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(mǎn)足普通分析實(shí)驗室的用水要求。由于很難排除二氧化碳的溶入。所以水的電阻率是很低的,達不到MΩ級。不能滿(mǎn)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。但有機物無(wú)法去掉,TOC和COD值往往比原水還高。這是因為樹(shù)脂不好,或是樹(shù)脂的預處理不徹底,樹(shù)脂中所含的低聚物、單體、添加劑等沒(méi)有除盡,或樹(shù)脂不穩定,不斷地釋放出分解產(chǎn)物。這一切都將以TOC或COD指標的形式表現出來(lái)。例如,當自來(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。當然,在使用好樹(shù)脂時(shí)會(huì )得到好結果,否則就無(wú)法制備超純水了。 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(mǎn)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,目前它是一種應用最廣的脫鹽技術(shù)。反滲透膜雖在1977年 就有了,但其規模化生產(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)機鹽、有機物(分子量>500)、細菌、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。
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(mǎn)足普通分析實(shí)驗室的用水要求。
由于很難排除二氧化碳的溶入。所以水的電阻率是很低的,達不到MΩ級。
不能滿(mǎn)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。但有機物無(wú)法去掉,TOC和COD值往往比原水還高。
這是因為樹(shù)脂不好,或是樹(shù)脂的預處理不徹底,樹(shù)脂中所含的低聚物、單體、添加劑等沒(méi)有除盡,或樹(shù)脂不穩定,不斷地釋放出分解產(chǎn)物。這一切都將以TOC或COD指標的形式表現出來(lái)。
例如,當自來(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。當然,在使用好樹(shù)脂時(shí)會(huì )得到好結果,否則就無(wú)法制備超純水了。
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(mǎn)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,目前它是一種應用最廣的脫鹽技術(shù)。反滲透膜雖在1977年 就有了,但其規模化生產(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)機鹽、有機物(分子量>500)、細菌、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。
超純水制備方法
傳統的純水方法不能制備出超純水,化學(xué)意義上純水(液態(tài)的H2O)的理論電導率18.3MΩ.cm。人們生產(chǎn)的純水是達不到理論值的,但18 MΩ.cm似乎是可以達到的,對于這種水,有的稱(chēng)為高純水,有的稱(chēng)為超純水,目前還沒(méi)有系統的定義。也沒(méi)有劃分等級界限,從商業(yè)觀(guān)點(diǎn)看叫超純水似乎比高純水更好聽(tīng)一些。筆者以為還是看電導率指標更準確一些。
現在制備超純水的方法是將各種純化水的新技術(shù)科學(xué)地結合起來(lái),不僅能生產(chǎn)超純水,而且變得非常容易。目前市售的超純水器就是一個(gè)成功的例子。自來(lái)水進(jìn)去超純水出來(lái),非常方便。而且使用壽命也越來(lái)越長(cháng)。
超純水器制備超純水的原理和步驟大體如下:
1.原水:可用自來(lái)水或普通蒸餾水或普通去離子水作原水。
2.機械過(guò)濾:通過(guò)砂芯濾板和纖維柱濾除機械雜質(zhì),如鐵銹和其他懸浮物等。
3.活性炭過(guò)濾:活性炭是廣譜吸附劑,可吸附氣體成分,如水中的余氯等;吸附細菌和某些過(guò)濾金屬等。氯氣能損害反滲透膜,因此應力求除盡。
4.反滲透膜過(guò)濾:可濾除95%以上的電解質(zhì)和大分子化合物,包括膠體微粒和病毒等。出于絕大多數離子的去除,使離子交換柱的使用壽命大大延長(cháng)。
5.紫外線(xiàn)消解:借助于短波(180nm-254 nm)紫外線(xiàn)照射分解水中的不易被活性炭吸附的小有機化合物,如甲醇、乙醇等,使其轉變成CO2和水,以降低TOC的指標。
6.離子交換單元:已知混合離子交換床是除去水中離子的決定性手段。借助于多級混合床獲得超純水也并不困難。但水的TOC指標主要來(lái)自樹(shù)脂床。因此高質(zhì)量的離子交換樹(shù)脂就成為成功的關(guān)鍵。所謂高質(zhì)量的樹(shù)脂,就是化學(xué)穩定性特別好,不分解,不含低聚物、單體和添加劑等的樹(shù)脂。所謂“核工業(yè)級樹(shù)脂”大概就屬于這一類(lèi)樹(shù)脂。對樹(shù)脂的要求是質(zhì)量越高越好。可惜國內很少有人在這方面下功夫,滿(mǎn)足于生產(chǎn)大路線(xiàn)。
7.0.2μm濾膜過(guò)濾,以除去水中的顆粒物道每毫升1個(gè)(小于0.2μm的口經(jīng)過(guò)上述各步驟處理后生產(chǎn)出來(lái)的水就是超純水了。應能滿(mǎn)足各種儀器分析,高純分析,痕量分析等的要求,接近或達到電子級水的要求。
南京權坤的BDP系列超純水器,分為基礎型和多用型兩種。技術(shù)指標比較先進(jìn),采用膜過(guò)濾與離子交換技術(shù)相結合,對水質(zhì)進(jìn)行在線(xiàn)自動(dòng)檢測和控制,可長(cháng)期穩定的獲得高質(zhì)量的水。
【原理】 蒸餾是分離和提純液態(tài)混合物常用的方法之一。
應用這一方法可以把沸點(diǎn)不同的物質(zhì)從混合物中分離出來(lái),還可以把混在液體里的雜質(zhì)去掉。水中所含雜質(zhì)主要是一些無(wú)機鹽,一般是不揮發(fā)的。
把水加熱到沸騰時(shí),大量生成水蒸氣,然后將水蒸氣冷凝就可得到蒸餾水。 【用品】 大試管、帶單孔塞的導管、鐵架臺、酒精燈、大燒杯、飽和石灰水、紅墨水、碎瓷片。
【操作】 1、將飽和石灰水稀釋2倍,注入試管a中(約加到試管的1/3處,再加幾滴紅墨水和少量碎瓷片,按圖裝置好。加熱蒸餾,在試管b中得到無(wú)色液體即蒸餾水。
2、另取兩個(gè)試管,一個(gè)加入少量稀釋的石灰水,一個(gè)加入b試管中的蒸餾水,分別向兩試管中通入二氧化碳,一個(gè)變渾濁,一個(gè)不變化。 〔備注〕 1.b試管中得到的蒸餾水是無(wú)色的,遇二氧化碳不變渾濁,證明用蒸餾方法除去了原來(lái)水中雜質(zhì)氫氧化鈣和紅色染料。
2.加入碎瓷片可防止液體暴沸而沖進(jìn)導管。導管要適當長(cháng)些兼作冷凝管用。
a試管中液體不能太多,以防沸騰時(shí)沿導管流入接收器中。當液體沸騰后,酒精燈火焰要稍遠離試管,使液體保持沸騰狀態(tài)即可,如加熱過(guò)猛液體會(huì )沿導管沖出。
3.此實(shí)驗裝置只能說(shuō)明蒸餾的原理,并驗證用蒸餾方法可以除去液體中的雜質(zhì),而不能用于大量制取蒸餾水。 4、蒸餾方法最易除去的是蒸氣壓極低的無(wú)機和有機鹽類(lèi)。
分為兩種情況,一種是液體里含有不揮發(fā)性雜質(zhì),通過(guò)蒸餾把混在液體里的雜質(zhì)去掉,如制蒸餾水,這種蒸餾是比較簡(jiǎn)單的,另一種情況是把可以互溶且都具有揮發(fā)性的兩種或幾種液體組成的溶液,用蒸餾方法分離就比較復雜了,必須經(jīng)過(guò)反復蒸餾和冷凝(稱(chēng)為精餾或分餾),才能將溶液分離成純組分。 制取蒸餾水之二 【原理】蒸餾是分離和提純液態(tài)混合物常用的方法之一。
應用這一方法,可以把沸點(diǎn)不同的物質(zhì)從混合物中分離出來(lái),還可以把混在液體里的雜質(zhì)去掉。水中所含雜質(zhì)主要是一些無(wú)機鹽,一般是不揮發(fā)的。
把水加熱到沸騰時(shí),大量生成水蒸氣,然后將水蒸氣冷凝可得到蒸餾水。 【用品】鐵架臺、酒精燈、蒸餾燒瓶、冷凝管、錐形瓶、溫度計、自來(lái)水、碎瓷片 【操作】 1、將蒸餾燒瓶,冷凝管儀器裝配好。
2、在蒸餾燒瓶里加入普通水(自來(lái)水)至燒瓶容積的一半左右,再加入一些碎瓷片,然后用插有溫度計(150℃)的橡皮塞塞緊。(注意溫度計水銀球在蒸餾燒瓶支管的位置),給蒸餾燒瓶加熱。
3、當水溫達到約100℃時(shí),水沸騰,水蒸氣經(jīng)過(guò)冷凝管冷凝后,收集在錐形瓶中,這就是蒸餾水。
蒸餾是最多的,先除雜 蒸餾法:蒸餾法雖然是一種古老的方法,但由于技術(shù)不斷地改進(jìn)與發(fā)展,該法至今仍占統治地位。
蒸餾淡化過(guò)程的實(shí)質(zhì)就是水蒸氣的形成過(guò)程,其原理如同海水受熱蒸發(fā)形成云,云在一定條件下遇冷形成雨,而雨是不帶咸味的。根據所用能源、設備、流程不同主要可分設備蒸餾法、蒸汽壓縮蒸餾法、多級閃急蒸餾法等。
冷凍法:冷凍法,即冷凍海水使之結冰,在液態(tài)淡水變成固態(tài)冰的同時(shí)鹽被分離出去。冷凍法與蒸餾法都有難以克服的弊端,其中蒸餾法會(huì )消耗大量的能源并在儀器里產(chǎn)生大量的鍋垢,而所得到的淡水卻并不多;而冷凍法同樣要消耗許多能源,但得到的淡水味道卻不佳,難以使用。
反滲透法:通常又稱(chēng)超過(guò)濾法,是1953年才開(kāi)始采用的一種膜分離淡化法。該法是利用只允許溶劑透過(guò)、不允許溶質(zhì)透過(guò)的半透膜,將海水與淡水分隔開(kāi)的。
在通常情況下,淡水通過(guò)半透膜擴散到海水一側,從而使海水一側的液面逐漸升高,直至一定的高度才停止,這個(gè)過(guò)程為滲透。此時(shí),海水一側高出的水柱靜壓稱(chēng)為滲透壓。
如果對海水一側施加一大于海水滲透壓的外壓,那么海水中的純水將反滲透到淡水中。反滲透法的最大優(yōu)點(diǎn)是節能。
它的能耗僅為電滲析法的1/2,蒸餾法的1/40。因此,從1974年起,美日等發(fā)達國家先后把發(fā)展重心轉向反滲透法。
反滲透海水淡化技術(shù)發(fā)展很快,工程造價(jià)和運行成本持續降低,主要發(fā)展趨勢為降低反滲透膜的操作壓力,提高反滲透系統回收率,廉價(jià)高效預處理技術(shù),增強系統抗污染能力等。 太陽(yáng)能法:人類(lèi)早期利用太陽(yáng)能進(jìn)行海水淡化,主要是利用太陽(yáng)能進(jìn)行蒸餾,所以早期的太陽(yáng)能海水淡化裝置一般都稱(chēng)為太陽(yáng)能蒸餾器。
餾系統被動(dòng)式太陽(yáng)能蒸餾系統的例子就是盤(pán)式太陽(yáng)能蒸餾器,人們對它的應用有了近150年的歷史。由于它結構簡(jiǎn)單、取材方便,至今仍被廣泛采用。
目前對盤(pán)式太陽(yáng)能蒸餾器的研究主要集中于材料的選取、各種熱性能的改善以及將它與各類(lèi)太陽(yáng)能集熱器配合使用上。與傳統動(dòng)力源和熱源相比,太陽(yáng)能具有安全、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),將太陽(yáng)能采集與脫鹽工藝兩個(gè)系統結合是一種可持續發(fā)展的海水淡化技術(shù)。
太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)由于不消耗常規能源、無(wú)污染、所得淡水純度高等優(yōu)點(diǎn)而逐漸受到人們重視。 低溫多效:多效蒸發(fā)是讓加熱后的海水在多個(gè)串聯(lián)的蒸發(fā)器中蒸發(fā),前一個(gè)蒸發(fā)器蒸發(fā)出來(lái)的蒸汽作為下一蒸發(fā)器的熱源,并冷凝成為淡水。
其中低溫多效蒸餾是蒸餾法中最節能的方法之一。低溫多效蒸餾技術(shù)由于節能的因素,近年發(fā)展迅速,裝置的規模日益擴大,成本日益降低,主要發(fā)展趨勢為提高裝置單機造水能力,采用廉價(jià)材料降低工程造價(jià),提高操作溫度,提高傳熱效率等。
多級閃蒸:所謂閃蒸,是指一定溫度的海水在壓力突然降低的條件下,部分海水急驟蒸發(fā)的現象。多級閃蒸海水淡化是將經(jīng)過(guò)加熱的海水,依次在多個(gè)壓力逐漸降低的閃蒸室中進(jìn)行蒸發(fā),將蒸汽冷凝而得到淡水。
目前全球海水淡化裝置仍以多級閃蒸方法產(chǎn)量最大,技術(shù)最成熟,運行安全性高彈性大,主要與火電站聯(lián)合建設,適合于大型和超大型淡化裝置,主要在海灣國家采用。多級閃蒸技術(shù)成熟、運行可靠,主要發(fā)展趨勢為提高裝置單機造水能力,降低單位電力消耗,提高傳熱效率等。
電滲析法:該法的技術(shù)關(guān)鍵是新型離子交換膜的研制。離子交換膜是0.5-1.0mm厚度的功能性膜片,按其選擇透過(guò)性區分為正離子交換膜(陽(yáng)膜)與負離子交換膜(陰膜)。
電滲析法是將具有選擇透過(guò)性的陽(yáng)膜與陰膜交替排列,組成多個(gè)相互獨立的隔室海水被淡化,而相鄰隔室海水濃縮,淡水與濃縮水得以分離。電滲析法不僅可以淡化海水,也可以作為水質(zhì)處理的手段,為污水再利用作出貢獻。
此外,這種方法也越來(lái)越多地應用于化工、醫藥、食品等行業(yè)的濃縮、分離與提純。 壓汽蒸餾:壓汽蒸餾海水淡化技術(shù),是海水預熱后,進(jìn)入蒸發(fā)器并在蒸發(fā)器內部分蒸發(fā)。
所產(chǎn)生的二次蒸汽經(jīng)壓縮機壓縮提高壓力后引入到蒸發(fā)器的加熱側。蒸汽冷凝后作為產(chǎn)品水引出,如此實(shí)現熱能的循環(huán)利用。
露點(diǎn)蒸發(fā)法:露點(diǎn)蒸發(fā)淡化技術(shù)是一種新的苦咸水和海水淡化方法。它基于載氣增濕和去濕的原理,同時(shí)回收冷凝去濕的熱量,傳熱效率受混合氣側的傳熱控制。
水電聯(lián)產(chǎn):水電聯(lián)產(chǎn)主要是指海水淡化水和電力聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供。由于海水淡化成本在很大程度上取決于消耗電力和蒸汽的成本,水電聯(lián)產(chǎn)可以利用電廠(chǎng)的蒸汽和電力為海水淡化裝置提供動(dòng)力,從而實(shí)現能源高效利用和降低海水淡化成本。
國外大部分海水淡化廠(chǎng)都是和發(fā)電廠(chǎng)建在一起的,這是當前大型海水淡化工程的主要建設模式。 熱膜聯(lián)產(chǎn):熱膜聯(lián)產(chǎn)主要是采用熱法和膜法海水淡化相聯(lián)合的方式(即MED-RO或MSF-RO方式),滿(mǎn)足不同用水需求,降低海水淡化成本。
目前,世界上最大的熱膜聯(lián)產(chǎn)海水淡化廠(chǎng)是阿聯(lián)酋富查伊拉海水淡化廠(chǎng),日產(chǎn)海水淡化水量為45.4萬(wàn)立方米,其中,MSF日產(chǎn)水28.4萬(wàn)立方米,RO日產(chǎn)水17萬(wàn)立方米。其優(yōu)點(diǎn)是:投資成本低,可共用海水取水口。
RO和MED/MSF裝置淡化產(chǎn)品水可以按一定比例混合滿(mǎn)足各種各樣的需求。 此外,以上方法的其他組合也日益受到重視。
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