华北理工水质工程学教案08苦咸水淡化与除盐.docx

课程名称：水质工程学I第_周，第24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§8-2离子交换除盐方法与系统【目的要求】通过本讲课程的学习，学会建立的方法，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Cf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：一般蒸僧水，水中强电解质已大部去除。含盐量15mgL,25°C时电阻率0.1-1.OXlOliQcm3、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Lonlg/L以下，25电阻率为1.010X6Qcm4、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.lmgL以下，25时电阻率IoXlo6Qcm以上。（理论值18.3×1O6cm）二.淡化与除盐的方法:1海水（苦咸水）淡化：蒸储法，反渗透法，电渗折法，冷冻法，多级闪蒸法。海*演化方建的唯俄化”£*(hVM1)»12、年纯加寤常用离子交换法*邮同方法，出水水质30-37或与电渗折，联合使用。下表为制,（纯度）一2。一（e*Rl*IJSV）2T2*it&V4,Qf>BttAA常为1*夙MIis)MC*Bo.l*i.0建水水质预处电RTtBXItIIdHt34SVltt±1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，镒等。H4*于空H.UKU*rIT色食）-Vl«一2：漏染指数FI：FI一一在规定，施山肺的谢素率（是对水中聚质景£!9KJj<a.>,%4%的加的微孔滤、生VZ<$长力和时间的;2响反核透的一<.1降下初始st<.sI<>>J-JO条件卡，滤膜通过一定<.s<.s一种描述）<.<,MSOQN水需时眸，经过15min后再滤过50Oml水需时间t2,则Fl值计算:、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、锌等）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。§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：c固定部分骨架(母体)一一活性基团YI活动离子例：季钱型CH2N(CH3),0H即ROH阴离子交换树脂分为：强碱型阴离子交换树脂：季钱型R)11弱碱型阴离子交换树脂：伯、仲、寂较型R-NH3OH伯筱型R=NH2OH仲铉型RNHOH叔钱型强碱树脂又分为：I型一一碱性大除硅能力大，适用于制取纯水。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。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：S021>N03>C>F>HCO3>HSiO3（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:SO21>NO3>C>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C开始泄漏为失效点都在再生后进行两次靖洗22« lt I E4.4、强碱树脂除硅的工艺要求：（1）进水呈酸性，硅化物以HzSa形式存在，如呈碱性，贝ij：R0H+NaHSi03-*RHSi03+Na0HNaOH离解为OH使反应受抑制，会有NaHSa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。（一）强酸一脱气一强碱系统：由强酸阳床一除C器一强碱阴床，串联组成。1、各设备功能：(1)强酸阳离子交换：fCa(HCO3)21H2CO3IMgSO4"H9SO4RH+44RMgy+424NaCIHCIRNaNaHSiO3JH2SiO3(2)脱气：H2CO3-CO2f+H2O(3)强碱阴离子交换：H2CO3BlfRHCO3H2SO4RSO4Re)H+424'<4+HQHClRCI2H2SiO3rhs1o3.2、适用条件：原水含盐量不大于500mgl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.IX1（）6Q加以上；硅含量在0.lmg/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。（4）先进阳床，可去除COZ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NaHCo3。3、脱气塔的位置：若用NeCOs或NaHCo3再生，脱气在弱碱柱之后，柱中反应：RHCO2RCO2H2SO4HClRSO4RCl+H2CO3>C021+H2O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:N气区Im.2IUtI，,*-tc1、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+NaC1-RNa+RC1+H203、特点：（1）出水纯度高：选择性系数_RNalRClI%。_Na-ciRHlROHlNaClKofrKHWRMRCilpH-_H.O回RHfNa+rohJcK祟阳树脂的选择系数；K鲁阴树脂的选择系数；UnKHq水的离子积；K阴、阳混合树脂的选择系数。交联度为810%的H型强酸树脂对Na的选择系数为1.52.O0交联度为8%的OH型强碱树脂对Cr的选择系数为2.Oo22度水的离子积IX10”K=（34）XlO"（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23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IOoO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:D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。IW2，戏台皂承II-QT，-CK226混合床体内ILIt分踊再生示意下图为混合床体内酸碱分别再生示意图。M22 b Rmf交$及a东 1 1MKf. 12TM布骤：同时再生：很少见。2、装置：中间多了一个排水装置。()高纯水制备与终端处理：1系统：(1)强酸一脱气一强碱一混合床系统:出水电阻率可达IOXlO6。cm硅含量0.02mgl的水平(2)强酸一弱碱一脱气一混合床系统:出水电阻率可达IoXlO°Ccm硅含量0.005mgl的水平。（3）强酸一脱气一弱碱一强碱一混合床系统：出水同上。目的：节省再生液2、终端处理：（后处理）电子工业用高纯水使用前进行紫外线杀菌，精制混床，超滤。四、氢型精处理器：（HiPOI）1、目的：在复床后设置一高流速阳床，代替混合床，去掉混合床。可克服混合床的复杂的再生工艺。2、原理：复床出水不纯净，主要因阳床漏Na；和阴床再生液NaOH不净所致。再经一道阳床（氢型精处理器）RH+NaOHRNa+H2O3、特点：（1）流速高时，（100mh）出水水质好。（2）当阴床Si2泄漏时，氢型精处理器出水导电率上升，可代替硅表监视终点。4、使用条件：只有当复床出水水质达到规定要求，才能取代混合床提纯水质。五、离子交换双层床：特点：再生剂可充分利用。在同一个交换器内有同性不同型号的两种树脂所组成。（一）、阳离子交换双层床：在交换柱内装有强酸，弱酸两种树脂，因比重不同，而分层，湿真比重差大于0.09gml有利分层。1优点：（1）设备可简化，节省投资。（2）可降低再生剂用量。（3）在强酸树脂层不低于80CnI时，漏Na'量保持低值。（4）弱酸与强酸树脂体积保持恰当，弱酸树脂可全部发挥作用。2、弱、强酸和树脂体积的计算:%纥出二Hc-03%E叩强 - H +C(N优)+0.30.3出水剩余碱度mmol/1Hc一一进水碳酸盐硬度或碱度mmol/1c(Na4)进水Na.离子浓度mmol/1EOP为、EOP强弱、强酸树脂工作交换容量mmol/1C(ZK)=c(yCa2+%Mg2+Na)c(K)进水总阳离子浓度mmol/1。C(TCa2+gMg?+)=Hn+HcV_EopyHc-0.3瓦-Eop累C(EK)-HC+0.34、适用条件: