水的除盐讲义与咸水淡化(上)

（2）则脱盐可改写为：R Cm C f
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，

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 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
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 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
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H2SSiO3形成， 而随反应进行，pH值升高： ROH + NaHSiO3 → RHSiO3 +NaOH
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
流速 10m/h 15min
排气
防止碱 液下渗 出水碱度 <0.5mmol/L

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+

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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 大量的Na2SiO3、Na2CO3.
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，附着于弱碱树脂颗粒周围， 使水质恶化，并增大了清洗水耗，给再生带来困 难。
22
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（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。
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混合床离子交换器
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与复床相比： 1)出水水质纯度高：混床几乎将离子全部 去除，含盐量在1mg/L.
交换类型 混合床 电导率 剩余硅酸 （μs/cm） （mg/L） 0.2-0.05 0.02-0.1 pH 7.0±0.2
弱型树脂：密度小，颗粒细，处于上部 运行时：水自上而下，先经过弱型树脂，后经过 强型树脂； 再生时：从下而上，充分利用了再生剂。
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优点：
从简化系统考虑；
从交换容量考虑； 从再生剂比耗考虑； 从抗有机污染物考虑。
34
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1、阳离子交换双层床
• 弱酸树脂主要去除碳酸盐硬度，强酸树脂去除其 余的阳离子。 • 为防止Na+泄漏，强酸树脂层的高度不低于80cm， 对弱酸树脂，按适当比例选用。 • 保持密度差（≥0.09g/mL）,以便分层。
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2）强酸——脱气——弱碱——强碱系统
适合于原水有机物含量比较高，强酸阴离子含 量较大的情况。 H2SO4 HCl SiO32-

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。

含盐量：∑阳＋∑阴
1
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软化：降低硬度
除碱：HCO3－（锅炉给水、碱度太高，会汽 水共沸）
除盐：降低含盐量
二、硬度单位
mmol/L, meq/L, 度（我国用德国度）
德国度＝10 mg CaO/L
美国度＝1mg CaCO3/L
2
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三、水的纯度 以含盐量或水的电阻率表示（单位：欧姆 厘米） 淡化水：高含盐量水经局部处理 脱盐水：相当于普通蒸馏水，含盐量1－5mg/L 纯水：亦称去离子水，含盐量<1mg/L 高纯水：含盐量<0.1mg/L
47
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2. 阴树脂双层床 弱碱：去除强酸阴离子 强碱：去除弱酸阴离子 注意再生条件：
防止胶体硅胶聚集在弱碱树脂上
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第6节离子交换法处理工业废水
一、离子交换处理工业废水的特点
1.工业废水水质复杂：含各种悬浮物和油类、 溶解盐类 适当预处理
2. pH的影响：影响某些离子在废水中的形态， 影响树脂交换基团的离解。
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二、离子交换软化系统 1．RNa 系统 原水碱度低（因为RNa不能去除碱度）， 不要求降低碱度的情况。 可采用一级或二级串联。
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2．脱碱软化系统 1〕H－Na 并联
QN
QH
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A原：进水碱度 A混：混合水中的残留碱度 S：进水中SO42－、Cl－含量之和, 当量浓度 QH：进RH水量 QN：进RNa水量
软化，以硬度离子泄漏为准。
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五、问题及解决办法
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。
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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。
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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
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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。
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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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