CN107473332B - 一种Fe型树脂离子交换处理高硬度高砷地下水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种Fe型树脂离子交换处理高硬度高砷地下水的方法，包括如下步骤：制备Na型树脂；预处理；将Na型树脂转化为Fe型树脂,并填充于离子交换器内；使高硬度高砷地下水通过离子交换器进行处理；Fe型树脂进行再生；更换新的Fe型树脂继续处理高硬度高砷地下水。本发明解决了Na型树脂离子交换剂存在的出水含盐量增大、再生剂使用后难于处理的问题，对高砷和高硬度水能达到同步处理的效果。

Description

一种Fe型树脂离子交换处理高硬度高砷地下水的方法
技术领域
本发明涉及地下水处理技术领域，尤其涉及一种Fe型树脂离子交换处理高硬度高砷地下水的方法。
背景技术
地下水是重要的饮用水水源，地球上可利用的液态淡水中，地下水量约占99％。与地表水比较，地下水作为供水水源，具有分布广泛、变化稳定、天然调节性好、易于开发利用等优点。因此，地下水是我国中小城市、镇和农村普遍采用的供水来源，在有的地区甚至是唯一水源。
硬度高是地下水的普遍特性。饮用和使用高硬度地下水会对我们的生活造成诸多不便，影响到身体健康甚至致癌。目前，高硬度地下水软化的方法主要有加热法、经验法、化学沉降、离子交换、反渗透、电渗析等。加热法和经验法方便易行，但效率较低可行性不高。常见的化学沉降法即石灰-纯碱软化法，去除效率不高且容易破坏原有平衡，造成二次污染。反渗透、电渗析均属于膜分离范畴，渗透膜易被污染，且在运行过程中动力消耗较大、成本高。
离子交换法是最有效和最常用的方法，其中Na型阳离子交换剂使用最为广泛，交换剂上的Na+取代水中的Ca2+、Mg2+进入水中从而实现去除硬度的目的，但是出水的含盐量不会降低。而且由于Na+所带电荷比Ca2+少，再生过程中再生剂必须为高浓度的含Na溶液。因此，再生剂使用过后高含盐量的再生废水的排放是一个严峻的问题，这些问题限制了Na型阳离子交换剂在水软化方面的运用。
另外，在许多地区，如江汉平原等，地下水中存在高硬度和高砷双重问题，在软化水的同时，还需要对砷进行处理。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种能同步解决水中高砷和高硬度问题，降低溶解性固体总量的Fe型树脂离子交换处理高硬度高砷地下水的方法。
本发明的实施例提供一种Fe型树脂离子交换处理高硬度高砷地下水的方法，包括以下步骤：
S1.制备Na型树脂；
S2.对步骤S1制备的Na型树脂进行预处理；
S3.将Na型树脂转化为Fe型树脂,并将Fe型树脂填充于离子交换器内；
S4.启动离子交换器，使高硬度高砷地下水通过离子交换器进行处理；
S5.对步骤S4离子交换器内填充的Fe型树脂进行再生；
S6.重复步骤S4和S5至Fe型树脂失去软化能力，更换新的Fe型树脂继续处理高硬度高砷地下水至将地下水软化。
进一步，所述步骤S1中，量取树脂，将树脂浸泡在饱和NaCl溶液中，饱和NaCl溶液的体积是树脂体积的1.8-2.2倍，浸泡24h，除去饱和NaCl溶液，并用蒸馏水反复洗涤至洗涤液澄清，即得到Na型树脂。
进一步，所述步骤S2中，将Na型树脂浸泡在质量浓度4％的NaOH溶液中，NaOH溶液体积是Na型树脂体积的2倍，浸泡4-5h，除去NaOH溶液，并用蒸馏水反复洗涤，直至洗涤液pH为7-8。
进一步，将Na型树脂再浸泡在质量浓度5％的盐酸溶液中，盐酸溶液体积是Na型树脂体积的2倍，浸泡4-5h，除去NaOH溶液，并用蒸馏水反复洗涤，直至洗涤液pH为中性。
进一步，所述步骤S3中，将Na型树脂浸泡在质量浓度为3-5％的FeCl3溶液中，浸泡12h，除去液体，洗涤，室温干燥，即得到Fe型树脂。
进一步，所述步骤S4中，将Fe型树脂填充于离子交换器内，并在Fe型树脂的上下两端分别填充一定体积的石英棉或石英砂固定Fe型树脂，启动离子交换器，按一定滤速使高硬度高砷地下水通过离子交换器，即可对高硬度高砷地下水进行处理。
进一步，所述步骤S5中，Fe型树脂进行再生的具体步骤包括：将质量浓度为3％的FeCl3溶液逆流通过离子交换器至Ca2+、Mg2+浓度达到稳定时，Fe型树脂上能被Fe3+取代的离子交换点位均已负载Fe3+,即完成Fe型树脂的再生。
进一步，所述步骤S6中，Fe型树脂经历数次软化-再生循环后，Fe型树脂交换容量越来越低、交联键断裂，从而失去软化能力时，需更换新的Fe型树脂。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：解决了Na型树脂离子交换剂存在的出水含盐量增大、再生剂使用后难于处理的问题，本发明的Fe型树脂离子交换剂可直接在原来Na型树脂离子交换器的基础上进行改进，工程量少，方便易操作，另外，Fe型树脂离子交换剂软化过程中产生Fe(OH)3，Fe(OH)3能吸附砷，对高砷和高硬度水能达到同步处理的效果，而且，Fe型树脂能够再生循环使用，节省经济成本。
附图说明
图1是本发明一种Fe型树脂离子交换处理高硬度高砷地下水的方法的一流程图。
图2是本发明一种Fe型树脂离子交换处理高硬度高砷地下水的方法的一原理图。
图3是本发明Fe型阳离子交换器处理高硬度高砷地下水的一示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种Fe型树脂离子交换处理高硬度高砷地下水的方法，包括以下步骤：
S1.制备Na型树脂：量取树脂，将树脂浸泡在饱和NaCl溶液中，饱和NaCl溶液的体积是树脂体积的1.8-2.2倍，浸泡24h，除去饱和NaCl溶液，并用蒸馏水反复洗涤至洗涤液澄清，即得到Na型树脂。
S2.对步骤S1制备的Na型树脂进行预处理：将Na型树脂浸泡在质量浓度4％的NaOH溶液中，NaOH溶液体积是Na型树脂体积的2倍，浸泡4-5h，除去NaOH溶液，并用蒸馏水反复洗涤，直至洗涤液pH为7-8；将Na型树脂再浸泡在质量浓度5％的盐酸溶液中，盐酸溶液体积是Na型树脂体积的2倍，浸泡4-5h，除去NaOH溶液，并用蒸馏水反复洗涤，直至洗涤液pH为中性。
S3.将Na型树脂转化为Fe型树脂：将Na型树脂浸泡在质量浓度为3-5％的FeCl3溶液中，浸泡12h，除去液体，洗涤直至洗涤液无色透明，室温干燥至恒重，即得到Fe型树脂，具体涉及反应为：
Figure BDA0001429690870000041
将此Fe型树脂填充于离子交换器内，此离子交换器规格与目前使用的Na型树脂离子交换器规格相同，并在Fe型树脂的上下两端分别填充一定体积的石英棉或石英砂固定Fe型树脂。
S4.启动离子交换器，按一定滤速使高硬度高砷地下水通过离子交换器，使高硬度高砷地下水通过离子交换器进行处理，即可对高硬度高砷地下水进行处理(如图2和图3所示)。
其中涉及的反应包括：
Figure BDA0001429690870000051
总的反应式为：
Figure BDA0001429690870000052
由于有Fe(OH)3沉淀和CO2气体产生，符合勒夏特列平衡移动原理，使得软化过程能够发生，形成的Fe(OH)3能吸附砷，对高砷和高硬度水达到同步处理的效果。
S5.对步骤S4离子交换器内填充的Fe型树脂进行再生：随着反应的进行，Fe型树脂对地下水的软化效率降低，出水总硬度接近所要求达到的水质标准时，停止使高硬度高砷地下水通过离子交换器，将质量浓度为3％的FeCl3溶液逆流通过离子交换器至Ca2+、Mg2+浓度达到稳定时，Fe型树脂上能被Fe3+取代的离子交换点位均已负载Fe3+，停止FeCl3溶液逆流通过离子交换器，即完成Fe型树脂的再生。
反应方程式为：
Figure BDA0001429690870000053
一般来说，同价离子元素吸附亲和力随离子半径及离子水化程度而差异，随离子半径的增加而增加，随水化程度的增加而降低，离子半径越小，水化程度越高，且高价离子的吸附亲和力高于低价离子的吸附亲和力。
故吸附亲和力：Fe3+>Ca2+>Mg2+，即Fe3+更易吸附于离子交换剂上，故再生过程中反应能够发生。
S6.重复步骤S4和S5至Fe型树脂失去软化能力，更换新的Fe型树脂继续处理高硬度高砷地下水，由于Fe型树脂经历数次软化-再生循环后，Fe型树脂交换容量越来越低、交联键断裂，从而失去软化能力时，需更换新的Fe型树脂。
本发明解决了Na型树脂离子交换剂存在的出水含盐量增大、再生剂使用后难于处理的问题，本发明的Fe型树脂离子交换剂可直接在原来Na型树脂离子交换器的基础上进行改进，工程量少，方便易操作，另外，Fe型树脂离子交换剂软化过程中产生Fe(OH)3，Fe(OH)3能吸附砷，对高砷和高硬度水能达到同步处理的效果。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种Fe型树脂离子交换处理高硬度高砷地下水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.制备Na型树脂：量取树脂，将树脂浸泡在饱和NaCl溶液中，饱和NaCl溶液的体积是树脂体积的1.8-2.2倍，浸泡24h，除去饱和NaCl溶液，并用蒸馏水反复洗涤至洗涤液澄清，即得到Na型树脂；
S2.对步骤S1制备的Na型树脂进行预处理；
S3.将Na型树脂浸泡在质量浓度为3-5％的FeCl3溶液中，浸泡12h，除去液体，洗涤，室温干燥，即得到Fe型树脂,并将Fe型树脂填充于离子交换器内；
S4.启动离子交换器，使高硬度高砷地下水通过离子交换器进行处理；
S5.对步骤S4离子交换器内填充的Fe型树脂进行再生；
S6.重复步骤S4和S5至Fe型树脂失去软化能力，更换新的Fe型树脂继续处理高硬度高砷地下水。
2.根据权利要求1所述的Fe型树脂离子交换处理高硬度高砷地下水的方法，其特征在于，所述步骤S2中，将Na型树脂浸泡在质量浓度4％的NaOH溶液中，NaOH溶液体积是Na型树脂体积的2倍，浸泡4-5h，除去NaOH溶液，并用蒸馏水反复洗涤，直至洗涤液pH为7-8。
3.根据权利要求2所述的Fe型树脂离子交换处理高硬度高砷地下水的方法，其特征在于，将Na型树脂再浸泡在质量浓度5％的盐酸溶液中，盐酸溶液体积是Na型树脂体积的2倍，浸泡4-5h，除去NaOH溶液，并用蒸馏水反复洗涤，直至洗涤液pH为中性。
4.根据权利要求1所述的Fe型树脂离子交换处理高硬度高砷地下水的方法，其特征在于，所述步骤S4中，将Fe型树脂填充于离子交换器内，并在Fe型树脂的上下两端分别填充一定体积的石英棉或石英砂固定Fe型树脂，启动离子交换器，按一定滤速使高硬度高砷地下水通过离子交换器，即可对高硬度高砷地下水进行处理。
5.根据权利要求1所述的Fe型树脂离子交换处理高硬度高砷地下水的方法，其特征在于，所述步骤S5中，Fe型树脂进行再生的具体步骤包括：将质量浓度为3％的FeCl3溶液逆流通过离子交换器至Ca2+、Mg2+浓度达到稳定时，Fe型树脂上能被Fe3+取代的离子交换点位均已负载Fe3+，即完成Fe型树脂的再生。
6.根据权利要求1所述的Fe型树脂离子交换处理高硬度高砷地下水的方法，其特征在于，所述步骤S6中，Fe型树脂经历数次软化-再生循环后，Fe型树脂交换容量越来越低、交联键断裂，从而失去软化能力时更换新的Fe型树脂。
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