工业给水处理3章离子交换

淡化方法 多级闪蒸 反渗透 电渗析 冷冻法
能耗（kWh/m3）（目前） 比例（％）（目前）
30－37
（）
62
（约40）
8－14
（2.5-4） 31
（大于50）
8－16
（）
3
（小于1）
28
4（其它）（）
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三、离子交换法制取纯水的纯度
类型
出水电阻率（ MΩ.cm）
复床（阳床＋除碳器＋阴床）
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（2）强碱性阴树脂对水中各种阴离子的交换选泽性也是不 同的，一般顺序为：
PO43—＞SO42—＞NO3—＞Cl—＞OH—＞F—＞HCO3—＞HSIO3— 电荷愈多，选择性愈好；
相同电荷时，原子序数愈高，水合半径愈小，则选者性愈好；
还与离子交换基团的性质有关；
强酸性选择性好。
（3）阴树脂的化学稳定性一般要比阳树脂差，易受氧化剂 的影响而变质，如水中存在氧化剂时，则会使：
一、阴离子交换树脂的工艺特性
1.结构
阴离子交换树脂通常是在粒状高分子化合物母体的最 后阶段导入伯胺、仲胺或叔胺基团而构成的。胺是氨 NH3 中的氢原子被烃基取代的化合物。
氨分子中的一个、两个、三个氢原子被1、2、3个烃
基取代的胺分别为伯胺 R-NH2、仲胺 R=NH 和叔胺 R三N。 当它们中的四个氢原子被四个烃基所取代，则成为季铵碱， 即得强碱性阴离子交换树脂，简写为 ROH 。
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（5）强碱性树脂抗有机物的能力较差，特别是凝胶型强 碱性阴树脂，由于孔道分布不均匀，故容易堵塞，而大孔 性和等孔性要好一些。强碱性树脂被有机物污染后，交换 容量下降，出水导电率增加。
（6）强碱性树脂除硅的要求：
从强碱性树脂对水中各种阴离子的交换顺序可得：
ROH+NaSiO3→RHSiO3+NaOH （几乎不能进行） 除盐系统相应通过强酸性阳树脂，而不应通过Na床，且 通过H型树脂应减少漏钠量。
ROH+H2SiO3→RHSiO3+H2O （H2O电离度极小）
总之，进水应呈酸性；漏钠量要低；再生条件要求高。再
生剂用量64－96kgNaOH/m3树脂，再生液浓度2％－4％，
再生时间不小于一小时，还可适当提高再生液的温度，
40℃－50℃，有利于除硅。
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3.弱碱树脂的工艺特性：
（1）只能吸附强酸阴离子（与强酸阴离子反应），不能吸 附弱酸阴离子。
2R-NH3OH+H2SO4→（R-NH3）2SO4+2H2O pH值（0～ 7）
R-NH3OH+HCI→R-NH3Cl+H2O
pH值（0～ 7）
2R-NH3-OH+Na2SO4→2（R-NH3）2SO4+2NaOH （不能进行）
树脂上的活性基团在水中离解能力低，若水中pH值高，则水中OH—
会抑制交换反应的进行，前面也讲过，弱碱性树脂的有效pH值范围是：
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（4）强碱性阴树脂交换器的运行过程曲线
当清洗排水溶解固体等于进水总溶解固体时，将清洗 水回收，直到出水达到要求，这就是清洗水回收阶段，随 后进入运行阶段。当到达终点时，在硅酸泄漏过程中电导 率出现瞬时下降，由于出水中含有微量氢氧化钠为突然出 现的弱酸所中和，生成硅酸钠、碳酸钠，其导电性能低于 氢氧化钠的缘故。如阴床以硅酸泄漏为失效控制点，则电 导率瞬时下降可视为周期终点的讯号。
0～ 7 。因此在除盐系统中，弱碱阴床设置在强酸阳床之后。
（2）再生容易：NaOH，NaHCO3，Na2CO3，NH4OH 都可作为 再生剂，再生比耗1.2即可。
（3）交换容量大 ，与弱酸树脂相似。
（4）抗有机污染强，吸附后容易洗脱，可做强碱阴床前的 预处理。
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（5）弱碱树脂运行过程曲线
ROH +H2CO3→RHCO3+ H2O
ROH+H2SiO3→RHSiO3+ H2O
式①和式②一般同时进行,但当［H2SO4］＞［ROH］中 OH-浓度时，①占优势，低浓度时②占优势。
从反应式看，阴离子交换出水应呈中性，但实际为弱
碱性，原因是阳床出水总有微量钠泄漏，使得阴床出水含 有微量氢氧化钠。
本课程重点讲 2、3、4 5.冷冻法 6.电吸附 7.电去离子（electrodeionization，EDI）
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8.膜蒸馏（Membrane Distillation，简称MD） 9.正渗透 10.联合使用：RO+IE/EDI
6、7、8、9在下学期新技术中讲 各种海水淡化方法的能耗（1994，2008）
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(R)4N-OH 季铵型
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2.强碱性阴树脂的工艺特性
（1）在水的除盐过程中，经氢离子交换的出水有各种强 酸、弱酸阴离子，有赖于强碱性阴树脂的去除，即除盐的 第二步。其反应式如下：
ROH+H2SO4→RHSO4+H2O
①
2ROH+ H2SO4→R2SO4+2 H2O
②
ROH+HCl→RCl+ H2O
＜0.1
＞10
理论纯水：
18.3
电导率 μS/cm
1 ～10 0.1 ～1.0
＜0.1
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二、淡化与除盐的方法
淡化是指将含盐量高的海水或苦咸水处理成含盐量小 于1000的淡水过程，而除盐是指将淡水处理为含盐量更小 的纯水或高纯水的过程，本质上没有区别。 1.蒸馏：传统蒸馏、多级闪蒸、多效蒸馏、压汽蒸馏 2.离子交换（ion-exchange，IE）：阳床、阴床、混床、双层床 3.电渗析（electrodialysis，ED）：发展为电去离子 4.反渗透（reverse osmosis，RO）：主流技术
第3章 水的除盐与淡化
第一节 概述
一、水的纯度概念（第1章已讲）
名称
TDS，mg/L 25℃，电阻率 MΩ.cm
海水： 6000～50000
苦咸水： 1500 ～6000
半苦咸水：1000 ～1500
淡水：
＜1000
可用于生活及生产
脱盐水： 1 ～5
0.1 ～1.0
纯水：
＜1
1.0 ～10
高纯水：
0.1 ～1.0
混床
5.0
复床＋混床
＞10
蒸馏
0.1
思考： （1）二战时，美国飞行员装备有海水淡化急救包，六块海水脱盐剂， 可供一周使用，成分：溶胀土、氧化银、活性炭。 （2）海岛、海边渔民饮水问题 （3）江轮、海轮、军舰上的饮用水 （4）宇宙飞船上的饮水问题
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4Leabharlann Baidu
第二节 离子交换除盐方法与系统