污水处理工艺简介1.ppt 138页

'污水处理工艺简介第一节污水处理基本方法和工艺流程第二节污水的一级处理第三节污水的二级处理（生物处理）第四节污水的三级处理第五节污水处理方法的选择与评价 第一节污水处理基本方法和工艺流程一、污水处理基本方法按处理方法的性质分：物理方法：格栅过滤、沉淀法、浮选法、离心分离、膜分离法等化学方法：混凝、化学沉淀、中和、萃取、氧化还原、电解等生物方法：好氧、厌氧法 按不同的处理程度和处理任务可分为：一级处理：机械处理二级处理：主体工艺为生化处理三级处理：控制富营养化和重新回用 原水格栅沉砂池生物处理设备初沉池二沉池消毒排放或三级处理一级处理（物理处理）二级处理（生物处理）污泥浓缩池污泥消化池污泥脱水污泥利用沼气污泥处理城市二级污水处理厂典型工艺流程二、污水处理工艺流程 原水回收有用物质毒物处理一般处理再用或排放工业污水处理一般流程 第二节污水的一级处理一、格栅二、沉砂池三、调节池四、沉淀池五、气浮 一、格栅平面粗格栅（50~100mm）曲面中格栅（10~40mm）细格栅（3~10mm）人工清除格栅机械清除格栅 履带式机械格栅 二、沉砂池1.作用从污水中分离密度较大的无机颗粒，保护水泵和管道免受磨损，缩小污泥处理构筑物容积，提高污泥有机组分的含率，提高污泥作为肥料的价值。 2.沉砂池类型及原理平流式（重力式）沉砂池曝气式沉砂池旋流式沉砂池 平流式（重力式）沉砂池 曝气沉砂池 曝气沉砂池 曝气沉砂池 旋流沉砂池 三、调节池为了保证后续处理构筑物或设备的正常运行，需对污水的水量和水质进行调节。酸性污水和碱性污水在调节池内进行混合，可达到中和的目的。短期排出的高温污水也可用调节的办法来平衡水温。 四、沉淀池常见的几种沉淀池类型平流式沉淀池竖流式沉淀池辐流式沉淀池斜板（管）式沉淀池 平流式沉淀池 辐流式沉淀池（中心进水） 辐流式沉淀池（周边进水） 斜板沉淀池 几种沉淀池的比较平流式池：构造简单，沉淀效果较好，但占地面积较大，排泥存在的问题较多，目前大、中、小型污水处理厂均有采用；竖流式池：占地面积小，排泥较方便，且便于管理，然而池深过大，施工困难，造价高，因此一般仅适用于中小型污水处理厂使用；辐流式池：最适宜于大型水处理厂采用，有定型的排泥机械，运行效果较好，但要求较高的施工质量和管理水平； 五、气浮气浮法又称为浮选法，它是在污水中通入空气，产生微小气泡作为载体，使污水中的乳化油、微小悬浮物等污染物黏附在气泡上。利用气泡的浮升作用上浮到水面，通过收集水面上的泡沫或浮渣达到分离杂质、净化污水的目的。 亲水性物质与气泡的粘附情况亲水性物质1.极性基（圆头端、亲水性）2.非极性基（尾端、疏水性） 第三节污水的生物处理一、污水的生物处理概述污水的生物处理就是利用微生物的氧化分解及转化功能，以污水的有机物(少数以无机物)作为微生物的营养物质，采取一定的人工措施，创造一种可控制的环境，通过微生物的代谢作用，使污水中的污染物质被降解、转化，污水得以净化。 好氧生物处理厌（兼）氧生物处理二、污水生物处理分类 好氧生物处理的原理在充分供氧的条件下，利用好氧微生物的生命活动过程，将有机污染物氧化分解成较稳定的无机物的处理方法，在工程上称为污水的好氧生物处理。 有机物的好氧分解图示 在污水好氧处理过程中，必须不间断地供给溶解氧。因为氧是有机物的最后氢受体，正是由于这种氢的转移，才使能量释放出来，成为细菌生命活动和合成新细胞物质的能源。要保证污水处理的效果，首先必须有足够数量的微生物，同时，还必须有足够数量的营养物质。 好氧生物处理传统活性污泥法氧化沟序批式活性污泥法生物滤池、生物转盘流化床活性污泥法生物膜法 活性污泥的特征与微生物①特征a、形态：在显微镜下呈不规则椭圆状，在水中呈“絮状”。b、颜色：正常呈黄褐色，但会随进水颜色、曝气程度而变（如发黑为曝气不足，发黄为曝气过度）。c、理化性质：ρ=1.002～1.006，含水率99%，直径大小0.02～0.2mm，表面积20～100cm2/ml，pH值约6.7，有较强的缓冲能力。其固相组分主要为有机物，约占75～85%。d、生物特性：具有一定的沉降性能和生物活性。（理解：自我繁殖、生物吸附与生物氧化）。e、组成：由微生物群体Ma，微生物残体Me，难降解有机物Mi，无机物Mii四部分组成。 ②微生物组成及其作用组成：包括细菌、真菌、原生动物、后生动物。细菌：以异养型原核生物(细菌)为主，数量107～108个/mL，自养菌数量略低。其优势菌种：产碱杆菌属等，它是降解污染物质的主体，具有分解有机物的能力。真菌：由细小的腐生或寄生菌组成，具分解碳水化合物，脂肪、蛋白质的功能，但丝状菌大量增殖会引发污泥膨胀。原生动物：肉足虫，鞭毛虫和纤毛虫3类、捕食游离细菌。其出现的顺序反映了处理水质的好坏（这里的好坏是指有机物的去除），最初是肉足虫，继之鞭毛虫和游泳型纤毛虫；当处理水质良好时出现固着型纤毛虫，如钟虫、等枝虫、独缩虫、聚缩虫、盖纤虫等。后生动物(主要指轮虫、线虫、甲壳虫如水骚类），捕食菌胶团和原生动物，是水质稳定的标志。 活性污泥法工艺流程初次沉淀池曝气池空气进水回流污泥剩余污泥污泥出水二次沉淀池 氧化沟（OD）1.概念：氧化沟是一种改良的活性污泥法，其曝气池呈封闭的沟渠形，污水和活性污泥混合液在其中循环流动，因此被称为“氧化沟”，又称‘‘环形曝气池”。 采用立式表曝机的卡鲁塞尔氧化沟(英国ASHVale污水处理厂) 氧化沟的工艺特点简化了预处理氧化沟HRT较长，有机物可得到较彻底的去除，排出的污泥已经高度稳定，不需初沉池和厌氧消化具有推流式的流态特征DO浓度在沿池长方向形成好氧、缺氧和厌氧条件，合理设计可用来脱氮除磷。 OTV-Gruger的三沟式氧化沟(Faabborg污水处理厂) Orbal型氧化沟 SBRSBR法(SequencingBatchReator)，是连续活性污泥法的一种改型，它的反应机制以及污染物质的去除机制和传统活性污泥法基本相同，仅运行操作不一样。SBR的操作模式由进水、反应、沉淀、出水和待机等5个基本过程组成。 1、经典SBR反应器原理 2、SBR反应器 3.经典SBR反应器的优点 4.同时，经典的SBR反应器也存在一定的问题比如：1)对于单一SBR反应器的应用需要较大的调节池；2)对于多个SBR反应器进水和排水的阀门自动切换频繁；3)无法解决大型污水处理项目连续进水、连续出水的处理要求。4)设备的闲置率较高5)污水提升水头损失较大。正是以上这一系列问题的存在导致了对于SBR反应器的不断改进和开发。 5.CASS(CAST)工艺循环式活性污泥法工艺 6.其他SBR演变工艺ICEAS工艺IntermittentCycleExtendedAerationSystem间歇式循环延时曝气工艺 A-O工艺A/O工艺将前段厌氧段和后段好氧段串联在一起，A段DO不大于0.2mg/L，O段DO=2～4mg/L。在厌氧段，一方面，异养菌将污水中的淀粉、纤维、碳水化合物等悬浮污染物和可溶性有机物水解为有机酸，使大分子有机物分解为小分子有机物，不溶性的有机物转化成可溶性有机物，当这些经厌氧水解的产物进入好氧池进行好氧处理时，可提高污水的可生化性及氧的效率；另一方面，从好氧池回流回的污泥中的聚磷菌在该段释放磷，以达到除磷目的。 A2O工艺A2/O处理工艺是Anaerobic－Anoxic－Oxic的英文缩写，它是厌氧－缺氧－好氧生物脱氮除磷工艺的简称A2/O工艺于70年代由美国专家在厌氧—好氧除磷工艺（A/O）的基础上开发出来的，该工艺具有脱氮除磷的功能，是一种深度二级处理工艺。该工艺在厌氧—好氧除磷工艺（A/O）中加一缺氧池，将好氧池流出的一部分混合液回流到缺氧池前端，以达到硝化脱氮的目的 生物膜法好氧生物膜法是根据土壤自净的原理发展起来的。从好氧微生物对有机物降解过程的基本原理上分析，生物膜法和活性污泥法是相同的，两者主要不同在于活性污泥法是靠曝气池中悬浮流动着的活性污泥来分解有机物的，而生物膜法则是主要依靠固着于载体表面的微生物膜来净化有机物。 曝气生物滤池生物曝气滤池(BAF)的构造曝气生物滤池主体可分为布水系统、布气系统、承托层、生物填料层、反冲洗等五个部分。 MBR工艺MBR又称膜生物反应器（MembraneBio-Reactor），是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术。采用的膜结构主要是中空纤维膜。膜--生物反应器主要由膜分离组件及生物反应器两部分组成 流化床流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。在用于气固系统时，又称沸腾床反应器。 流化床 污水的厌氧生物处理概述厌氧生物处理机理厌氧处理反应器技术 一、概述厌氧生物处理是指利用厌氧微生物的代谢过程，在无氧条件下把污水中的有机污染物转化为无机物和少量细胞物质的污水处理方法。与好氧生物处理技术相比，它具有以下突出优点： 能耗低(约为好氧的10％～15％）可回收生物能源（沼气）产生的剩余污泥量少（相当于好氧的1/10~1/6）可承受的有机负荷高，占地少 但厌氧生物处理也有自身的缺点，主要是：厌氧处理后出水COD、BOD值较高，难以达标（需好氧处理作为后处理）厌氧水力停留时间一般较长，厌氧的启动时间一般也较长受温度等影响大，有恶臭 二、厌氧生物处理的机理厌氧生物降解过程可分为四个阶段：1.水解阶段2.酸化阶段(也叫发酵阶段)3.产乙酸阶段4.产甲烷阶段 水解阶段水解细菌将不溶性有机物转变成可溶性有机物,将高分子溶性有机物转变成小分子有机物(通过细菌胞外酶作用)纤维素被纤维素酶水解成纤维二糖和葡萄糖淀粉被淀粉酶水解成麦芽糖和葡萄糖蛋白质被蛋白酶水解成短酞和氨基酸脂肪被脂肪酶水解成丙二醇和脂肪酸 酸化阶段水解阶段产生的小分子水解产物在酸化菌的细胞内转化为更简单的化合物并分泌到细胞外,这一阶段的主要产物有VFA醇类乳酸CO2NH3H2S等。与此同时，酸化菌也利用部分物质合成新的细胞物质。 产乙酸阶段在此阶段，酸化阶段的产物被进一步转化为乙酸、H2、碳酸等以及新的细胞物质。 产甲烷阶段在此阶段，乙酸、H2、碳酸、甲酸和甲醇等被转化为CH4、CO2和新的细胞物质。整个厌氧降解的速率取决于以上四个阶段中速度最慢的那个阶段，因为产甲烷菌的生长缓慢,所以产甲烷的反应较慢,所以一般产甲烷阶段是整个厌氧降解过程的速率限制性阶段. 小结(厌氧生物处理反应机理图)原酸化阶段和产乙酸阶段可合并为一个阶段 几种厌氧生物滤池 UASB工艺上流式厌氧污泥床反应器是一种处理污水的厌氧生物方法，又叫升流式厌氧污泥床，英文缩写UASB（Up-flowAnaerobicSludgeBed/Blanket）。由荷兰Lettinga教授于1977年发明。污水自下而上通过UASB。反应器底部有一个高浓度、高活性的污泥床，污水中的大部分有机污染物在此间经过厌氧发酵降解为甲烷和二氧化碳。因水流和气泡的搅动，污泥床之上有一个污泥悬浮层。 UASB工艺反应器上部有设有三相分离器，用以分离消化气、消化液和污泥颗粒。消化气自反应器顶部导出；污泥颗粒自动滑落沉降至反应器底部的污泥床；消化液从澄清区出水。UASB负荷能力很大，适用于高浓度有机废水的处理。运行良好的UASB有很高的有机污染物去除率，不需要搅拌，能适应较大幅度的负荷冲击、温度和pH变化。 UASB反应器工作原理 厌氧膨胀床和流化床工艺流程进水 污水自然生物处理 污水自然生物处理的回顾与前瞻污水的自然生物处理已有300多年的历史，但随着经济和社会的发展，生活污水和工业废水的水质水量发生了很大的变化，“经典式”生态系统的自然净化能力承受不了越来越沉重的污染负荷。为了解决日益严重的水环境污染问题，出现了以普通活性污泥法、生物膜法等高效的人工净化技术。但进入20世纪70年代，严重的世界能源危机，迫使人们又转向研究节省能源、资源和投资的处理方法。污水的自然生物处理作为“替代技术”之一受到重视。 一、稳定塘（生物塘）1、概述稳定塘：又叫生物稳定塘（biologicalstabilizationpond），俗称氧化塘（oxidationpond）。1)工作原理：依靠自然生态系统的净化作用使污水净化。2)供氧方式：通过大气和藻类的光合作用供氧，或人工曝气（曝气塘）。3)分类：按DO浓度高低分好氧稳定塘,兼性塘,厌氧塘,曝气塘。按处理程度分一级、二级和深度处理塘。按出水方式又可分连续出水塘、控制性水塘、贮存塘。4)适宜条件：要求有废河道、沼泽地、峡谷、荒地且地质条件良好的地形；要考虑气温、光照和风力。5)优缺点：工程简单，建设投资少，能耗少，成本低廉，利于农业灌溉，能实现污水资源化。但占地面积大，净化效果受季节（含光照、气温）影响，易造成地下水污染，周边环境条件较差。 生物塘的种类及特征名称好氧生物塘兼氧生物塘厌氧生物塘曝气生物塘水深（米）0.2~0.41~2.52.5~42.5~4.5停留时间(日)2~67~3030~502~10BOD负荷（g/m3d）10~202~102~100BOD去除率80~9535~7550~7050~80光合反应有有藻类浓度（毫克/升）>10010~50 齐齐哈尔南郊污水处理厂880公顷氧化塘 北京通州区污水深水曝气塘 兼性塘 二、污水的土地处理系统1.概念：在人工控制条件下,将污水投配在土地上，通过土壤－微生物－植物的生态系统，进行物理、化学、物理化学和生物化学的净化过程，使污水得到净化的一种污水处理工艺。2.工作原理：利用土壤—微生物—植物生态系统,进行物理、化学、物化和生化作用过程，使污水得到净化。其中土壤胶体和土壤微生物是土壤能够容纳、缓冲和分解微生物的关键。3.净化作用机理物理过滤：土壤颗粒孔隙的截留。物理吸附：黏土等硅酸盐类物质具有离子交换和吸附作用。物理化学吸附：重金属离子与土壤胶体、腐植酸等的鳌合作用.化学反应和化学沉淀：与土壤中的某些组分形成难溶性化合物或因pH改变而沉淀、挥发。如与土壤中的铁、铝、钙、磷、碳酸盐等发生反应，氨氮在碱性条件下挥发等。微生物代谢：通过各种微生物的相互依存、协同作用，降解各种有机物和氮磷等污染物质。植物代谢：植物的吸收、降解和蒸腾作用。 4、组成：预处理设备，调节与贮存设备，污水输送、配水控制系统，土地净化地、净化水的收集、利用系统。5、工艺a、慢速渗滤处理系统：利用草场、林地、荒地以及农田、蔗地等（土壤微生物与植物），不考虑处理水的流出。 b、快速渗滤处理系统：在专门的处理地上间歇处理(利用土壤微生物进行交替厌氧与好氧)，下设专门回收处理水系统。c、地表漫流处理系统：利用缓坡草地缓慢流动（要求土地渗透性差），并以地表径流汇集、排放和利用处理水。 三、湿地处理系统：利用沼泽土壤的物理化学作用和微生物的生物化学作用、以及耐水植物（芦苇、香蒲、灯心草等）的协同净化作用使污水得到净化的一种土地处理工艺。a、分类：天然湿地，人工湿地和人工潜流湿地系统(见附图)。b、生态系统：耐水植物（芦苇、香蒲等）、土壤（粘土矿物）及其微生物联合作用。c、供氧：植物光合作用在植物根际周围形成“含氧区”，为好氧微生物供氧。d、净化机理：物理沉降，根际截留，化学沉淀，土壤及其微生物、植物的吸附吸收与生物代谢，阳光及其植物分泌物的灭活作用等。e、设计运行：对天然湿地，水深一般0.3-0.8m，不超过1m。对人工湿地：有机负荷NA0.0018—0.011kg/对人工潜流(芦苇—石料/或水草—芦苇系统)，在渗滤和毛细管作用下通过过滤、沉淀、吸附和微生物作用降解污染物。 天然湿地 湿地位于滇池外海北部、大清河与海河入湖口之间，面积约20亩，进水为典型的合流制城市污水。目前，湿地日最大处理水量为3000立方米。 成都活水公园南京活水公园上海活水公园 第四节污水的三级处理一、概述经二级生物处理后，其出水一般含有：BOD30mg/L左右，COD60mg/L左右，NH315-25mg/L，P3-8mg/L，SS30mg/L左右，以及细菌、重金属等，必须经过处理，否则易导致水体富营养化，并对鱼类，农作物、淡水水质及处理成本等带来影响。三级处理的方法包括：砂滤、混凝、微滤、反渗透、电渗析、离子交换、消毒、活性炭吸附、脱氮除磷等。 二、部分深度处理工艺1、悬浮物的去除1）颗粒粒径：二级出水SS是以1um~1mm的生物絮凝体和未被絮凝的胶体物质。一般通过混凝、砂滤、微滤和反渗透去除。2）混凝沉淀：通过投加混凝剂，并经快速搅拌混凝，慢速搅拌絮凝，使微小颗粒和胶体物质脱稳而凝聚，成为较大颗粒絮体而沉淀去除。a.混凝机理：压缩双电层(高价聚合盐)、吸附——电中和、吸附架桥、卷扫—网捕。b.混凝过程：凝聚：指胶体的脱稳过程絮凝：指胶体脱稳后聚结成大颗粒絮体的过程。 c.混凝剂、助凝剂混凝剂：能破坏水中胶体的稳定性并能促进胶体絮凝的物质。无机盐类混凝剂：铝盐混凝剂（硫酸铝、明矾、聚合氯化铝）、铁盐混凝剂（三氯化铁、硫酸亚铁、聚合硫酸铁）有机高分子混凝剂：有机合成高分子混凝剂如聚丙烯酰胺、天然高分子混凝剂助凝剂：为强化混凝效果，投加的某些辅助药剂，如用来调节pH的石灰、碳酸钠、将二价铁氧化为三价铁的氯气、增强絮体结构的水玻璃（Na2SiO3） 4、污水的消毒处理原因：无论什么工艺，出水细菌均会超标，从而带来危害。使用场合：污水农灌、排放水源地上游、旅游景区，以及流行病流行季节。消毒方法：液氯、臭氧、次氯酸钠和紫外线 液氯消毒原理：Cl2＋H2O→HClO＋HCl工艺参数：投加量：10mg/L。混合反应：机械搅拌5-15S，鼓风混合0.2m3/m3.min。水力混合：V≥0.6m/s。接触时间：10～30min。要求余氯：≥0.5mg/L（为什么？）。 次氯酸钠消毒原理：Cl2＋2NaOH→NaOCl+NaCl+H2ONaOCl+H2O→HOCl＋NaOHHOCl→OCl－+H+接触时间：15min 二氧化氯消毒原理：CLO2+H2O=HCL+HCLO+O2工艺参数：使用剂量：2～5mg/L接触时间：10～20min 氯法消毒加氯加次氯酸盐加二氧化氯优缺点：杀菌消毒效果好，费用低廉；但使用氯化物易产生有机卤化物，对人体和生物有潜在的毒性。 4)O3消毒原理：O3→O2＋[O]，工艺参数：使用剂量：10mg/L接触时间：5～10min，出水消除臭氧。优缺点：03具有和氯一样的杀菌能力，在对付活性病毒时更具优越性，而且能降低水的色度和消除异味，还能为水充氧。 紫外线消毒原理：紫外线穿透细胞壁并与细胞质反应而达到消毒目的。方法：浸水式和水面式（高压石英水银灯）。照射强度：0.19－0.25W.s/cm2。污水深度：0.65－1.0m。缺点：不能解决消毒后管网的再污染问题，电耗大，水中悬浮杂质和色度对紫外线透射有影响。 第五节污水处理方法的选择与评价一、污水处理方法、流程的主要影响因素原废水的特性处理目标（要求的出水水质）流程的稳定性基建投资费用运行维护费用 物理法化学法是否生物降解否原废水是否高浓度是厌氧生物处理是排放出水需再处理好氧生物处理是否需脱氮否否硝化/反硝化脱氮处理排放是否二、选择生物法处理的程序 三、废水处理方法、流程的综合评价所选用的方法、流程是否是最佳方案？如何评价？ 技术性能经济效益环境效益二次污染1.选用的处理方法1.污染损失费（处理前）处理前的环境与处理后处理前与处理后的2.选用的处理流程①直接损失费的环境相比较，可采用大气污染3.处理废水量②间接损失费某些指数分别表示：水污染4.进水水质2.处理费对人体健康的影响固体废弃物（污泥）5.处理后的水质①基建投资费对水体水质的影响噪声污染6.各水质指标去除率②运行维护费对周围环境的影响其他污染等7.运行操作③设备折旧费（可采用指数评价法）新污染物之产生、转化8.占地面积④偿还期形态、迁移转化规律等9.基本建设3.经济效益(用于对废水10.设备加工进行处理)11.原料、药剂①直接效益(物料回收、12.二次污染节水、水的回收、13.水的回用率免交排污费、排污罚14.物料回收率款、污染赔偿费等）15稳定可靠性②间接效益（环境污染降16.对工作人员要求低、水质改善、人体危害17.事故处理减轻、污染损失降低等）18.其他因素评价其他评价 溶解性有机物去除1）活性炭吸附：活性炭具有巨大的表面积和细小的孔隙，能吸附有机物，重金属离子等。2）O3氧化处理：对二级处理水进行以回用为目的的处理，力求去除污水中存在的有机物、色度和杀菌、消毒。 溶解性无机盐的去除危害：具有腐蚀性，易结垢，SO42－还原产生H2S，造成土地板结和盐碱化。因而出水回用和农用前要求脱盐。脱盐技术：反渗透、电渗析、离子交换。a.反渗透：利用半渗透膜，当对高浓度一侧施加高于渗透压的压力时，水分子通过渗透膜，从而使水得到净化。b.电渗析：在电流作用下，阳、阴离子分别通过阳、阴离子交换膜而在局部富集，使水得到净化，从而脱盐。c.离子交换：带离子水经过交换树脂、沸石等时，无机盐通过交换吸附反应而被去除。 电渗析电渗析利用半透膜的选择透过性来分离不同的溶质粒子（如离子）的方法称为渗析。在电场作用下进行渗析时，溶液中的带电的溶质粒子（如离子）通过膜而迁移的现象称为电渗析。利用电渗析进行提纯和分离物质的技术称为电渗析法，它是20世纪50年代发展起来的一种新技术，最初用于海水淡化，现在广泛用于化工、轻工、冶金、造纸、医药工业，尤以制备纯水和在环境保护中处理三废最受重视，例如用于酸碱回收、电镀废液处理以及从工业废水中回收有用物质等。 CD RA+M+=RM+A+ 离子交换树脂离子交换树脂是带有官能团(有交换离子的活性基团)、具有网状结构、不溶性的高分子化合物。通常是球形颗粒物。离子交换树脂还可以根据其基体的种类分为苯乙烯系树脂和丙烯酸系树脂。树脂中化学活性基团的种类决定了树脂的主要性质和类别。首先区分为阳离子树脂和阴离子树脂两大类，它们可分别与溶液中的阳离子和阴离子进行离子交换。阳离子树脂又分为强酸性和弱酸性两类，阴离子树脂又分为强碱性和弱碱性两类（或再分出中强酸和中强碱性类）。 吸附选择离子交换树脂对溶液中的不同离子有不同的亲和力，对它们的吸附有选择性。各种离子受树脂交换吸附作用的强弱程度有一般的规律，但不同的树脂可能略有差异。主要规律如下：对阳离子的吸附高价离子通常被优先吸附，而低价离子的吸附较弱。在同价的同类离子中，直径较大的离子被吸附较强。一些阳离子被吸附的顺序如下：　　Fe3+>Al3+>Pb2+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>H+ 对阴离子的吸附强碱性阴离子树脂对无机酸根的吸附的一般顺序为：SO42－>NO3－>Cl－>HCO3－>OH－弱碱性阴离子树脂对阴离子的吸附的一般顺序如下：OH－>柠檬酸根3－>SO42－>酒石酸根2－>；草酸根2－>PO43－>NO2－>Cl－>；醋酸根－>HCO3－ 对有色物的吸附糖液脱色常使用强碱性阴离子树脂，它对拟黑色素（还原糖与氨基酸反应产物）和还原糖的碱性分解产物的吸附较强，而对焦糖色素的吸附较弱。这被认为是由于前两者通常带负电，而焦糖的电荷很弱。　　通常，交联度高的树脂对离子的选择性较强，大孔结构树脂的选择性小于凝胶型树脂。这种选择性在稀溶液中较大，在浓溶液中较小。 ①离子从溶液主体向颗粒表面扩散，穿过颗粒表面液膜。②穿过液膜的离子继续在颗粒内交联网孔中扩散，直至达到某一活性基团位置。③目的离子和活性基团中的可交换离子发生交换反应。④被交换下来的离子沿着与目的离子运动相反的方向扩散，最后被主体水流带走。离子交换过程 影响离子交换扩散速度的因素1.树脂的交联度越大，网孔越小，则内扩散越慢。2.树脂颗粒越小，由于内扩散距离缩短和液膜扩散的表面积增大，使扩散速度越快。3.溶液离子浓度是影响扩散速度的重要因素，浓度越大，扩散速度越快。4.提高水温能使离子的动能增加，水的粘度减小，液膜变薄，这些都有利于离子扩散。5.交换过程中的搅拌或流速提高，使液膜变薄，能加快液膜扩散，但不影响内孔扩散。6.被交换离子的电荷数和水合离子的半径越大，内孔扩散速度越慢。 离子交换系统及应用在实际应用当中需根据原水水质、出水要求、生产能力等来确定合适的离子交换工艺。1.在水的软化主要使用Na＋离子交换软化法H＋离子交换软化法H－Na串联及并联2.在除盐中一级复床除盐系统多极复床除盐系统混合床除盐系统3.在处理工业废水中多级阴阳离子交换系统 离子交换设备工业离子交换设备主要有固定床、移动床和流动床，目前使用最广泛的是固定床。固定床离子交换器包括筒体、进水装置、排水装置，再生液分布装置及体外有关管道和阀门，如图所示。1.筒体：支撑作用2.进水装置：分配进水和收集反洗用水3.底部排水装置：收集出水和分配反洗水 高度的确定交换器筒体的高度包括树脂层高、底部排水区高和上部水垫层高三部分。树脂层高通常可选用1.5～2.5m。塔径越大，层高越高，一般层高不得低于0.7m。树脂层上部水垫层的高度主要取决于反冲洗时的膨胀高度相保证配水的均匀性。底部排水区高度与排水装置的型式有关，一般取0.4m左右。根据计算得出的塔径和塔高选择合适尺寸的离子交换器，然后进行水力核算。 连续式离子交换器工作过程固定床离子交换器的缺点：树脂不能边饱和边再生，树脂层厚度比交换区厚度大得多；再生和冲洗时必须停止交换。为了克服上述缺陷，发展了连续式离子交换设备，包括移动床和流动床。右图为三塔式移动床，由交换塔、再生塔和清洗塔组成。运行时，原水由交换塔下部逆流而上，把整个树脂层承托起来并与之交换离子。一段时间后，当出水离子开始穿透时，停止进水，并由塔下排水。排水时树脂层下降(称为落床)，由塔底排出部分已饱和的树脂，同时浮球阀自动打开，放入等量已再生好的树脂。 再生通过树脂再生，一方面可恢复树胎的交换能力，另一方面可回收有用物质。固定床再生操作包括反洗，再生和正洗三个过程。有时再生后还需要对树脂作转型处理。影响再生效果和处理费用的因素如下:1)再生剂种类强酸性阳树脂用HCl或H2SO4等强酸及NaCl、Na2SO4再生；弱酸性阳树脂用HCl、H2SO4再生；强碱性阴树脂用NaOH等强碱及NaCl再生，弱碱性阴树脂用NaOH，Na2CO3、NaHCO3等再生。2)再生剂用量树脂的交换和再生均按等当量进行。理论上，再生剂可以恢复树脂的交换容量，但实际上再生剂用量比理论值大得多。 3)再生方式①顺流再生特点：⑴设备简单，操作方便，工作可靠；⑵再生剂用量多，再生效率低，出水水质较差。②逆流再生特点：⑴再生剂耗量少(比顺流法少40％左右)，再生效率高,而且能保证出水质量；⑵设备较复杂，操作控制较严格。实验证明，再生剂用量越多，再生效率越高。但当再生剂用量增加到一定值后，再生效率随再生剂用量增长不大。因此再生剂用量过高既不经济也无必要。图8-4为用2％NaOH对交换了Cr6+的强碱性树脂的再生情况。 沸石沸石是一种矿石，最早发现于1756年。瑞典的矿物学家克朗斯提（Cronstedt）发现有一类天然硅铝酸盐矿石在灼烧时会产生沸腾现象，因此命名为“沸石”。此后，人们对沸石的研究不断深入。 分子筛1932年，McBain提出了“分子筛”的概念。表示可以在分子水平上筛分物质的多孔材料。虽然沸石只是分子筛的一种，但是沸石在其中最具代表性，因此“沸石”和“分子筛”这两个词经常被混用。人造沸石是：磺酸化聚苯乙烯；天然沸石：铝硅酸钠。沸石族矿物常见于喷出岩，特别是玄武岩的孔隙中，也见于沉积岩、变质岩及热液矿床和某些近代温泉沉积中。浙江省缙云县为我国境内沸石储量最高的地区。'