离子交换制备除盐水实验

1. 如何制作除盐水

除盐水
desalted water
除盐水含很少或不含矿物质，通过蒸馏、反渗透、离子交换或这些方法的结合可以做这点。
对心脏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。除盐水作为一种人工软化或纯化的水，不含钙、镁，总溶解固体也很低，饮用它不利于健康。
然而许多人出于自己的考虑仍旧饮用它，通常他们会这样想：我知道应该喝水，可是水被氯等各种化学物质和有毒金属污染，一点儿也不安全，所以我买了蒸馏器或反渗透装置，它们可以将水中所有物质去除，这样水就适于饮用了。这些话听起来耳熟吗？
当我们这样想时，我们只看到了事物的一部分，而不是整体。我们只强调了水中有害成分，却不了解有益的成分。为了喝到健康的水，我们必须从两方面看问题：我们要大幅度减少或消除有害物质，但仍需保留水中有益的矿物质。 大多数情况下，适当的过滤系统或合适的瓶装矿泉水能达到要求——除盐水却不能！
赞成喝脱盐水的人称水中无机矿物质（如钙、镁、硒等）不能被新陈代谢，因而不会导致健康问题，但这是不对的。
事实上，水中的矿物质要比食物中的更易、更好地被人体吸收！矿物质新陈代谢理论权威 John Sorenson博士（西药化学家）说：“饮用水中的矿物质能很好地被吸收。”他发现参与新陈代谢的主要金属元素与非主要元素的比例受水中主要元素数量的影响非常的大；如果所需主要元素得到满足，就很少有或没有非主要元素的吸收，非主要元素就会被排泄掉。
举个例子来说，如果水中钙、镁含量高而铅含量低，人体会选择主要元素(钙、镁)，而将非主要元素（铅）排泄掉；但如果钙、镁含量也低，细胞就可能选择非主要元素铅，从而导致蛋白质或酶的机能发生障碍。如果发生这种情况，蛋白质或酶就可能变得有毒。
蒸馏器和反渗透装置能够生产出软化的、不含任何矿物质的脱盐水， 这种软水中任何有害物质的作用都会被放大，脱盐水中少量的有害物质就会比硬水中同等量的有害物质对我们的健康产生更有害、更消极的作用。 所以，出于完全不同的原因，喝被污染的水和除盐水都会对我们的健康造成伤害

2. 离子交换器的工作原理

工作原理就是离子的交换。
运行时：阳树脂(H-R)+(M+)-->：(M-R)+(H+)
阴树脂(OH-R)+(X-)-->：(X-R)+(OH-)
其中M+为金属离子，X-为阴离子。
再生过程为其逆过程。
离子交换器的失效控制
离子交换除盐水处理最简单的流程为 阳床-阴床 组成的一级复床除盐系统。有的一级复床除盐系统采用单元制，即每套一级复床除盐系统包括 阳床、（除碳器）、阴床各一台，在离子交换除盐运行过程中，无论是阳床还是阴床先失效，都是同时再生；还有的一级复床除盐系统采用母管制，即阳床与阳床或阴床与阴床是并联运行的，哪一台交换器失效就再生哪一台。
1 检测和控制原理
强酸性阳树脂对水中各种阳离子的吸附顺序为：Fe3+>Al3+>Ca2+>Mg2+>Na+>H+. ；由此可知，水中金属离子Na+被吸附的能力最弱，所以当离子交换时树脂层的各种离子吸附层逐渐下移，H+.最后被其他阳离子置换下来，当保护层穿透时，首先泄漏的是最下层的Na+；因此监督阳离子交换器失效是以漏钠为标准的；其反应方程为（A代表金属阳离子,R为树脂基团）：
An+ +nRH=RnA+n H+
HCO3- + H+ =H2O+CO2↑
强碱性阴树脂对水中各种阴离子的吸附顺序为：SO42->NO3->Cl->OH->HCO3->HSiO3- 。由此可知，HSiO3-的吸附能力最弱，所以当离子交换时树脂层的各种离子吸附层逐渐下移，OH-.被其他阴离子置换下来，当保护层穿透时，首先泄漏的是最下层的HSiO3-；因此监督阴离子交换器失效是以漏硅为标准的；其反应方程为（B代表酸根阴离子，R为树脂基团）：
Bm- +mROH=RmB+mOH-
2 控制点和控制方法
由于母管制系统包含了单元制系统,而且它具有能充分使用树脂、提高交换器的出水能力、降低酸碱消耗等优点，我们在研究中主要讨论以这种结构为基础的离子交换除盐水处理系统。
以成都生物制品研究所蛋白分离车间纯水站为例，该系统为母管制水处理系统，系统的结构为：砂滤-活性炭过滤-粗滤-阳床- 一阴-二阴-混床-精滤-纯水罐，系统产水能力为5 t/h，在系统的失效控制研究中，我们提出单元失效控制概念，也就是充分利用了母管制制水系统的优点对系统进行失效控制。
（1）RO对各有机溶质的去除率大于NF膜。（2）不同有机溶质的去除率不相同，有的甚至相差很大（例如，RO和NF膜对乙酸的吸光度去除率分别为95.34%、81.45%，而对苯胺的吸光度去除率则分别为61.50%、46.82%）。
3 出水水质
原水经一级复床除盐后，电导率（25℃）低于10μS/cm，水中硅含量低于100μg/L。

3. 脱盐水的指标参数

普通脱盐水剩余含盐量应在1～5毫克/升之间。深度脱盐水盐量一般在1.0毫克/升以下。

制造脱盐水的方法：

1、蒸馏法，使含盐的水加热蒸发，将蒸气冷凝即得脱盐水；

2、离子交换法，使含盐的水通过装有泡沸石或离子交换剂的交换柱，钙、镁等离子留在交换柱上，滤过的水为脱盐水；

3、电渗析法，借离子交换膜对离子的选择透过性，在外加电场作用下，使两种离子交换膜的水中的阳、阴离子，分别通过交换膜向阴、阳两极集中。

(3)离子交换制备除盐水实验扩展阅读

脱盐水工艺设备原则：

1、采用低压反渗透装置对原水进行深度脱盐,减少化学品(酸碱等)的消耗,方便操作,降低运行成本；

2、脱盐水制备系统中的反渗透装置,RO供水泵等主要设备均从国外进口,以确保系统的安全,可靠运行；

3、脱盐水生产系统采用PLC半自动控制系统,操作简便，安全可靠；

4、将脱盐水输送过程中的污染降低到最小程度,输送管道采用UPVC材质的管道和阀门。

参考资料

网络-脱盐水

网络-深度脱盐水

4. 连续电除盐工作原理

连续电除盐(EDI)是一种先进的水处理技术，其工作原理主要涉及预处理、反渗透(RO)和连续离子交换再生。在典型的EDI系统中，操作过程是这样的：

首先，预处理阶段清洗并去除水中的大部分杂质。接着，反渗透膜去除剩余的溶解盐分，形成待处理的淡水(D室)。在EDI的核心部分，有一系列单元，每个单元包含一个淡水室和一个浓水室(C室)。这两个室之间夹着阳离子交换膜和阴离子交换膜，它们分别允许正负离子通过。

通过在D室两端施加直流电，水分子被电离为氢离子(H+)和氢氧根离子(OH-)。这些离子在电场作用下分别向阳极和阴极迁移。当离子穿过树脂床时，杂质离子与树脂中的H+和OH-发生离子交换反应，从而实现树脂的再生。迁移后的H+和OH-在C室中重新结合成水，这一过程保证了树脂的持续再生。

在操作过程中，大约90-95%的进水直接通过D室，其余5-10%进入C室进行浓缩。通过循环泵，浓水在膜堆中高速流动，有助于提高除盐效率，减少结垢风险，并能回收部分浓缩水，其pH值在5-8范围内，可用于预处理系统的补充水源。

最终，经过连续电除盐处理后的水，杂质离子被有效地去除，生成了高品质的除盐水，满足许多工业和生活用水需求。