离子交换技术与海水淡化

1、目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 摘要2 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document Abstract2 HYPERLINK l bookmark21 o Current Document 关键词2 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 一、海水淡化的背景2九海水淡化的原因22海水的成分3 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 二、海水淡化的技术：31海水的预处理 3反渗透4电渗析

2、4蒸馆法4海水淡化的建设周期4 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 三、离子交换海水的淡化技术：5:.淡化原理5离子交换剂直接淡化海水5离子交换剂用于淡化海水的预处理5离子交换剂用于淡化海水的后处理6离子交换技术淡化海水的特点6离子交换技术淡化海水的发展前景6四、结语7 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 五、参考文献:7摘要随着我国经济的快速发展，用水量急剧增加，沿海地区由于经济发达人口众多，对 水资源的需求量更大，水资源严重匮乏，海水淡化将成为沿海城市解决水危机的重要途 径。离子交换法淡化海水具

3、有处理彻底、成本低、可再生等优势，已在海水淡化预处理、 后处理、浓海水提取化学元素等方面得到广泛的应用，具有广阔的前景。AbstractWith the rapid development of economy in our country, water consumption has increased chamatically, due to the economic developed coastal areas with a large population, the greater demand for water resources, water resources are sca

4、rce, desalination will become the important way to solve the problem of water crisis in coastal cities.Method of ion exchange desalinatioii has complete processing, low cost and renewable advantages, has been in seawater desalination pretreatment, aft erti eatm ent, strong water extraction widely us

5、ed in the chemical elements and so OIL has a broad prospect关键词海水淡化；离子交换技术应用；离子交换技术海水淡化前景一、海水淡化的背景1海水淡化的原因水资源是基础性然资源和战略性经济资源，是经济社会发展的命脉，淡水资源短缺 己成为制约我国经济和社会可持续发展的重要因素Z-。海水利用己成为世界许多临海 国家新水源开发的战略决策，也是缓解我国水资源短缺、促进经 济可持续发展的重要途 径。为解决淡水资源的供需矛盾，人们的目光早已转向相当于全球淡水37.6倍 储量的 海水。于是，海水和微咸水淡化被视为开发新水源、解决淡水资源危机的基本途径。r

6、ti 于物理方法耗能多、造价高，只适合于经济发达国家，适用性有限。为此，有人研究开 发了用离子交换法进行海水淡化的新技术，并取得了成功。表1为淡化综合水价与沿海 自来水价的比较：表1:水价（元/立方米）20052010居民自来水价2.03.72.55.5工业自来水价2.7-5.043八8.8海水淡化综合水价3.65.03.0八4.0从上表可以看出，到了 2010年，海水淡化的水价，比居民自来水价比居民自来水价和工业自来水价都要低。2海水的成分海水是一种非常复杂的多组分水溶液，海水中各种元素都以一定的物理化学 形态存 在。海水中溶解有各种盐分，海水盐分的成因是一个复杂的问题，与地球 的起源、海洋

7、 的形成及演变过程有关。一般认为盐分主要来源于地壳岩石风华产物及火山喷出物。另 外，全球的河流每年向海洋输送5.5X1015g溶解盐，这也是海水盐分来源之一。从其来源 看，海水中似乎应该含有地球上的所有元素，但是，由于分析水平所限，已经测定的仅 有80多种。下表为典型海水水质中心表；表2：含盐量32000330003400035000360003900043000Ca369.9381.5393.0404.6416.2450.8497.1Mg1189.41226.61263.813011338.11449.61598.3Na9780.810086.510392.110697.811003.411

8、920.413143K399.7412.2424.7437.2449.6487.1537.1Sr6.16.36.56.76.87.48.2HCO 3134.1138.3142.5146.7150.8163.4180.2S042496.32574.32652.32730.42808.43042.43354.4Cl17618.918169.518720.119270.719821.22147323675.4SIO23.84.04.14.24.34.75.2F131.31.41.41.41.61.7、海水淡化的技术:海水的淡化技术主要是将海水脱盐产生淡水，以用来实现水资源的利用，增加淡水 量，全球的

9、海水淡化有很多种方法，有反渗透法、低多效、多级闪蒸、电渗析法、压汽蒸 憎、露点蒸发法、水电联产、热膜联产以及利用核能、太阳能、风能、潮汐能海水淡化技 术等等，以及微滤、超滤、纳滤等多项预处理和后处理工艺。在这里我们主要介绍反渗 透、电渗析和蒸饰三种的方法。1海水的预处理海水预处理的目的是去除地表海水中存在的泥沙、胶体、微生物等杂质，它为了确保反 渗透系统能够长期稳定的运行，在海水预处理工艺设计时经预处理后的海水水质应达到 反渗透膜元件的进水水质要求。海水预处理的处理工艺有：（1）混凝过滤或者浅层气浮：（2）加药消除余氯和防止 反渗透膜而结垢沉淀：（3）保安过滤。2反渗透通常乂称超过滤法，是19

10、53年才开始采用的一种膜分离淡化法。该法是利用只允许 溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜，将海水与淡水分隔开的。在通常情况下，淡水通 过半透膜扩散到海水一侧，从而使海水一侧的液面逐升高，直至一定的高度才停止，这 个过程为渗透。此匕时，海水一侧高出的水柱静压称为渗透 压。如果对海水一侧施加一大 于海水渗透压的外压，那么海水中的纯水将反渗透 到淡水中。反渗透法的最大优点是节 能。它的能耗仅为电渗析法的1/2.蒸饰法的1/40。反渗透海水淡化技术发展很快，工程造价和运行成本持续降低，主耍发展趋势为降低 反渗透膜的操作压力，提高反渗透系统回收率，廉价高效预处理技术，增强系统抗污染能 力等。3 电渗析渗析

11、是属于一种自然发生的物理现象。如将两种不同含盐量的水，用一张渗透膜隔 开，就会发生含盐量大的水的电介质离子穿过膜向含盐量小的水中扩散，这个现象就是渗 析。这种渗析是由于含盐最浓度不同而引起的，称为浓差渗析。渗析过程与浓度差的大 小有关，浓差越大，渗析的过程越快，否则就越慢。因为是以浓差作为推动力的。因此， 扩散速度比较慢。如果在膜的两边施加直流电场，就可以加快扩散速度。电解质离子在 电场的作用下，会迅速地通过膜，进行迁移 过程，这样，就形成了去除水中离子的淡水 室和离子浓缩的浓水室，将浓水排放，淡水即为除盐水。这就是电渗析法除盐原理。4蒸馆法蒸僧法虽然是一种古老的方法，但由于技术不断地改进与发

12、展，该法至今仍占统治地 位。蒸镭淡化过程的实质就是水蒸气的形成过程，其原理如同海水受热 蒸发形成云，云 在一定条件下遇冷形成雨，而雨是不带咸味的。根据设备蒸锚法、蒸汽压缩蒸懈法、多 级闪急蒸慑法等。5海水淡化的建设周期一般来说，7J吨级反渗透海水淡化工程的建设周期为2年左右，百吨级至一千吨海 水淡化工程的建设周期为3-12个月。而低温多效海水淡化工程的时间稍长，万吨级海水 淡化工程的建设周期为3年左右，白吨级至一千吨淡化匚程的建设周期为6“个月。三、离子交换海水的淡化技术：1淡化原理该技术采用天然沸石分子筛作基本材料。天然沸石分子筛是一种白色、无毒、无臭 的晶体粉末，可吸附尺寸在0. 3-2n

13、m的多种离子。在分子筛骨架结构中，阳离子定位 在孔道或空腔中的一定位置上，在水溶液中，是可以互相交换的。具体方法是将天然沸 石分子筛作为基本材料，加入到AgN03中，与Ag离子进行交换，然后利用交换在天 然沸石分子筛阴离子骨架上的Ag离子去沉淀溶液中C1离子，同时溶液中的Na离子、Mg离子等碱金属、碱土金属被反交换在天然沸石 分子筛阴离子骨架上，最终完成对海 水（SW）或微咸水（ww）的淡化。实验的技术路线为：NaZ + Ag+ - AgZ + Na 十AgZ + Na+ + Mg/K+ + Cl - NaZ + AgCl l （白色）KZMgZ式中：NaZ为钠型沸石分子筛：AgZ为银型沸石分

14、子筛；KZ为钾型沸石分子 筛：MgZ为镁型沸石分子筛。2离子交换剂直接淡化海水天然沸有分子筛是一种白色无毒无臭的晶体粉末，可吸附尺、在0.32nm的多种离 子，基于这样的原理，海水中的阳离子吸附到沸石分子筛的骨架结构中，定位孔道或空 腔中的一定位置，但海水溶液离子是电中性的，为了同时去除氯离 子，将天然分子筛与 硝酸银溶液反应，将银离子进行交换，生成沸石银复合物，然后利用沸石分子筛的阴离子 结构上的银离子去交换海水中的钠离子、镁离子、钙离子等碱金属离子，被替换掉的银 离子则与海水中的氯离子产生氯化银沉淀，反应方程式在上式，最终完成海水的淡化。3离子交换剂用于淡化海水的预处理海水是友杂的稀溶液体

15、系，含有80多种化学元素，同时海水中含有大量的 钙镁离 子，导致海水具有很高的硬度，对于膜法海水淡化而言，高硬度海水容易 堵塞膜孔，降 低膜的透水率，对于蒸慵法淡化海水而言，在锅内易结垢，从而降 低蒸发效率，使锅体 受热不均匀，已发生意外。因此，淡化海水需要预处理。海水的预处理程序先用石灰软化去掉大部分钙镁离子，然后通过离子交换法进一步软 化，阳离子交换树脂常用钠离子、氢离子型，通过与海水中的反应去除 大部分的钙镁离 子，如果单纯使用钠型阳离子型交换树酯，交换反应后，水中硬 度虽被去除，但碳酸氢 钙和碳酸氢镁转换为碳酸氢钠，水质呈碱性:Ca (HCO3)Mg (HCO3)Ca (HCO3)Mg

16、 (HCO3)2 + 2NaR t Mg2+ + 2NaHCO3所以，同时使用氢离子树脂，与水中阳离子交换时释放氢离子：Ca2+ + 2HR CaR2 + 2H+ Mg2+ + 2HR - MgR2 + 2H+ 从式子可以看出，只要控制两种树脂的使用比例，便可是水的pH值处于中性范围瓦3离子交换剂用于淡化海水的后处理反渗透法是现如今淡化海水最常用的一种方法，但是此法还存在很多问题，其中最令 人关注的便是除硼问题，反渗透法只能除去海水中40%50%的硼，淡化 海水中的硼含 量仍在0. 52. 5mg/l之间，完全不符合饮用水和灌溉水的标准。而离子交换是目前海水 淡化除硼最为重要和高效的方法，它的

17、机理是利用离子交换 树脂内的功能基团与溶液中 的离子发生交换反应，以达到分离和浓缩的目的，按 照活性基团的不同，研究人员先后 通过阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、大孔 树脂和凝胶树脂，由于硼酸可以迅速与多 元醇和a 一梵皋竣酸反应形成稳定的螯 合物，研究人员研发出了大星含有微孔结构的硼 特效吸附树脂，其中主要含有N甲基葡萄糖胺的树脂，这种弱碱性阴离子交换树脂加入 含硼的水后，硼酸受到 功能基团中疑基氧原子的攻击，原来的B0键断裂形成B-0-C 新键，断裂后形 成的耕基与功能基团断裂产生的氢离子形成水，一般情况下，一个硼酸 分子可与两个疑基作用形成稳定的螯合物，直至离子交换反应结束。4离子交换技

18、术淡化海水的特点（1）含Ag离子的天然沸有分子筛处理海水及微咸水后，Ag离子以AgCI状态沉 淀：含K、Na、Mg离子的沸石分子筛亦以沉淀状态从淡化后的水中分离出去，淡化后 的水中未带入其他离子。（2）淡化后的水中仍会保留部分人体需要的离子，不是纯水，符合国家规定的饮用 水标）隹，有利于人体健康。（3）本工艺过程中，不排放污染环境的污气、液、渣，符合环保要求。（4）由于形成AgCI沉淀的溶解度极小，化学反应的化学动力性强，在无电力 的情况 下，用风力或人力搅拌、晃动等都可以完成淡化，适用范围广。（5）作为生产含Ag离子的沸石分子筛之原料的天然沸石在我国贮最大，质优价廉， 可供充分开发利用。5离子交换技术淡化海水的发展前景（1）民用。由于目前自来水净化工艺无法去除微咸水中氯、钠、钾、镁等离子，因 此，以微咸水为源的食品、造纸、印染等工艺，可以用该技术自制小型淡 化设施，淡化 后的水产品质量好，淡化的费用低。亦可以在居民小区建小型微咸水淡化厂，应用含Ag 离子的沸石分子筛淡化微咸水，以桶装形式向居民或企事 业单位出售，