水的除盐与咸水淡化(上)
初中九年级（初三）化学课题3·水的净化·海水淡化
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相关知识·课题3·水的净化·海水淡化
在不断提高人类保护水资源意识的同时，科学家们正在努力探索，追求解决
淡水危机的良策．他们首先把目光瞄准了茫茫大海，那里有取之不尽的水源，只要将海水中的盐分去掉，就不愁没有淡水了．关键的问题是如何经济地使海水得以淡化．
目前，一些国家已使用分级蒸发法和循环渗析法来生产淡水．
在一些能源富有的国家，如沙特阿拉伯、阿曼等国家，大都采用分级蒸发法．此法先将海水加热、加压，在较大压力下送入第一个蒸发室做第一次蒸发，然后，再用小于一级蒸汽压的压力送入第二蒸发室做第二次蒸发．如此一级一级地蒸发下去，就可以从海水中得到大量的淡水了．目前世界上用这种方法生产的淡水量约为500万m3，占世界人工生产淡水量的76%．
在日本、荷兰等能源短缺的国家，一般采用循环渗析法．该法消耗能源少、操作方便，但技术设备要求较高，投资也大．此法是用一个由特殊树脂制成的、巨大的半渗透隔膜，严格地守着关口，只让淡水通过，把盐分和杂质都拒之门外．这样，只需在盛有海水的一边施加比海水渗透压强大的压力，水就可通过隔膜，从而得到淡水．如此循环不息，淡水就会源源不断地生产出来．据统计，用此法生产淡水约150万m3，占生产总量的20%．
海水淡化是一项长期而艰巨的工程，需要我们大家共同探讨研究．第1页共1页。
生活饮用水的主要处理工艺流程
饮用水处理工艺流程一、给水处理工艺流程概述给水处理的任务是通过必要的处理方法去除水中杂质，使之符合生活饮用或工业使用所要求的水质。
水处理方法应根据水源水质和用水对象对水质的要求胡定。
在给水处理中，有的处理方法除了具有某一特定的处理效果外，往往也直接或间接地兼收其它处理效果。
为了达到某一处理目的，往往几种方法结合使用。
本节仅列出几种主要给水处理方法，以便于读者对给水处理有一概括的了解。
1．沉淀和消毒这是以地表水为水源的生活饮用水的常用处理工艺。
但工业用水也常需沉淀工艺。
沉淀工艺通常包括混凝、沉淀和过滤。
处理对象主要是水中悬浮物和胶体杂质。
原水加药后，经混凝使水中悬浮物和胶体形成大颗粒絮凝体，而后通过沉淀池进行重力分离。
过滤是利用粒状滤料截留水中杂质的构筑物，常置于混凝和沉淀构筑物之后，用以进一步降低水的浑浊度。
完善而有效的混凝、沉淀和过滤，不仅能有效地降低水的浊度，对水中某些有机物、细菌及病毒等的去除也是有一定效果的。
根据原水水质不同，在上述沉淀工艺系统中还可适当增加或减少某些处理构筑物。
例如，处理高浊度原水时，往往需设置泥沙预沉池或沉沙池；原水浊度很低时，可以省去沉淀构筑物而进行原水加药后的直接过滤。
但在生活饮用水处理中，过滤是必不可少的。
大多数工业用水也往往采用沉淀工艺作为预处理过程。
如果工业用水对沉淀要求不高，可以省去过滤而仅需混凝、沉淀即可。
消毒是灭活水中致病微生物，通常在过滤以后进行。
主要消毒方法是在水中投加消毒剂以灭致病微生物。
当前我国普遍采用的消毒剂是氯，也有采用漂白粉、二氧化氯及次氯酸钠等。
臭氧消毒也是一种消毒方法。
“混凝—沉淀—过滤—消毒”可称之为生活饮用水的常规处理工艺。
我国以地表水为水源的水厂主要采用这种工艺流程。
如前所述，根据水源水质不同，尚可增加或减少某些处理构筑物。
2．除臭、除味这是饮用水净化中所需的特殊处理方法。
当原水中臭和味严重而采用沉淀和消毒工艺系统不能达到水质要求时方才采用。
华北理工水质工程学Ⅰ课件22苦咸水淡化与除盐-4反渗透与超滤
1 Cf
或为： C f 1 R
Cm
Cm
Cm
（2’）
而
Cf
J s 淡水浓度。
Jw R
1
Js J wCm
1
Wp
K
P
pC
Cm
3、淡化水的含盐量：（近似计算法）
假设Cf为零：由物料平衡方程 ：
QCb Q Q f Cc Q f C f
因为：C f 0
3、反渗透系统布置：
（1）单程式：水的回 收率低。
（2）（部分）循环式： 提高了水的回收率， 但淡水水质有所降低。
为什么部分循环：要 求浓室内有一定的流 速，防止膜面产生浓 差极化（结垢）。
（3）多段式：（串联 式）水的回收率高， 产水量大时用，膜组 件逐段减少。原因： 维持一定流速防止膜 表面浓差极化。
1、机理： 选择性吸附——毛细管流机理
膜表面具有亲水性，选择吸附水分子（两个水 分子厚1nm的纯水层）。
并排斥盐分，在施加压力的作用下，纯水由毛 细孔不断流过反渗透膜。 毛细孔孔径应为纯水 层厚1nm的2倍以下（2nm）。实际2~3nm以下。 称为临界孔径。若孔径大于临界孔径，透水性 增大，盐分也可透过。
（二）反渗透：
在咸水侧施加压力P＞π，迫使咸水中的水向纯水 一侧渗透的过程称为反渗透。
1、理论：反向加压大于π ，克服渗透压。迫使渗 透反向。 加压 →咸水化学位＞纯水化学位
2、理论耗能：（25℃）海水的盐度34.3‰（计算
仅用34.3）
W1im
ARTS(kw h / m3) V
A——系数，A=0.00537 T——绝对温度，K。 S——海水盐度。 R——理想气体常数，
水的除盐与咸水淡化(上)
R 为简单的有机基团，上述基团也就是 为简单的有机基团， NH4OH 中的H 被若干个有机基团 R 取代而得 ， OH中的 H 被若干个有机基团R 取代而得， 其 中 的 交 换 离 子 为 OH-， 整 体 简 化 表 示 为 ROH， ROH，R 代表树脂母体及其所属的活性基团 的固定部分。 的固定部分。 • 对于季胺型的强碱树脂又分为：一型： 碱性较强，除硅能力强， 碱性较强，除硅能力强，适用于制取纯水； 二型：碱性较弱，交换容量大于一型。 二型：碱性较弱，交换容量大于一型。
针对上述特点， 针对上述特点，近年来研制出： • 大孔型离子交换树脂：大孔结构是树脂网络骨 架中所固有的并非由于溶胀产生。 特点：孔道大而且多，比表面积大，交换速度 快，稳定性好，抗污染能力强。 • 均孔型树脂：交联均匀，孔道大小基本一致， 特点：对有机物的吸附与洗脱效果，交换容量 高于大孔型树脂。
2,工作原理： (1)强碱树脂可以去除强酸和弱酸的阴离子：
天然水中常常含有一定量的硅， 天然水中常常含有一定量的硅 ， 以H2SiO3形式存在 ， 形式存在， 可用强碱树脂将其去除， 可用强碱树脂将其去除，具体要求有： 进水呈酸性，在低PH运行。此时硅酸以H 进水呈酸性，在低PH运行。此时硅酸以H4SiO4形式存 在，有利于交换进行，如酸性降低则以NaHSiO3形式存 有利于交换进行，如酸性降低则以NaHSiO 在，交换以后以离解出大量的OH-，影响除硅效果。 交换以后以离解出大量的OH 影响除硅效果。 进水Na 含量要 进水Na+含量要低，否则酸度低，水的碱度增大。 否则酸度低，水的碱度增大。 再生条件要求高：再生剂用量64~96KgNaOH/m 再生条件要求高：再生剂用量64~96KgNaOH/m3，再 生液浓度2 生液浓度 2~ 4% ，再生时间大于1Hr，n=4~6， 适当提 再生时间大于 1Hr，n=4 高再生液温度，能改善再生效果， 高再生液温度，能改善再生效果，有利于提高下一周期 出水水质。 一般对强碱一型控制在40 ~ 50℃ 出水水质 。 一般对强碱一型控制在 40~ 50 ℃ ， 二型为 35℃. 35℃
水的纯度概念
水的纯度概念
水的纯度常以水中含盐量或水的电阻率来衡量。
电阻率是指断面1cmx1cm，长1cm体积的水所测得的电阻，单位为欧姆/厘米。
根据各工业部门对水质的不同要求，水的纯度可分为下列四种：淡化水：一般指将高含盐量的水经过局部除盐处理后成为生活及生产用的淡水,海水及咸水的淡化属于此类。
脱盐水：相当于普通蒸馏水。
水中强电解质大部分已去除，剩余含盐量约为1- 5mg/L。
25度时水的电阻率为0.1-1.0MΩ.cm。
纯水：亦称去离子水。
水中强电解质的绝大部分已去除，而弱电解质也去除到一定程度，剩余含盐量在1.0mg/L以下。
25度时水的电阻率为1.0-10MΩ.cm。
高纯水：又称超纯水。
此时，水中的到电解质几乎已全部去除，而水中胶体微粒微生物、溶解气体和有机物也已去除到最低的程度。
在使用之前，还需进行终端处理以确保水的高纯度。
高纯水的剩余含盐量应在0.1mg/L以下。
25度时，水的电阻率在10MΩ.cm以上。
而理论上纯水（即理想纯水）的电阻率应等于18.3MΩ.cm（在25度时）。
水质工程学Ⅰ课件22苦咸水淡化与除盐
SHOC2O-4-3＞＞NHOS-i3O＞-3Cl-＞F-＞ （3）不易再生，用NaOH
＞SOH2C-4O＞-3N＞OH-3S＞iOC-l3-＞OH- ＞F（3）再生容易，再生剂用
再生，用量高，一般是理 量少，浓度可低。
论值的2倍。
（4）交换运行曲线： （4）交换运行曲线：
以硅开始泄漏为失效点
以Cl-开始泄漏为失效点
都在再生后进行两次清冼
4、强碱树脂除硅的工艺要求： （1）进水呈酸性，硅化物以H2SiO3形成
存在，如呈碱性，则：
ROH+NaHSiO3→RHSiO3+NaOH NaOH离解为OH-使反应受抑制， 会有NaHSiO3漏出。 （2）阳床漏Na+要低，为了提高除硅效 果。
R－NH3OH 伯铵型 R＝NH2OH 仲铵型 R≡NHOH 叔铵型 强碱树脂又分为： Ⅰ型——碱性大除硅能力大，适用于制取纯水。 Ⅱ型——交换容量大于Ⅰ型。
2、不同结构类型树脂的特点：
（1）凝胶型——具有溶胀性，易破坏 磨损，机械强度低，交联度低，不均匀， 容易被有机物堵塞孔道。
（2）大孔型——孔比较大，交换速度 快，抗有机污染能力强，价高，再生剂 用量高。
2、除盐：常用离子交换法，或与电 渗折，反渗透联合使用。下表为制 纯水的不同方法，出水水质（纯度）
三．进水水质预处理：
某些淡化除盐工艺如：电渗折，离子交换，反 渗透等。
对进水有一定的水质要求，否则将损害这些工 艺设备，所以对进水要求预处理： 1、预处理 内容：悬浮物，有机物，胶体物质，微生物， 及有害物质铁，锰等。
第二十二章 苦咸水淡化与除盐
22-1概述：
软化是去除水中的硬度，去除Ca2+和 Mg2+
海水、苦咸水淡化解决方案
海水、苦咸水淡化解决方案标题：海水、苦咸水淡化解决方案引言概述：随着全球人口的增长和气候变化的影响，淡水资源日益紧缺，海水和苦咸水淡化成为解决淡水资源短缺问题的重要途径。
本文将探讨海水、苦咸水淡化的解决方案。
一、海水淡化解决方案1.1 蒸馏法：蒸馏法是一种传统的海水淡化方法，通过将海水加热至沸点，然后将水蒸气冷凝成淡水。
这种方法虽然效率较高，但能耗较大，成本较高。
1.2 逆渗透：逆渗透是目前应用最广泛的海水淡化技术，通过高压将海水逼过半透膜，从而将盐分和杂质滤除，得到淡水。
逆渗透技术成本较低，效率较高。
1.3 多级闪蒸：多级闪蒸是一种新型的海水淡化技术，通过多级蒸发和冷凝过程，将海水中的盐分和杂质逐步分离，得到高纯度的淡水。
这种方法效率高，成本适中。
二、苦咸水淡化解决方案2.1 离子交换法：离子交换法是一种常用的苦咸水淡化技术，通过树脂或其他吸附剂将水中的盐分和杂质吸附去除，得到淡水。
这种方法操作简单，但需要定期更换吸附剂。
2.2 膜分离：膜分离是另一种常用的苦咸水淡化技术，通过半透膜将苦咸水中的盐分和杂质滤除，得到淡水。
这种方法效率高，但需要定期清洗和更换膜。
2.3 电渗析：电渗析是一种新兴的苦咸水淡化技术，通过电场作用将水中的离子分离，从而实现淡化。
这种方法操作简单，但需要耗费一定的电能。
三、海水、苦咸水淡化技术比较3.1 成本比较：海水淡化技术中，逆渗透和多级闪蒸相对成本较低；苦咸水淡化技术中，离子交换和膜分离成本相对较低。
3.2 能耗比较：海水淡化技术中，蒸馏法能耗最高；苦咸水淡化技术中，电渗析能耗较高。
3.3 操作复杂度比较：海水淡化技术中，蒸馏法和逆渗透操作相对复杂；苦咸水淡化技术中，膜分离操作相对复杂。
四、海水、苦咸水淡化技术的应用领域4.1 海水淡化技术主要应用于海岛、沙漠地区等缺水地区；苦咸水淡化技术主要应用于盐碱地改良、工业废水处理等领域。
4.2 海水淡化技术可用于海水养殖、农田灌溉等领域；苦咸水淡化技术可用于电力厂、化工厂等工业用水领域。
第八章 水的除盐
主要内容第一节1、水的纯度第二节一、阴离子交换树脂的工艺特性1、强碱树脂工艺特性：ROH 季胺型2二、离子交换除盐方法与系统1、分类：三、离子交换除盐系统基本特征1113第三节电渗析法电渗析的原理与过程电流效率及极限电流密度 极化与沉淀一、电渗析的原理及过程1516一、电渗析的原理及过程2、主要反应一、电渗析的原理及过程二、电流效率及极限电流密度1、二、电流效率及极限电流密度2、电流密度339如果增大33三、极化与沉淀由于膜污染和浓差极化导致渗透通量下降，操作过程中大第四节29一、反渗透原理及过程、渗透现象与渗透压利用压力差大于透渗压力，分离离子与小分子的方法。
302、反渗透机理（选择性吸附－毛细管流机理）二、反渗透膜分类三、反渗透工艺三、反渗透工艺三、反渗透工艺2三、反渗透工艺四、反渗透膜清洗337第五节微滤（微滤（39超滤（UF ）超滤膜多为不对称结构，由一层极薄（小于1微米）的具有小尺寸孔径的表皮层和一层较厚（125微米）具有海绵状或指状结构的多孔层组成。
前者起分离作用，后者起支撑作用。
超滤膜孔径范围1-50纳米，膜孔径大，能在小压力下工作。
能分离分子量大于数千的大分子和胶体物质。
筛分是超滤的主要机理。
此外，膜的孔径和表面化学性质分别起不同的截留作用。
超滤由泵提供推动力，在膜表面产生两个分力：一个是垂直于膜面的法向分力，使水分子透过膜，另一个是和膜面平行的切向力，把膜面截流物冲掉。
因此，在超滤膜表面不易产生浓差极化和结垢。
40纳滤（膜分离机理总汇。
第22章除盐和淡化
电渗析原理及过程 电渗析法是在外加直流电场作用下， 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(即阳膜只允许阳离子透过 即阳膜只允许阳离子透过， 择透过性 即阳膜只允许阳离子透过，阴膜只允许阴离子透 过)，使水中阴、阳离子作定向迁移，从而达到离子从水中 ，使水中阴、阳离子作定向迁移， 分离的一种物理化学过程。 分离的一种物理化学过程。
阴、阳离子交换树脂装填在同一个交换器内，再生时使之 阳离子交换树脂装填在同一个交换器内， 分层再生，使用时先将其均匀混合，这种阴、 分层再生，使用时先将其均匀混合，这种阴、阳树脂混合 一起的离子交换器称为混合床。 一起的离子交换器称为混合床。 混合床 特点：混合床中阴、阳树脂紧密交替接触。 特点：混合床中阴、阳树脂紧密交替接触。好象有许多阳 床和阴床串联一起，构成无数微型复床， 床和阴床串联一起，构成无数微型复床，反复进行多次脱 盐。 混合床的缺点主要是，再生时阴、阳树脂很难彻底分层。 混合床的缺点主要是，再生时阴、阳树脂很难彻底分层。 缺点主要是 混合床对有机物污染很敏感。
(2)强酸－脱气－弱碱－强碱系统 强酸－脱气－弱碱－
适用于原水有机物含量较高、强酸阴离子含量较大的情况。 适用于原水有机物含量较高、强酸阴离子含量较大的情况。 有机物含量较高 较大的情况 弱碱树脂用于去除强酸阴离子，强碱树脂主要用于除硅。 弱碱树脂用于去除强酸阴离子，强碱树脂主要用于除硅。
22.2.3混合床除盐 混合床除盐
22.2.2复床除盐 复床除盐
(1)强酸－脱气－强碱系统 ： 强酸－脱气－ 强酸 一级复床除盐中最基本的系统
强碱阴床设置在强酸阳床之后的原因在于： 强碱阴床设置在强酸阳床之后的原因在于： 1)若进水先通过阴床，容易生成CaC03、Mg(OH)2沉积在 若进水先通过阴床，容易生成 若进水先通过阴床 树脂层内，使强碱树脂交换容量降低。 树脂层内，使强碱树脂交换容量降低。 2)阴床在酸性介质中易于进行离子交换，若进水先经过阴 阴床在酸性介质中易于进行离子交换， 阴床在酸性介质中易于进行离子交换 床，更不利于去除硅酸，因为强碱树脂对硅酸盐的吸附要比 更不利于去除硅酸， 对硅酸的吸附差得多。 对硅酸的吸附差得多。 3)强酸树脂抗有机物污染的能力胜过强碱树脂。 强酸树脂抗有机物污染的能力胜过强碱树脂。 强酸树脂抗有机物污染的能力胜过强碱树脂 4)若原水先通过阴床，本应由除二氧化碳器去除的碳酸，都 若原水先通过阴床，本应由除二氧化碳器去除的碳酸， 若原水先通过阴床 要由阴床承担，从而增加了再生剂耗用量。 要由阴床承担，从而增加了再生剂耗用量。
给水工程-时文歆 第07章-1
CO2
NaOH (再生剂)
NaOH (再生剂)
2
5
3
H HCO3 Cl SO4 SiO2
4
空气
5
SiO2
强酸—脱气—弱碱—强碱复床系统
（二）混合床
1、原理 阴阳树脂混合装填在同一交换器内， 使用时均匀混合，再生时分层再生。 RH+ROH+NaCl=RNa+RCl+H2O 反应进行程度彻底，水质远比复床好。
三、 离子交换法除盐系统
（一）复床除盐系统 1、强酸—脱气—强碱系统
适用于含盐量不大于500mg/L的原水。出水电阻率 可达到0.1 × 10 6 Ω·cm以上，硅含量在0.1 mg/L以 下，pH值为8-9.5。
Ca HCO3 Mg Cl Na SO4 SiO2
1
HCl (再生剂)
CO2
NaOH (再生剂)
问题：下层的强碱树脂吸附了大量的硅酸和碳酸，再生时被集中 置换出，通往上层的碱液中就含有大量Na2SiO3、Na2CO3。 R-NH3Cl+ NaOH= R-NH3OH+NaCl 2R-NH3Cl+Na2SiO3+2H2O=2R-NH3OH+2NaCl+ H2SiO3 2R-NH3Cl+Na2CO3+2H2O=2 R-NH3OH+2NaCl+ H2CO3 使pH值降低。当pH =5.5时，SiO2从胶体中析出，当进水的 SiO32-/（碱度+ CO2）的比值越高，越易生成胶体硅，使水质 恶化，并增大了清洗水耗，给再生带来困难。
7、最后正 洗
排水
NaOH
脱盐 水
脱盐 水
排气
原水
反洗水
海水淡化科普知识
海水淡化科普知识海水淡化是指将海水中的盐分去除，使其变成可以使用的淡水的过程。
由于淡水资源的日益紧缺，海水淡化技术被广泛应用于海岛居民供水、农业灌溉、工业用水等领域。
本文将介绍海水淡化的几种常见方法及其原理。
1. 蒸馏法蒸馏法是最早也是最常用的海水淡化方法之一。
其原理是通过加热海水，使其蒸发，然后将蒸汽冷凝成淡水。
这种方法可以有效去除海水中的盐分和杂质，得到高纯度的淡水。
蒸馏法的缺点是能耗较高，成本较大。
2. 反渗透法反渗透法是目前应用最广泛的海水淡化技术。
它利用半透膜，通过施加高压将海水中的水分从盐分中分离出来，从而得到淡水。
反渗透法具有能耗低、操作简便等优点，因此被广泛应用于海水淡化设备和海水淡化厂。
3. 电渗析法电渗析法是一种利用电场力将离子从海水中分离出来的方法。
该方法通过施加电压使带电的盐离子在离子交换膜上迁移，从而实现淡水和盐水的分离。
电渗析法具有能耗较低的优点，但对设备要求较高。
4. 冷冻结晶法冷冻结晶法是利用冷冻技术将海水中的水分冷冻成冰，再通过分离冰晶和盐水，从而得到淡水的方法。
冷冻结晶法适用于低温地区，且对设备要求较高，但可以同时产生淡水和冰晶。
5. 离子交换法离子交换法是利用特定树脂对海水中的离子进行吸附和交换的方法。
通过将海水通过特定树脂床层，使盐分被树脂吸附，从而得到淡水。
离子交换法具有操作简单、效果稳定等优点，但需要定期更换树脂。
除了以上几种常见的海水淡化方法外，还有一些新兴的技术正在不断研究和发展。
例如，太阳能海水淡化技术利用太阳能驱动海水淡化设备，实现能源的可持续利用；压力蒸发法利用水蒸气的压力差将海水中的水分分离出来，具有较高的能源利用效率。
海水淡化技术的应用不仅可以解决淡水资源短缺的问题，也可以提供可靠的供水源，保障人类的生活和工业用水需求。
然而，海水淡化技术也面临着一些挑战，如高能耗、设备成本高、废弃物处理等问题，需要进一步的研究和改进。
海水淡化是一项重要的技术，对于缓解淡水资源短缺问题具有重要意义。
第22章 水的除盐与咸水淡化2
极化：运行中阴膜及阳膜的两边出现离子浓度差 的现象。
结垢：极化或造成膜表面的结垢。增加膜电阻、 加大电耗、减小膜的有效面积、降低出水水质、 影响正常运行。
15
解决办法
1）调换电极。 2）酸洗，常用盐酸。 3）将原水软化，或加螯合剂或分散剂，阻垢。 4）控制操作电流，避免极化现象的发生，减缓 水垢的生成。
1748年，法国物理学家J.A.Nollet首次发现渗 透现象。
33
渗透平衡：膜两侧水分子 的渗透速度相等
p<π 纯水→溶液，渗透 P=π 平衡 P>π 纯水←溶液，反渗透
渗透压：维持渗透平衡所 施加的压力
渗透到半透膜两侧出现 一定的压力差时才停止。 这个压力差称为渗透压π.
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稀溶液中渗透压的Vant Hoff方程： π=iCRT
20
七、有关计算
（2）最佳电流密度和极限电流密度 在水质、水量一定时，较大的电流密度， 可减少膜面积，降低造价，但电费会增加； 反之，…… 使造价和运行费用为最低的电流密度，称 为最佳电流密度。
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dm——膜的平均价格，元/cm2; y——使用年限，年； β——膜的流水道面积占膜总面积的分数； γ——膜对的平均面电阻，欧姆·cm2； dp——每度电的费用，元/度； m——整流器效率。
隔板材料
绝缘、化学稳定、耐热、不老化、有弹性。
8
三、电渗析装置 （2）极区
含电极、级框、电极托板和垫板。 材料：导电性能好，机械强度高、耐腐蚀、加 工方便。
级框主要使级水自成系统，不断将级室内生成 的电极反应物和沉淀物冲出，要求水流畅通、支撑 作用好。
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电极
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组装过程
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