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公司名称:沧州市利佳水处理设备有限公司

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电渗析技术简介

    电渗析是五十年代发展起来的膜法分离技术之一,它的应用范围巳从初期的海水和 苦咸水淡化扩大到电子、医药、化工、工业 综合利用等乃至环境保护领域中。目前,我国巳有二十多个省市共1000多台电渗析设备投入运转。为进一步普及电渗析技术,仍有必要对电渗折技术作概念性介绍。 
一、电渗析的原理 
     电渗析是利用具有选择透过性的离子交换膜在外加直流电场的作用下,使水中的离子
作定向迁移,并有选择地通过带有不同电荷的离子交换膜,从而达到溶质和溶剂分离的一种物理化学过程。其原理如图所示。 
 
 电渗析的原理
 
       
图为一个4隔室型的电渗折原理示意 图,A为阴离子交换膜(简称阴膜),C为 阳离子交换膜(简称阳膜),阴膜与阳膜交替 排列,两端设置电极。阴膜与阳膜之间的空间称为隔室。包含电极的隔室称极室,通入极室的水流称为极水。 
     将含有NaCl的溶液分别通入隔室1、3和 2、4中,并将极水分别通入阳极室a和阴极室b。当接通电源后,水中的离子即开始作定向迁移,阳离子向阴极迁移,阴离子向阳极迁移。由于阳离子交换膜只允许阳离子通过,阻挡阴离子;阴离子交换膜只允许阴离子通过,阻挡阳离子。因此,隔室1、3中的钠离子分别透过阳膜进入隔室2、4;氯离子透过阴膜进入隔室2、4。而隔室2、4中的钠离子和氯离子则均被不同电性的离子交换膜所阻挡而不能迁出,于是形成1、3隔室中的离子数量减少,2、4隔室中的离子数量增加的交替排列的脱盐室和浓缩室。在应用中,以紧面装置将众多的隔室压紧,使所有的淡水隔室和浓水隔室各自联通,即可进行工作。 
二、电滲析器的构造 
电渗析器包括由离子交换膜、隔板、隔网组成的膜堆部分和电极、极框组成的电极部分。各部分以紧固框架压紧,成为一个整体。 
离子交换膜:电渗析设备中的离子交换膜在整个设备中是最关重要的部件,膜性能的优劣对设备的脱盐能力起着决定性的作用。离子交换膜通常以聚乙烯等高分子材料为基膜,基膜的高分子链上,接有可以电离出阳离子或阴离子的活性基团,活性基团由固定基团和解离离子组成。所以可将离子交换膜看成是薄膜状的离子交换树脂或是一种固体电解质。阳离子交换膜的固定基团带负电荷,形成负电荷壁垒因而阻挡水中阴离子通过;阴离子交换膜反之,其正电荷壁垒阻挡水中的阳离子通过。 
随着电渗析技术的发展,离子交换膜的品种不断增多,如一价离子选择性透过膜、 大孔性阴离子交换膜,表面改性季铵阴膜、 氯乙醇橡胶膜以及特殊用途膜等。这些膜大多具有较高的耐腐蚀、抗氧化、热稳定性优良等性能,有些品种国外已开始应用于工业生产。我国从1958年起先后研究出10余种离子交换膜,但目前大量生产的仍以聚乙烯异相离子交换膜为主。 
隔板:隔板的作用是保持阴膜和阳膜之间有一定的间距,构成浓淡隔室,保证水流的通畅和传导电流,并保持密闭性。一般的隔板常和隔网配合或粘结在一起,隔网起到搅拌液流、促成湍流的作用。 
用作隔板的材料应具有一定的化学稳定性、耐酸、碱的腐蚀。目前普遍采用的隔板材料有聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯等绝缘材料,也可采用橡胶。隔板的厚度从0.5—2.0 毫米不等。在水流型式方面,分有回路和无回路两种(即长流程和短流程)。至于隔网,型式很多,有平织网、波型网、交织网等,并有单层或双层之分。隔板的厚度,流水道型式及网的类型,对电渗析设备的工作 效率有着不可忽视的影响。国内大多采用编织网。 
电极:目前在电渗析设备中作电极的材料有不锈钢板、钛涂钌丝、石墨、铅板等。根据不同的水质类型和运行电流密度选择电极材料,如钛涂钌丝电极适用范围广、过电位低,可在较大的电流密度下用作阴、阳极,但价格较高。不锈钢电极较适用于阴极,在低Cl-水中,可作阳极使用,耐腐蚀。廉价的石墨电极可作阴极,也可做阳极,在Cl-含量高的水中,不易腐蚀,但不耐SO4-的 侵蚀,且重量大,质脆。铅电极价廉,可用作阴、阳极,但作阳极时较易腐蚀,一般适用于硫酸盐型水质,运转中有Pb+溶于极水,故淡化水不宜作饮用水。目前国外采用较多的是不锈钢、铂、钛涂钌(或铂、铌)等电极材料。 
在设备投产运行时,尚须其他辅助设备如整流器、管件、阀门、水泵、水箱和流量计、压力计、电导仪等。 
三、电渗析技术的适用 范围及其特点 
1.电渗析是以电能为驱动力的离子迁移过程,其耗电量一般与水中的电解质含量成正比。在淡化苦咸水时,能量消耗很少,因 此被广泛地应用于水的淡化脱盐,如海水淡化、苦咸水淡化制饮用水、制取工业高纯水等。在电渗折过程中,既无物态的改变,也 无相变,只是少量电解质从溶剂中分离出去,因而既不象蒸馏将90%以上的水变成蒸汽那样须消耗大量燃料,也不同于反渗透须用高压泵将大量的水分子挤出半透膜,或离子交换那样频繁再生,排出酸碱废液。在这些方面,电渗折具独特优点。目前世界上许 多大型淡化站采用了这种方法,如美国俄克拉何马州日产11350吨的苦咸水淡化站,希 腊科孚岛日产15000吨的苦咸水淡化站。我国1981年投产的西沙海水淡化站(日产淡水200吨,为目前世界上最大的海水淡化站之一)等。 
2.由于电渗析的特点是只对电解质起作用,对非电解质不起作用,所以可用电渗析法从食糖、牛乳等非电解质溶液或液体中分离电解质杂质(即分离与提纯工艺),如甘露醇脱盐,牛乳脱盐等。 
3.电渗析设备具有浓、淡两个系统,可以同时对电解质溶液起到淡化和浓缩的作用,因此除用于水的淡化脱盐外,尚可用作海水浓缩制盐、电镀废水浓缩回收等。日本几乎全部采用电渗析法制取食盐。 
4.在电渗析设备中,电极具有与电解相同的作用,因此在工业上可以在利用离子交换膜选择透过性的同时,利用电极的氧化还原反应,如离子交换膜法制造高纯度苛性碱等。 
5.电渗析技术具有操作简便,易于实行自动化、不消耗其他药品,脱盐浓度范围适应性大等特点。不足之点为对离解度小的盐 类及不离解的物质难以除去,如对水中的大多数有机物质、硅、硼等就不能除去。 
在电渗析运行过程中,必须根据不同的设备和水质选择适当的电流范围(即极限电流值以下运行),否则会造成设备的极化、结垢。造成极化的原因很多,机理复杂。一般所指的极化,多限于浓差极化范畴,其主要原因是在电渗析过程中,电解质离子在膜中的迁移速度远大于在溶液中的迁移速度。当电流增大时,溶液中的离子一旦补充不上,在膜的界面层就产生水解离现象,大量的OH-、H+参加迁移,传导电流。其中OH-穿过阴膜进入浓水室,使值发生变化而引起浓水室中的Ca2+,Mg2+,HCO3-生生成沉淀,附着在膜面上;在运行过程中即表现为电压上升,电流密度下降,脱盐率低等现象,严重时造成停运。 
为此,进入电渗析设备的原水,要求经过预处理,去除机械杂质和有机物,以免堵塞流水道、增加水流阻力和造成膜的污染,一般要求进水浊度不超过3度。 
电渗析技术广泛应用于各种水处理,除矿井水、苦咸水和海水的淡化外,还用于制取锅炉补给水,电镀废水的浓缩回收等方面。 
随着电渗析设备的大型化以及高温电渗析、不解体清洗等新技术的出现,预期电渗析技术在淡化脱盐领域中将进一步显示其优越性。 
(张茂能编写)