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8.1 概述 8.1.1 水的纯度. 淡化水 : 高含盐水淡化后的水 ; 脱盐水 : 相当于蒸馏水 , 剩余含盐量 1~5mg/L (3) 纯水 : 也叫去离子水 , 含盐量 < 1.0mg/L (4) 高纯水 : 又称超纯水 , , 含盐量 < 0.1 mg/L. 蒸馏法:居主导地位 反渗透法:近年来发展迅速 电渗析法 : 具有广阔的应用前景 冷冻法 : 处于探索和研究阶段. 淡化. 8.1.2 海水 ( 咸水 ) 淡化与水的除盐方法 :. 除盐 : 离子交换法

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8.1 概述 8.1.1 水的纯度

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Presentation Transcript


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8.1概述8.1.1 水的纯度

淡化水:高含盐水淡化后的水;

脱盐水:相当于蒸馏水,剩余含盐量 1~5mg/L

(3) 纯水:也叫去离子水 , 含盐量 <1.0mg/L

(4) 高纯水:又称超纯水, , 含盐量 <0.1 mg/L


8 1 2

  • 蒸馏法:居主导地位

  • 反渗透法:近年来发展迅速

  • 电渗析法:具有广阔的应用前景

  • 冷冻法:处于探索和研究阶段

淡化

8.1.2 海水(咸水)淡化与水的除盐方法:

除盐: 离子交换法

也可与电渗析或反渗透法联合用于水的深度除盐处理,但对进水水质有要求-----书P422,表


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  • 常规方法:混凝—沉淀—过滤—消毒

  • 机械过滤

  • 微孔过滤

  • 活性炭吸附(有机物浓度高时)

对被处理水进行预处理,可去除水中的悬浮物,有机物,胶体物质,微生物,细菌和某些有害金属.


8 2 8 2 1

8.2离子交换除盐方法与系统8.2.1 阴离子交换树脂的工艺特性

阴离子交换树脂通常是在粒状高分子化合物母体的最后处理阶段导入伯胺,仲胺或叔胺基团而构成的.

板书讲解.


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(1) 强碱树脂的工艺特性

用途:

主要用来去除镜H离子交换出水中的酸根离子,如Cl-,SO42-,SiO32-等,可作为除盐过程的第二步.


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反应:

ROH + HCl → RCl + H2O

ROH + H2SO4→ RHSO4 + H2O

2ROH + H2SO4→ R2SO4 + 2H2O

ROH + H2CO3→ RHCO3 + H2O

ROH + H2SiO3→ RHSiO3 + H2O

强碱树脂的选择性顺序:

SO42- > NO3-> Cl- > F- > HCO3- > HSiO3-


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(2) 弱碱树脂的工艺特性

只与强酸离子反应,而不与弱酸离子反应

反应:

R-NH3OH + HCl → R-NH3Cl + H2O

2R-NH3OH + H2SO4→ (R-NH3)2SO4 + 2H2O

因此,弱碱阴床往往设置在强酸阳床之后.


A b c

弱碱树脂的优点:

a.再生剂用量少;

b.交换容量比强碱树脂高;

c.抗有机污染的能力强,因此,常设置在强碱阴床之前,可减轻树脂的负荷,还能保护其不受有机物的污染.


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对水进行除盐处理时,根据不同的进水水质及不同离子交换床的特点可选择不同床联用:复床,混合床,双层床.

8.2.2 复床除盐:

阴,阳离子交换器串联使用,达到水除盐的目的.


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(1) 强酸—脱气—强碱系统

  • 阳床:去除Ca2+,Mg2+,Na+

  • 阳床:去除SO42-,Cl-,HCO3-,HSiO3-


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强碱阴床设置在强酸阳床之后,是因为:

课本P426---1)---4)


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(2) 强酸脱气—弱碱---- 强碱系统

去除弱酸

阴离子,硅

去除强酸

阴离子


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强碱阴床设置在强酸阳床之后,是因为:

课本P426---1)---4)


8 3 4

8.3.4电流效率与极限电流密度

(2)极限电流密度:

电流密度:电渗析器允运行时,单位面积膜通过的电流.

@ 膜界面现象会限制工作电流密度.


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浓差极化:

扩散物质的通量:

Φ = D (c-c’) /δ.1000

Φ—单位时间单位面积通过物质的量,mmol/(cm2.s)

D—膜扩散系数, cm2/s

c,c’—界面层两侧溶液的物质的量浓度mmol/L

δ– 界面层厚度,cm


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平衡时:


8 3 5

8.3.5极化与沉淀

在膜界面现象中:

极化:阳膜的淡室一侧

沉淀:阴膜的浓室一侧


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8.3.5极化与沉淀

沉淀:当阴膜淡室一侧出现水的离解,产生的 OH-迁移通过阴膜进入浓室,使其pH值上升,出现CaCO3及Mg(OH)2沉淀.

危害: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


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防止和消除结垢的主要措施


8 2 3

8.2.3混合床除盐

定义: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.

床中阴阳树脂紧密接触,构成无数微型复床,反复进行多次除盐,出水纯度高.

混合床反应:

RH + ROH + NaCl → RNa + RCl + H2O


2 h oh h 2 o

(2) 特点:

优点:

H+与 OH- 立即化合为H2O,使去离子作用在中性条件下进行,因此,出水纯度高,水质稳定,失效终点明显;

不足:

再生时阴阳树脂很难彻底分层.


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混合床体内再生:


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当前制取纯水及高纯水的有效方法:

复床与混合床串联:

二级混合床串联:

强酸---脱气---强碱---混合床

强酸---弱碱---混合床---混合床


8 2 4

8.2.4离子交换双层床


1 0 09g ml 111 001 11

(1) 阳离子交换双层床:

要求:

两种树脂的密度差>0.09g/mL

弱酸111与强酸001×11相配使用

弱酸树脂:去除水中碳酸盐硬度;

强酸树脂:水中非碳酸盐硬度及钠盐.


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弱-强酸树脂的体积比:


1 1 na

阳双层床适用场合:

硬度 / 碱度= 1或 > 1,Na+含量不大


2 301 201 7

(2) 阴离子交换双层床:

要求:

弱碱301与强碱201×7相配使用

上层弱碱:强酸阴离子;

下层强碱:弱酸阴离子.


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(2) 阴双层床的特点:

交换能力显著提高,出水量增加

碱比耗减少,废碱量降低

对原水含盐量的范围有所扩大

能提高出水水质,减少硅含量

对于用工业低质碱液的适应性强


3 40 1 3

(3)阴双层床再生工艺措施:

失效后立即再生,避免硅酸聚合

再生过程中对温度的要求(碱液加热,40℃)

1%碱液快速流过双层床

3%的碱液以正常流速进行再生


1 500 mg l 2 500 mg l

水的除盐处理:

(1) 原水含盐量< 500 mg/L:

离子交换除盐系统

(2) 原水含盐量> 500 mg/L:

电渗析---离子交换除盐系统

反渗透---离子交换除盐系统


8 2 5

8.2.5树脂的污染与复苏处理

污染:进水中的悬浮物质,微生物,各种无机物和有机物对树脂所造成的污染;

处理:

a.无机阳离子污染的阳树脂:HCL酸洗

b.有机物污染的阳树脂:5%NaOH洗

c.硅污染的阴树脂:过量碱再生液(40℃)

d.金属离子污染的阴树脂:10%~15%HCL浸泡 12h


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实例:用弱酸性树脂处理高碱度低硬度水

实验流程:

(1)采用浮动床:水自下而上逆流通过树脂使CO2随出水一起流走

(2)H+-Na+两柱串联

(3)两柱之间有脱气塔


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树脂的选型:弱酸树脂

(1)弱酸树脂对如NaCl 等中性盐类的分解能力

很弱;

(2)弱酸树脂柱的出水pH 值比强酸树脂柱出水

的pH 值0~1 高得多, 减轻了Na+ 柱负担从而有效地提高了Na+ 交换柱的利用率

(3)弱酸树脂具有交换容量大容易再生和再生剂比耗小


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实验设备及条件:

H+ 交换柱:Ф22 1mm 玻璃柱,树脂装填200ml,浮动床,水流速40m/h

Na+ 交换柱:Ф32 1mm 玻璃柱,树脂装填450ml,固定床,水流速18m/h

两个树脂柱的床层高均约500mm

脱气塔:Ф50 1000mm有机玻璃塔,塔内填料为Ф5mm 的塑料阶梯环,填料层高度0.8m


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