水溶液中的阴离子(Cl-、HCO3-等)与阴离子交换树脂（含有季胺基[-N（CH3）3OH]、胺基（—NH2）或亚胺基（—NH2）等碱性基团，在水中易生成OH-离子）上的OH-进行交换，水中阴离子被转移到树脂上，而树脂上的OH-交换到水中，（即为阴离子交换树脂原理）。而H+与OH-相结合生成水，从而达到脱盐的目的。

(8)离子交换树脂除氟原理扩展阅读：

离子交换树脂使用方法：

1、预选。离子交换树脂的粒度一般控制在20-35目，有些可达到50目，因此在使用前要先干燥，粉碎，过筛，通常干燥时在烘箱中进行，亦可在装有五氧化二磷、氧化钙或者浓硫酸的干燥器中进行，粉碎时不要分得过细，否则影响实验收率。

2、预处理。强碱性离子交换树脂应先用20倍树脂体积的4%氢氧化钠水溶液处理，然后用10倍体积的水洗，再用10倍量4%盐酸处理，最后用蒸馏水洗至中性，然后将氯型转化成OH型，再转化成氯型，最后用10倍4%氢氧化钠水溶液处理。弱碱性离子交换树脂处理时只需用10倍量蒸馏水洗即可，不必洗至中性。

3、装柱。将处理好的树脂至于烧杯中，加水充分搅拌除掉气泡，静置几分钟待树脂大部分沉降后，倾去上层泥状颗粒；反复操作直至上层液澄清后，即可装柱。注意要在柱子底部放1cm后的玻璃丝，用玻璃棒将其压平，将树脂倒入柱子中，还要注意防止气泡产生。

4、树脂交换。将样品配制成一定浓度的水溶液，以适当流速通过柱子，亦可将样品溶液反复通过柱子，直到成分交换完全。用显色法检验成分是否交换彻底。

5、树脂洗脱。注意亲和力弱的成分先被洗下来，常用的离子交换树脂洗脱剂有强酸、强碱、盐类、不同pH缓冲溶液、有机溶液等，可选择梯度洗脱或者单一浓度洗脱。

6、树脂再生。

『玖』离子交换树脂的分离原理

原则上和分子集团的大小没直接关系（有间接关系的），主要看的是被吸附集团的极性，也就是电子云的分布。看哪种更适合被树脂吸附

但是分子基团的大小对电子云的分布也是有些影响的，所以说有会有间接关系。

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离子交换树脂除氟原理

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