第22章 水的除鹽與咸水淡化1

給水處理第22章水的除鹽與咸水淡化1目錄22.1概述(水的純度與除鹽)22.2離子交換除鹽方法與系統(tǒng)22.3電滲析法22.4反滲透與超濾（膜法水處理技術(shù)）22.5蒸餾法2第一節(jié)水的純度與除鹽一、水的分類3類型TDS（g/L）舉例海水6000-50000苦咸水1500-6000阿拉善1666，塔里木河31751淡苦咸水1000-1500天津塘沽1040淡水小于1000二、水的純度在工業(yè)用水中，水的純度常以水中含鹽量或水的電阻率來(lái)衡量。含鹽量：指水中陰陽(yáng)離子濃度總含量（mol/L）。水的電阻率：指斷面1cm×1cm、長(zhǎng)1cm的水所測(cè)得的電阻（Ω?cm）。4產(chǎn)品水可分為：①淡化水（一般除鹽水）：生活及生產(chǎn)用的淡水。②脫鹽水，深度除鹽水，相當(dāng)于普通蒸餾水，剩余含鹽量約為1~5mg/L，。③純水，去離子水，含鹽量在1.0mg/L以下。

④超純水（高純水）：水中導(dǎo)電介質(zhì)幾乎已全部去除，含鹽量應(yīng)在0.1mg/L以下。5三、淡化與除鹽的方法蒸餾反滲透電滲析冷凍1994年底，>100m3/d的裝置10300座，處理總量1920萬(wàn)m3/d。中東地區(qū)約占62.5%。67多級(jí)閃蒸62%，反滲透31%，電滲析3%，其它4%。能耗8第二節(jié)離子交換除鹽的方法和系統(tǒng)一、陰樹脂的結(jié)構(gòu)分為強(qiáng)堿性和弱堿性。三甲胺（叔胺）：強(qiáng)堿性CH2N(CH3)3+OH-乙二胺（仲胺）：叔胺型弱堿型CH2NH(CH3)2+OH-氯型RCl9胺基水解產(chǎn)生弱堿10弱堿陰樹脂按其堿性從小到大可以分為伯胺、仲胺和叔胺。強(qiáng)堿為季銨型。伯、仲、叔和季銨型陰樹脂，其堿性遞增。11二、陰樹脂的特征強(qiáng)堿性陰樹脂（ROH）可以和經(jīng)H離子交換的出水中各種陰離子進(jìn)行交換，發(fā)生如下反應(yīng)：12用H型陽(yáng)樹脂+羥型陰樹脂除鹽強(qiáng)堿型陰樹脂對(duì)酸根的選擇順序：

13硅酸最難去除，因?yàn)椋海?）吸附能力下降，（2）親和力最小被置換出來(lái)，（3）陽(yáng)床鈉離子泄漏進(jìn)入陰床的影響。SO42—＞NO3—＞Cl—＞OH—＞F—＞HCO3—＞HSiO3—除硅應(yīng)在低pH下進(jìn)行強(qiáng)堿型陰樹脂，只能用NaOH再生，2%-4%，加熱到49℃。

14再生時(shí)注意：

再生劑的用量要夠（n=3.5）

再生劑先預(yù)熱到49

℃

流速要慢，約為2個(gè)床體積/h強(qiáng)堿樹脂除硅的要求：1、進(jìn)水應(yīng)呈酸性，低pH值下進(jìn)行；2、進(jìn)水漏鈉量要低；3、再生條件要求高。152、弱堿陰樹脂的工藝特性交換：只能與強(qiáng)酸陰離子其反應(yīng)，且要求以強(qiáng)酸的狀態(tài)存在。162R-NH3OH+H2SO4→（R-NH3）2SO4+2H2OR-NH3OH+HCI→R-NH3Cl+H2O2R-NH3-OH+Na2SO4→2（R-NH3）2SO4+2NaOH

（不能進(jìn)行）弱堿的陰床常設(shè)在強(qiáng)酸的陽(yáng)床之后再生容易：NaOH，NaHCO3，Na2CO3，NH4OH都可，實(shí)際值是理論值的1.2～1.4倍。選擇順序：特點(diǎn)：

交換和再生都不可逆，再生劑利用率高，達(dá)到70-90%，堿比耗n=1.2倍；

抗有機(jī)物污染，設(shè)在強(qiáng)堿床之前，可減輕其負(fù)荷，又保護(hù)其不受污染。17適用于含鹽量不大于500mg/L的原水。出水電阻率0.1～1.0×106Ω*CM脫鹽水（普通蒸餾水），硅含量在0.1mg/L以下，呈弱堿性，pH值為8-9.5

（陽(yáng)床微量Na泄漏）。三、離子交換法除鹽系統(tǒng)18（一）復(fù)床除鹽系統(tǒng)1）強(qiáng)酸——脫氣——強(qiáng)堿系統(tǒng)強(qiáng)酸——脫氣——強(qiáng)堿復(fù)床系統(tǒng)1920強(qiáng)堿陰床設(shè)在強(qiáng)酸陽(yáng)床之后（為什么？）1）若進(jìn)水先通過(guò)因此，容易生產(chǎn)CaCO3、Mg(OH)2,沉淀。2）陰床在酸性介質(zhì)中易于進(jìn)行離子交換，比如強(qiáng)堿樹脂對(duì)硅酸的吸附優(yōu)于對(duì)硅酸鹽的吸附。3）強(qiáng)酸樹脂對(duì)抗有機(jī)污染能力強(qiáng)，可保護(hù)陰樹脂。4）若原水先通過(guò)陰床，陰床承擔(dān)了本應(yīng)由除碳器去除的碳酸，增加了再生劑的用量。2）強(qiáng)酸——脫氣——弱堿——強(qiáng)堿系統(tǒng)適合于原水有機(jī)物含量比較高，強(qiáng)酸陰離子含量較大的情況。

H2SO4

弱堿用于去除強(qiáng)酸陰離子HCl強(qiáng)堿用于去除SiSiO32-采用串聯(lián)再生法，用再生強(qiáng)堿，后再生弱堿，總的再生比耗不大。出水水質(zhì)與1）基本相同，但運(yùn)行費(fèi)用略低?？蛇m當(dāng)提高溫度。2122（二）混合床1、原理

陰陽(yáng)樹脂混合裝填在同一交換器內(nèi)，使用時(shí)均勻混合，再生時(shí)分層再生。RH+ROH+NaCl=RNa+RCl+H2O反應(yīng)進(jìn)行程度徹底，水質(zhì)遠(yuǎn)比復(fù)床好。23混合床離子交換器24交換類型電導(dǎo)率（μs/cm）剩余硅酸（mg/L）pH混合床0.2-0.050.02-0.17.0±0.2復(fù)床10-10.1-0.58-9.5與復(fù)床相比：1)出水水質(zhì)純度高：混床幾乎將離子全部去除，含鹽量在1mg/L.2)條件變化時(shí)對(duì)水質(zhì)影響比較小，工作周期長(zhǎng).3)間斷運(yùn)行對(duì)出水水質(zhì)影響小.4)交換終點(diǎn)明顯.25缺點(diǎn)：樹脂層工作交換容量低，再生劑利用率低。再生時(shí)難徹底分成。當(dāng)部分陽(yáng)離子樹脂經(jīng)堿液再生，變成了鈉型，運(yùn)行后產(chǎn)生交叉污染?；齑矊?duì)有機(jī)污染敏感，污染后水質(zhì)下降，使正洗的時(shí)間延長(zhǎng)、工作交換容量降低。混床反復(fù)使用后，出水的電阻率逐步下降，原因是陰樹脂的變質(zhì)和污染，變質(zhì)表現(xiàn)在強(qiáng)堿型活性基團(tuán)的數(shù)量減少，也即其中的氮被氧化劑所氧化；污染主要表現(xiàn)在運(yùn)行中樹脂吸附了油脂、有機(jī)物、以及鐵的氧化物等雜質(zhì)。26鑒于混合床的上述特點(diǎn)：一般將其串聯(lián)在復(fù)床除鹽系統(tǒng)之后，做最后把關(guān)作用。因?yàn)檫@時(shí)，進(jìn)水含鹽量低，有機(jī)物少，可是出水水質(zhì)有保障，工作交換容量不下降太多，負(fù)荷小，運(yùn)行周期長(zhǎng)，再生次數(shù)少。27發(fā)展：

三層混裝技術(shù)2、混床的裝置和再生方式陰樹脂：陽(yáng)樹脂約為2:1.

再生前：先利用兩種樹脂的比重差實(shí)現(xiàn)分層。28再生：在兩層交界面裝排水系統(tǒng)，堿從上進(jìn)入，由此排出；酸從下進(jìn)入，也從此排出；再生后，通入壓縮空氣，把兩種樹脂均勻混合。29再生方法有體內(nèi)再生和體外再生，體內(nèi)再生又分為酸、堿同時(shí)再生和酸、堿分別再生，現(xiàn)以酸、堿分別再生為例。3031逆流再生固定床中，按一定的比例裝填強(qiáng)、弱兩種同性離子。弱型樹脂：密度小，顆粒細(xì)，處于上部（三）雙層床離子交換器32運(yùn)行時(shí)：水自上而下，先經(jīng)過(guò)弱型樹脂，后經(jīng)過(guò)強(qiáng)型樹脂；再生時(shí)：從下而上，充分利用了再生劑。優(yōu)點(diǎn)：從簡(jiǎn)化系統(tǒng)考慮；從交換容量考慮；從再生劑比耗考慮；從抗有機(jī)污染物考慮。33341、陽(yáng)離子交換雙層床35弱酸樹脂主要去除碳酸鹽硬度，強(qiáng)酸樹脂去除其余的陽(yáng)離子。為防止Na+泄漏，強(qiáng)酸樹脂層的高度不低于80cm，對(duì)弱酸樹脂，按適當(dāng)比例選用。保持密度差（≥0.09g/mL）,以便分層。強(qiáng)弱型樹脂體積比取決于其交換容量與原水水質(zhì)。2、陰離子交換雙層床36上層弱堿樹脂，去除強(qiáng)酸陰離子；下層強(qiáng)堿，去弱酸陰離子。強(qiáng)堿樹脂層的高度不低于80cm。一般來(lái)講，q弱/q強(qiáng)=2:1。特點(diǎn)：由強(qiáng)堿單層改為雙層，使交換能力提高，出水量增加；再生堿比耗少，廢堿量降低；對(duì)原水含鹽量的適用范圍擴(kuò)大；加熱再生時(shí)更能提高出水水質(zhì)，減少硅含量?？梢杂霉I(yè)低質(zhì)堿進(jìn)行再生37問(wèn)題：下層的強(qiáng)堿樹脂吸附了大量的硅酸和碳酸，再生時(shí)被集中置換出，通往上層的堿液中就含有大量的Na2SiO3、Na2CO3.使pH值降低。當(dāng)pH=5.5時(shí)，SiO2從膠體中析出，當(dāng)進(jìn)水的SiO32-/(堿度+CO2)的比值越高，越易生成膠體硅，附著于弱堿樹脂顆粒周圍，使水質(zhì)惡化，并增大了清洗水耗，給再生帶來(lái)困難。38解決措施：1）失效后立即再生2）對(duì)再生堿液加熱，并保持交換器內(nèi)40℃，可避免產(chǎn)生膠體硅和降低出水中硅的含量。3）先用1%的堿液以較快的流速再生，以洗脫強(qiáng)堿層的硅酸，也使弱堿樹脂層得到初步的再生并及時(shí)提高其堿性，然后再用3%的堿液、正常的流速進(jìn)行再生。39第三節(jié)電滲析一、概述利用離子交換膜和直流電場(chǎng)，從水溶液中分離帶電離子的一種電化學(xué)分離過(guò)程。401231-陽(yáng)極室；2-中間室；3-陰極室-+H2Cl2O2Na+Na+Cl-+-三槽式電滲析器基礎(chǔ)：1）在直流電場(chǎng)中離子的定向遷移。2）離子交換膜的選擇透過(guò)性。三層電滲析的問(wèn)題：處理水量??；產(chǎn)水不連續(xù)；耗電多。

三個(gè)槽中，二個(gè)槽安放電極，離子在電極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，耗電41改進(jìn)措施：多槽式：若干個(gè)膜對(duì)。每個(gè)膜對(duì)電壓2-3V，n個(gè)膜對(duì)，電壓（2-3）×n伏，而消耗在極板的電壓與一個(gè)膜對(duì)時(shí)相當(dāng)，故極板與總電壓的比值降低，即電壓的利用率提高。上世紀(jì)初始于德國(guó)，50年代工業(yè)化應(yīng)用。42例如：在槽內(nèi)放3個(gè)膜對(duì)，將水槽鎘成7室。43通電后：離子只出不進(jìn)——淡水室；離子只進(jìn)不出——濃水室44三次革新：1）具有選擇性離子交換膜的應(yīng)用；2）設(shè)計(jì)出多層電滲析組件；3）采用倒換電極的操作模式。45特點(diǎn)：能耗低藥耗少（與離子交換相比）對(duì)含鹽量變化適應(yīng)性強(qiáng)操作簡(jiǎn)單，易于機(jī)械化、自動(dòng)化設(shè)備緊湊，預(yù)處理簡(jiǎn)單（水不過(guò)膜）水的利用率高（90%）46缺點(diǎn)：不除有機(jī)物膜污染（濃差極化和結(jié)垢）除鹽率低于RO，設(shè)備龐大安裝要求高對(duì)47二、原理與過(guò)程離子交換膜電滲析的“心臟”，是膜狀的交換樹脂。48離子交換膜基膜：高分子活性基團(tuán)固定離子可解離離子特性選擇透過(guò)性

49分類：異相膜：膜結(jié)構(gòu)不連續(xù)均相膜：組成均勻半均相膜50陽(yáng)膜陰膜特種膜：雙極性膜按結(jié)構(gòu)按活性基團(tuán)異相膜：將樹脂球粉碎+粘合劑制成，制成膜。工藝成熟，易制造。均相膜：交換樹脂直接制成膜。各部分化學(xué)組成相同，化學(xué)性質(zhì)好，電阻小，選擇性好。但是制作麻煩，價(jià)格貴，強(qiáng)度差。半均相膜：性能介于二者之間。51

目前國(guó)內(nèi)多用異相膜

52異相膜的主要原料：陽(yáng)膜（%）陰膜（%）作用陽(yáng)樹脂73.7主體陰樹脂70主體聚乙烯21.123粘結(jié)劑合成橡膠4.15.8增強(qiáng)劑,