離子交換法

　　離子交換法是以圓球形樹(shù)脂(離子交換樹(shù)脂)過(guò)濾原水，水中的離子會(huì)與固定在樹(shù)脂上的離子交換。常見(jiàn)的兩種離子交換方法分別是硬水軟化和去離子法。硬水軟化主要是用在反滲透(RO)處理之前，先將水質(zhì)硬度降低的一種前處理程序。軟化機(jī)里面的球狀樹(shù)脂，以兩個(gè)鈉離子交換一個(gè)鈣離子或鎂離子的方式來(lái)軟化水質(zhì)。

　　離子交換樹(shù)脂利用氫離子交換陽(yáng)離子，而以氫氧根離子交換陰離子;以包含磺酸根的苯乙烯和二乙烯苯制成的陽(yáng)離子交換樹(shù)脂會(huì)以氫離子交換碰到的各種陽(yáng)離子(例如Na 、Ca2 、Al3 )。同樣的，以包含季銨鹽的苯乙烯制成的陰離子交換樹(shù)脂會(huì)以氫氧根離子交換碰到的各種陰離子(如Cl-)。從陽(yáng)離子交換樹(shù)脂釋出的氫離子與從陰離子交換樹(shù)脂釋出的氫氧根離子相結(jié)合后生成純水。

　　陰陽(yáng)離子交換樹(shù)脂可被分別包裝在不同的離子交換床中，分成所謂的陰離子交換床和陽(yáng)離子交換床。也可以將陽(yáng)離子交換樹(shù)脂與陰離子交換樹(shù)脂混在一起，置于同一個(gè)離子交換床中。不論是那一種形式，當(dāng)樹(shù)脂與水中帶電荷的雜質(zhì)交換完樹(shù)脂上的氫離子及(或)氫氧根離子，就必須進(jìn)行“再生”。再生的程序恰與純化的程序相反，利用氫離子及氫氧根離子進(jìn)行再生，交換附著在離子交換樹(shù)脂上的雜質(zhì)。

　　若將離子交換法與其他純化水質(zhì)方法(例如反滲透法、過(guò)濾法和活性碳吸附法)組合應(yīng)用時(shí)，則離子交換法在整個(gè)純化系統(tǒng)中，將扮演非常重要的一個(gè)部分。離子交換法能有效的去除離子，卻無(wú)法有效的去除大部分的有機(jī)物或微生物。而微生物可附著在樹(shù)脂上，并以樹(shù)脂作為培養(yǎng)基，使得微生物可快速生長(zhǎng)并產(chǎn)生熱源。因此，需配合其他的純化方法設(shè)計(jì)使用。

　　活性碳吸附法

　　有機(jī)物可能是陽(yáng)離子、陰離子或非離子性的物質(zhì)，離子交換樹(shù)脂可去除原水中一些可溶性的有機(jī)酸和有機(jī)堿(陰離子和陽(yáng)離子)，但有些非離子性的有機(jī)物卻會(huì)被樹(shù)脂包覆，這過(guò)程稱為樹(shù)脂的“污染阻塞”現(xiàn)象，不但會(huì)減少樹(shù)脂的壽命，而且降低其交換能力。為保護(hù)離子交換樹(shù)脂，可將活性碳過(guò)濾器安裝在離子交換樹(shù)脂之前，以去除非離子性的有機(jī)物。

　　活性碳的吸附過(guò)程是利用活性碳過(guò)濾器的孔隙大小及有機(jī)物通過(guò)孔隙時(shí)的滲透率來(lái)達(dá)到的。吸附率和有機(jī)物的分子量及其分子大小有關(guān)，某些顆粒狀的活性碳較能有效的去除氯胺�；钚蕴家材苋コ�水中的自由氯，以保護(hù)純水系統(tǒng)內(nèi)其他對(duì)氧化劑敏感的純化單元。

　　活性碳通常與其他的處理方法組合應(yīng)用。在設(shè)計(jì)純水系統(tǒng)時(shí)，活性碳與其他相關(guān)純化單位的相關(guān)配置，是一項(xiàng)極為重要的項(xiàng)目。

　　微孔過(guò)濾法

　　微孔過(guò)濾法包括三種類(lèi)型：深層過(guò)濾(depth)、篩網(wǎng)過(guò)濾(screen)及表面過(guò)濾(surface)。深層濾膜是以編織纖維或壓縮材料制成的基質(zhì)，利用隨機(jī)性吸附或是捕捉方式來(lái)滯留顆粒。篩網(wǎng)濾膜基本上是具有一致性的結(jié)構(gòu)，就像篩子一般，將大于孔徑的顆粒，都滯留在表面上(這種濾膜的孔徑大小是非常精確的)，而表面過(guò)濾則是多層結(jié)構(gòu)，當(dāng)溶液通過(guò)濾膜時(shí)，較濾膜內(nèi)部孔隙大的顆粒將被滯留下來(lái)，并主要堆積在濾膜表面上。

　　由于上述三種濾膜的功能不同，因此對(duì)濾膜之間的分辨非常重要。由于深層過(guò)濾是一種較為經(jīng)濟(jì)的方式，可去除98%以上的懸浮固體，同時(shí)保護(hù)下游的純化單元不會(huì)敗壞或堵塞，因此通常被作為預(yù)過(guò)濾處理。表面過(guò)濾可去除99.99%以上的懸浮固體，所以也可作為預(yù)過(guò)濾處理或澄清用。微孔薄膜(篩網(wǎng)濾膜)一般被置于純化系統(tǒng)中的最終使用點(diǎn)，以去除最后殘留的微量樹(shù)脂碎片、碳屑、膠質(zhì)顆粒和微生物。例如：0.22μm微孔濾膜，其可濾過(guò)所有的細(xì)菌，通常用于將靜脈注射用的液體、血清及抗生素進(jìn)行除菌用。

　　超濾法

　　微孔薄膜是依其孔徑大小來(lái)去除顆粒，而超濾(UF)薄膜則是一個(gè)分子篩，它以尺寸為基準(zhǔn)，讓溶液通過(guò)極細(xì)微的濾膜，以達(dá)到分離溶液中不同大小分子的目的。

　　超濾膜是一種強(qiáng)韌、薄、具有選擇性的通透膜，可截留大部分某種特定大小以上的分子，包括：膠質(zhì)、微生物和熱源。較小的分子，例如：水和離子，都可通過(guò)濾膜。所以，超濾法可將截留液中的大分子加以濃縮，但是，仍有些大分子會(huì)滲漏至濾過(guò)液中。

　　超濾膜有數(shù)種不同的范圍，在所有的實(shí)例中，超濾膜會(huì)留在大部分大于其分子篩所定義分子量的分子。

　　反滲透法

　　反滲透(RO)法是可達(dá)到90%~99%雜質(zhì)去除率中最經(jīng)濟(jì)的方法。RO膜的濾孔結(jié)構(gòu)較UF膜還要致密，RO膜可去除所有的顆粒、細(xì)菌以及分子量大于300的有機(jī)物(包括熱源)。

　　當(dāng)?shù)诙�種不同濃度的溶液，由一個(gè)半透膜隔開(kāi)時(shí)，滲透現(xiàn)象會(huì)自然發(fā)生。滲透壓將水壓過(guò)半透膜，水將濃度較高的溶液稀釋，最后造成濃度平衡。在水純化系統(tǒng)中，施加壓力于高濃度的溶液中，以抗衡滲透壓。如此迫使得純水由高濃度的液體通過(guò)RO膜，并可加以收集。由于RO膜致密度極高，因此，產(chǎn)出的水流很慢，需要經(jīng)過(guò)相當(dāng)?shù)臅r(shí)間，貯水箱內(nèi)才會(huì)有足夠的水量。

　　RO膜可執(zhí)行離子排除，使得只有水可通過(guò)RO膜，其余所有的離子及溶解的分子都被截留，并加以排除(包括鹽類(lèi)和糖)。RO膜以電荷反應(yīng)將離子排除，帶電荷愈大，排除性愈高，所以RO膜幾乎可排除所有的(>99%)強(qiáng)離子性的高價(jià)離子，但是，對(duì)于弱離子性的單價(jià)離子(如鈉離子)的效果只有95%。不同的進(jìn)水需要不同種類(lèi)的RO膜，RO膜包括由乙酸纖維酯制成，或是以聚硫胺與聚砜基質(zhì)的混合薄層聚合物。

　　如果以原水水質(zhì)及產(chǎn)水水質(zhì)為基準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)適當(dāng)設(shè)計(jì)后，RO是將自來(lái)水純化的最經(jīng)濟(jì)有效方法。RO同時(shí)也是試劑級(jí)純水系統(tǒng)最好的前處理方法。

　　紫外線照射法

　　紫外線照射法已廣泛的使用在水處理上，低壓水銀燈所放射出來(lái)的254nm的紫外線是一種有效的殺菌方法，因?yàn)榧?xì)菌中的DNA及蛋白質(zhì)會(huì)吸收紫外線而導(dǎo)致死亡。

　　近來(lái)在UV燈制造技術(shù)方面的進(jìn)步，已可制造同時(shí)產(chǎn)生185nm和254nm波長(zhǎng)的紫外燈管，這種光波長(zhǎng)組合可利用光氧化有機(jī)化合物，接著這種特殊燈泡，將純水中的總有機(jī)碳濃度降低至5ppb以下。

　　EDI純水技術(shù)

　　EDI(Electro-de-ionization,continuouselectro-de-ionzation)又被稱為CDI和連續(xù)電除鹽。該技術(shù)是二十世紀(jì)八十年代以來(lái)逐漸興起的新技術(shù)。經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展EDI在歐美等國(guó)己普遍使用，且占據(jù)了相當(dāng)部分的超純水市場(chǎng)。在國(guó)內(nèi)此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用在起步階段，有蓬勃發(fā)展的態(tài)勢(shì)。

　　EDI廣泛地應(yīng)用于電子、電力、生物、制藥、化工等諸多領(lǐng)域，是傳統(tǒng)離子交換混床工藝的最佳取代技術(shù)。EDI的出現(xiàn)是水處理技術(shù)的一次革命性的進(jìn)步，標(biāo)志著水處理工業(yè)全面跨入綠色產(chǎn)業(yè)的行列。

　　EDI裝置將離子交換樹(shù)脂充夾在陰/陽(yáng)離子交換膜之間形成EDI單元。EDI工作原理如下圖所示。EDI組件中將一定數(shù)量的EDI單元間用網(wǎng)狀物隔開(kāi)，形成濃水室。又在單元組兩端設(shè)置陰/陽(yáng)電極。在直流電的推動(dòng)下，通過(guò)淡水室水流中的陰陽(yáng)離子分別穿過(guò)陰陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入到濃水室而被淡水中去除。而通過(guò)濃水室的水將離子帶出系統(tǒng)，成為濃水。

　　工作狀態(tài)下，流經(jīng)EDI單元的水中的鹽離子發(fā)生三種遷移：

　　1.離子與陰、陽(yáng)樹(shù)脂發(fā)生離子交換而結(jié)合到樹(shù)脂顆粒上;

　　2.離子在電場(chǎng)作用下經(jīng)樹(shù)脂顆粒構(gòu)成的離子通道遷移;

　　3.離子經(jīng)過(guò)離子交換膜遷移到濃水室，從而完成水的脫鹽過(guò)程;在一定的電流密度下，樹(shù)脂、膜、水之間的界面處因產(chǎn)生濃差極化而迫使水分解成H 和OH-，從而同時(shí)再生了樹(shù)脂。

　　EDI可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的混合離子交換技術(shù)(MB-DI)生產(chǎn)穩(wěn)定的去離子水。EDI技術(shù)與混合離子交換技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)：

　　①水質(zhì)穩(wěn)定

　�、谌菀讓�(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制

　�、鄄粫�(huì)因再生而停機(jī)

　�、懿恍杌瘜W(xué)再生

　　⑤運(yùn)行費(fèi)用低

　�、迯S房面積小

　�、邿o(wú)污水排放

　　EDI設(shè)備一般以反滲透(RO)純水作為EDI給水。RO純水電阻率一般是40-2μS/cm(25℃)。EDI純水電阻率可以高達(dá)17MΩ.cm(25℃)，但是根據(jù)去離子水用途，EDI純水適用于制備電阻率要求在1-17MΩ.cm(25℃)的純水。

　　EDI技術(shù)被制藥工業(yè)、微電子工業(yè)、發(fā)電工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室所普遍接受。在表面清洗、表面涂裝、電解工業(yè)和化工工業(yè)的應(yīng)用也日趨廣泛。