離子交換制備除鹽水實驗

1. 如何製作除鹽水

除鹽水
desalted water
除鹽水含很少或不含礦物質，通過蒸餾、反滲透、離子交換或這些方法的結合可以做這點。
對心臟病和癌症的研究表明，健康的水是有一定硬度、含一定TDS的水。除鹽水作為一種人工軟化或純化的水，不含鈣、鎂，總溶解固體也很低，飲用它不利於健康。
然而許多人出於自己的考慮仍舊飲用它，通常他們會這樣想：我知道應該喝水，可是水被氯等各種化學物質和有毒金屬污染，一點兒也不安全，所以我買了蒸餾器或反滲透裝置，它們可以將水中所有物質去除，這樣水就適於飲用了。這些話聽起來耳熟嗎？
當我們這樣想時，我們只看到了事物的一部分，而不是整體。我們只強調了水中有害成分，卻不了解有益的成分。為了喝到健康的水，我們必須從兩方面看問題：我們要大幅度減少或消除有害物質，但仍需保留水中有益的礦物質。 大多數情況下，適當的過濾系統或合適的瓶裝礦泉水能達到要求——除鹽水卻不能！
贊成喝脫鹽水的人稱水中無機礦物質（如鈣、鎂、硒等）不能被新陳代謝，因而不會導致健康問題，但這是不對的。
事實上，水中的礦物質要比食物中的更易、更好地被人體吸收！礦物質新陳代謝理論權威 John Sorenson博士（西葯化學家）說：「飲用水中的礦物質能很好地被吸收。」他發現參與新陳代謝的主要金屬元素與非主要元素的比例受水中主要元素數量的影響非常的大；如果所需主要元素得到滿足，就很少有或沒有非主要元素的吸收，非主要元素就會被排泄掉。
舉個例子來說，如果水中鈣、鎂含量高而鉛含量低，人體會選擇主要元素(鈣、鎂)，而將非主要元素（鉛）排泄掉；但如果鈣、鎂含量也低，細胞就可能選擇非主要元素鉛，從而導致蛋白質或酶的機能發生障礙。如果發生這種情況，蛋白質或酶就可能變得有毒。
蒸餾器和反滲透裝置能夠生產出軟化的、不含任何礦物質的脫鹽水， 這種軟水中任何有害物質的作用都會被放大，脫鹽水中少量的有害物質就會比硬水中同等量的有害物質對我們的健康產生更有害、更消極的作用。 所以，出於完全不同的原因，喝被污染的水和除鹽水都會對我們的健康造成傷害

2. 離子交換器的工作原理

工作原理就是離子的交換。
運行時：陽樹脂(H-R)+(M+)-->：(M-R)+(H+)
陰樹脂(OH-R)+(X-)-->：(X-R)+(OH-)
其中M+為金屬離子，X-為陰離子。
再生過程為其逆過程。
離子交換器的失效控制
離子交換除鹽水處理最簡單的流程為 陽床-陰床 組成的一級復床除鹽系統。有的一級復床除鹽系統採用單元制，即每套一級復床除鹽系統包括 陽床、（除碳器）、陰床各一台，在離子交換除鹽運行過程中，無論是陽床還是陰床先失效，都是同時再生；還有的一級復床除鹽系統採用母管制，即陽床與陽床或陰床與陰床是並聯運行的，哪一台交換器失效就再生哪一台。
1 檢測和控制原理
強酸性陽樹脂對水中各種陽離子的吸附順序為：Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>Na+>H+. ；由此可知，水中金屬離子Na+被吸附的能力最弱，所以當離子交換時樹脂層的各種離子吸附層逐漸下移，H+.最後被其他陽離子置換下來，當保護層穿透時，首先泄漏的是最下層的Na+；因此監督陽離子交換器失效是以漏鈉為標準的；其反應方程為（A代表金屬陽離子,R為樹脂基團）：
An+ +nRH=RnA+n H+
HCO3- + H+ =H2O+CO2↑
強鹼性陰樹脂對水中各種陰離子的吸附順序為：SO42->NO3->Cl->OH->HCO3->HSiO3- 。由此可知，HSiO3-的吸附能力最弱，所以當離子交換時樹脂層的各種離子吸附層逐漸下移，OH-.被其他陰離子置換下來，當保護層穿透時，首先泄漏的是最下層的HSiO3-；因此監督陰離子交換器失效是以漏硅為標準的；其反應方程為（B代表酸根陰離子，R為樹脂基團）：
Bm- +mROH=RmB+mOH-
2 控制點和控制方法
由於母管制系統包含了單元制系統,而且它具有能充分使用樹脂、提高交換器的出水能力、降低酸鹼消耗等優點，我們在研究中主要討論以這種結構為基礎的離子交換除鹽水處理系統。
以成都生物製品研究所蛋白分離車間純水站為例，該系統為母管制水處理系統，系統的結構為：砂濾-活性炭過濾-粗濾-陽床- 一陰-二陰-混床-精濾-純水罐，系統產水能力為5 t/h，在系統的失效控制研究中，我們提出單元失效控制概念，也就是充分利用了母管制制水系統的優點對系統進行失效控制。
（1）RO對各有機溶質的去除率大於NF膜。（2）不同有機溶質的去除率不相同，有的甚至相差很大（例如，RO和NF膜對乙酸的吸光度去除率分別為95.34%、81.45%，而對苯胺的吸光度去除率則分別為61.50%、46.82%）。
3 出水水質
原水經一級復床除鹽後，電導率（25℃）低於10μS/cm，水中硅含量低於100μg/L。

3. 脫鹽水的指標參數

普通脫鹽水剩餘含鹽量應在1～5毫克/升之間。深度脫鹽水鹽量一般在1.0毫克/升以下。

製造脫鹽水的方法：

1、蒸餾法，使含鹽的水加熱蒸發，將蒸氣冷凝即得脫鹽水；

2、離子交換法，使含鹽的水通過裝有泡沸石或離子交換劑的交換柱，鈣、鎂等離子留在交換柱上，濾過的水為脫鹽水；

3、電滲析法，借離子交換膜對離子的選擇透過性，在外加電場作用下，使兩種離子交換膜的水中的陽、陰離子，分別通過交換膜向陰、陽兩極集中。

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脫鹽水工藝設備原則：

1、採用低壓反滲透裝置對原水進行深度脫鹽,減少化學品(酸鹼等)的消耗,方便操作,降低運行成本；

2、脫鹽水制備系統中的反滲透裝置,RO供水泵等主要設備均從國外進口,以確保系統的安全,可靠運行；

3、脫鹽水生產系統採用PLC半自動控制系統,操作簡便，安全可靠；

4、將脫鹽水輸送過程中的污染降低到最小程度,輸送管道採用UPVC材質的管道和閥門。

參考資料

網路-脫鹽水

網路-深度脫鹽水

4. 連續電除鹽工作原理

連續電除鹽(EDI)是一種先進的水處理技術，其工作原理主要涉及預處理、反滲透(RO)和連續離子交換再生。在典型的EDI系統中，操作過程是這樣的：

首先，預處理階段清洗並去除水中的大部分雜質。接著，反滲透膜去除剩餘的溶解鹽分，形成待處理的淡水(D室)。在EDI的核心部分，有一系列單元，每個單元包含一個淡水室和一個濃水室(C室)。這兩個室之間夾著陽離子交換膜和陰離子交換膜，它們分別允許正負離子通過。

通過在D室兩端施加直流電，水分子被電離為氫離子(H+)和氫氧根離子(OH-)。這些離子在電場作用下分別向陽極和陰極遷移。當離子穿過樹脂床時，雜質離子與樹脂中的H+和OH-發生離子交換反應，從而實現樹脂的再生。遷移後的H+和OH-在C室中重新結合成水，這一過程保證了樹脂的持續再生。

在操作過程中，大約90-95%的進水直接通過D室，其餘5-10%進入C室進行濃縮。通過循環泵，濃水在膜堆中高速流動，有助於提高除鹽效率，減少結垢風險，並能回收部分濃縮水，其pH值在5-8范圍內，可用於預處理系統的補充水源。

最終，經過連續電除鹽處理後的水，雜質離子被有效地去除，生成了高品質的除鹽水，滿足許多工業和生活用水需求。