第八章 水的除盐
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1第八章水的除盐
2主要内容
基本概念
离子交换法
电渗析法
反渗透法
微滤、超滤和纳滤
3第一节基本概念
淡化水：海水及咸水的淡化
局部除盐水，生活及生产用淡水；
脱盐水：普通蒸馏水
含盐量1～5 mg/L，25℃时，电阻率为0.1～1.0×106Ω·cm；
纯水：去离子水
含盐量<1.0 mg/L，25℃时，电阻率为1.0～10×106Ω·cm；
高纯水：超纯水
含盐量<0.1 mg/L，25℃时，电阻率为10×106Ω·cm以上。1、水的纯度
4海水淡化方法：
蒸馏法、反渗透法、电渗析法、冷冻法等
水的除盐方法：
离子交换法、反渗透法、电渗析法2、方法
53、对进水水质预处理的要求
预处理去除对象：
悬浮物，有机物，胶体，微生物，细菌及有害离子（铁、锰等）
污染指数FI：
表示在规定的压力和时间的条件下，滤膜通过一定水量的阻塞
率。
杂质对膜和树脂的危害：
悬浮物和胶体粘附在膜表面或堵塞树脂微孔，脱盐率下降；
微生物和细菌在膜表面繁殖，降低设备性能；
无机离子能与膜和树脂牢固结合，或在膜表面结垢沉淀；
水中游离氯等对膜和树脂的氧化作用；
6第二节离子交换法
阴离子交换树脂的工艺特性
离子交换除盐方法与系统
离子交换除盐系统基本特征
27一、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
ROH + HCl →RCl + H
2OROH + H
2SO
4→RHSO
4+ H
2O
2ROH + H
2SO
4→R
2SO
4+ 2H
2OROH + H
2CO
3→RHCO
3+ H
2O
ROH + H
2SiO
3→RHSiO
3+ H
2O
1）交换顺序：
SO
42-> NO
3-> Cl-> OH-> F-> HCO
3-> HSiO
3-
要有效去除硅酸，必需降低OH-（酸性条件）；
2）阳床处理漏钠量要低，否则阴床出水碱度增加；
3）再生条件要求高，化学稳定性差，易氧化。
82、弱碱阴树脂工艺特性：R-NH
3OH 伯胺型
只能对强酸阴离子起交换反应，且以酸形态存在
方可；
对弱酸，中性盐均不起反应；
要求pH 0～9的范围；
易再生，再生消耗量小。R-NH
3OH + HCl →R-NH
3Cl + H
2O
2R-NH
3OH + H
2SO
4 →(R-NH
3)
2SO
4 + 2H
2O
9二、离子交换除盐方法与系统
复床：
阴阳离子交换器串联使用；
混合床：
阴阳离子混合于一个交换器内；
双层床：
同交换器中装有弱酸（碱）和强酸（碱）两种树脂；1、分类：
10原水―RH→除CO
2→ROH→除盐水2、一级复床除盐系统
11强酸-脱气-弱碱-强碱系统
12三、离子交换除盐系统基本特征
1、除单独采用混合床外，其它系统第一个交换器，都应H
型且多数是强酸。
2、在有除硅要求的系统中，设有强碱阴树脂，因为仅有
ROH能除硅，而R-NH
3OH却不能；可能时采用二级强
碱树脂或混合床系统。
3、对水质要求高的都设混合床，且在系统最后。
4、除CO
2器设在ROH 之前，可减轻阴离子交换树脂负
荷，降低碱耗；
5、有的系统可采用弱碱阴树脂，主要利用其交换容量
大，再生剂耗量小的特点，可以提高经济性。
313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
14一、电渗析的原理及过程
1、电渗析法（ED）原理
在外加直流电场作用下，使阴阳离子定向运动，利用离子
交换膜的选择透过性，使离子与水分离的过程。
离子交换膜：
根据选择透过性，分为阳膜（只允许阳离子透过）和阴膜
（只允许阴离子透过）
1516
1718一、电渗析的原理及过程
2、主要反应
阳极（氧化反应）：
H
2O →H++OH-
4OH-→O
2↑+2H
2O+4e；或Cl-→Cl
2↑+2e
阳极呈酸性，对电极产生腐蚀；
阴极（还原反应）：
H
2O →H++OH-
2H++2e →H
2↑
阴极呈碱性，有沉淀产生；
419一、电渗析的原理及过程
%100
1P ×
−−
=
+++
+ttt
过率阳膜对阳离子的选择透
阴）总电量（阳阳迁移离子
迁移数
+=3、选择透过率与迁移数
9分子部分表示实际膜条件下，阳离子在阳膜内和在溶液中的
迁移数之差；
9分母部分表示在理想膜的情况下，阳离子在阳膜内和在溶液
中的迁移数之差；
20二、电流效率及极限电流密度
一个淡室实际除盐量与应析出盐量之比。
电能效率：整台电渗析器脱盐所需理论耗电与
实际耗电之比。
电极反应2～3%
克服膜两边浓度差而产生的电耗＜25%
膜电阻及溶液电阻60～70%IFCCq
：
1000)(
21−
=η电流效率1、电流效率：
21二、电流效率及极限电流密度
单位面积膜通过的电流称电流密度i；
由于界面现象的产生使工作电流密度受到一定限制。2、电流密度
电流通路:
膜上：阳膜上钠离子；
溶液中：钠离子和氯离子；
迁移数:离子输送电流与总电流之比；
22
233、极限电流密度
D(C-C′)/1000δδ
溶液阳膜
水流it/F
C′C
界面层以阳膜为例，电流密度为i
243、极限电流密度
δ−
=−′
++
1000CC
D
Fit
Fti由于阳离子在阳膜上的迁移量大于阳离子在溶液中
的迁移量，造成膜表面处阳离子的亏空，使界面层
两侧出现浓度差，从而产生了离子的推动力。
离子的亏空量由离子扩散补偿，菲克定律表示：
5259如果增大i↑，则C′↓，当i达到一定数值时，C′=0；
9i进一步增加，则会在膜表面处引起水的电解，由H+透过
阳膜传递电流；
9这种界面现象叫浓差极化，此时电流密度称为极限电流密
度i
lim。3、极限电流密度
δ×
−=
++1000C
ttFD
i
lim
nVk
=δ
k1000ttFDCV
in
lim）（
++−=2121
C/Clg3.2CC
C−
=
263、极限电流密度
分析：
当I< i
lim时，可以依靠扩散Na+来补偿因电流通过而产
生的离子亏损量；
当I> i
lim时，需要在膜表面发生水解，以H+来补充离
子的亏损。
27三、极化与沉淀
对策：
控制操作电流：电流按极限电流的70～90%下运行。
定时倒换电极法：使浓、淡室倒换。
定期酸洗：1～1.5%盐酸洗除水垢。
增加水流速度：使δ减少、减轻极化现象。由于膜污染和浓差极化导致渗透通量下降，操作过程中大
量能耗用于控制浓差极化和膜污染。
产生浓差极化的因素很多，但关键的因素是由于膜的屏障
作用使得靠近膜表面的盐分大量聚积。
28第四节反渗透法
自从60年代反渗透技术问世以来，反渗透膜的性能有了
较大发展，推动了反渗透技术的发展；
目前反渗透技术是海水淡化最经济的技术，是苦咸水淡
化的主要手段，是超纯水和纯水制备的优选技术。
29一、反渗透原理及过程
1、渗透现象与渗透压
反渗透：
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）
631二、反渗透膜分类
按使用范围分：
高压反渗透膜：
用于海水淡化，操作压力5*106KPa；
低压反渗透膜：
用于苦咸水除盐，操作压力1.4-2.0MPa；
超低压反渗透膜（纳滤）：
对二价离子和分子量大于300的有机物的截留较高，
操作压力1.0MPa以下；
32三、反渗透工艺
工艺组成
前处理；
膜组件连接工艺；
后处理
33三、反渗透工艺
1、前处理
目的：改善水质，防止水污染物对膜污染，延
长膜寿命，节省运行费用。
对象：控制悬浮物，胶体；控制水垢和污垢；
油及有机物；调节温度和pH值；
34三、反渗透工艺
2、反渗透组件工艺
单程式
循环式
多段式
35三、反渗透工艺
3、后处理
对透过水的进一步处理（离子，气体等）；
对浓缩液的处理：有用物质回收与回用；
对膜的清洗；
36四、反渗透膜清洗
膜清洗与预处理完善程度有关；
常用的清洗方法：
物理法：
水力，水气混合清洗；
超声波清洗；
化学法：
柠檬酸；
柠檬酸胺；
浓盐水；
