离子交换法在废水处理领域的广泛应用，得益于其再生性强、操作简便、工艺成熟和流程简短的特点。本文将深入解析离子交换工艺、原理，以及离子交换剂的使用，旨在为读者提供全面的知识储备，建议收藏。
离子交换法是一种通过离子交换剂上的离子与污水中的离子进行交换反应，以去除污水中有害离子的处理方法。与吸附法相比，离子交换法具有独特优势，主要吸附污水中的离子化物质，进行等当量的离子交换。
离子交换法在污水处理中发挥着重要作用，主要用于回收和去除污水中的金属离子，如金、银、铜、镉、铬、锌等，同时也能对有机污水进行处理和净化放射性污水。
离子交换的原理是水溶液通过树脂时，在固体颗粒与液体之间的界面上发生的固-液间离子交换过程。这一反应是可逆的，离子交换剂对不同组分展现出不同的平衡特性。在污水处理中，常见应用包括水的软化、除盐、去除或回收重金属离子等。
离子交换剂主要由骨架和交换基团构成，分为无机和有机两大类。无机离子交换剂包括天然沸石和人工合成沸石，它们既能作为阳离子交换剂，也能用作吸附剂。沸石通过其晶格空间的组分向颗粒内扩散，实现离子交换，分离污水的特定成分。沸石有多种类型，如方沸石、菱沸石、片沸石等。合成无机物离子交换剂具有均匀的空隙结构，能排出大分子，分子筛如合成毛沸石、合成菱沸石、合成丝光沸石等是广泛应用的实例。
有机离子交换剂主要由磺化煤和各种离子交换树脂组成。离子交换树脂是一种具有离子交换特性的有机高分子聚合电解质，结构上分为不溶于水的树脂本体和具有活性的交换基团两部分。树脂本体由有机化合物和交联剂组成的高分子共聚物构成，交联剂作用于形成立体的网状结构。交换基团则由起交换作用的离子和与树脂本体连接的离子组成。树脂的选择性体现在水中各种离子在与树脂交换时，其能力不同，有的离子容易被吸附但难以置换，有的则反之，这种性能即为离子交换树脂的选择性。
离子交换树脂的选择性受多种因素影响，包括离子带电荷的多少、原子序数大小以及溶液浓度。二价离子通常比一价离子更易被吸附，原子序数大的离子更容易吸附，而浓溶液中的低价离子易被树脂吸附。
特种离子交换树脂专门针对某一种或几种目标污染物离子具有选择性吸附能力。其官能团在普通树脂官能团的基础上经过特殊化学反应修饰改性，或者直接使用具有对特定污染物离子特殊亲和性的物质作为官能团。这类树脂适用于特定行业、水质以及特定目标污染物的选择性去除，普通树脂则主要用于脱盐、软化等方面。
离子交换设备包括固定床、移动床和流动床三种类型。固定床离子交换设备将树脂装入竖式交换容器中，料液不断流过树脂层，完成交换、反冲洗、再生和清洗等操作，为间歇式运行。移动床离子交换器中，树脂在运动中周期性移动，树脂层定期排出失效树脂并补充等量再生树脂。三塔多周期移动床系统由交换塔、再生塔和清洗塔组成，树脂层在移动中定期排出失效树脂并补充再生树脂。流动床离子交换设备有压力式和重力式两种，工程中常用的是重力式流动床，包括双塔式和三塔式两种类型。重力式双塔流动床由交换塔、再生清洗塔、水射器和辅助管路组成。
2. 离子交换树脂和吸附树脂使用中应该注意那些问题
影响树脂使用效果和寿命的因素主要有：
氧化性物质会影响树脂的强度，版如游离氯、双氧水、浓硫酸权、硝酸等，降低树脂时候用寿命，应该尽量避免；
一般树脂系统都是动态吸附，偏流会影响树脂的处理效果，致使料液没有通过全部树脂，在运行过程中应该定期检查上下布水是否均匀，避免偏流发生；
焦油类物质和不溶物颗粒会堵塞树脂孔道，形成结块等使树脂吸附效率下降，应加强进水预处理，提前去除不溶物和焦油类物质。
3. 离子交换树脂吸附选择
离子交换树脂在溶液中对不同离子的吸附具有选择性。阳离子的吸附遵循高价离子优先原则，低价离子吸附较弱。在同价同类离子中，直径较大的离子被吸附较强。例如，铁离子(Fe3+)、铝离子(Al3+)、铅离子(Pb2+)、钙离子(Ca2+)、镁离子(Mg2+)、钾离子(K+)、钠离子(Na+)、氢离子(H+)的吸附顺序为：Fe3+ > Al3+ > Pb2+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+ > H+。
阴离子的吸附遵循强碱性阴离子树脂优先吸附无机酸根的顺序为：SO42－> NO3－ > Cl－ > HCO3－ > OH－。弱碱性阴离子树脂对阴离子的吸附顺序为：OH－> 柠檬酸根3－ > SO42－ > 酒石酸根2－ > 草酸根2－ > PO43－ >NO2－ > Cl－ > 醋酸根－ > HCO3－。
糖液脱色时，使用强碱性阴离子树脂吸附拟黑色素（还原糖与氨基酸反应产物）和还原糖的碱性分解产物，而对焦糖色素的吸附较弱。这是因为前者通常带负电，焦糖的电荷较弱。
树脂的选择性与交联度和孔隙结构有关。交联度高的树脂选择性较强，大孔结构树脂的选择性小于凝胶型树脂。在稀溶液中，选择性较大，在浓溶液中较小。
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。