8章水的除盐

流速 10m/h 15min
排气
防止 碱液 下渗 出水碱度 <0.5mmol/ L
正洗流速 15-20m/h 出水pH 7 左右 混合 2-3min
酸树脂再生 5% 5m/h
与复床比较的特点
出水水质纯度高 工作条件变化时，对出水水质影响小，工作周期长 间断运行对出水水质影响小 交换终点分明
反复脱盐、出水纯度高 电阻率达5-10×106Ω · cm
交叉平衡
H+影响RH反应 OH-影响ROH反应 H+与OH-生成H2O 有利于反应向右进行
装置特点与再生方式
上部进水 中间排水 底部配水 阴、阳树脂由反洗分层
碱树脂再生 4% 5m/h
脱盐水 正洗
防止 酸液 上流
脱盐水正洗 出水酸度 <0.5mmol/L
复床除盐
复床：阳、阴离子交换器串联使用。 复床系统组成方式： 强酸 – 脱气 – 强碱系统 强酸 – 弱碱 – 脱气系统 强酸 – 脱气 – 弱碱 - 强碱系统
强碱阴床设在强酸阳床之后
强酸 – 脱气 – 强碱系统
强酸强碱复床原理示意
强碱
以硅泄漏为终点。
适用于原水含盐量<500mg/L。
出水SiO2<0.1mg/L。
• 再生容易
• 任何比弱碱树脂碱性强的碱都可以做再生剂 如：NaOH、NaHCO3、NaSO4、NH4OH 或强碱树脂再生废液 • 碱耗为理论值的1.2倍 （强碱树脂碱耗为理论值的3倍） • 再生度高 • 工作交换容量大
• 流出曲线
以Cl-泄漏 为失效点
当Cl-泄漏时，出水呈酸 性 酸的导电性>碱的导电性 电导率上升
极室溶液呈酸性，腐蚀极板。
电渗析器的构造与组装
8.3 电渗析法淡化与除盐
膜对- 一对阴阳膜和一对 隔板组成 膜堆- 一组电极支间的若 干膜对堆叠
级- 一对电极之间的膜堆 称为一级 段- 具有同一水流方向的 并联膜堆称为一段
8.3 电渗析法淡化与除盐
多级 多段 基本 形式
多极数 ： 降低两电 极间电压
解决措施 控制操作电流、倒换电极、酸洗
8.3 电渗析法淡化与除盐
电流效率与最佳电流密度
go
电渗析器工艺设计与计算(略)
8.3.2 反渗透、超滤、微滤与纳滤
膜分离 RO NF UF MF 不同膜分离过程的去除范围 去除范围 降低 TDS、海水脱盐、苦咸水脱盐、高含硅的苦咸 水脱盐；无机离子去除、F、营养物质、放射性核 物质、合成有机物等 硬度、有机物，包括农药、消毒副产物、色度 有机物、颗粒物质（悬浮物质、浊度、细菌、病毒、 蛋白质和胶体） 颗粒物质（悬浮物质、部分胶体、细菌、部分病毒、 蛋白质） 、无机物质（经过化学混凝或者调节 pH） 、 磷、硬度、金属离子
多台并联 增加产量 多台串联 提高除盐率
多段数 增加除盐 流程长度
极化与沉淀
阴膜 沉淀结垢
8.3 电渗析法淡化与除盐
阳膜 离子浓度低 极化
不良后果 •结垢使电阻增加， 膜易裂,机械强度下 降电能损失 •浓室pH值增高,形成 沉淀,堵塞水流通道, 影响出水水质、水量 和安全运行 •部分电能消耗在水 分子电离和离子迁移 上，电流效率降低
• 阳离子交换双层床 • 阴离子交换双层床 组成 再生特点 主要优点
8.3 膜分离法淡化与除盐
8.3 电渗析法淡化与除盐
膜的定义
宏观定义： 膜是分离两相和作 为选择性传递物质 的屏障。
渗透相 相2
原料相 相1
没有涉及到膜的结 构和功能。
选择性渗透膜的定义
8.3 电渗析法淡化与除盐
膜的分类
按膜结构分 按化学组成分 按分离机理分
阴床出水呈中性
• 选择顺序
SO42- >NO3- >Cl- >F- >HCO3- >HSiO3可见，对强酸阴离子的选择性>对弱酸阴离子的选择性。
最难去除的是H2SiO3 ，原因： 对HSiO3-亲和力最小； pH值低，有利于RHSiO3形成， 而随反应进行，pH值升高： ROH + NaHSiO3 → RHSiO3 +NaOH
淡化水——对海水、苦咸水的除盐处理。
除盐方法
离子交换法： 含盐量<500mg/L、500-1000mg/L 阳树脂交换阳离子（软化） 阴树脂交换阴离子 属膜分离，施加一定的压力，使渗透逆转。 含盐量1000-3000mg/L 属膜分离，利用离子交换膜的选择透过性进行分离。 含盐量3500mg/L 冷冻时，溶解在水中的盐会被排除在冰晶之外，再将 冰晶融化。 将盐水加热汽化，再将蒸气冷凝。
8.3 电渗析法淡化与除盐
离子交换膜及其作用机理
阳膜——阳离子交换树脂制成——在电场作用下透过阳离子 阴膜——阴离子交换树脂制成——在电场作用下透过阴离子
离子交换膜的主要性能：
• • • 交换容量 膜电阻 膜的电阻率×膜厚度 膜电阻越小，所需电压越低。
在实际膜条件下阳离子在膜内和溶液中的迁移数之差值 —————————————————————————— 在理想膜条件下阳离子在膜内和溶液中的迁移数之差值
电渗析原理及过程
8.3 电渗析法淡化与除盐
电渗析器有三个水系统： 淡水室 淡化水 浓水室 浓盐水 极室 冲洗带走酸碱等， 以保证电极的正常导电。
阴极还原反应 H2O→H+ +OH2H++2e→H2↑ 极室溶液呈碱性 易产生CaCO3、Mg(OH)2 沉积在极板上。
阳极氧化反应 2Cl- → Cl2 ↑ +2e 4OH- → O2 ↑ + 2H2O +4e
选择透过率P+（%）=
P+值越接近100%，膜的选择透过性就越好。
离子交换膜的作用机理
树脂成分RNa 水中NaCl 由扩散作用 水中Na+、Cl-可以 进入树脂内 树脂中Na和Cl扩散到水中 为保持电中性 Na和Cl扩散都是成对进行。
8.3 电渗析法淡化与除盐
平衡状态: 由树脂内向水中扩散 = 由水中向树脂内扩散 体系动平衡
8.3 电渗析法淡化与除盐
膜分离的定义与分类
以选择性透过膜为分离介质，在两侧加以推
动力时，原料侧组分选择性地透过膜，从而达到 分离或提纯的目的。
Dialysis ED UF RO UF ——Ultfiltration RO——Reverse Osmosis
8.3 电渗析法淡化与除盐
电渗析、微滤、超滤、纳滤、反渗透等技术已
阴离子交换树脂的工艺特性 复床除盐 混合床除盐
氢型精处理器
双层床除盐
阴离子交换树脂的工艺特性
阴离子交换树脂带碱性基团
强碱阴离子交换树脂的工艺特性
• 去除对象
水中的强弱酸根阴离子（阳罐后）。
ROH + HCl → RCl + H2O ROH + H2SO4 → RHSO4 + H2O 2 ROH + H2SO4 → R2SO4 + 2H2O ROH + H2CO3 → RHCO3 + H2O ROH + H2SiO3 → RHSiO3 + H2O 但实际上，呈微碱性。 原因：阳床出水有Na+泄漏，使阴床出水含微量NaOH。 ROH + NaHSiO3 → RHSiO3 + NaOH
反渗透法： 电渗析法： 冷冻法： 蒸馏法：
对进水水质的要求
在规定压力和 时间的条件下， 滤膜通过一定 水量的阻塞率。
杂质影响:污染膜面或堵塞微孔道,使脱盐效率降低; 微生物生长,降低设备性能; Fe、Mn等离子使膜或树脂中毒，降低性能； 游离氯对膜有氧化作用等。
8.2 离子交换除盐方法与系统
混合床除盐
原理
所谓混合床除盐系统是将阴阳离子交换树脂混合在一起，装填于同一 个交换器内，再生时，使阴阳树脂分层再生，使用时将其均匀混合使 用的离子交换系统。 原理：由于阴阳树脂在混合床内均匀混合，紧密交替接触，象许多阴 阳床串联在一起，构成无数微型复床，原水流经混合床后，经反复多 次脱盐，出水纯度高。
水中硅酸 存在形式 离解出大量OH-， 阻碍反应向右进 行
• 流出曲线
以硅泄漏 为失效点
出水电导率与硅 含量稳定
硅酸开始泄漏，与出水中微量NaOH中和，生成 Na2SiO3和Na2CO3，其导电性能低于NaOH，故电导率 瞬时下降，而后随泄漏增加,电导率升高。
• 强碱树脂除硅要求
进水应呈酸性 有利于 ROH + H2SiO3 → RHSiO3 + H2O 进行到底 若pH值高 ROH + NaHSiO3 → RHSiO3 +NaOH 进水钠泄漏要低 阳床钠泄漏量多，阴床出水碱度增加，不利于除硅。 再生条件要求高 再生剂用量：64 – 96kgNaOH /m3树脂 再生液NaOH 浓度：2 – 4% 再生时间不小于1h
系统简单、操作容易，且易控制，便于维修，有利于生产自动 化的推广与普及。
8.3 电渗析法淡化与除盐
反渗透
纳滤
超滤
微滤
过滤
8.3.1 电渗析法淡化与除盐
电渗析法是在外加直流电场 作用下，利用离子交换膜的 选择透过性，使水中阴、阳离子作定向迁移，从而达到 离子从水中分离的一种物理化学过程。
离子交换膜及其作用机理 电渗析原理及过程 电渗析器的构造与组装 电流效率与极限电流密度 极化与沉淀 电渗析器工艺设计与计算
强碱阴床设在强酸阳床之后的原因
• 若进水先经阴床，易生成CaCO3、Mg(OH)2沉积在树脂内，阴树 脂交换容量降低。如 ROH + Ca(HCO3)2 → R2CO3 + CaCO3↓+ 2H2O ROH + CaCl2 →2RCl + Ca(OH)2↓ • 阴床在酸性介质中易交换，阳床可提供酸性条件。 有利于除硅： ROH + H2SiO3 → RHSiO3 + H2O • 若进水先经阴床，本应由除CO2器去除的碳酸将由阴床承担，增加 阴床负荷，影响交换容量的利用率,且交换产生相应的沉积物: ROH + Ca(HCO3)2 → 2RHCO3 + Ca(OH)2 2RH + Ca(OH)2 → R2Ca + 2H2O 增加阴、阳树脂再生剂量。 • 阳树脂抗有机污染能力强，可保护阴树脂不受污染。
氢型精处理器来自百度文库
可以克服混合床再生难的缺点。 复床 – 高速阳床 系统
原理：
复床出水呈碱性（Na+泄漏、碱再生残液） 再经阳床 RH + NaOH = RNa + H2O 去除Na+
特点：
高流速（100m/h)、出水好、设备小； 阴床有SiO2泄漏时，高速阳床出水电导率上升，可代替 硅表监视终端。
离子交换双层床
强酸弱碱复床 原理示意？ 除硅吗？
强酸 –弱碱–脱气系统
以Cl泄漏为终点，不除硅； 用NaHCO3再生时，阴床后有大量H2CO3,需后置除CO2器； 用NaOH再生时,除CO2器可前置或后置。
弱碱床不除弱酸， 不增加阴床负担。
强酸 – 脱气 – 弱碱 - 强碱系统
除强酸 阴离子
除Si
除阳 离子
除CO2器位置？ 如何再生？
第8章 水的除盐与咸水淡化
除盐概述
离子交换除盐方法与系统
电渗析法
反渗透、超滤、微滤、纳滤
8.1 除盐概述
水的纯度
纯度 分级 脱盐水 纯水 高纯水 处理 程度 强电解质大部分去除 强电解质绝大部分去除， 弱电解质部分去除 导电介质几乎全去除， 胶体微粒、微生物、溶 解气体、有机物很低 含盐量 （mg/L） 1-5 <1 <0.1 电阻率（25º C） （106Ω•cm) 0.1-1 1-10 >10
经在给水处理、纯水制备、海水淡化、苦咸水淡
化等水处理领域中得到推广和应用，并在水处理
的各个方面，给传统的水处理工艺以巨大的冲击
和挑战。
膜分离技术有着传统的给水处理工艺不可比拟
的优点：
8.3 电渗析法淡化与除盐
适用于从无机物到有机物，从病毒、细菌到微粒甚至特殊溶 液体系的分离，确保水质，且处理效果不受原水水质、运行 条件等因素的影响。 膜分离过程为物理过程，不需加入化学药剂，易于接受，可 信赖，属 “绿色”技术。 装置简单，占地面积小，系统集成容易，便于运输、拆卸、安 装，运行，环境清洁、整齐.
Eop利用率低、再生剂利用率低、再生分层难彻底
易受有机污染
高纯水制备与终端处理
• 强酸 – 脱气 – 强碱 – 混床 系统 出水电阻率 10×106Ω•cm 硅含量 0.02mg/L • 强酸 – 弱碱 – 混床– 混床 系统 出水电阻率 >10×106Ω•cm 硅含量 0.005mg/L • 终端处理：紫外线 活性炭 膜分离
离解出大量OH-， 阻碍反应向右进 行
弱碱阴离子交换树脂的工艺特性
• 去除对象
水中的强酸阴离子。
2R-NH3OH + H2SO4 → (R-NH3) 2SO4 + 2H2O R-NH3OH + HCl→ R-NH3Cl + H2O 活性基团离解能力低，在pH值高的水中抑制交换反应， 要求pH=0-9。 弱碱阴床设在强酸阳床之后。