2. 水中杂质对膜和树脂的危害表现
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值控 制措施 ；
• 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。
2.1.1 阴离子树脂的构造
• 与阳离子类似，也分为两部分组成：空间网状结构的母体和活
性基团（解离出阴离子）按解离常数的大小可分为强碱性、弱 碱性树脂。
② 进水Na+含量要低，否则酸度低，水的碱度增大。 ③ 再生条件要求高：再生剂用量64~96KgNaOH/m3，再生液浓度
2~4%，再生时间大于1h。
④ 适当提高再生液温度，能改善再生效果，有利于提高下一周期出
水水质。一般对强碱I型控制在40~50℃，II型为35℃.
b) 弱碱树脂只能去除强酸离子
③ 纯水(去离子水)：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。剩余含盐量在1.0mg/L以下， 25摄氏度电阻率 1.0~10106 cm 。
④ 超纯水（高纯水）：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除到最低程度。 剩余含盐量应在0.1mg/L以下， 25摄氏度时电阻率10106 cm 以上。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。
• 强碱树脂：SO42->NO3->Cl->OH->F->HCO3->HSiO3• 弱碱树脂：OH->SO42->NO3->Cl-> HCO3• 置换序列是根据一定条件下树脂的活性基团对溶液中阴离子的
亲和力大小而定，亲和力大的先置换，亲和力小的排在后面。
• 上述序列强弱的明显区别是OH-的位置，显然一定条件下强碱性
➢ 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。
2.2 阴离子交换树脂的工艺特性
2.2.1 树脂对水中阴离子的选择性（置换序列）
• 区别：树脂在水中解离出阴离子，呈碱性，常用的阴离子交换
树脂是胺类树脂.
• 阴离子活性基团有四种：
强碱性基团
弱碱性基团
• 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：I型——碱性较强，除硅能力
理想纯水：理论上的纯水， 25摄氏度电阻率 18.3106 cm 。
水的分类（总溶解固体）
类型
海水 苦咸水 淡苦咸水 淡水
TDS（g/L）
举例
6000-50000 1500-6000 1000-1500
阿拉善1666， 塔里木河31751
天津塘沽1040
小于1000
1.2 海水（苦咸水）淡化与水的除盐方法
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。
• 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 微量苛性钠被突然出现 的弱酸所中和。生成硅 酸钠和碳酸氢钠，其导电性能低于氢氧化钠的缘故。
• 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。
树脂对OH-的亲和力小于弱碱性树脂。
2.2.2 工作原理 a) 强碱树脂可以去除强酸和弱酸的阴离子：
用氢型阳树脂＋羟型阴树脂除盐
➢ 天然水中常常含有一定量的硅，以H2SiO3形式存在，可
用强碱树脂将其去除，具体要求有：
① 进水呈酸性，在低PH值运行。此时硅酸以H4SiO4形式存在，有利
于交换进行，如酸性降低则以NaHSiO3形式存在，交换以后以离 解出大量的OH-，影响除硅效果。
（cm）。
根据工业用水对水质要求的不同，水的纯度分为四种
① 淡化水（一般除盐水）：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、苦咸水淡化属于这一类。
② 脱盐水（深度除盐水，相当于普通蒸馏水）：水中大部分强电解
质已去除，剩余含盐量约为1~5mg/L，水的电阻率为0.1~1.0106 cm 。
➢ 在中性溶液中，弱碱树脂不能与水中强酸根发生反应，对中性盐 类也没有分解能力。 ∴弱碱阴床设置在强酸阳床之后
2.2.3 树脂的再生
A.强碱树脂
• 只能用NaOH，浓度2%-4%，加热到49℃。 • 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。
• 闪蒸室的个数，称为级数，最常见的装置有20～30级,有些装置 可达40级以上。
1.3 进水水质预处理
• 进水水质预处理是水的淡化与除盐系统的一个重要
组成部分，是保证处理装置安全运行的必要条件。
• 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）。
1. 膜分离装置和离子交换器对进水水质的要求
• 流速要慢，约为2个床体积/h
B. 弱碱树脂
• 再生容易，再生剂选用NaOH、Na2CO3、NH4OH均
可R2SO4+Na2CO3+2H2O=2ROH+Na2SO4+H2CO3 RCl+NH4OH=ROH+HCl+NH3
• 因OH-与树脂的亲和力大，交换和再生都不可逆，易
被树脂吸附，所以再生剂用量少，碱比耗n=1.0-1.2。
➢ 多级闪蒸过程原理
• 将原料海水加热到一定温度后引入闪蒸室，由于该闪蒸室中的 压力控制在低于热盐水温度所对应的饱和蒸汽压的条件下，故 热盐水进入闪蒸室后即成为过热水而急速地部分气化，从而使 热盐水自身的温度降低，所产生的蒸汽冷凝后即为所需的淡水。
• 多级闪蒸就是以此原理为基础，使热盐水依次流经若干个压力 逐渐降低的闪蒸室，逐级蒸发降温，同时盐水也逐级增浓，直 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ其温度接近(但高于)天然海水温度。
深度除盐处理。
冷冻法海水淡化
• 冰是单矿岩，不能和其他物质共处，所以水在结晶过程中，会
自动排除杂质，以保持其纯净，冷冻法海水淡化正是利用这一 原理。
• 冻结海水时，盐分被排除在冰晶以外，冰晶形成时间越长，盐
分就越少，这是由于海水冻结的过程中会使一些盐分以盐胞的 方式夹杂在冰晶之间，冰晶外壁也会黏附上一些盐分，随着时 间的推移盐分会在冰体之间形成卤道，残留的高浓度盐水会沿 卤道慢慢向外排出。冰晶经过洗涤、分离、融化后即得到淡水。
④ 水中游离氯能对膜进行氧化，使树脂降解，出而对其含量有严
格要求。
第二节 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
2.1 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
离生成阴离子。
• 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。
除盐方法
a) 冷冻法 b) 蒸馏法：多级闪蒸——海水淡化的主要方法 c) 反渗透法：应用较多 d) 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
除盐方法
e. 离子交换法：主要用于淡水除盐，与膜法联合用于水的
第四章 苦咸水淡化与除盐
第一节 概述 第二节 离子交换除盐方法与系统 第三节 反渗透与超滤
第一节 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
1.1 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。 ① 水的含盐量：指水中阴阳离子浓度总含量（mol/L）。 ② 水 的 电 阻 率 ： 指 断 面 1 cm 1cm、 长 1 cm 的 水 所 测 得 的 电 阻
• 传统冷冻法海水淡化分为直接接触法、真空冷冻法和间接冷冻
法。
闪蒸法海水淡化
• 闪蒸就是高压的饱和液体进入比较低压的容器中后，由于压力 的突然降低，使这些饱和液体变成一部分的容器压力下的饱和 蒸汽和饱和液。
• 多级闪蒸是海水淡化工业中技术最成熟，运行安全性最高的方 法，弹性大，适合于大型和超大型淡化装置，主要在海湾国家 使用。
2.2.4 强碱树脂和弱碱树脂的比较
• 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酸，但再生剂耗量少，
n=1.0~1.2，维护费用低。
强碱阴离子交换器的运行过程
➢ 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
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 差得很多。 ③ 强酸树脂抗有机物污染的能力胜过强碱树脂，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 了再生剂耗量。
B. 强酸—弱碱—脱气系统