水純化方法

        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。

        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(chēng)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械淖杂陕?，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zui終使用點(diǎn)，以去除zui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。

        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（RO）法是可達(dá)到90%~99%雜質(zhì)去除率中的方法。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N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?zhuān)瑉ui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*，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)水純化的有效方法。RO同時(shí)也是試劑級(jí)純水系統(tǒng)的前處理方法。

        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。

電滲析（EDI）是一項(xiàng)結(jié)合了離子交換樹(shù)脂和離子選擇性通透膜，并結(jié)合直流電去除水中離子化雜質(zhì)的技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展克服了離子交換樹(shù)脂的局限性，特別是離子交換柱耗竭時(shí)離子雜質(zhì)的釋放及重填或再生離子交換柱的工作。

 

水通過(guò)一個(gè)或多個(gè)在陽(yáng)離子或陰離子選擇膜之間填滿離子交換樹(shù)脂的管腔，在電場(chǎng)的作用下，離子在離子交換樹(shù)脂間向管腔的兩側(cè)移動(dòng)并進(jìn)入另外的管腔，這個(gè)過(guò)程中也會(huì)電解產(chǎn)生維持樹(shù)脂處于再生狀態(tài)所需的H+和OH- 。流向兩側(cè)獨(dú)立管腔的離子被水沖刷掉。

蒸餾法是通過(guò)改變水的形態(tài)，從液態(tài)到氣態(tài)再回到液態(tài)，將水和污染物分離。每一個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程都為純水與污染物的分離提供了機(jī)會(huì)。理論上，除蒸汽壓力與水接近的物質(zhì)和共沸化合物，蒸餾法能去除所有種類(lèi)的水中污染物。
像RO一樣，蒸餾法生產(chǎn)純水的速度較慢，所以蒸餾水必須先儲(chǔ)存起來(lái)以備日后使用。
蒸餾水器非常耗電，每生產(chǎn)1升純水通常耗費(fèi)1KW電力。依據(jù)蒸餾水器的不同設(shè)計(jì)，蒸餾水的電阻率大約能達(dá)到1 MΩ-cm，因?yàn)榭諝庵械腃O2會(huì)溶入蒸餾水中迅速降低其電導(dǎo)率。新鮮蒸餾水是無(wú)菌的，但如果保存不當(dāng)，一段時(shí)間后就不再是無(wú)菌的了。

凱得菲（KDF）的作用及功效
凱得菲（KDF）是高純度的銅/鋅合金顆粒，它通過(guò)微電化學(xué)氧化-還原反應(yīng)（Redox）進(jìn)行水處理工作，在與水接觸時(shí)，合金中的兩種金屬在亞微觀尺度上構(gòu)成無(wú)數(shù)小的原電池系統(tǒng)，這種材料在水中具有強(qiáng)大的反應(yīng)能力和極快的反應(yīng)速度，可以清除水中高達(dá)99%的氯和水中溶解的鉛、汞、鎳、鉻等金屬離子和化合物。對(duì)抑制細(xì)菌、真菌、污垢、水藻的滋生效果。被用于預(yù)處理、主處理與廢水處理設(shè)備。凱得菲（KDF）完善或取代現(xiàn)有技術(shù)，可大輻度延長(zhǎng)了系統(tǒng)壽命，減少重金屬、微生物、污垢，降低了總費(fèi)用，減化系統(tǒng)維護(hù)。
（1） 去除強(qiáng)氧化劑（余氯）
凱得菲（KDF）具有強(qiáng)大的還原能力，能去除水中的各種強(qiáng)氧化劑，對(duì)余氯特別有效。
（2）去除重金屬
凱得菲（KDF）處理介質(zhì)可以去除水中的多種重金屬離子，如鉛、汞、銅、鎳、鎘、砷、銻、鋁和其他許多可溶性重金屬離子，它們的去除是通過(guò)置換反應(yīng)和物理和化學(xué)吸附反應(yīng)來(lái)完成的。凱得菲（KDF）去除重金屬離子的機(jī)理如下：金屬離子吸附于凱得菲（KDF）處理介質(zhì)的表面并與凱得菲（KDF）中的鋅發(fā)生置換反應(yīng)，生成的金屬或吸附在凱得菲（KDF）表面，或進(jìn)入凱得菲（KDF）晶格中，從而使有毒重金屬污染物結(jié)合在凱得菲（KDF）上。例如，水中溶解的鉛離子還原成不溶性的鉛原子，并吸附于凱得菲（KDF）介質(zhì)的表面,汞離子與凱得菲（KDF）也發(fā)生類(lèi)似的反應(yīng)，X射線衍射研究發(fā)現(xiàn)汞的去除是形成了銅－汞合金。
（3）去除硫化氫
在應(yīng)用膜法進(jìn)行水處理時(shí)，如果選用地下水作水源，水中可能存在硫化氫，硫化氫如被氧化成硫磺就會(huì)污染濾膜表面，凱得菲（KDF）過(guò)濾介質(zhì)有去除硫化氫的功能，生成的硫化銅不溶于水，可在凱得菲（KDF）介質(zhì)反沖洗時(shí)去除
（4）減少懸浮固體
凱得菲（KDF）處理介質(zhì)的顆粒平均尺寸大約為60目，zui小的顆粒約110目，也能起到物理過(guò)濾去除懸浮物質(zhì)的作用，通常凱得菲（KDF）過(guò)濾介質(zhì)能夠有效地去除直徑小于至50μm的顆粒。
（5）減少礦物質(zhì)結(jié)垢
（6）抑制微生物繁殖
凱得菲（KDF）處理介質(zhì)不是通過(guò)一種機(jī)理、而是幾種機(jī)理控制微生物的生長(zhǎng)繁殖，通過(guò)每一種的單獨(dú)作用或協(xié)同作用來(lái)達(dá)到抑制微生物的作用。主要機(jī)理包括：氧化還原電位的變化，氫氧根離子和過(guò)氧化氫的形成，介質(zhì)中鋅的溶出等。在一般情況下，凱得菲（KDF）處理介質(zhì)作為反滲透膜的預(yù)處理手段時(shí)，能夠抑制細(xì)菌、藻類(lèi)等微生物的繁殖，從而防止了微生物對(duì)膜的破壞。