離子交換法是以圓球形樹脂（離子交換樹脂）過濾原水，水中的離子會與固定在樹脂上的離子交換。常見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)里面的球狀樹脂，以兩個鈉離子交換一個鈣離子或鎂離子的方式來軟化水質(zhì)。
離子交換樹脂利用氫離子交換陽離子，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離子交換樹脂會以氫離子交換碰到的各種陽離子（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脂會以氫氧根離子交換碰到的各種陰離子（如Cl-）。從陽離子交換樹脂釋出的氫離子與從陰離子交換樹脂釋出的氫氧根離子相結(jié)合后生成純水。
陰陽離子交換樹脂可被分別裝在不同的離子交換床中，分成所謂的陰離子交換床和陽離子交換床。也可以將陽離子交換樹脂與陰離子交換樹脂混在一起，置于同一個離子交換床中。不論是那一種形式，當(dāng)樹脂與水中帶電荷的雜質(zhì)交換完樹脂上的氫離子及（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、過濾法和活性碳吸附法）組合應(yīng)用時，則離子交換法在整個純化系統(tǒng)中，將扮演非常重要的一個部分。離子交換法能有效的去除離子，卻無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脂上，并以樹脂作為培養(yǎng)基，使得微生物可快速生長并產(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)物可能是陽離子、陰離子或非離子性的物質(zhì)，離子交換樹脂可去除原水中一些可溶性的有機(jī)酸和有機(jī)堿（陰離子和陽離子），但有些非離子性的有機(jī)物卻會被樹脂包覆，這過程稱為樹脂的"污染阻塞"現(xiàn)象，不但會減少樹脂的壽命，而且降低其交換能力。為保護(hù)離子交換樹脂，可將活性碳過濾器安裝在離子交換樹脂之前，以去除非離子性的有機(jī)物。
活性碳的吸附過程是利用活性碳過濾器的孔隙大小及有機(jī)物通過孔隙時的滲透率來達(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，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。
微孔過濾法
微孔過濾法包括三種類型：深層過濾（depth）、篩網(wǎng)過濾（screen）及表面過濾（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），而表面過濾則是多層結(jié)構(gòu)，當(dāng)溶液通過濾膜時，較濾膜內(nèi)部孔隙大的顆粒將被滯留下來，并主要堆積在濾膜表面上。
由于上述三種濾膜的功能不同，因此對濾膜之間的分辨非常重要。由于深層過濾是一種較為經(jīng)濟(jì)的方式，可去除98%以上的懸浮固體，同時保護(hù)下游的純化單元不會敗壞或堵塞，因此通常被作為預(yù)過濾處理。表面過濾可去除99.99%以上的懸浮固體，所以也可作為預(yù)過濾處理或澄清用。微孔薄膜（篩網(wǎng)濾膜）一般被置于純化系統(tǒng)中的*終使用點(diǎn)，以去除*后殘留的微量樹脂碎片、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去除顆粒，而超濾（UF）薄膜則是一個分子篩，它以尺寸為基準(zhǔn)，讓溶液通過極細(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，仍有些大分子會滲漏至濾過液中。
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)兩種不同濃度的溶液，由一個半透膜隔開時，滲透現(xiàn)象會自然發(fā)生。滲透壓將水壓過半透膜，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)過相當(dāng)?shù)臅r間，貯水箱內(nèi)才會有足夠的水量。
RO膜可執(zhí)行離子排除，使得只有水可通過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)離子性的高價離子，但是，對于弱離子性的單價離子（如鈉離子）的效果只有95%.不同的進(jìn)水需要不同種類的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)過適當(dāng)設(shè)計(jì)后，RO是將自來水純化的最經(jīng)濟(jì)有效方法。RO同時也是試劑級純水系統(tǒng)最好的前處理方法。
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