第22章 水的除盐与咸水淡化1

给水处理第22章水的除盐与咸水淡化1目录22.1概述(水的纯度与除盐)22.2离子交换除盐方法与系统22.3电渗析法22.4反渗透与超滤（膜法水处理技术）22.5蒸馏法2第一节水的纯度与除盐一、水的分类3类型TDS（g/L）举例海水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、水的纯度在工业用水中，水的纯度常以水中含盐量或水的电阻率来衡量。含盐量：指水中阴阳离子浓度总含量（mol/L）。水的电阻率：指断面1cm×1cm、长1cm的水所测得的电阻（Ω•cm）。4产品水可分为：①淡化水（一般除盐水）：生活及生产用的淡水。②脱盐水，深度除盐水，相当于普通蒸馏水，剩余含盐量约为1~5mg/L，。③纯水，去离子水，含盐量在1.0mg/L以下。

④超纯水（高纯水）：水中导电介质几乎已全部去除，含盐量应在0.1mg/L以下。5三、淡化与除盐的方法蒸馏反渗透电渗析冷冻1994年底，>100m3/d的装置10300座，处理总量1920万m3/d。中东地区约占62.5%。67多级闪蒸62%，反渗透31%，电渗析3%，其它4%。能耗8第二节离子交换除盐的方法和系统一、阴树脂的结构分为强碱性和弱碱性。三甲胺（叔胺）：强碱性CH2N(CH3)3+OH-乙二胺（仲胺）：叔胺型弱碱型CH2NH(CH3)2+OH-氯型RCl9胺基水解产生弱碱10弱碱阴树脂按其碱性从小到大可以分为伯胺、仲胺和叔胺。强碱为季铵型。伯、仲、叔和季铵型阴树脂，其碱性递增。11二、阴树脂的特征强碱性阴树脂（ROH）可以和经H离子交换的出水中各种阴离子进行交换，发生如下反应：12用H型阳树脂+羟型阴树脂除盐强碱型阴树脂对酸根的选择顺序：

13硅酸最难去除，因为：（1）吸附能力下降，（2）亲和力最小被置换出来，（3）阳床钠离子泄漏进入阴床的影响。SO42—＞NO3—＞Cl—＞OH—＞F—＞HCO3—＞HSiO3—除硅应在低pH下进行强碱型阴树脂，只能用NaOH再生，2%-4%，加热到49℃。

14再生时注意：

再生剂的用量要够（n=3.5）

再生剂先预热到49

℃

流速要慢，约为2个床体积/h强碱树脂除硅的要求：1、进水应呈酸性，低pH值下进行；2、进水漏钠量要低；3、再生条件要求高。152、弱碱阴树脂的工艺特性交换：只能与强酸阴离子其反应，且要求以强酸的状态存在。162R-NH3OH+H2SO4→（R-NH3）2SO4+2H2OR-NH3OH+HCI→R-NH3Cl+H2O2R-NH3-OH+Na2SO4→2（R-NH3）2SO4+2NaOH

（不能进行）弱碱的阴床常设在强酸的阳床之后再生容易：NaOH，NaHCO3，Na2CO3，NH4OH都可，实际值是理论值的1.2～1.4倍。选择顺序：特点：

交换和再生都不可逆，再生剂利用率高，达到70-90%，碱比耗n=1.2倍；

抗有机物污染，设在强碱床之前，可减轻其负荷，又保护其不受污染。17适用于含盐量不大于500mg/L的原水。出水电阻率0.1～1.0×106Ω*CM脱盐水（普通蒸馏水），硅含量在0.1mg/L以下，呈弱碱性，pH值为8-9.5

（阳床微量Na泄漏）。三、离子交换法除盐系统18（一）复床除盐系统1）强酸——脱气——强碱系统强酸——脱气——强碱复床系统1920强碱阴床设在强酸阳床之后（为什么？）1）若进水先通过因此，容易生产CaCO3、Mg(OH)2,沉淀。2）阴床在酸性介质中易于进行离子交换，比如强碱树脂对硅酸的吸附优于对硅酸盐的吸附。3）强酸树脂对抗有机污染能力强，可保护阴树脂。4）若原水先通过阴床，阴床承担了本应由除碳器去除的碳酸，增加了再生剂的用量。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

弱碱用于去除强酸阴离子HCl强碱用于去除SiSiO32-采用串联再生法，用再生强碱，后再生弱碱，总的再生比耗不大。出水水质与1）基本相同，但运行费用略低。可适当提高温度。2122（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。23混合床离子交换器24交换类型电导率（μs/cm）剩余硅酸（mg/L）pH混合床0.2-0.050.02-0.17.0±0.2复床10-10.1-0.58-9.5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.2)条件变化时对水质影响比较小，工作周期长.3)间断运行对出水水质影响小.4)交换终点明显.25缺点：树脂层工作交换容量低，再生剂利用率低。再生时难彻底分成。当部分阳离子树脂经碱液再生，变成了钠型，运行后产生交叉污染。混床对有机污染敏感，污染后水质下降，使正洗的时间延长、工作交换容量降低。混床反复使用后，出水的电阻率逐步下降，原因是阴树脂的变质和污染，变质表现在强碱型活性基团的数量减少，也即其中的氮被氧化剂所氧化；污染主要表现在运行中树脂吸附了油脂、有机物、以及铁的氧化物等杂质。26鉴于混合床的上述特点：一般将其串联在复床除盐系统之后，做最后把关作用。因为这时，进水含盐量低，有机物少，可是出水水质有保障，工作交换容量不下降太多，负荷小，运行周期长，再生次数少。27发展：

三层混装技术2、混床的装置和再生方式阴树脂：阳树脂约为2:1.

再生前：先利用两种树脂的比重差实现分层。28再生：在两层交界面装排水系统，碱从上进入，由此排出；酸从下进入，也从此排出；再生后，通入压缩空气，把两种树脂均匀混合。29再生方法有体内再生和体外再生，体内再生又分为酸、碱同时再生和酸、碱分别再生，现以酸、碱分别再生为例。3031逆流再生固定床中，按一定的比例装填强、弱两种同性离子。弱型树脂：密度小，颗粒细，处于上部（三）双层床离子交换器32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。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。33341、阳离子交换双层床35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。强弱型树脂体积比取决于其交换容量与原水水质。2、阴离子交换双层床36上层弱碱树脂，去除强酸阴离子；下层强碱，去弱酸阴离子。强碱树脂层的高度不低于80cm。一般来讲，q弱/q强=2:1。特点：由强碱单层改为双层，使交换能力提高，出水量增加；再生碱比耗少，废碱量降低；对原水含盐量的适用范围扩大；加热再生时更能提高出水水质，减少硅含量。可以用工业低质碱进行再生37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。38解决措施：1）失效后立即再生2）对再生碱液加热，并保持交换器内40℃，可避免产生胶体硅和降低出水中硅的含量。3）先用1%的碱液以较快的流速再生，以洗脱强碱层的硅酸，也使弱碱树脂层得到初步的再生并及时提高其碱性，然后再用3%的碱液、正常的流速进行再生。39第三节电渗析一、概述利用离子交换膜和直流电场，从水溶液中分离带电离子的一种电化学分离过程。401231-阳极室；2-中间室；3-阴极室-+H2Cl2O2Na+Na+Cl-+-三槽式电渗析器基础：1）在直流电场中离子的定向迁移。2）离子交换膜的选择透过性。三层电渗析的问题：处理水量小；产水不连续；耗电多。

三个槽中，二个槽安放电极，离子在电极发生电化学反应，耗电41改进措施：多槽式：若干个膜对。每个膜对电压2-3V，n个膜对，电压（2-3）×n伏，而消耗在极板的电压与一个膜对时相当，故极板与总电压的比值降低，即电压的利用率提高。上世纪初始于德国，50年代工业化应用。42例如：在槽内放3个膜对，将水槽镉成7室。43通电后：离子只出不进——淡水室；离子只进不出——浓水室44三次革新：1）具有选择性离子交换膜的应用；2）设计出多层电渗析组件；3）采用倒换电极的操作模式。45特点：能耗低药耗少（与离子交换相比）对含盐量变化适应性强操作简单，易于机械化、自动化设备紧凑，预处理简单（水不过膜）水的利用率高（90%）46缺点：不除有机物膜污染（浓差极化和结垢）除盐率低于RO，设备庞大安装要求高对47二、原理与过程离子交换膜电渗析的“心脏”，是膜状的交换树脂。48离子交换膜基膜：高分子活性基团固定离子可解离离子特性选择透过性

49分类：异相膜：膜结构不连续均相膜：组成均匀半均相膜50阳膜阴膜特种膜：双极性膜按结构按活性基团异相膜：将树脂球粉碎+粘合剂制成，制成膜。工艺成熟，易制造。均相膜：交换树脂直接制成膜。各部分化学组成相同，化学性质好，电阻小，选择性好。但是制作麻烦，价格贵，强度差。半均相膜：性能介于二者之间。51

目前国内多用异相膜

52异相膜的主要原料：阳膜（%）阴膜（%）作用阳树脂73.7主体阴树脂70主体聚乙烯21.123粘结剂合成橡胶4.15.8增强剂,