第周，第讲次课程名称：《水质工程学I》摘要第八章苦咸水淡化与除盐S8-1概述：授课题目（章、节）【目的要求】通过本讲课程的学习，学会建立的方法，的特点。【重点】【难点】内容【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】第八章苦咸水淡化与除盐$8-1概述：软化是去除水中的硬度，去除Ca和Mg淡化与除盐是去除水中的盐。一、水的纯度概念：常用，水中的含盐量和电阻率（电导率）来衡量。据水的纯度可分为四种：1、淡化水：一般指将高含盐量的水经局部除盐处理，成为生活及工业用淡水。海水、苦咸水的淡化。2、脱盐水：一般蒸馏水，水中强电解质已大部去除。含盐量1～5mg/L，25℃时电阻率0.1~1.0×10°gcm3、纯水：去离子水，水中强电解质绝大部已去除，弱电解质也去除到了一定程度，含盐量1.0mg/L以下，25℃电阻率为1.0~10×106Qcm
课程名称：《水质工程学 I》 第 周，第 讲次 摘 要 授课题目（章、节） 第八章 苦咸水淡化与除盐 § 8-1 概述： 【目的要求】通过本讲课程的学习，学会建立的方法，的特点。 【重 点】 【难 点】 内 容 【本讲课程的引入】 【本讲课程的内容】 第八章 苦咸水淡化与除盐 § 8-1 概述： 软化是去除水中的硬度，去除Ca2+和Mg2+ 淡化与除盐是去除水中的盐。 一、水的纯度概念： 常用，水中的含盐量和电阻率（电导率）来衡量。 据水的纯度可分为四种： 1、淡化水：一般指将高含盐量的水经局部除盐处理，成为生活及工业 用淡水。海水、苦咸水的淡化。 2、脱盐水：一般蒸馏水，水中强电解质已大部去除。含盐量1～5mg/L， 25℃时电阻率 0.1～1.0×106Ω㎝ 3、纯水：去离子水，水中强电解质绝大部已去除，弱电解质也去除到 了一定程度，含盐量1.0 mg/L以下，25℃电阻率为1.0~10×106Ω㎝
4、高纯水：超纯水（电子工业用的较多）水中导电的电介质几乎全部去除，微生物，气体，有机物等去除到最低。含盐量在0.1mg/L以下，25℃时电阻率10×10°gcm以上。（理论值18.3×106Qcm）二，淡化与除盐的方法：1、海水（苦咸水）淡化：蒸馏法，反渗透法，电渗折法，冷冻法，多级闪蒸法。29.40.IR.BUR.16.4014.10.2 12.00.818:800S1.8001.900##保##年份图22-1海水演化总客量的增长电渗折法，用于的苦咸水淡化较为经济。在淡水制备中常作为预处理用。看表22-1，各种海水淡化的耗能海水淡化方法的能耗淡化方法能耗(kWh/m)多级闪蒸法3037反渗透法8~14电渗析法8~1628冷冻法2、除盐：常用离子交换法，或与电渗折，反渗透联合使用。下表为制纯水的不同方法，出水水质（纯度）.离子交换法制取纯水的纯度（25℃）表22-2除盐方法除盐方达水的电阻率（10°n.cm）水的电阻率（10°acm）纯水理论值18,3离子交换复床-混合闲10以上离子交换复床0.1~1.0离子交换混合床甘酒蒸馆器5.00. 1
4、高纯水：超纯水（电子工业用的较多）水中导电的电介质几乎全部 去除，微生物，气体，有机物等去除到最低。含盐量在0.1mg/L以下， 25℃时电阻率 10×106Ω㎝以上。（理论值 18.3×106Ω㎝） 二．淡化与除盐的方法： 1、海水（苦咸水）淡化：蒸馏法，反渗透法，电渗折法，冷冻法，多 级闪蒸法。 电渗折法，用于的苦咸水淡化较为经济。在淡水制备中常作为预处理 用。看表22-1，各种海水淡化的耗能， 2、除盐：常用离子交换法，或与电渗折，反渗透联合使用。下表为制 纯水的不同方法，出水水质（纯度）
三．进水水质预处理：某些谈化除盐工艺如：电渗折，离子交换，反渗透等。对进水有一定的水质要求，否则将损害这些工艺设备，所以对进水要求预处理：1、预处理内容：悬浮物，有机物，胶体物质，微生物，及有害物质铁，锰等。旗分离、离子交换装置对进水水质指标的要求装22-3渗透项目电港桥离于交换卷式膜中帘纤维膜道流再生<2油度 (度）1-3<0.5<0.3流再生<5色度（度）清清<3污染指数日值3~5pH值4~74--115 ~ 40<40水（C)15 ~ 3513~35化学耗氧盐（mgO/L）<3<2~3<1.5<1.5微高等(mg/L)<0.1<0.100.21.0总铁(mg/L)<0.3<0.30.05≤0.05锰(mg/L)<0.12、污染指数FI：FI一一在规定压力和时间的条件下，滤膜通过一定水量时的阻塞率（是对水中杂质影响反渗透的一种描述）例：42.7nm的微孔滤膜，在0.3MPa下初始滤过500ml水需时间t1，经过15min后再滤过500ml水需时间t2，则FI值计算：1001.FI=15min3、各种杂质对膜和树脂的危害：（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，使脱盐效率降低；（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；（3）水中无机离子主要是高价离子（如铁、锰等）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、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pH值措施：（4）水中游离氯能对膜进行氧化，使树脂降解，因而对其含量有严格
三．进水水质预处理： 某些谈化除盐工艺如：电渗折，离子交换，反渗透等。 对进水有一定的水质要求，否则将损害这些工艺设备，所以对进水 要求预处理： 1、预处理内容：悬浮物，有机物，胶体物质，微生物，及有害物 质铁，锰等。 2、污染指数FI ： FI——在规定压力和时间的条件下，滤膜通过一定 水量时的阻塞率（是对水中杂质影响反渗透的一种描述） 例：42.7nm的微孔滤膜，在0.3MPa下初始滤过500ml水需时间t1，经 过15min后再滤过500ml水需时间t2，则FI值计算： 15min 100 1 2 1 = − t t FI 3、各种杂质对膜和树脂的危害： （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 效率降低； （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； （3）水中无机离子主要是高价离子（如铁、锰等）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、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pH值措施； （4）水中游离氯能对膜进行氧化，使树脂降解，因而对其含量有严格
要求
要求
硬度$8-2离子交换除盐方法与系统碱度一、阴离子交换树脂的工艺特性1、树脂结构：固定部分骨架（母体）一一活性基团活动离子例：季铵型CH,N(CH3)*OH即ROH阴离子交换树脂分为：强碱型阴离子交换树脂：季铵型RNOH弱碱型阴离子交换树脂：伯、仲、叔铵型R-NH.OH伯铵型1仲铵型R=NH2OH叔铵型R=NHOH强碱树脂又分为：I型一一碱性大除硅能力大，适用于制取纯水。ⅡI型一一交换容量大于I型。2、不同结构类型树脂的特点：（1）凝胶型一一具有溶胀性，易破碎磨损，机械强度低，胶联度底不均匀，容易被有机物堵塞孔道。（2）大孔型一一孔比较大，交换速度快，抗有机污染能力强，价高，再生剂用量高。（3）均孔型（等孔）一一孔道均匀，交换容量高，对有机物的吸附与洗脱效果好
碱度 硬度 §8-2 离子交换除盐方法与系统 一、阴离子交换树脂的工艺特性 1、树脂结构： 固定部分 骨架（母体）——活性基团 活动离子 例：季铵型 CH2N(CH3) + OH－ 即 ROH 阴离子交换树脂分为： 强碱型阴离子交换树脂：季铵型 R NOH 弱碱型阴离子交换树脂：伯、仲、叔铵型 R－NH3OH 伯铵型 R＝NH2OH 仲铵型 R≡NHOH 叔铵型 强碱树脂又分为： Ⅰ型——碱性大除硅能力大，适用于制取纯水。 Ⅱ型——交换容量大于Ⅰ型。 2、不同结构类型树脂的特点： （1）凝胶型——具有溶胀性，易破碎磨损，机械强度低，胶联度底， 不均匀，容易被有机物堵塞孔道。 （2）大孔型——孔比较大，交换速度快，抗有机污染能力强，价高， 再生剂用量高。 （3）均孔型（等孔）——孔道均匀，交换容量高，对有机物的吸附与 洗脱效果好
3、强碱、弱碱树脂的工艺特点与区别比较：强碱树脂：（1）与强、弱酸均能进行反应，可去除水中的硅，出水呈中性。（2）交换选择顺序：SO>NO3>CI>F>HCO3>HSi03（3）不易再生，用HaOH再生，用量高，一般是理论值的2倍。（4）交换运行曲线：以硅开始泄漏为失效点。弱碱树脂：（1）只能与强酸性阴离子起交换反应（因为OH不易离解出来）不能除硅。（2）交换选择顺序：SO>NO3>CI>0H>F>HCO3>HSi03（3）再生容易，再生剂用量少，浓度可低。（4）交换运行曲线：以C1开始泄漏为失效点都在再生后进行两次靖洗消选排水总密解国体-原水总游解因体清洗排水总器解固水总密解思体A合件乐楼成质电导书运行阶段F一诺行阶段醇洗水潜*薄水图22-2强破朗离子交换器的运行过程曲线图22-3弱碱阴离子交换器的运行过程曲线4、强碱树脂除硅的工艺要求：（1）进水呈酸性，硅化物以H,S:0形式存在，如呈碱性，则：ROH+NaHS,O3-RHS;O+NaOHNaOH离解为OH使反应受抑制，会有NaHSO3漏出。（2）阳床漏Na要低。是为了提高除硅效果。（3）再生程度要高
3、强碱、弱碱树脂的工艺特点与区别比较： 强碱树脂： （1）与强、弱酸均能进行反 应，可去除水中的硅，出水呈中性。 （2）交换选择顺序： SO2- 4＞NO- 3＞Cl-＞F -＞HCO- 3＞HSiO- 3 （3）不易再生，用HaOH 再生，用量高，一般是理论值的2倍。 （4）交换运行曲线：以硅开始泄漏为失效点。 弱碱树脂： （1）只能与强酸性阴离子起交换反应（因为OH-不易离解出来）不能 除硅。 （2）交换选择顺序：SO2- 4＞NO- 3＞Cl-＞OH- ＞F -＞HCO- 3＞HSiO- 3 （3）再生容易，再生剂用量少，浓度可低。 （4）交换运行曲线：以Cl-开始泄漏为失效点 都在再生后进行两次靖冼 4、强碱树脂除硅的工艺要求： （1）进水呈酸性，硅化物以H2SiO3形式存在，如呈碱性，则： ROH+NaHSiO3→RHSiO3+NaOH NaOH 离解为 OH-使反应受抑制，会有 NaHSiO3漏出。 （2）阳床漏Na+要低。是为了提高除硅效果。 （3）再生程度要高
二、复床除盐：什么叫复床：指阳床和阴床串联使用的方式。出水（一）强酸一脱气一强碱系统：图22-4强酸-脱气一强碱系统由强酸阳床一除CO，器一强碱阴床，串1一强般阳床：2一强就阴床3一除二氧化碳器：4--中间水霜：5一水系联组成。1、各设备功能：（1）强酸阳离子交换：[Ca(HCO,)2H,Co,RCaMgsO4H,SO4RH+RMgNaCIHCIRNaNaHS,OH,S,O3（2）脱气：HCO3→CO21+H20（3）强碱阴离子交换：H,CO,微量RHCO,RSO4H,SO4ROH++H,0HCIRCIH,S,O,RHS,O,2、适用条件：原水含盐量不大于500mg/1为宜。重碳酸盐占比例大时，制取脱盐水。3、出水水质：为脱盐水电阻率可达0.1×10°Q·cm以上；硅含量在0.1mg/1以下4、原水为什么先进阳床：（1）因先进阴床，形成碱性水，易形成CaCO3、Mg(OH)2沉淀结水垢。（2）阴床中强碱树脂在酸性条件下，容易交换反应，除硅效果好。（3）强酸树脂抗有机物污染能力强，并起过滤作用
二、复床除盐： 什么叫复床：指阳床和阴床串联使用的方 式。 （一）强酸—脱气—强碱系统： 由强酸阳床—除 CO2器—强碱阴床，串 联组成。 1、各设备功能： （1）强酸阳离子交换： + → + 2 i 3 2 4 2 3 i 3 4 3 2 H S O HCl H SO H CO RNa RMg RCa NaHS O NaCl MgSO Ca(HCO ) RH （2）脱气： H2CO3→CO2↑+H2O （3）强碱阴离子交换： H O RHS O RCl RSO RHCO H S O HCl H SO H CO ROH 2 i 3 4 3 2 i 3 2 4 2 3 + → + 微量 2、适用条件： 原水含盐量不大于 500mg/l 为宜。 重碳酸盐占比例大时，制取脱盐水。 3、出水水质：为脱盐水 电阻率可达 0.1×106Ω·cm 以上； 硅含量在 0.1mg/l 以下 4、原水为什么先进阳床： （1）因先进阴床，形成碱性水，易形成CaCO3、Mg(OH)2沉淀结水垢。 （2）阴床中强碱树脂在酸性条件下，容易交换反应，除硅效果好。 （3）强酸树脂抗有机物污染能力强，并起过滤作用
（4）先进阳床，可去除CO2后，再进阴床，可减轻阴床负担。（二）强酸一弱碱一脱气系统：1、适用条件：（1）原水中强酸性阳离子含量大。（2）不要求除硅的情况下。2、优点：利用了弱碱树脂容易再生的优点，达到了节省再生剂的目的。再生剂可用NaOH、Na2CO3或NaHCO33、脱气塔的位置：若用Na2CO.或NaHCO再生，脱气在弱碱柱之后，柱中反应：RHCO,[RSO.]HSO+H,CORCO,HCIRCI脱气+C021 +H20若用NaOH再生，脱气在弱碱柱前后均可。（三）强酸一脱气一弱碱一强碱系统：图22-5强酸一脱气-弱碱-殖碱累统1一弧酸阳床：2一寻威阴床：3蛋碳明床：4-除二风化碳器：5一中间水霜：6一水系1、加双碱目的：弱碱柱去除强酸阴离子，强碱柱主要去除硅。再生采用串联再生方式，省再生剂。2、适用条件：碱度和强酸阴离子含量比较大的情况：有机物含量较高，要求除硅。三、混合床除盐：（一）基本原理与特点：1、什么叫混合床：阴阳离子交换树脂装在同一交换器内，再生时使之分层再生，使用时，先将其均匀混合，就构成了混合床
（4）先进阳床，可去除CO2后，再进阴床，可减轻阴床负担。 （二）强酸—弱碱—脱气系统： 1、适用条件： （1）原水中强酸性阳离子含量大。 （2）不要求除硅的情况下。 2、优点：利用了弱碱树脂容易再生的优点，达到了节省再生剂的目的。 再生剂可用 NaOH、Na2CO3或 NaHCO3 。 3、脱气塔的位置： 若用Na2CO3或NaHCO3再生，脱气在弱碱柱之后，柱中反应： 2 3 2 4 4 2 2 RSO HCl H SO RCO RHCO H CO RCl + → + 脱气 CO2↑+H2O 若用NaOH再生，脱气在弱碱柱前后均可。 （三）强酸—脱气—弱碱—强碱系统： 1、加双碱目的：弱碱柱去除强酸阴离子，强碱柱主要去除硅。再生采 用串联再生方式，省再生剂。 2、适用条件：碱度和强酸阴离子含量比较大的情况： 有机物含量较 高，要求除硅。 三、混合床除盐： （一）基本原理与特点： 1、什么叫混合床： 阴阳离子交换树脂装在同一交换器内，再生时使 之分层再生，使用时，先将其均匀混合，就构成了混合床
2、基本原理：阴阳脂混在一起，就形成了无数多的复床，对水进行反复脱盐。RH+ROH+NaC1RNa+RC1+H2C3、特点：（1）出水纯度高：选择性系数[RNa[RC][H,O]cr1K=Kr Kor'Ku.o[RH IROH INaCi](k- [RNa][H+] [RC)]OH-] [H,]K:[RH]Na'] [ROH ]CT] [HOH]KNG'-一阳树脂的选择系数KC—阴树脂的选择系数KH,o—水的离子积;K一阴、阳混合树脂的选择系数。交联度为8～10%的H型强酸树脂对Na的选择系数为1.5~2.0。交联度为8%的OH型强碱树脂对C1的选择系数为2.0。22℃度水的离子积1×10-14K=(3~4)X1014（2）出水水质稳定：工作条件发生变化时，出水所达的最高纯度值并不变。（3）间断运行影响小：混床投入2~3分钟可达出水要求，而复床要10分钟。（4）交换终点明显。4、缺点：（1）交换容量利用率低，大约有10%不能利用。（2）对有机物污染敏感。（3）再生操作复杂。（4）磨损较大
2、基本原理：阴阳脂混在一起，就形成了无数多的复床，对水进行反 复脱盐。 RH+ROH+NaCl→RNa+RCl+H2O 3、特点： （1）出水纯度高: 选择性系数 H O Cl OH Na H RH ROH NaCl K RNa RCl H O K K K 2 2 1 = = − − + + = − + − − + + H OH H O ROH Cl RCl OH RH Na RNa H K 2 + + Na H K ——阳树脂的选择系数; − − Cl OH K ——阴树脂的选择系数; KH2O ——水的离子积; K ——阴、阳混合树脂的选择系数。 交联度为 8～10%的 H 型强酸树脂对 Na 的选择系数为 1.5～2.0。 交联度为8%的OH型强碱树脂对Cl-的选择系数为2.0。 22℃度水的离子积 1×10-14 K=(3～4)×1014 （2）出水水质稳定：工作条件发生变化时，出水所达的最高纯度值 并不变。 （3）间断运行影响小：混床投入2~3分钟可达出水要求，而复床要 10分钟。 （4）交换终点明显。 4、缺点： （1）交换容量利用率低，大约有10%不能利用。 （2）对有机物污染敏感。 （3）再生操作复杂。 （4）磨损较大
5、应用：常把混合床放在复床系统的最后，作为把关用，再生周期可达1000多小时。（二）装置及再生方式：1、再生方式：（1）体外再生：91）用专门的再生床进行再生。2）分别在不同的交换器内再生。向（2）体内再生：1）分别再生：图22-7混合床体外再生示意A：碱液通过阴、阳树脂1一限合床：2一再生器，3一忙存器B：酸、碱分别通过阴、阳树脂2）同时再生：酸、碱分别通过阴、阳树脂再生。下图为混合床体内酸碱分别再生示意图。243156排水NaOH水水排气水原水反洗水空气正洗排水水EC1水图22-6混合床体内酸、碱分别再生示意进水布骤：同时再生：很少见。一废液2、装置：中间多了一个排水装置。（三）高纯水制备与终端处理：再生液出水1、系统：图22-8阳离子交换双层床（1）强酸一脱气一强碱一混合床系统：1一弱酸树脂；2一强酸树脂
5、应用：常把混合床放在复床系统的最后，作为把关用，再生周期可 达1000多小时。 （二）装置及再生方式： 1、再生方式： （1）体外再生： 1）用专门的再生床进行再生。 2）分别在不同的交换器内再生。 （2）体内再生： 1）分别再生： A：碱液通过阴、阳树脂 B：酸、碱分别通过阴、阳树脂 2）同时再生：酸、碱分别通过阴、阳树脂再生。 下图为混合床体内酸碱分别再生示意图。 布骤： 同时再生：很少见。 2、装置：中间多了一个排水装置。 （三）高纯水制备与终端处理： 1、系统： （1）强酸—脱气—强碱—混合床系统：