一、傳統(tǒng)離子交換法（Ion Exchange Process）

1. 復(fù)床離子交換工藝（Cation-Anion Bed）

• 核心原理：采用 “陽離子交換柱 + 陰離子交換柱” 串聯(lián)，分兩步去除離子，是最基礎(chǔ)的離子交換流程。
• 第一步（陽離子柱）：裝填強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂（如 001×7 樹脂），樹脂上的 H?與水中陽離子（Na?、Ca2?等）置換，生成 H?主導(dǎo)的酸性水；
• 第二步（陰離子柱）：裝填強(qiáng)堿型陰離子交換樹脂（如 201×7 樹脂），樹脂上的 OH?與水中陰離子（Cl?、SO?2?等）置換，生成 H?O，同時(shí)中和第一步的酸性。
• 處理精度：出水電阻率約 0.1-10 MΩ?cm（25℃），無法完全去除弱電解質(zhì)（如 SiO?、CO?）；
• 優(yōu)缺點(diǎn)：
• 優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單、初期成本低，適合低純度需求（如工業(yè)循環(huán)水補(bǔ)水）；
• 缺點(diǎn)：樹脂需定期用鹽酸（HCL）、氫氧化鈉（NaOH）再生，產(chǎn)生化學(xué)廢液，且再生期間無法連續(xù)產(chǎn)水；
• 適用場景：小型工業(yè)用水（如紡織印染、普通鍋爐補(bǔ)水）、實(shí)驗(yàn)室低純度去離子水。

2. 混合床離子交換工藝（Mixed Bed）

• 核心原理：將強(qiáng)酸陽離子樹脂與強(qiáng)堿陰離子樹脂按 1:2 比例混合裝填在同一柱內(nèi)，水中離子與樹脂的 H?、OH?同時(shí)置換，反應(yīng)更徹底。
• 混合床中，陽離子樹脂吸附陽離子后釋放 H?，陰離子樹脂吸附陰離子后釋放 OH?，H?與 OH?直接結(jié)合成 H?O，避免復(fù)床中 “酸性水→堿性水” 的中間過程，減少弱電解質(zhì)殘留；
• 處理精度：出水電阻率可達(dá) 10-18 MΩ?cm（25℃），接近理論純水（18.2 MΩ?cm），可去除 99.9% 以上離子；
• 優(yōu)缺點(diǎn)：
• 優(yōu)點(diǎn)：純度極高，無需中和步驟，出水水質(zhì)穩(wěn)定；
• 缺點(diǎn)：樹脂再生難度大（需先分離陽 / 陰樹脂再分別再生），再生成本高，適合作為 “深度精制” 環(huán)節(jié)；
• 適用場景：電子行業(yè)初級超純水（如 PCB 清洗）、制藥行業(yè)注射用水預(yù)處理、實(shí)驗(yàn)室高純度水。

3. 復(fù)床 + 混合床串聯(lián)工藝（Two-Bed + Mixed Bed）

• 核心原理：以 “復(fù)床” 作為預(yù)處理（去除 80%-90% 離子），再用 “混合床” 深度精制，平衡 “處理量” 與 “純度”；
• 處理精度：出水電阻率穩(wěn)定在 15-18 MΩ?cm（25℃），可去除弱電解質(zhì)（如 SiO?≤0.02 mg/L）；
• 適用場景：傳統(tǒng)半導(dǎo)體行業(yè)、光學(xué)玻璃清洗、高端化妝品生產(chǎn)，是 2000 年前超純水制備的主流工藝。

二、現(xiàn)代膜分離法（Membrane Separation Process）

1. 反滲透工藝（Reverse Osmosis, RO）

• 核心原理：在原水側(cè)施加高于滲透壓的壓力（通常 0.5-1.5 MPa），迫使水分子透過反滲透膜（孔徑 0.1-1 nm），而離子、有機(jī)物、微生物被截留；
• 主流 RO 膜為芳香族聚酰胺復(fù)合膜，對陽離子（如 Na?）、陰離子（如 Cl?）的去除率達(dá) 95%-99%，對二價(jià)離子（如 Ca2?、SO?2?）去除率超 99.5%；
• 處理精度：出水電阻率約 0.05-0.5 MΩ?cm（25℃），屬于 “初級去離子水”，需配合其他工藝提升純度；
• 優(yōu)缺點(diǎn)：
• 優(yōu)點(diǎn)：無化學(xué)廢液、自動化程度高、運(yùn)行成本低（僅耗電），可同時(shí)去除離子、膠體、微生物；
• 缺點(diǎn)：對原水預(yù)處理要求高（需先過濾、除氯，避免膜污染），濃水（含高濃度離子）需處理；
• 適用場景：工業(yè)大規(guī)模去離子水預(yù)處理（如后續(xù)接 EDI / 混合床）、飲用水純化、電鍍廢水回用。

2. 電滲析工藝（Electrodialysis, ED/EDR）

• 核心原理：利用 “陽離子交換膜（只允許陽離子通過）+ 陰離子交換膜（只允許陰離子通過）” 交替排列，在電場作用下，水中離子向?qū)?yīng)電極遷移，通過膜進(jìn)入濃水室，淡水室得到去離子水；
• 衍生技術(shù) “電滲析倒極（EDR）” 可通過定期反轉(zhuǎn)電場，自動清洗膜表面結(jié)垢，提升運(yùn)行穩(wěn)定性；
• 處理精度：出水電阻率約 0.1-5 MΩ?cm（25℃），適合中等鹽度水（TDS 500-5000 mg/L）處理；
• 優(yōu)缺點(diǎn)：
• 優(yōu)點(diǎn)：能耗低（僅驅(qū)動離子遷移）、濃水鹽度可濃縮至 10%-15%（便于回收），適合高鹽原水；
• 缺點(diǎn)：對低鹽原水（TDS＜500 mg/L）處理效率低，無法去除有機(jī)物和微生物；
• 適用場景：海水淡化預(yù)處理、高鹽工業(yè)廢水（如化工、冶金）去離子、苦咸水純化。

3. 納濾工藝（Nanofiltration, NF）

• 核心原理：介于超濾（UF）與反滲透（RO）之間，膜孔徑 1-10 nm，可截留二價(jià) / 多價(jià)離子（如 Ca2?、SO?2?），但允許部分一價(jià)離子（如 Na?、Cl?）通過，兼具 “去離子” 與 “軟化” 功能；
• 處理精度：對二價(jià)離子去除率 80%-95%，一價(jià)離子去除率 20%-50%，出水電阻率約 0.03-0.2 MΩ?cm（25℃）；
• 優(yōu)缺點(diǎn)：
• 優(yōu)點(diǎn)：操作壓力低（0.2-0.8 MPa，低于 RO）、能耗低，可同時(shí)去除有機(jī)物（如農(nóng)藥、色素）；
• 缺點(diǎn)：去離子精度低于 RO，無法滿足高純度需求；
• 適用場景：飲用水軟化（去除鈣鎂離子）、食品工業(yè)去離子（如果汁脫鹽）、電鍍廢水部分去離子。

三、復(fù)合組合工藝（Hybrid Combination Process）

1. 反滲透（RO）+ 連續(xù)電除鹽（EDI）工藝

• 核心流程：原水→預(yù)處理（過濾、除氯、阻垢）→ RO（去除 95% 以上離子）→ EDI（深度去離子）；
• EDI（Electrodeionization）：將離子交換樹脂填充在陰陽離子交換膜之間，通過電場使樹脂持續(xù)再生（無需化學(xué)藥劑），實(shí)現(xiàn) “連續(xù)去離子”，處理精度可達(dá) 10-18 MΩ?cm（25℃）；
• 技術(shù)優(yōu)勢：結(jié)合 RO 的 “低成本預(yù)處理” 與 EDI 的 “無廢液精制”，實(shí)現(xiàn)全自動化、零化學(xué)污染，是當(dāng)前超純水制備的 “黃金組合”；
• 適用場景：半導(dǎo)體（芯片制造）、光伏（硅片清洗）、制藥（注射用水）、實(shí)驗(yàn)室超純水，占高端去離子水市場的 70% 以上。

2. 反滲透（RO）+ 混合床（MB）工藝

• 核心流程：原水→預(yù)處理→ RO→ 混合床；
• 用 RO 替代傳統(tǒng) “復(fù)床”，大幅減少混合床樹脂的離子負(fù)荷，延長樹脂再生周期（從 1 周延長至 1-3 個(gè)月），降低化學(xué)廢液量；
• 處理精度：出水電阻率 15-18 MΩ?cm（25℃），可滿足極高純度需求；
• 優(yōu)缺點(diǎn)：
• 優(yōu)點(diǎn)：純度高于 RO+EDI，適合對 SiO?、TOC（總有機(jī)碳）要求極嚴(yán)的場景；
• 缺點(diǎn)：仍需定期再生混合床，存在化學(xué)廢液；
• 適用場景：電子級超純水（如光刻膠制備）、高端實(shí)驗(yàn)室（原子吸收光譜用水）。

不同工藝核心參數(shù)對比

總結(jié)

• 低純度、小批量：優(yōu)先復(fù)床離子交換或單級 RO；
• 中等純度、大規(guī)模：優(yōu)先 EDR 或 RO；
• 高純度、零污染：優(yōu)先 RO+EDI；
• 超高純度、嚴(yán)要求：優(yōu)先 RO + 混合床。