《水的除盐与咸水淡化上精品文稿.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水的除盐与咸水淡化上精品文稿.ppt（54页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、水的除盐与咸水淡化上第1页，本讲稿共54页31概述一、水的纯度二、海水（苦咸水）淡化与水的除盐方法三、进水水质预处理第2页，本讲稿共54页一、水的纯度：一、水的纯度：在在工工业业用用水水中中，水水的的纯纯度度常常以以水水中中含含盐盐量或水的电阻率来衡量。量或水的电阻率来衡量。水水的的含含盐盐量量：指指水水中中阴阴阳阳离离子子浓浓度度总总含含量（量（mol/L）。）。水水的的电电阻阻率率：指指断断面面1cm 1cm、长长1cm的水所测得的电阻（的水所测得的电阻（cm）。）。第3页，本讲稿共54页 根据工业用水对水质要求的不同，水的纯度分为四种根据工业用水对水质要求的不同，水的纯度分为四种根据工业
2、用水对水质要求的不同，水的纯度分为四种根据工业用水对水质要求的不同，水的纯度分为四种：淡化水（一般除盐水）淡化水（一般除盐水）淡化水（一般除盐水）淡化水（一般除盐水）：将高含盐量的水经过局部除：将高含盐量的水经过局部除：将高含盐量的水经过局部除：将高含盐量的水经过局部除盐处理后变成生活及生产用的淡水。海水、苦咸水淡盐处理后变成生活及生产用的淡水。海水、苦咸水淡盐处理后变成生活及生产用的淡水。海水、苦咸水淡盐处理后变成生活及生产用的淡水。海水、苦咸水淡化属于这一类。化属于这一类。化属于这一类。化属于这一类。脱盐水（深度除盐水，相当于普通蒸馏水）脱盐水（深度除盐水，相当于普通蒸馏水）脱盐水（深度除
3、盐水，相当于普通蒸馏水）脱盐水（深度除盐水，相当于普通蒸馏水）：水中大部：水中大部：水中大部：水中大部分强电解质已去除，剩余含盐量约为分强电解质已去除，剩余含盐量约为分强电解质已去除，剩余含盐量约为分强电解质已去除，剩余含盐量约为15mg/L15mg/L，水的，水的，水的，水的电阻率为电阻率为电阻率为电阻率为0.11.00.11.0 10106 6 cmcm 。纯水纯水纯水纯水(去离子水去离子水去离子水去离子水)：水中绝大部分强电介质已去除，而弱电：水中绝大部分强电介质已去除，而弱电：水中绝大部分强电介质已去除，而弱电：水中绝大部分强电介质已去除，而弱电解质如硅酸和碳酸等也去除到一定程度。剩余
4、含盐量在解质如硅酸和碳酸等也去除到一定程度。剩余含盐量在解质如硅酸和碳酸等也去除到一定程度。剩余含盐量在解质如硅酸和碳酸等也去除到一定程度。剩余含盐量在1.0mg/L1.0mg/L以下，以下，以下，以下，2525摄氏度电阻率摄氏度电阻率摄氏度电阻率摄氏度电阻率 1.0101.010 10106 6 cmcm 。第4页，本讲稿共54页理想纯水理想纯水：理论上的纯水，：理论上的纯水，25摄氏度电阻率摄氏度电阻率 18.3 106 cm。超纯水（高纯水）超纯水（高纯水）：水中导电介质几乎已全部去除，：水中导电介质几乎已全部去除，而水中的胶体微粒、微生物、溶解气体和有机物等亦已经去而水中的胶体微粒、微
5、生物、溶解气体和有机物等亦已经去除到最低程度。剩余含盐量应在除到最低程度。剩余含盐量应在0.1mg/L以下，以下，25摄氏度时摄氏度时电阻率电阻率10 106 cm以上以上。超纯水容易被污染，所以。超纯水容易被污染，所以在使用之前进行终端处理以确保水的纯度。在使用之前进行终端处理以确保水的纯度。第5页，本讲稿共54页二、海水（苦咸水）淡化与水的除盐方法：淡化水的制取经局部除盐，剩余含盐量很高，称苦咸水淡化。脱盐水，纯水，超纯水的制备统称为水的除盐。第6页，本讲稿共54页方法：方法：冷冻法：冷冻法：蒸馏法：多级闪蒸蒸馏法：多级闪蒸 海水淡化的主要方法海水淡化的主要方法反渗透法：应用较多反渗透法：
6、应用较多电渗析法：与反渗透法同为膜分离技术电渗析法：与反渗透法同为膜分离技术以上方法用于苦咸水或海水淡化以上方法用于苦咸水或海水淡化离离子子交交换换法法：主主要要用用于于淡淡水水除除盐盐，与与膜膜法法联联合合用用于于水水的深度除盐处理。的深度除盐处理。第7页，本讲稿共54页进进水水水水质质预预处处理理是是水水的的淡淡化化与与除除盐盐系系统统的的一一个个重重要要组组成成部部分分，是是保保证证处处理理装装置置安安全全运运行行的的必必要要条条件。件。预处理包括去除悬浮物，有机物，胶体物质，微生物，细菌以及某些有害物质（Fe、Mn）。第8页，本讲稿共54页三、进水水质预处理：三、进水水质预处理：1.1
7、.膜分离装置和离子交换器对进水水质的要求。膜分离装置和离子交换器对进水水质的要求。第9页，本讲稿共54页2.2.水中杂质对膜和树脂的危害表现在：水中杂质对膜和树脂的危害表现在：(1)(1)悬浮物和胶体物质容易粘附在膜面上或堵塞树脂微孔道，使脱盐悬浮物和胶体物质容易粘附在膜面上或堵塞树脂微孔道，使脱盐效率降低；效率降低；(2)(2)微生物、细菌容易在膜和树脂表面生长繁殖，降低设备性能；微生物、细菌容易在膜和树脂表面生长繁殖，降低设备性能；3)3)水中无机离子主要是高价离子水中无机离子主要是高价离子(如铁、锰等如铁、锰等)能与膜和树脂牢固结能与膜和树脂牢固结合，并使之中毒，从而降低其工作性能；钙、
8、镁离子在某些情况下能合，并使之中毒，从而降低其工作性能；钙、镁离子在某些情况下能在膜面上结垢沉淀，在反渗透法中应采取调整在膜面上结垢沉淀，在反渗透法中应采取调整PHPH值控制措施值控制措施 ；(4)(4)水中游离氯能对膜进行氧化，使树脂降解，出而对其含量有水中游离氯能对膜进行氧化，使树脂降解，出而对其含量有严格要求。严格要求。第10页，本讲稿共54页32离子交换除盐方法与系统一、阴离子交换树脂：二、阴离子交换树脂的工艺特性：三、离子交换除盐系统：四、特殊离子交换除盐：五、树脂的污染与复苏处理：第11页，本讲稿共54页一、阴离子交换树脂：阳离子交换树脂在水中解离生成阳离子，阴离子树脂在水中解离生
9、成阴离子。对于H+树脂，交换后水中阳离子全部为H+，同样对OH-树脂，交换后水中阴离子全部为OH-，因此水中全部阴阳离子变为H+、OH-，结合为水，这样达到除盐的目的。第12页，本讲稿共54页1 1，阴离子树脂的构造：，阴离子树脂的构造：与与阳阳离离子子类类似似，也也分分为为两两部部分分组组成成：空空间间网网状状结结构构的的母母体体和和活活性性基基团团（解解离离出出阴阴离离子子）按按解解离离常常数数的的大大小小可可分分为强碱性、弱碱性树脂。为强碱性、弱碱性树脂。区区别别：树树脂脂在在水水中中解解离离出出阴阴离离子子，呈呈碱碱性性，常常用用的的阴阴离离子子交交换换树脂是胺类树脂，其活性基团有四种
10、：树脂是胺类树脂，其活性基团有四种：第13页，本讲稿共54页 R为简单的有机基团，上述基团也就是NH4OH中的H被若干个有机基团R取代而得，其中的交换离子为OH-，整体简化表示为ROH，R代表树脂母体及其所属的活性基团的固定部分。对于季胺型的强碱树脂又分为：一型：碱性较强，除硅能力强，适用于制取纯水；二型：碱性较弱，交换容量大于一型。第14页，本讲稿共54页2，阴离子交换树脂的特点：上述树脂均为凝胶型结构，特点是：容易破碎：浸入水中有溶胀现象，使用过程不断转型，体积随之不断变化；容易被高分子有机物堵塞：孔道不均匀（胶联不居于），有些孔道过于狭窄；交换容量低：抗有机污染能力差。第15页，本讲稿共
11、54页针对上述特点，近年来研制出：大孔型离子交换树脂：大孔结构是树脂网络骨架中所固有的并非由于溶胀产生。特点：孔道大而且多，比表面积大，交换速度快，稳定性好，抗污染能力强。均孔型树脂：交联均匀，孔道大小基本一致，特点：对有机物的吸附与洗脱效果，交换容量高于大孔型树脂。第16页，本讲稿共54页二、阴离子交换树脂的工艺特性：1 1，树脂对水中阴离子的选择性（置换序列）：，树脂对水中阴离子的选择性（置换序列）：强碱树脂：强碱树脂：SOSO4 42-2-NONO3 3-ClCl-OHOH-FF-HCOHCO3 3-HSiOHSiO3 3-弱碱树脂：弱碱树脂：OHOH-SOSO4 42-2-NONO3
12、3-ClCl-HCO HCO3 3-置置换换序序列列是是根根据据一一定定条条件件下下树树脂脂的的活活性性基基团团对对溶溶液液中中阴阴离离子子的的亲亲和和力力大大小小而而定定，亲亲和和力力大大的的先先置置换换，亲亲和和力力小小的的排排在后面。在后面。上上述述序序列列强强弱弱的的明明显显区区别别是是OHOH-的的位位置置，显显然然一一定定条条件件下下强强碱碱性树脂对性树脂对OHOH-的亲和力小于弱碱性树脂。的亲和力小于弱碱性树脂。第17页，本讲稿共54页2,工作原理：(1)强碱树脂可以去除强酸和弱酸的阴离子：第18页，本讲稿共54页 天天然然水水中中常常常常含含有有一一定定量量的的硅硅，以以H H
13、2 2SiOSiO3 3形形式式存存在在，可可用强碱树脂将其去除，具体要求有：用强碱树脂将其去除，具体要求有：进进水水呈呈酸酸性性，在在低低PHPH运运行行。此此时时硅硅酸酸以以H H4 4SiOSiO4 4形形式式存存在在，有有利利于于交交换换进进行行，如如酸酸性性降降低低则则以以NaHSiONaHSiO3 3形形式式存存在在，交交换换以后以离解出大量的以后以离解出大量的OHOH-，影响除硅效果。，影响除硅效果。进水进水NaNa+含量含量要要低，否则酸度低，水的碱度增大。低，否则酸度低，水的碱度增大。再再生生条条件件要要求求高高：再再生生剂剂用用量量6496KgNaOH/m6496KgNaO
14、H/m3 3，再再生生液液浓浓度度24%24%，再再生生时时间间大大于于1Hr1Hr，n=46n=46，适适当当提提高高再再生生液液温温度度，能能改改善善再再生生效效果果，有有利利于于提提高高下下一一周周期期出出水水水水质。一般对强碱一型控制在质。一般对强碱一型控制在40504050，二型为，二型为3535.第19页，本讲稿共54页(2)弱碱树脂只能去除强酸离子：解释一：弱酸树脂在水溶液中不易解离，OH-小，对于强酸：水中H+高，易发生H+OH-=H2O，推动了ROH的解离所以SO42-可以被吸附到树脂上，对于弱酸：水中H+低，不易发生H+OH-=H2O，解释二：虽然亲和力OH-SO42-，但
15、水中，OH-低，而SO42-高，所以易吸附。弱碱树脂不能与水中弱酸发生反应，对中性盐类也没有分解能力。第20页，本讲稿共54页3,树脂的再生：(1)强碱树脂：R2SO4+2NaOH=2ROH+Na2SO4RCl+NaOH=ROH+NaCl因亲和力Cl-、SO42-大于OH-，要使再生顺利进行，必须提高NaOH，同时增加NaOH用量，n=4。第21页，本讲稿共54页(2)(2)弱碱树脂：弱碱树脂：再再生生容容易易，再再生生剂剂选选用用NaOHNaOH、NaNa2 2COCO3 3、NHNH4 4OHOH均均可可，再生效果依次变差，再生效果依次变差，NHNH4 4OHOH克当量低，价格便宜。克当量
16、低，价格便宜。R R2 2SOSO4 4+Na+Na2 2COCO3 3+2H+2H2 2O=2ROH+NaO=2ROH+Na2 2SOSO4 4+H+H2 2COCO3 3RCl+NHRCl+NH4 4OH=ROH+HCl+NHOH=ROH+HCl+NH3 3 因因OHOH-与与树树脂脂的的亲亲和和力力大大，易易被被树树脂脂吸吸附附所所以以再再生生剂剂用量少，用量少，n=1.01.2n=1.01.2。第22页，本讲稿共54页强碱性树脂可以去除强酸弱酸，但再生剂用量高n=4，弱碱性树脂只能去除强碱，但再生 剂 耗 量 少，n=1.01.2，维护费用低。4,强碱树脂和弱碱树脂的比较：第23页，本
17、讲稿共54页 下图表示强碱阴离子交换器的运行过程曲线。清洗分为两步：第一步将清洗水排出，直到清洗排水总溶解固体等于进水总溶解固体；第二步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。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，硅酸已经开始泄漏。v 而在硅酸泄漏过程中，电导率出现瞬时下降，这是由于出水中含有的微量苛性钠为突然出现的弱酸所中和。v 生成硅酸钠和碳酸氢钠，其导电性能低于氢氧化钠的缘故。v 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。v 由图看出，在开始泄漏之后，出水硅含量迅速上升。第24
18、页，本讲稿共54页 右图为弱碱阴离子交换器的运行过程曲线。清洗亦分为两步。正常出水水质呈弱碱性，当Cl-开始漏泄，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。弱减阴离子交换器的运行过程曲线第25页，本讲稿共54页三、离子交换除盐系统：一般适用于原水含盐量小于500mg/L的情况。阴床的构造类似于阳床，但是阴树脂的工作交换容量常是阳树脂的0.5倍，所以，与阳床配套时，阴树脂层厚为阳树脂层厚的2被左右。系统根据原水水质和对出水的要求不同有所区别，最基本的有：第26页，本讲稿共54页1,1,复床除盐：复床除盐：（1 1）强酸）强酸脱气脱气强碱系统：强碱系统：该系
19、统适用于制取脱盐水。含盐量不大于500mgL的原水经处理后，出水电阻率可达到0.1xl06.cm以上，硅含量在0.1mgL以下。在运行中，有时出水的pH值和电导率都偏高，这往往是由于阳床泄漏Na+过量所致。为提高出水水质，可采用逆流再生，另外，强碱阴床采用热碱液再生，有利于除硅。第27页，本讲稿共54页 除除二二氧氧化化碳碳器器放放在在阴阴床床之之前前是是为为了了减减轻轻阴阴床床负负荷荷。水水量量小小和和进水碱度低的小型除盐装置可以省去除二氧化碳器。进水碱度低的小型除盐装置可以省去除二氧化碳器。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CaCO3、MgOH)2沉积在树脂
20、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，若进水先经过阴床，更不利于去除硅酸，因为强碱树脂对硅酸盐的吸附要比对硅酸的吸附差得褥多。3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，都要由阴床承担，从而加了再生剂耗用量。第28页，本讲稿共54页（2）强酸弱碱脱气系统：该脱盐系统适用于无除硅要求的场合(见图224)。由于弱碱树脂的应用，不仅交换容量有所提高，而且再生比耗显著降低。弱碱树脂用Na2CO3或NaHCO3再生时，由于经弱碱阴床后，水中会增加大量的碳酸，因此脱气应在最后进行。若用NaOH再生，除二氧化碳器设置在弱碱阴床之前或
21、之后均可。该系统正常运行时，出水的pH值为66.5，电阻率在5x104.cm左右。第29页，本讲稿共54页（3 3）强酸）强酸脱气脱气弱碱弱碱强碱系统：强碱系统：适用于原水有机物含量较高、强酸阴离子含量较大的情况。弱碱树脂用于去除强酸阴离于，强碱树脂主要用于除硅。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。对于强碱树脂来说，再生水平是很高的，而总的看，再生比耗并不大，再生剂能有效地加以利用。除二氧化碳器设置在阴床前面，以便于强碱阴床与弱碱阴床串联再生。该系统出水水质与系统(一)大致相同，但运行费用略低。若将本系统中的强碱阴床代之以阴、阳树脂混合床，可得到纯度更
22、高的纯水 阴离子再生树脂以氢氧化钠为主。工业用氢氧化钠有液态和固态两种。前者浓度为40%42%，其贮存、输送、配制大致与酸再生系统相同；后者可参照食盐再生系统，但溶碱时应用蒸气加热至3540。第30页，本讲稿共54页（4 4）强酸）强酸弱碱弱碱脱气脱气强碱系统：强碱系统：当原水中各种酸根阴离子浓度相近时当原水中各种酸根阴离子浓度相近时,原原水水(滤滤后后水水)RH RH(出出水水酸酸性性)弱弱ROH(ROH(除除强强酸酸)除除COCO2 2器器强强ROH(ROH(除除弱酸主要是硅酸弱酸主要是硅酸)纯水纯水（5 5）强酸）强酸弱碱弱碱强碱系统：强碱系统：当原水中当原水中SOSO4 42-2-、C
23、lCl-浓度高，碱度低时浓度高，碱度低时利用弱利用弱ROHROH、强、强ROHROH的优势且不用的优势且不用除除COCO2 2第31页，本讲稿共54页2、混合床除盐：阴阳离子交换树脂装填在同一个交换器内，再生时使之分层再生，使用时先将其均匀混合，这种阴、阳树脂混合在一起的离子交换器称为混合床。第32页，本讲稿共54页(1)(1)原理与特点：原理与特点：A.A.原理：原理：由于混合床中阴、阳树脂紧密交替接触。好像有许多阳床和阴床串联一起，构成无数微型复床，反复进行多次脱盐，因而出水纯度高，其电阻率达到510 106 cm第33页，本讲稿共54页B.特点：特点：a.出水水质纯度高。出水水质纯度高。
24、混床离子交换可以把水中含有的离子几乎全部去除，出水含盐量在混床离子交换可以把水中含有的离子几乎全部去除，出水含盐量在10mgL以下。以下。对需高纯水的场合，混合床完全成了标准的方法，一般不需考虑其它技术。下表列对需高纯水的场合，混合床完全成了标准的方法，一般不需考虑其它技术。下表列出混合床与双层床出水水质的比较。出混合床与双层床出水水质的比较。b.工作条件变化时对出水水质影响较小，且工作周期较长。工作条件变化时对出水水质影响较小，且工作周期较长。混床开始运行时有混床开始运行时有32min出水的电导串较高，然后急剧降到出水的电导串较高，然后急剧降到0.5scm-1以下，这是因为床内残以下，这是因
25、为床内残留的微量酸，碱和盐很快地被阳、阴树脂吸收掉。另外，快速正洗是混合床的一大特点，再留的微量酸，碱和盐很快地被阳、阴树脂吸收掉。另外，快速正洗是混合床的一大特点，再生总时间比双层床少，相应地工作周期长，而且原水水质变化和再生剂比耗对出水纯度影响生总时间比双层床少，相应地工作周期长，而且原水水质变化和再生剂比耗对出水纯度影响较小，这是因为混合床中离子的泄漏因另一种树脂的存在而大大减少所致。较小，这是因为混合床中离子的泄漏因另一种树脂的存在而大大减少所致。第34页，本讲稿共54页 c.间断运行对出水水质的影响小。d.交换终点明显。混床的主要缺点是：混床的主要缺点是：树脂层工作交换容量的利用率低
26、，再生剂利用率低；再生时阳、阴树脂很难彻底分层，特别是当有部分阳树脂混杂在阴树脂层内时，这部分阳树脂在碱液再生阴树脂时转为钠型，造成运行后的Na泄漏，即所谓的交叉污染；混床对有机物污染很敏感，污染后很快出现出水质量降低、正洗时间延长和工作容量减少。为了克服交叉污染所引起的Na泄漏，近年来曾发展了三层混床新技术。此法即在普通混合床中另装填一层厚约1015cm的惰性树脂，其密度介于阴，阳树脂之间，其颗粒大小也能保证在反洗时将阴、阳树脂分隔开来。实践表明，三层混床水质忧于昔通混床，出水Na的含量不大于0.1gL。第35页，本讲稿共54页(2)(2)装置及再生方式：装置及再生方式：装置及再生方式：装置
27、及再生方式：装置：装置：装置：装置：混床交换器里，混床交换器里，阴树脂的体积一般是阳树阴树脂的体积一般是阳树脂的两倍。其再生过程巧妙地利用了阳、阴树脂的两倍。其再生过程巧妙地利用了阳、阴树脂真比重的差异这一性质。混床在反洗时阳树脂真比重的差异这一性质。混床在反洗时阳树脂脂(比重比重1.231.27gml)会逐渐下沉到阴树脂会逐渐下沉到阴树脂(比重比重1.061.11gmL)的下面，反洗完毕阴阳的下面，反洗完毕阴阳树脂自动分成为两层。在两层交界处装了一个树脂自动分成为两层。在两层交界处装了一个再生排水系统，再生碱液从上面进入交换器，再生排水系统，再生碱液从上面进入交换器，由中间排水系统排出；再生
28、的酸液由下部进入由中间排水系统排出；再生的酸液由下部进入交换器，也由这个排水系统排出。每层树脂分交换器，也由这个排水系统排出。每层树脂分别再生完毕后，最后从树脂层底部的压缩空气别再生完毕后，最后从树脂层底部的压缩空气管进压缩空气，把两种树脂均匀混合成为交换管进压缩空气，把两种树脂均匀混合成为交换层。层。第36页，本讲稿共54页再生方式及步骤（再生方式及步骤（再生方式及步骤（再生方式及步骤（P427P427）：）：）：）：混合床反洗分层主要借助于阴、阳树脂湿真密度的差别。再生方式有体内再生与体外再生两种。体内再生又区分为酸、碱分别再生和同时再生。以体内分别再生为例(见下图)，混合床再生操作步骤有
29、第37页，本讲稿共54页(2)装置及再生方式：装置及再生方式：混床还可以对阴树脂采用体外再生法。即在阴阳树脂分层后将阴树脂外卸混床还可以对阴树脂采用体外再生法。即在阴阳树脂分层后将阴树脂外卸到阴树脂再生罐内再生，阳树脂则仍在原罐内再生。阴树脂再生。清洗净后再到阴树脂再生罐内再生，阳树脂则仍在原罐内再生。阴树脂再生。清洗净后再装进原交换器内与阳树脂混合。装进原交换器内与阳树脂混合。体内再生还可采用同步再生法，即体内再生还可采用同步再生法，即再生时以相同的流速从树脂层上、下两再生时以相同的流速从树脂层上、下两端同时进碱再生液与酸再生液，废液从端同时进碱再生液与酸再生液，废液从中间排水装置排出，然后
30、由上、下同时中间排水装置排出，然后由上、下同时进清洗水洗净。进清洗水洗净。第38页，本讲稿共54页(3)(3)影响混合床运行质量的因素：影响混合床运行质量的因素：再再生生剂剂用用量量:对对树树脂脂的的工工作作交交换换容容量量影影响响很很大大,但但再再生生水水平平对对其出水质量并无明显影响。其出水质量并无明显影响。阴阴(anion)(anion)阳阳（cationcation）树树脂脂的的比比例例：选选用用原原则则，等等当当量量，以以便便二二者者同同时时失失效效：q qC CV VC C=q=qA AV VA A，理理论论上上q qC C=（2.53.52.53.5）q qA A所所以以V VA
31、 A =（2.53.52.53.5）V VC C，对对其其他他体体积积比比实实验验，出出水水质变化不大，国内一般采用水水质变化不大，国内一般采用V VA A=（1.521.52）V VC C强碱树脂被水中污染物或毒物污染强碱树脂被水中污染物或毒物污染,FI,FI污染指数污染指数第39页，本讲稿共54页(4)(4)高纯水的制备与终端处理：高纯水的制备与终端处理：复复床床与与混混合合床床串串联联或或二二级级混混合合床床串串联联是是制制取取纯纯水水及及高高纯水的有效方法纯水的有效方法.强强 酸酸脱脱 气气 强强 碱碱 混混 合合 床床系系 统统:电电 阻阻 率率 10107 7 cmcm，硅含量，硅
32、含量0.02mg/L0.02mg/L；强强酸酸弱弱碱碱混混合合床床混混合合床床系系统统：电电阻阻率率 10107 7 cmcm以上，硅含量以上，硅含量0.005mg/L0.005mg/L电电子子工工业业用用水水水水质质要要求求同同时时去去除除水水中中全全部部电电解解质质和和水水中中的的微微粒粒及及有有机机物物；这这种种纯纯水水极极易易被被污污染染，在在适适用用之之前前要要进进行行终终端端处处理理，方方法法有有：紫紫外外线线杀杀菌菌、精精制制混混床床、超滤等。超滤等。第40页，本讲稿共54页 在在逆逆流流再再生生固固定定床床设设备备内内，按按一一定定比比例例装装填填强强、弱弱两两种种同同性性离离
33、子子交换树脂所构成的交换器，称双层床交换器。交换树脂所构成的交换器，称双层床交换器。由由于于强强、弱弱树树脂脂密密度度与与粒粒径径的的差差异异，密密度度小小，颗颗粒粒细细的的弱弱性性树树脂脂处处于于上上部部，密密度度大大、颗颗粒粒粗粗的的强强性性树树脂脂处处于于下下部部，在在交交换换器器内内形形成成上上下下两两层层，称双层床。称双层床。运运行行时时，水水自自上上而而下下，先先经经过过弱弱性性树树脂脂，后后经经过过强强性性树树脂脂，再再生生时时采采用用逆逆流流再再生生，再再生生液液自自下下而而上上，先先经经过过强强性性树树脂脂，后后经经过过弱弱性性树树脂脂，从从而而充充分分利利用用再再生生剂剂（
34、再再生生强强性性树树脂脂后后的的低低浓浓度度再再生生液液对对弱弱性性树树脂脂仍仍有有80100%80100%的效率）。的效率）。3、离子交换双层床：第41页，本讲稿共54页双层床的优点：双层床的优点：减减少少了了交交换换器器个个数数，简简化化了了系系统统，降降低低了了设设备备投投资资及及占占地地面积；面积；利利用用弱弱性性树树脂脂的的大大交交换换容容量量，应应用用逆逆流流串串联联再再生生，使使双双层层床床的的交交换换能能力力大大为为提提高高，特特别别是是强强碱碱树树脂脂增增强强了了除除硅硅能力；能力；再生剂比耗大为降低；再生剂比耗大为降低；排除的再生废液浓度降低；排除的再生废液浓度降低；强强碱
35、碱树树脂脂对对有有机机物物有有良良好好的的吸吸收收和和解解析析能能力力，从从而而减减缓了强碱树脂被有机物的污染状况。缓了强碱树脂被有机物的污染状况。第42页，本讲稿共54页第43页，本讲稿共54页第44页，本讲稿共54页（1）阳离子交换双层床：阳离子交换双层床即在同阳离子交换双层床即在同一交换器内装有弱酸和强酸两一交换器内装有弱酸和强酸两种树脂，借助于树脂湿真密度种树脂，借助于树脂湿真密度之差别，经反洗分层后，使弱之差别，经反洗分层后，使弱酸树脂位于上层，强酸树脂位酸树脂位于上层，强酸树脂位于下层，组成了如左图所示的于下层，组成了如左图所示的双层床。双层床。由于弱酸树脂以及逆流串联由于弱酸树脂
36、以及逆流串联再生的应用，使阳双层床的交换再生的应用，使阳双层床的交换能力提高，酸比耗降低，废酸量能力提高，酸比耗降低，废酸量亦显著减少亦显著减少第45页，本讲稿共54页再就离子交换过程来看，弱酸树脂主要用于去除水中碳酸盐硬度，强酸再就离子交换过程来看，弱酸树脂主要用于去除水中碳酸盐硬度，强酸树脂主要用于去除水中其余的阳离子树脂主要用于去除水中其余的阳离子(包括非碳酸盐硬度以及钠盐包括非碳酸盐硬度以及钠盐)。当原水从上而下流经弱酸树脂层，与当原水从上而下流经弱酸树脂层，与HCO3-结合的结合的Ca2Mg2为为H所取代，所取代，待进入强酸树脂层时，水中阳离子总量与原水相比已减少，但待进入强酸树脂层
37、时，水中阳离子总量与原水相比已减少，但Na占阳离占阳离子总量的百分比却增大。子总量的百分比却增大。这一情况本应造成这一情况本应造成Na泄漏率的增加，但因强酸树脂层经受高再生泄漏率的增加，但因强酸树脂层经受高再生水平的逆流再生，所以水平的逆流再生，所以Na泄漏率仍可保持低值，为了保证出水水质，强泄漏率仍可保持低值，为了保证出水水质，强酸树脂层高度应不低于酸树脂层高度应不低于80cm。至于弱酸树脂层，只要体积比选用恰当，其交换容量几乎全部发挥至于弱酸树脂层，只要体积比选用恰当，其交换容量几乎全部发挥作用，甚至达到饱和状态。作用，甚至达到饱和状态。在阳双层床中，弱酸，强酸树脂的体积比主要取决于树脂交
38、换容量与原在阳双层床中，弱酸，强酸树脂的体积比主要取决于树脂交换容量与原水水质，设计计算时，树脂体积比的选择应通过实验确定，亦可按下式进水水质，设计计算时，树脂体积比的选择应通过实验确定，亦可按下式进行初步估算：行初步估算：第46页，本讲稿共54页适用条件：硬度与碱度的比值接近于1或略大 于1而钠离子含量不高的水。弱酸树脂主要用于去除水中碳酸盐硬度，如硬度与碱度的比值太小，所需弱酸树脂层就很薄，失去了双层床的意义。过分增加弱酸树脂层的厚度，则强酸树脂层已经饱和，而弱酸树脂层的交换容量还未用尽，造成浪费。第47页，本讲稿共54页（2）阴离子交换双层床：两种树脂体积比：VW/VS=qs（SO42-
39、+Cl-）/qW（SiO32-+CO32-）其中：qs/qW=1/2 再用P429两条件校核：P429强碱树脂和逆流串联再生的采用给阴双层床增添了如下特点：P429胶体硅的出现：P429 采取的措施：第48页，本讲稿共54页（2 2）阴离子交换双层床）阴离子交换双层床：1.失效后应立即再生，以避免在长时间放置过程中，强碱树脂上的硅失效后应立即再生，以避免在长时间放置过程中，强碱树脂上的硅酸发生聚合，给再生带来困难，并影响下一周期的出水水质。酸发生聚合，给再生带来困难，并影响下一周期的出水水质。2.在再生过程中，不仅再生碱液要加热，而且要使交换器内温度保持约在再生过程中，不仅再生碱液要加热，而且
40、要使交换器内温度保持约40，这对于避免产生胶体硅以及降低出水硅含量都很重要。，这对于避免产生胶体硅以及降低出水硅含量都很重要。3.先用浓度先用浓度l的碱液以较快流速通过双层床，这一方面为了洗脱强碱的碱液以较快流速通过双层床，这一方面为了洗脱强碱树脂层的部分硅酸，另方面也使弱碱树脂层得到初步再生井及时提高树脂层的部分硅酸，另方面也使弱碱树脂层得到初步再生井及时提高其碱性，然后用浓度其碱性，然后用浓度3的碱液以正常流速进行再生。此外，亦可采用的碱液以正常流速进行再生。此外，亦可采用同一浓度同一浓度(2)的碱液以先快后慢的流速进行再生。碱液与树脂的接的碱液以先快后慢的流速进行再生。碱液与树脂的接触时
41、间约触时间约1h。阴双层床的再生操作步骤，除了再生后有时要进行反洗分层外，基本上与阴双层床的再生操作步骤，除了再生后有时要进行反洗分层外，基本上与单层床逆流再生相同。不过，再生条件要求更为严格。单层床逆流再生相同。不过，再生条件要求更为严格。第49页，本讲稿共54页四、特殊离子交换除盐系统：1、氢型精处理器（Hipol）：在复床后设置一高流速阳床以替代混合床。目的：克服混合床再生操作复杂，阴阳树脂难以彻底分开。原理：复床中的阳床容易泄漏钠离子，且阳床再生液氢氧化钠在阳床内残留，导致出水电解质主要是氢氧化钠。再经过一道阳床（即氢型精处理器）可简单彻底地去除钠离子：NaOH+RH=RNa+H2O第
42、50页，本讲稿共54页优点：高流速（100M/hr）时出水水质好。使用条件：只有复床出水水质达到规定要求时，才能取代混合床提纯水质。当阳床SiO2泄漏时，Hipol电导率上升，因此可替代硅表监视终点。2、其他特殊离子交换除盐系统：离子交换中和器Desal法SulBisul法热再生法第51页，本讲稿共54页五、树脂的污染与复苏处理：1，污染 树脂的污染主要是由于进水中的悬浮物、微生物、各种树脂的污染主要是由于进水中的悬浮物、微生物、各种无机物和有机物所致。污染的主要标志是，树脂工作交换无机物和有机物所致。污染的主要标志是，树脂工作交换容量下降，颜色变深、出水水质恶化。容量下降，颜色变深、出水水质
43、恶化。阳树脂的污染主要来自无机物，特别是阳树脂的污染主要来自无机物，特别是A13、Fe3等重金等重金属离子，这些离子与阳树脂之间的静电作用力极强，使树脂上一属离子，这些离子与阳树脂之间的静电作用力极强，使树脂上一部分活性基团转变成部分活性基团转变成Al和和Fe型，导致工作交换容量逐渐减小。型，导致工作交换容量逐渐减小。第52页，本讲稿共54页 天然水中的有机物天然水中的有机物(如腐植酸、富里酸如腐植酸、富里酸)对强碱阴树脂的对强碱阴树脂的污染主要是以范德华力为主的物理吸附，用通常的污染主要是以范德华力为主的物理吸附，用通常的NaOH再生方法难以洗脱。再生方法难以洗脱。此外吸附在阴树脂上的胶体二
44、氧化硅，用此外吸附在阴树脂上的胶体二氧化硅，用NaOH再生洗脱再生洗脱亦比较困难。而在运行中又会因不断水解而泄漏，导致出水漏亦比较困难。而在运行中又会因不断水解而泄漏，导致出水漏硅提前。而铁、铝，铜等重金属离子可能与其它无机离子或有硅提前。而铁、铝，铜等重金属离子可能与其它无机离子或有机物生成复杂的络合物，并以阴高于形态交换吸附到阴树脂上，机物生成复杂的络合物，并以阴高于形态交换吸附到阴树脂上，使树脂性能显著下降。使树脂性能显著下降。第53页，本讲稿共54页2，复苏处理：受无机阳离子污染的阳树脂通常用盐酸酸洗处理，必要时，受无机阳离子污染的阳树脂通常用盐酸酸洗处理，必要时，可辅以压缩空气擦洗。
45、可辅以压缩空气擦洗。受有机物污染的阴树脂可用受有机物污染的阴树脂可用5NaOH溶液进行处理。溶液进行处理。提高再生液温度可增大有机物的洗脱率。提高再生液温度可增大有机物的洗脱率。硅污染的阴树脂可用过量的碱再生液硅污染的阴树脂可用过量的碱再生液(约约40)进行再生，进行再生，受铁；铝等金属离子污染的阴树脂可浸泡在含受铁；铝等金属离子污染的阴树脂可浸泡在含1015HCl的高浓度溶液中约的高浓度溶液中约12h，可获得较好的除铁效果。用碱性氯化，可获得较好的除铁效果。用碱性氯化钠混合复苏液钠混合复苏液(4NaOH+10NaCl)处理受有机物污染的强处理受有机物污染的强碱阴树脂，复苏效果较为理想。碱阴树脂，复苏效果较为理想。第54页，本讲稿共54页