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純化水與超純水的制備原理-1
2009/3/24
- 摘要
這是一篇關(guān)于水的純化和超純水制備的綜述。介紹了各種純化 水的技術(shù)與某些新近的進(jìn)展。包括蒸餾法、離子交換法、電滲析法 和反滲透法等
關(guān)鍵詞
水的純化
超純水
離子交換
電滲析
反滲透
一.
天然水中通常含有五種雜質(zhì):
1.電解質(zhì),包括帶電粒子,常見(jiàn)的陽(yáng)離子有H+、Na+、K+、NH4+、、Mg2+、Ca2+、Fe3+、Cu2+、Mn2+、Al3+等;陰離子有F-、Cl-、NO3-、HCO3-、SO42-、PO43-、H2PO4-、HSiO3-等;
2.有機(jī)物質(zhì),如:有機(jī)酸、農(nóng)藥、烴類(lèi)、醇類(lèi)和酯類(lèi)等;
3.顆粒物;
4.微生物;
5.溶解氣體,包括:N2、O2、Cl2、H2S、CO、CO2、CH4等;
所謂水的純化,就是要去掉這些雜質(zhì)。雜質(zhì)去的越徹底,水質(zhì)也就越純凈。
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn):有飲用純凈水(GB17323)、分析實(shí)驗(yàn)室用水[2](GB6682—92)和電子級(jí)水[3](GB/T11446.1-1997)的技術(shù)指標(biāo)。
二.水的純化方法
1.蒸餾法,按蒸餾器皿可分為玻璃、石英蒸餾器,金屬材質(zhì)的有銅、不銹鋼和白金蒸餾器等。按蒸餾次數(shù)可分為一次、二次和多次蒸餾法。此外,為了去掉一些特出的雜質(zhì),還需采取一些特殊的措施。例如預(yù)先加入一些高錳酸鉀可除去易氧化物;加入少許磷酸可除去三價(jià)鐵;加入少許不揮發(fā)酸可制取無(wú)氨水等。蒸餾水可以滿足普通分析實(shí)驗(yàn)室的用水要求。由于很難排除二氧化碳的溶入。所以水的電阻率是很低的,達(dá)不到MΩ級(jí)。不能滿足許多新技術(shù)的需要。
2.離子交換法,主要有兩種制備方式:
A.
復(fù)床式,即按陽(yáng)床—陰床—陽(yáng)床—陰床—混合床的方式連接并生產(chǎn)去離子水;早期多采用這種方式,便于樹(shù)脂再生。
B.
混床式(2-5級(jí)串聯(lián)不等),混床去離子的效果好。但再生不方便。
離子交換法可以獲得十幾MΩ的去離子水。但有機(jī)物無(wú)法去掉,TOC和COD值往往比原水還高。這是因?yàn)闃?shù)脂不好,或是樹(shù)脂的預(yù)處理不徹底,樹(shù)脂中所含的低聚物、單體、添加劑等沒(méi)有除盡,或樹(shù)脂不穩(wěn)定,不斷地釋放出分解產(chǎn)物。這一切都將以TOC或COD指標(biāo)的形式表現(xiàn)出來(lái)。例如,當(dāng)自來(lái)水的COD值為2mg/L時(shí),經(jīng)過(guò)去離子處理得到的去離子水的COD值常在5-10mg/L之間。當(dāng)然,在使用好樹(shù)脂時(shí)會(huì)得到好結(jié)果,否則就無(wú)法制備超純水了。
結(jié)垢是影響鍋爐壽命的主要因素,因此鍋爐對(duì)水質(zhì)的要求比較高。低壓和中壓鍋爐對(duì)水質(zhì)要求稍低而高壓鍋爐對(duì)水質(zhì)要求非常高。凡能導(dǎo)致鍋爐、給水系統(tǒng)及其他熱力設(shè)備腐蝕、結(jié)垢及引起汽水共騰現(xiàn)象,使離子交換樹(shù)脂中毒的雜質(zhì)如溶解氧、可溶性二氧化硅、鐵以及余氯等都應(yīng)大部分或全部除去。在鍋爐水處理中,鍋爐補(bǔ)充水的離子交換水處理是最基本和最重要的水處理方法,但離子交換樹(shù)脂失效后必須加堿或加酸進(jìn)行還原,要產(chǎn)生大量的酸堿廢水,直接外排不但污染環(huán)境,而且費(fèi)用高昂。
3.電滲析法,產(chǎn)生于1950年[4],由于其能耗低,常作為離子交換法的前處理步驟。它在外加直流電場(chǎng)作用下,利用陰陽(yáng)離子交換膜分別選擇性的允許陰陽(yáng)離子透過(guò),使一部分離子透過(guò)離子交換膜遷移到另一部分水中去,從而使一部分水純化,另一部分水濃縮。這就是電滲析的原理。電滲析是常用的脫鹽技術(shù)之一。產(chǎn)出水的純度能滿足一寫(xiě)工業(yè)用水的需要。例如,用電阻率為1.6KΩ·cm(25°C)的原水可以獲得1.03MΩ·cm(25°C)的產(chǎn)出水。換言之,原水的總硬度為77mg/L時(shí)產(chǎn)出水的總硬度則為∽10mg/L.
4.反滲透法[5],目前它是一種應(yīng)用最廣的脫鹽技術(shù)。反滲透膜雖在1977年就有了,但其規(guī)?;a(chǎn)和廣泛用于脫鹽卻是近幾年的事情。反滲透膜能去除無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)物(分子量>500)、細(xì)菌、熱源、病毒、懸濁物(粒徑>0.1μm)等。產(chǎn)出水的電阻率能較原水的電阻率升高近10倍。反滲透膜對(duì)雜質(zhì)的去除能力見(jiàn)表:
表.反滲透膜對(duì)雜質(zhì)的去除能力
離子 |
去除率(%) |
離子
|
去除率(%)
|
離子
|
去除率(%)
|
Mn+2 |
96-99 |
SO4-2 |
90-99 |
NO3- |
50-75 |
Al3+ |
95-99 |
CO3-2 |
80-95 |
BO2- |
30-50 |
Ca2+
|
92-99
|
PO43+,HPO42-
H2PO4- |
90-99 |
微粒
|
99
|
MG2+ |
92-99 |
F- |
65-95 |
細(xì)菌 |
99 |
Na+ |
75-95 |
HCO3- |
80-95 |
有機(jī)物(分子量>300) |
99 |
K+ |
75-93 |
Cl- |
80-95 |
|
|
NH4+ |
70-90 |
SiO2 |
75-90 |
常用的反滲透膜有:醋酸纖維素膜,聚酰胺膜和聚砜膜等。膜的孔徑為0.0001-0.001μm.反滲透的動(dòng)力依賴(lài)于壓力差(10-100大氣壓)。去除雜質(zhì)的能力由膜的性能好壞和進(jìn)出水比例決定。進(jìn)出水的比例一般控制為10:6或10:7左右。這樣雜質(zhì)的去除率應(yīng)在95-99.7%之間。例如,原水的電阻率為1.6 KΩ·cm(25°C)時(shí),產(chǎn)出水的電阻率約為14 KΩ·cm.這樣的水現(xiàn)在大家都管它叫純凈水,也就是市場(chǎng)上出售的飲用純凈水。
全文來(lái)自:純化水與超純水的制備原理
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