地下水及特殊用水处理技术-水的软化与除盐

水的药剂软化法软化的目的

去除或降低水中的Ca+、Mg2+等易形成难溶盐类的金属离子含量。硬度盐类包括Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、Fe3+、Al3+等易形成难溶盐类的金属阳离子。在一般天然水中，主要是Ca2+和Mg2+，其它离子含量很少，通常以水中Ca2+和Mg2+的总含量称为水的总硬度Ht。硬度又可分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。前者称为暂时硬度，后者称为永久硬度。总硬度非碳酸盐硬度碳酸盐硬度碳酸盐硬度(Hc):由于水中含有Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2而形成的硬度，经煮沸后可把硬度去掉，这种硬度称为碳酸盐硬度，亦称暂时硬度。非碳酸盐硬度(Hn):由于水中含有CaSO4和MgSO4等盐类物质而形成的硬度，经煮沸后也不能去除，这种硬度称为非碳酸盐硬度，亦称永久硬度。硬度的表示方法和单位物质的量浓度（法定计量单位）mol/L或mmol/L基本单元选用1/2Ca2+和1/2Mg2+（当量粒子）当量浓度（Ca2+和Mg2+的毫克当量数/体积）meq/LCaCO3的质量浓度（CaCO3的质量/体积）mgCaCO3/L德国度（10mgCaO/L)ºd硬度的表示方法之间的换算关系表示方法物质的量浓度当量浓度CaCO3的质量浓度度定义c(Ca2+)=n(Ca2+)/Vc(1/2Ca2+)=n(1/2Ca2+)/VCa2+的毫克当量数/体积CaCO3的质量/体积10mgCaO/L单位mmol/Lmmol/Lmeq/Lmg/L德国度（ºd）换算关系c(Ca2+)mmol/L12.02.01005.6c(1/2Ca2+)mmol/L0.5011502.8meq/L0.0511502.8mg/l(CaCO3)0.010.020.0210.056德国度(ºd)0.180.360.3617.91硬水与软水通常根据硬度的大小，把水分为硬水与软水。软水：<8度稍硬水：8~16度硬水：16度~30度极硬水：>30度水中离子的假想结合天然水（电中性）阳离子阴离子Ca2+Mg2+Na+HCO3-

SO42-Cl-水加热后，溶解度变小，会按一定的规律有先有后分别结合成某些化合物从水中沉淀析出，析出顺序如下：Na盐CaSO4MgSO4CaCO3Mg(OH)2水中离子的假想结合c(1/2Ca2+)=2.4c(1/2Mg2+)=1.2c(1/2Na+)=1.2c(HCO3-)=1.2c(1/2SO42-)=1.8c(Cl-)=1.8c(1/2Ca(HCO3)2)=1.2c(1/2CaSO4)=1.2c(1/2MgSO4)=0.6c(1/2MgCl2)=0.6c(NaCl)=1.2

上图清晰的表明水中各种离子的假想组合情况以及化合物含量的大小，这样，便于对水质进行分析研究。水的软化处理方法水的药剂软化法水的离子交换软化法电渗析法反渗透与超滤蒸馏法

电渗析、反渗透、超滤和蒸馏主要用于水的除盐与咸水淡化。溶度积原理

在一定温度下，难溶电解质（假定为AmBn）饱和溶液中离子的相对浓度的系数方次项的乘积，为一常数Ksp

，称为溶度积常数。

Ksp=[A+]m[B-]n水中常见难溶化合物溶度积(25ºC)之间的关系：

Mg(OH)2<CaCO3<Ca(OH)2<MgCO3<CaSO4溶度积原理基本原理：溶度积原理工艺过程：按一定量投加某些药剂（如石灰、苏打等）于原水中，使之与水中Ca2+、Mg2+反应生成沉淀物CaCO3和Mg(OH)2。水的药剂软化工艺水的药剂软化——石灰软化法

石灰软化法反应如下：基本概念生石灰：由石灰石经过煅烧制取的CaO；消化过程：石灰加水反应；熟石灰或消石灰：消化过程的生成物Ca(OH)2；

(1)Ca(OH)2→Ca2++2OH-(2)2HCO3-+2OH-→2CO32-+2H2O(3)Ca2++CO32-→CaCO3↓(4)Ca(OH)2+2HCO3-→CaCO3↓+CO32-+2H2O投加石灰产生过剩的CO32-离子，使之与水中的Ca2+生成CaCO3沉淀析出。每加入1molCa(OH)2，可去除水中1molCa2+。原理实际过程式(6)是石灰软化的主要反应结论：去除1molCa(HCO3)2，要消耗1molCa(OH)2去除1molMg(HCO3)2，要消耗2molCa(OH)2反应的本质是碳酸平衡反应

(9)2HCO3-CO2+CO32-+H2O(10)CO32-+Ca2+CaCO3结论：游离CO2成为促使HCO3-和CO32-相互转化的重要因素。石灰软化时，石灰与水中游离CO2反应，使反应(9)向右进行，产生CO32-，使水中的Ca2+生成CaCO3沉淀析出，达到去除Ca2+的目的。对非碳酸盐硬度的影响：（11）MgSO4+Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+CaSO4MgCl2+Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+CaCl2结论：熟石灰与水中非碳酸盐的镁硬度起反应生成Mg(OH)2的同时产生了等物质的量的非碳酸盐的钙硬度。去除对象：石灰软化主要是去除水中的碳酸盐硬度以及降低水的碱度。投加中要注意的问题：过量投加石灰，会增加水的硬度。石灰用量的计算石灰软化往往与混凝同时进行，有利于混凝沉淀。石灰用量ρ（CaO)(以100%CaO计算）可按下列两种情况进行估算。钙硬度>碳酸盐硬度，此时水中碳酸盐硬度仅以Ca(HCO3)2形式出现(13)ρ(CaO)=56[c(CO2)+c(Ca(HCO3)2+c(Fe2+)+K+α],mg/L钙硬度<碳酸盐硬度，此时水中碳酸盐硬度以Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2形式出现ρ(CaO)=56[c(CO2)+c(Ca(HCO3)2+2c(Mg(HCO3)2+c(Fe2+)+K+α],mg/L式中c(CO2)——原水中游离CO2浓度，mmol/L；

c(Fe2+)——原水中铁离子浓度，mmol/L；

K——铁盐或铝盐混凝剂投加量，mmol/L；

α——CaO过剩量，一般为0.1~0.2mmol/L。石灰软化效果经石灰软化处理后，去除效果如下：剩余碳酸盐硬度：0.25~0.5mmol/L剩余碱度：0.8~1.2mmol/L硅化合物去除率：30%~35%有机物去除率：约25%铁残留量：约0.1mg/L适用范围原水碳酸盐硬度较高、非碳酸盐硬度较低且不要求深度软化的场合。石灰软化法可与钠离子交换法联合使用，用于原水的碳酸盐硬度较高且要求深度软化的情况，这时石灰软化可作为钠离子交换法的预处理。水的药剂软化——石灰-苏打软化法

石灰软化法只能降低水的碳酸盐硬度，而不能降低水的非碳酸盐硬度，石灰-苏打软化法就是向水中同时投加石灰和苏打，以苏打来降低水的非碳酸盐硬度，反应如下：过程：在水中同时投加石灰和苏打(Na2CO3)作用：石灰——降低水的碳酸盐硬度；苏打——降低水的非碳酸盐硬度。与Na2CO3有关的化学反应：(15)CaSO4+NaCO3→CaCO3↓+Na2SO4(16)CaCl2+Na2CO3→CaCO3↓+2NaCl(17)MgSO4+Na2CO3→MgCO3+Na2SO4(18)MgCl2+Na2CO3→MgCO3+2NaCl(19)MgCO3+Ca(OH)2→Mg(OH)2↓+CaCO3↓效果：软化水的剩余硬度可降低到0.15~0.2mmol/L适用范围：硬度>碱度水的离子交换软化法

离子交换法是一种借助于离子交换剂上的离子和水中的离子进行交换反应而去除水中有害离子的方法。

按照交换离子带电的性质，离子交换反应可分为阳离子交换和阴离子交换两种类型。

离子交换的基本原理如图所示。

离子交换反应平衡示意图

基本原理离子交换剂离子交换剂无机离子交换剂有机离子交换剂（离子交换树脂）天然沸石（如海绿石砂）合成沸石（铝代硅酸盐）强酸性阳离子交换树脂RSO3H弱酸性阳离子交换树脂RCOOH强碱性阴离子交换树脂R4NOH弱碱性阴离子交换树脂R≡NHOHR=NH2OHR-NH3OH离子交换树脂的结构组成

离子交换树脂由骨架和活性基团两部分组成。骨架又称为惰性母体R-，它是不参加交换过程的，主要由高分子材料通过交联而成的三维空间网络骨架，它是形成离子交换树脂的结构主体，如图所示的链状物。活性基团由固定离子和活动离子组成，两者电性相反、电荷相等，处于电性中和状态。离子交换树脂的分类

离子交换树脂按树脂类型和孔结构的不同可分为：凝胶型树脂大孔型树脂离子交换树脂的分类

按树脂交联度（交联剂含量的百分数）大小分类，可把离子交换树脂分为：低交联度（2%~4%）一般交联度（7%~8%）高交联度（12%~20%）等实际中常用的是交联度为7%~12%的树脂。离子交换树脂按照功能基团的性质可分为以下几种：（1）可交换离子为阳离子（活性基团为酸性基）时，称阳离子交换树脂；（2）可交换离子为阴离子（活性基团为碱性基）时，称为阴离子交换树脂；（3）树脂中既有阴离子又有阳离子的称为两性离子交换树脂。（4）根据阴、阳离子交换树脂的酸碱性反应基强度的不同，分为强酸性和弱酸性、强碱性和弱碱性交换树脂。

以强酸性阳离子交换树脂RH为例，其活性基团的活动离子为H+，被交换的废水中的金属离子为M+，则反应如下：离子交换树脂的性质离子交换树脂是人工合成的高分子聚合物，生产这种聚合物常见的单体是苯乙烯系、酚醛系、或丙烯酸系。通过聚合反应得到的化合物通常是线性结构的有机高分子化合物，为此在原料中常加入一定量的二乙烯苯作为交联剂，使线性结构转变为立体网状结构，增强了树脂物理机械性能及化学稳定性。离子交换树脂的物理性能①外观离子交换树脂外观呈透明或半透明球形，颜色有黄、白、赤褐色等树种。树脂粒径一般为0.3~1.2mm。②含水率树脂含水率一般以每克湿树脂所含水分的百分比表示（50%左右）。③溶胀性各种离子交换树脂都含有极性很强的交换基团，因此亲水性很强。树脂的这种结构使它具有溶胀和收缩的性能。树脂溶胀或收缩的程度以溶胀率表示。干树脂浸泡水中时，体积胀大，成为湿树脂；湿树脂转型时，例如阳离子树脂离子交换后由钠型转变为氢型，体积也有变化，前一种所发生的体积变化，称为绝对溶胀度，后一种所发生的体积变化，称为相对溶胀度。④粒度、密度

通常所说树脂真密度（或真比重）和视密度（或视比重）是指湿真密度和湿视密度，以区别于干真密度和干湿密度（这两项实际意义不大）。

湿真密度：指树脂在水中充分溶解后的质量与真体积（不包括颗粒孔隙体积）之比，一般为1.04~1.30g/mL。

湿视密度：指树脂在水中溶解后的质量与堆积体积之比，该值一般为0.60~0.85g/mL。

干真密度：表示树脂在干燥情况下的真实密度，一般用g/mL表示。

⑤耐热性

各种数值都有一定的工作温度范围，操作温度过高，容易使活性基团分解，从而影响交换容量和使用寿命。如温度低于0℃，树脂内水分冻结，使颗粒破裂。

通常控制树脂的贮藏和使用温度在5~40℃为宜。离子交换树脂的化学性能①交联度树脂合成时采用的交联剂（如二乙烯苯）的用量，影响树脂分子的交联度。交联度对树脂的许多性能具有决定性的影响。交联度较高的树脂，孔隙率较低，密度较大，含水率也小。交联度取决于制造过程。水处理用的离子交换树脂交联度以7%~10%为宜。此时，树脂网架中的平均孔隙亦即孔道宽度约为2~4nm。②交换容量交换容量是树脂最重要的性能，它定量地表示了树脂交换能力的大小。可以用质量法和容量法来表示。离子交换容量又可分为全交换容量和工作交换容量。前者是指树脂交换基团中所有可交换离子全部被交换的交换容量，也即离子交换树脂能够起交换作用的活性基团的总数。其数值一般用滴定法测定。后者是指树脂在给定条件下的交换容量。由于运行条件不同，测得的工作交换容量也就不同。③交换势与选择性离子交换反应是可逆反应，可利用化学反应平衡的有关规律来解释离子交换反应。对同一种交换树脂RH来讲，交换反应得平衡常数K值随交换离子M+而异，K值越大，表明交换离子与树脂之间的亲和力越大，交换离子愈容易取代树脂上的可交换离子，选择性愈高，我们说这种离子的交换势很大；反之，K值越小，选择性越小，则交换势很小。

在常温和低浓度溶液中，各种树脂对不同离子的选择性大致有如下规律：

强酸性阳离子交换树脂的选择性顺序：Fe3+＞Co3+＞Al3+＞Ca2+＞Mg2+＞Ag+＞K+＞Na+＞H+＞Li+

弱酸性阳离子交换树脂的选择性顺序：H+＞Fe3+＞Al3+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+＞Li+

强碱性阴离子交换树脂的选择性顺序：Cr2O72-＞SO42-＞CrO42-＞NO3-＞Cl-＞OH-＞F-＞HCO3-＞HSiO3-

弱碱性阴离子交换树脂的选择性顺序：OH-＞Cr2O72-＞SO42-＞NO3-＞Cl-＞HCO3-

离子交换树脂的选择性是废水处理中选择树脂和确定处理工艺的主要依据之一。④有效pH值范围树脂类型强酸性阳离子交换树脂弱酸性阳离子交换树脂强碱性阴离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂有效pH值范围1~145~141~120~7离子交换树脂的选用

离子交换法主要用于除去废水中的可溶性盐类。选择树脂时应综合考虑原水水质、处理要求、交换工艺以及投资和运行费用等因素。污水处理时，对交换势大的离子，宜采用弱型树脂。此时弱型树脂的交换能力强，再生容易，运行费用较省。当污水中含有多种离子时，可利用交换选择性多级回收，如不需回收时，可用阳阴树脂混合床处理。

废水水质对处理的影响

1.废水中的悬浮物会堵塞树脂孔隙，油脂会包住树脂颗粒，它们都会使树脂的交换能力下降。2.废水中的有机物及某些高价金属离子如Fe3+、Al3+、Cr3+与树脂的结合能力很强，一旦结合后树脂的交换能力大大下降，且不易再生。

废水水质对处理的影响

3.废水的水温过高时会使树脂的交换基团被分解破坏，降低其交换能力。4.废水中如果含有氧化剂（如Cl2、O2等）时，会使树脂氧化分解，强碱性阴离子交换树脂容易被氧化而完全丧失交换能力。离子交换与再生

离子交换法的全过程包括：交换、反冲洗、再生、清洗（或淋洗）四个阶段。交换阶段是利用离子交换树脂的交换能力，从废水中分离脱除需要去除的离子的操作过程。反冲洗的目的有二：一是松动树脂层，使再生液能均匀渗入层中，与交换剂颗粒充分接触；二是把过滤过程中（即交换阶段）产生的破碎粒子和截留的污物冲走。

当离子交换进行到一定时候，出水水质变差，即交换达到饱和，需要再生。离子交换床的再生方式主要有顺流再生和逆流再生。再生是交换过程的逆过程，借助于较高浓度的再生液流过树脂层，把已吸附的离子置换出来，使树脂恢复交换能力。清洗（或淋洗）的目的是洗涤残留的再生液和再生时可能出现的反应产物。（正洗）⑴小反洗⑵放水⑶顶压→使床不乱

⑷进再生液⑸逆向冲洗（软化水，流速5～7m/h）⑹正洗（软化水）

逆流再生操作示意离子交换工艺

常用的离子交换设备有固定床、移动床和流动床三种，目前国内应用最为广泛的为固定床离子交换柱。离子交换设备

固定床离子交换器在工作时，床层固定不变，水流由上而下流动。根据料层的组成，分为单层床、双层床和混合床三种。

单层床中只装一种树脂，可以单独使用，也可以串联使用。

双层床是在同一个柱中装两种同性不同型的树脂，由于比重不同而分为两层。

混合床是把阴阳离子两种树脂混合装成一床使用。固定床交换柱的上部和下部设有配水和集水装置，中部装填有1.0~1.5m厚的的交换树脂。这种交换器的优点是设备紧凑、操作简单、出水水质好；不过，再生费用大、生产效率不够高，但目前仍是应用比较广泛的一种设备。

固定床交换设备

移动床交换设备包括交换柱和再生柱两个主要部分。

流动床交换设备是交换树脂在连续移动中实现交换和再生的。移动床和流动床与固定床相比，具有交换速度快、生产能力大和效率高等优点。但是由于设备复杂、操作麻烦、对水质水量变化的适应性差，以及树脂磨损大等缺点，故限制了它们的应用范围。移动床交换设备离子交换器的设计1）离子交换系统的设计步骤：①根据排放标准或出水的去向和用途，确定处理后的水质要求。②根据废水水量、水质及处理的要求，选择交换器的类型，设计系统布置方案，确定合理的处理流程。③选用离子交换树脂、再生剂种类，确定树脂的交换容量和再生剂用量。在选择中必须综合考虑技术与经济因素。④确定合理的工艺参数，首先选定合适的过滤速度及工作周期，污染物的浓度大时，滤速应小些，反之则大些。人工操作时，过滤周期需考虑长些，一般为8~24h或更长。自动操作时，可以采用较高的流速和较短的工作周期，这样可以缩小交换器尺寸，节省投资。⑤进行有关的计算。2)固定床的设计计算

通过实验或生产实践取得设计参数后，按下法计算。①树脂用量的初步计算

选定交换周期Ｔ（h），并按下式计算一个交换周期内应去除的污染物总量N（mol）：

根据树脂的湿视密度ρ（t/m3），按下式计算树脂重量M（t）：根据选定的树脂工作交换容量E（mol/m3树脂），计算所需的树脂体积VR（m3）：

先选定树脂层的高度HR（一般为0.70~1.50m），再根据VR和HR计算交换柱的直径D（m）。交换柱的总高度Ｈ（m）按下式计算：②交换柱主要尺寸的计算③核算过滤速度按照下式核算过滤线速度v是否合适：

如果计算出的滤速与一般经验值相差太大，就得重新计算。此外，也可先选定滤速v

，按上式计算交换柱的直径。应用实例离子交换法在工业废水处理中的应用。（1）处理机理

氰化镀金水中金是以[Au(CN)2]－络离子存在，故用Cl型强碱性阴离子交换树脂吸附，其反应为：RCl+[Au(CN)2]－R[Au(CN)2]+Cl－（2）处理流程

含金废水一般采用2~3个阴离子交换柱串联为双阴柱或三阴柱全饱和流程。（3）技术参数下表为氰化镀金废水的设计和运转技术参数。工序项目单位设计或运转参数交换Cl型强碱性阴离子交换树脂饱和工作交换容量G（Au）/L（树脂）大孔树脂：160~180凝胶树脂：160~190树脂层高度m0.6~1.0交换流速m/h≤20控制终点出水指标第一交换柱进、出水含金量基本相等，最末交换柱无金泄露（4）回收利用

氰化镀金废水处理后不利用，排入含氰废水系统进行破氰后排放。树脂上吸附金饱和后，再生洗脱工序较复杂，可送专门单位回收；或采用焚烧树脂的办法回收金。

美国罗门哈斯公司成立于1909年，总公司位于宾西法尼亚州的费城。集研究、生产、经营精细化学品于一体的美国罗门哈斯公司，是美国最大的精细化工公司，也是世界上最大的丙烯酸系列产品供货商之一，在全球25个国家设有100多家生产厂及研究机构，其产品销售遍及100多个国家。罗门哈斯是离子交换树脂的发明者和技术领先者，是世界上最大的离子交换树脂制造商，其Amberjet系列均粒树脂，UP系列和MB抛光树脂以及Amberlite系列品牌，已经成为全球在纯水超纯水应用产品的标志，其产品特点是交换速度快，交换容量高；使用寿命长，不需要预处理等。离子交换树脂的制造商漂莱特集团是目前世界上规模最大的专门生产离子交换树脂的跨国集团，包括总部设在美国的漂莱特有限公司和总部设在英国的漂莱特国际股份有限公司。集团现共有三个生产基地，分别设在美国、罗马尼亚及中国，年生产离子交换树脂6万余吨。

苏青集团（原江阴市有机化工厂）是中国最大、最强的离子交换树脂生产厂商，又是新、特、专、异树脂的研发基地，离子交换树脂国家标准工作组组长单位，中国离子交换树脂常务理事长单位。40多年来公司一直从事离子交换树脂、填料、交换器的研究、开发、设计、制造及工程安装调试。公司先后通过ISO9001:2008质量管理体系认证、ISO14001:2004环境管理体系认证、OHSAS18001:2007职业健康安全管理体系认证，并先后获得中国驰名商标、中国制造网SGS认证、美国食品药品协会FDA认证、美国卫生会NSF认证，江苏省饮用水和食品卫生许可批件、江苏省名牌产品、省级企业技术中心、江苏省“重合同守信誉企业”、“AAA”级银行信用等级企业，江苏省离子交换树脂与吸附树脂工程技术研究中心。凝结水精处理树脂、粉末树脂、乙二醇脱醛树脂先后获得了国家专利和六项产品技术国际新型实用专利证，D003NJ、D203NJ凝结水精处理树脂获得省高新产品。

水的除盐知识点水的纯度：以水中含盐量或水的电阻率来衡量。电阻率：指断面1cm×1cm，长1cm体积的水所测得的电阻，单位为欧姆•厘米（Ω•cm）。几个基本概念分类及处理方法分类别名含盐量mg/L电阻率25ºC106Ω•cm所属范畴处理方法淡化水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。咸水淡化蒸馏、反渗透、电渗析、冷冻脱盐水蒸馏水1~50.1~1.0水的除盐离子交换法，可与电渗析或反渗透联合用于水的深度除盐处理纯水去离子水<11.0~10高纯水超纯水<0.1>10水中杂质对膜和树脂的危害：（1）悬浮物和胶体粘附膜表面堵塞树脂微孔道脱盐率降低（2）微生物、细菌膜和树脂表面生长繁殖降低设备性能（3）无机离子（高价离子，铁或锰）能与膜和树脂牢固结合，并使之中毒，降低工作性能。钙、镁离子在某些情况下能在表面结垢沉淀，在反渗透法中应采取措施调整pH值（4）水中游离氯能对膜进行氧化，使树脂降解。进水水质预处理

目的：保证处理装置安全运行。去除对象：悬浮物、有机物、胶体物质、微生物、细菌及某些有害物质（铁、锰）膜分离装置和离子交换器对进水水质指标的要求：污染指数FI（在规定压力和时间的条件下，滤膜通过一定水量的阻塞率）越小越好。进水水质预处理进水水质预处理预处理工艺的选择主要根据原水水质以及脱盐装置所要求的进水水质指标而定。最简单：机械过滤和微孔过滤地面水源：混凝、沉淀、过滤、消毒原水中有机物含量高，增加活性炭吸附膜分离装置前均应有微孔过滤作为保护措施离子交换除盐法阴离子交换树脂的工艺特性：阴树脂所具有的活性基团均呈碱性，所以称为碱性基团；根据基团碱性的强弱，区分为强碱性和弱碱性。强碱树脂的工艺特性A.阴离子交换出水呈弱碱性原因：阳床出水中总是有微量Na+泄漏，致使阴床出水含有微量的NaOH的缘故。B.被吸附离子分布有一定规律强碱树脂选择性顺序：SO42->NO3->Cl->F->HCO3->HSiO3-C.清洗分两步将清洗水排出，直到清洗排水总溶解固体等于进水总溶解固体；将清洗水循环回收到阳离子交换器的入口，直到出水电导率符合要求，即开始正常运行。强碱树脂的工艺特性D.运行过程曲线（强碱阴离子交换器的运行过程曲线）

在运行阶段，出水电导率与硅含量均较稳定。当到达运行终点时，在电导率上升之前，硅酸已开始泄漏。在硅酸泄漏过程中，电导率出现瞬时下降，这是由于出水中含有的微量NaOH为突然出现的弱酸所中和，生成硅酸钠和碳酸氢钠，其导电性能低于NaOH。若阴床运行以硅酸开始泄漏作为失效控制点，则电导率瞬时下降可视作周期终点的讯号。强碱树脂的工艺特性E.强碱树脂除硅要求（1）进水应呈酸性有利于反应向右进行（2）进水漏钠量要低阳床出水漏钠量的增加，会导致阴床出水碱度的增高，对除硅产生不利的影响。（3）再生条件要求高再生剂用量64~96kgNaOH/m3树脂再生液浓度2%-4%再生时间>1h弱碱树脂的工艺特性

1、弱碱树脂只能与强酸阴离子起交换反应，而不能吸附弱酸阴离子。因此，在除盐系统中，弱碱阴床往往设置在强酸阳床之后。2、弱碱树脂极易用碱再生。3、弱碱树脂交换容量高于强碱树脂。4、弱碱树脂抗有机物污染能力较强，若在强碱阴床之前，设置弱碱阴床，既可减轻强碱树脂的负荷，又能保护其不受有机物的污染。5、清洗亦分两步。正常出水水质呈弱碱性，当Cl-开始泄漏，出水出现酸性，由于酸导电性能较碱为强，因而出水电导率迅速上升，即为周期终点的讯号。弱碱树脂的工艺特性6、弱碱阴离子交换器的运行过程曲线复床除盐复床指阳、阴离子交换器串联使用，达到水的除盐的目的。复床除盐的组合方式：强酸-脱气-强碱系统强酸-脱气-弱碱-强碱系统强酸-脱气-强碱系统阳床：去除Ca2+、Mg2+、Na+等阳离子，出水为酸性水除二氧化碳器：去除CO2阴床：去除SO42-、Cl-、HCO3-、HSiO3-复床除盐强碱阴床设置在强酸阳床之后的原因：进水先通过阴床，CaCO3、Mg(OH)2沉积在树脂层,使强碱树脂交换容量降低。阴床在酸性介质中易于进行离子交换。强酸树脂抗有机物污染的能力胜过强碱树脂。若原水先通过阴床，本应由除二氧化碳器去除的碳酸，都要由阴床承担，从而增加了再生剂耗用量。适用于：制取脱盐水。复床除盐强酸-脱气-弱碱-强碱系统弱碱树脂：去除强酸阴离子强碱树脂：除硅再生采用串联再生方式，全部NaOH再生液先用来再生强碱树脂，然后再生弱碱树脂。适用于：原水有机物含量较高、强酸阴离子含量较大的情况复床除盐混合床除盐基本原理与特点装置及再生方式高纯水的制备与终端处理基本原理

混合床：阴、阳离子交换树脂按一定比例混合装填于同一交换柱内的离子交换器。如同许多阳床与阴床串联，构成无数微型复床。

优点

出水水质优良出水水质稳定间断运行对出水水质的影响小，恢复到停运前水质所需的时间比复床短，一般3~5min。交换终点明显：混床在失效前，出水电导率上升很快，这有利于失效监督。缺点树脂层工作交换容量的利用率低，再生剂利用率低。（再生时，阴、阳树脂很难彻底分层。导致交叉污染）树脂破碎率大于复床。再生操作复杂，每再生一次所需时间较长注意事项：混合床对有机污染很敏感。阴树脂变质与污染导致出水电阻率逐步下降。为防止污染，应进行必要的预处理。装置及再生方式

混合床反洗分层主要借助于阴、阳树脂湿真密度的差别。再生方式：体内再生阴树脂外移再生体外再生操作步骤以体内再生为例，介绍混合床再生操作步骤：1）反洗分层2）进碱再生3）阴树脂正洗4）进酸再生5）阳树脂正洗6）混合7）最后正洗

复床与混合床串联或二级混合床串联是当前制取纯水以至高纯水的有效方法。如：强酸-脱气-强碱-混合床强酸-脱气-弱碱-强碱-混合床高纯水的制备与终端处理

为克服混合床再生操作复杂，阴、阳树脂难以彻底分开的缺点，提出氢型精处理工艺。氢型精处理器：在复床之后设置一高流速阳床以替代混合床。原理：复床出水产生电导率（电解质NaOH)主要原因由于阳床泄漏的Na+引起阴床中残留的NaOH再生液缓慢释放所致。复床后再经过一阳床（氢型精处理器）发生交换反应RH+NaOHRNa+H2O可以彻底去除Na+。离子交换双层床

定义：在同一交换器内装有弱酸和强酸两种树脂，，借助于树脂湿真密度之差别，经反洗分层后，使弱酸树脂位于上层，强酸树脂位于下层。特点：双层床具有逆流再生技术的优点，同时具有弱、强树脂串联运行的优点。分类：阳离子交换双层床阴离子交换双层床工艺程序双层床为向下流运行、向上流再生，其工艺程序与逆流再生固定床相同。各程序的工艺参数与终点控制指标（除大反洗外），均可参照流流再生固定床的各项参数与控制指标。大反洗时应缓慢开启（或关闭）进水阀，使反洗流量逐步加大（逐步减少），以利于分层。同时还须妥善控制反洗膨胀高度。是树脂层充分膨胀，达到强、弱树脂分离所必需的展开率，又不使树脂流失。

离子交换除盐系统一般适用于原水含盐量小于500mg/L的场合。如原水含盐量大于500mg/L，则须与电渗析-离子交换除盐系统或反渗透-离子交换除盐系统作技术经济比较加以确定。膜分离技术知识点

利用膜将水中的物质(微粒或分子或离子)分离出去的方法称为水的膜析处理法(或称膜分离法、膜处理法)。在膜处理中，以水中的物质透过膜来达到处理目的时称为渗析，以水透过膜来达到处理目的时称为渗透。膜处理法有渗析、电渗析、反渗透、扩散渗析、纳滤、超滤、微孔过滤等。微滤（MF）超滤（UF）纳滤（NF）反渗透（RO）电渗析（ED）推动力压力差压力差压力差压力差电位差膜孔径（μm）0.02~100.001~0.020.0005~0.010.0001~0.01透过膜的物质水、分子水、小分子水、部分离子水离子去除对象微粒微粒、大分子部分离子、小分子离子、小分子离子膜类型多孔膜非对称性膜非对称性膜或复合膜非对称性膜或复合膜离子交换膜材料醋酸纤维素、复合膜、醋酸、硝酸纤维素混合膜、聚碳酸脂膜醋酸纤维素、聚砜、聚酰胺、聚丙烯腈氯甲基化/季胺化聚砜膜（荷电膜）、醋酸纤维素、磺化聚砜、磺化聚醚砜、芳香族聚酰胺复合材料醋酸纤维素、聚酰胺复合膜膜组件常用形式板式、折叠筒式卷式、中空纤维卷式卷式、中空纤维进水浊度（NTU）卷式＜0.5中空纤维＜0.31~3污染指数（FI）卷式＜3~5中空纤维＜3化学耗氧量（mg/L）＜1.5＜3游离氯（mg/L）卷式＜0.2~1.0中空纤维＜0＜0.1水温（℃）5~3510~3515~3515~355~40总Fe（mg/L）＜0.05＜0.3Mn(mg/L)＜0.1操作压力（MPa）0.01~0.20.1~0.50.5~1，一般为0.7，最低0.3卷式：5.5中空纤维2.8＜0.3电渗析（1）离子交换膜离子交换膜实质上是膜状的离子交换树脂，与离子交换树脂的化学组成和化学结构一致，其区别在于离子交换膜外形薄膜片状，其作用机理选择透过性，因此又称选择透过性膜；离子交换树脂外形是圆形粒状，其作用机理选择吸附性。

离子交换膜按其选择透过性能，主要分为阳膜与阴膜，按其膜体结构，可区分为异相膜、均相膜、半均相膜3种。

异相膜的优点是机械强度好、价格低．缺点足膜电阻大、耐热差、透水件大。均相膜则相反。国产部分离子交换膜主要性能见下表。膜的种类厚度（mm）交换容量（mmol/g）含水率（%）膜电阻（Ω）选择透过率（%）聚乙烯异相阳膜0.38~0.5≥2.8≥408~12≥90聚乙烯异相阴膜0.38~0.5≥1.8≥358~15≥90聚乙烯半均相阳膜0.25~0.452.438~405~6＞95聚乙烯半均相阴膜0.25~0.452.532~358~1095聚乙烯均相阳膜0.32.035＜5≥95氯醇橡胶均相阴膜0.28~0.320.8~1.225~45＜6≥85（2）原理电渗析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，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分离的一种物理化学过程。（3）电渗析器利用电渗析原理进行脱盐或处理废水的装置，称为电渗析器。

电渗析器的构造它由膜堆、极区和压紧装置三大部分构成。

电渗析器的构造包括压板、电极托板、电极、极框、阴膜、阳膜、浓水隔板、淡水隔板等部件。将这些部件按一定顺序组装并压紧，组成一定形式的电渗析器。其中隔板是用于隔开阴、阳膜的，并与阴、阳膜一起形成浓、淡室的水流通道，其材料有聚氯乙烯、聚丙烯、合成橡胶等。常用有鱼鳞网、编织网、冲膜式网等。

隔板按水流型式可分有回路式和无回路式两种：

有回路式隔板流程长、流速高、电流效率高、一次处理效果好，适用于流量较小且处理要求较高的场合。

无回路隔板流程短、流速低，要求隔板搅动作用强，水流分布均匀，适用于流量较大而处理要求不高的场合。常用电极材料有石墨、钛涂钌、铅、不锈钢等。另外，电渗析器的配套设备还包括控制箱、水泵、转子流量计等。（4）极化现象电渗析工作中电流的传导是靠水中的阴、阳离子的迁移来完成的，当电流增大到一定数值时，如若再提高电流，由于离子扩散不及，在膜界面处将引起水的离解，使氢离子透过阳膜、氢氧根离子透过阴膜，这种现象称为极化。

极化发生后阳膜淡室的一侧富集着过量的氢氧根离子，阳膜浓室的一侧富集着过量的氢离子；而在阴膜淡室的一侧富集着过量的氢离子，阴膜浓室的一侧富集着过量的氢氧根离子。由于浓室中离子浓度高，则在浓室阴膜的一侧发生碳酸钙、氢氧化镁沉淀。从而增加膜电阻，加大电能消耗，减小膜的有效面积，降低出水水质，影响正常运行。R.O

反渗透，英文为ReverseOsmosis，它所描绘的是一个自然界中水分自然渗透过程的反向过程。早在1950年美国科学家DR.S.Sourirajan有一回无意中发现海鸥在海上飞行时从海面啜起一大口海水，隔了几秒后吐出一小口的海水。他由此而产生疑问：陆地上由肺呼吸的动物是绝对无法饮用高盐份的海水，那为什么海鸥就可以饮用海水呢？这位科学家把海鸥带回了实验室，经过解剖发现在海鸥囔嗉位置有一层薄膜，该薄膜构造非常精密。海鸥正是利用了这薄膜把海水过滤为可饮用的淡水，而含有杂质及高浓缩盐份的海水则吐出嘴外。这就是以后逆渗透法（ReverseOsmosis简称R.O）的基本理论架构。（1）反渗透原理（2）反渗透膜目前用于水处理的反渗透膜主要有醋酸纤维素(CA)膜和芳香族聚酰胺膜两大类。（3）反渗透装置

目前反渗透装置有板框式、管式、卷式和中空纤维式4种类型。

板框式装置由一定数量的多孔隔板组合而成，每块隔板两面装有反渗透膜，在压力作用下，透过膜的淡化水在隔板内汇集并引出。

管式装置分为内压管式和外压管式两种；前者将膜镶在管的内壁，如图a所示，含盐水在压力作用下的管内流动，透过膜的淡化水通过管壁上的小孔流出；后者将膜铸在管的外壁，透过膜的淡化水通过管壁上的小孔由管内流出。

卷式装置如图b所示，把导流隔网、膜和多孔支撑材料依次迭合，用粘合剂沿三边把两层膜粘结密封，另一开放边与中间淡水集水管联接，再卷绕一起；含盐水由一端流人导流隔网，从另一端流出，透过膜的淡化水沿多孔支撑材料流动，由中间集水管引出。

中空纤维装置如图c所示，把一束外径50~100μm、壁厚12~25μm的中空纤维，装于耐压管内，纤维开口端固定在环氧树脂管板中，并露出管板。通过纤维管壁的淡化沿空心通道从开口端引出。

（4）反渗透法处理工艺反渗透法处理工艺根据原水水质和处理要求的不同，主要有单程式、循环式和多段式三种工艺。单程式工艺只是原水一次经过反渗透器装置处理，水的回收率（淡化水流量与进水流量的比值）较低；循环式工艺是以部分浓水回流来提高水的回收率，但淡水水质有所降低；多段式工艺是以浓水多次处理来提高水的回收率，用于产水量大的场合。3）超滤用于截留水中胶体大小的颗粒，而水和低分子量溶质则允许透过膜。其机理是筛孔分离，因此可根据去除对象选择超滤膜的孔径。超滤与反渗透的工作方式相同，装置相似。由于孔径较大，无脱盐性能，仅操作压力低，设备简单，因此在纯水终处理中用于部分去除水中的细菌、病毒、胶体、大分子等微粒相，尤其是对产生浊度物质的去除非常有效，其出水浊度甚至可达0.1NTU以下。工业废水处理中用于去除或回收高分子物质和胶体大小的微粒。在中水处理中亦可部分去除细菌、病毒、有机物和悬浮物等。4）纳滤纳滤(NF)是介于反渗透和超滤之间，又一种新型分子级的膜分离技术它是适宜于分离分子量在200g/mol以上，分子大小1nm的溶解组分的膜工艺，故被命名为“纳滤”。纳滤操作压力通常为0.5~1.0MPa，一般为0.7MPa左右。最低为0.3MPa。由于这种特件，有时将纳滤称为“低压反渗透”或“疏松反渗透”。图压力驱动膜工艺分类运行经验数据5）微孔过滤将全部进水挤压滤过，小于膜孔的粒子通过