幾種常見的電滲析技術(shù)解析

電滲析(ED)是在直流電場(chǎng)作用下，利用離子交換膜的選擇透過性，帶電離子透過離子交換膜定向遷移，從水溶液和其他不帶電組分中分離出來，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液的濃縮、淡化、精制和提純的目的。

目前電滲折技術(shù)己發(fā)展成一個(gè)大規(guī)模的化工單元過程，在膜分離領(lǐng)域占有重要地位。廣泛應(yīng)用于化工脫鹽，海水淡化，食品醫(yī)藥和廢水處理等領(lǐng)域，在某些地區(qū)已成為飲用水的主要生產(chǎn)方法，具有能量消耗少，經(jīng)濟(jì)效益顯著;裝置設(shè)計(jì)與系統(tǒng)應(yīng)用靈活，操作維修方便，不污染環(huán)境，裝置使用壽命長(zhǎng)，原水的回收率高等優(yōu)點(diǎn)。

填充床電滲析又稱電脫離子法(Electrodeio－nizattono簡(jiǎn)稱EDI)。它是將電滲析法與離子交換法結(jié)合起來的一種水處理方法，即在電滲析的除鹽室中填充陰陽離子交換劑，利用電滲析過程中極化現(xiàn)象對(duì)離子交換填充床進(jìn)行電化學(xué)再生，它兼有電滲析技術(shù)的連續(xù)除鹽和離子交換技術(shù)深度脫鹽的優(yōu)點(diǎn)，又避免了電滲析技術(shù)濃差極化和離子交換技術(shù)中的酸堿再生等帶來的問題。

EDR的原理和電滲析法基本是相同的，只是在運(yùn)行過程中，EDR每隔一定的時(shí)間，正負(fù)電極極性相互倒換一次(國(guó)內(nèi)電滲析器一般2～4h倒換一次)，因此稱現(xiàn)行的倒極電滲析為頻繁倒極電滲析。EDR系統(tǒng)是由電滲析本體、整流器及自動(dòng)倒極系統(tǒng)三部分組成的，其倒極一般分以下三個(gè)步驟:(1)轉(zhuǎn)換直流電源電極的極性，使?jié)狻⒌一Q，離子流動(dòng)反向進(jìn)行;(2)轉(zhuǎn)換進(jìn)、出水閥門，使?jié)狻⒌业墓┡潘到y(tǒng)互換;(3)極性轉(zhuǎn)換后持續(xù)1～2min，將不合格淡水歸入濃水系統(tǒng)，然后濃、淡水各行其路，恢復(fù)正常運(yùn)行。倒極電滲析器的使用，大大提高了電滲析操作電流和水回收率，延長(zhǎng)了運(yùn)行周期在飲用水凈化和鍋爐補(bǔ)給水處理等有廣泛的應(yīng)用。

高溫電滲析是將電滲析的進(jìn)水溫度加熱到80℃，使溶液的粘度下降，擴(kuò)散系數(shù)增大，離子遷移數(shù)增加，有利于極限電流密度的大幅增大，從而提高電滲析器的脫鹽能力，降低動(dòng)力消耗，從而降低處理費(fèi)用，尤其是對(duì)有余熱可利用的工廠更為適宜。高溫電滲析雖然有脫鹽能力大，投資省及運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低等許多優(yōu)點(diǎn)，可是存在耐高溫膜的研制以及需增加熱交換器而要消耗一部分熱能的問題，因此，在什么情況下采用多高的溫度，需要從投資，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用及水溫等方面綜合進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

無極水電滲析，它的主要特點(diǎn)是取消了傳統(tǒng)電滲析的極室和極水，原水利用率可達(dá)70%以上，該裝置的電極緊貼一層或多層陰離子交換膜，它們?cè)陔姎馍隙际窍嗷ヂ?lián)接的，這樣既可以防止金屬離子進(jìn)入離子交換膜，同時(shí)又防止極板結(jié)垢，延長(zhǎng)電極的使用壽命。該裝置在運(yùn)行方式上采用頻繁倒極，全自動(dòng)操作，以城市自來水為進(jìn)水，單臺(tái)多級(jí)多段配置，脫鹽率可達(dá)99%以上。

由JM離子交換網(wǎng)膜和電極為主要部件組裝而成的新型電滲析器。它主要是用JM離子交換網(wǎng)膜構(gòu)件取代離子交換膜和隔板，此新構(gòu)件具有普通離子交換膜和隔板的功能。該機(jī)在相同條件下與有隔板的電滲析器比較，脫鹽速率快，電耗可降低20%以上。

卷式電滲析器是一種類似卷式反滲透組件結(jié)構(gòu)的電滲析器，它的陰陽離子交換膜都放在同心圓筒內(nèi)，并卷成螺旋狀。卷式電滲析器的結(jié)構(gòu)是將電極夾在離子交換膜內(nèi)制成特殊的膜堆電極，陰陽離子交換膜與絕緣隔網(wǎng)板制成淡水U形流道單元，并與淡水集配水管的側(cè)壁相通，膜堆電極與淡水流道單元之間夾入一張絕緣網(wǎng)隔板構(gòu)成濃水流道單元，然后以淡水集配水管為中心卷制成圓筒體。陽極在圓筒的中心，陰極安放在圓筒的外殼上，淡液和濃液沿膜間通道流動(dòng)，管道與圖平面垂直，淡液通過管道而進(jìn)出。卷式電滲析器其主要缺點(diǎn)是螺旋膜堆難以密封，特別是圓筒中心管既作電極用，又要作集水管用，由于存在電極反應(yīng)，使得離子交換膜與中心管粘結(jié)的部分不易密封。

液膜電滲析是用具有相同功能的液態(tài)陰陽離子交換膜代替固態(tài)的陰陽離子交換膜，液膜電滲析的研究對(duì)象以分離無機(jī)物為主，但規(guī)模均處于小試驗(yàn)階段，其試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪怯冒胪感圆ＡЪ垖⒁耗と芤喊瞥杀訝畹母舭澹缓笱b入電滲析器中運(yùn)行。液膜電滲析在濃縮、提取化合物、合成高純物質(zhì)、脫鹽等方面已有相關(guān)應(yīng)用。液膜電滲析把化學(xué)反應(yīng)、擴(kuò)散和電遷移三者結(jié)合起來，開拓了液膜應(yīng)用研究的新領(lǐng)域，具有廣闊的發(fā)展前景。

雙極膜是一種新型離子交換復(fù)合膜，它一般由陰離子交換樹脂層和陽離子交換脂層及中間界面親水層組成。在直流電場(chǎng)作用下，從膜外滲透入膜間的水分子即刻分解成H+和OH－可作為H+和OH－的供應(yīng)源。利用這一特點(diǎn)，將雙極性膜與其它陰、陽離子交換膜組合而成的雙極性膜電滲析系統(tǒng)，能夠在不引入新組分的情況下，將水溶液中的鹽轉(zhuǎn)化生成相應(yīng)的酸和堿，這稱為雙極膜電滲析法。含鹽水MX在陰膜和陽膜之間的隔室流動(dòng)，施加直流電后，雙極性膜的界面層發(fā)生水的解離，H+同陰離子X－結(jié)合形成酸OH－同陽離子M+結(jié)合形成堿。

離子隔膜電解是將電滲析技術(shù)和電解技術(shù)結(jié)合起來的一種新工藝。我們以離子交換膜電解食鹽水為例，用一陽離子交換膜分隔電解槽中陰陽極室，構(gòu)成兩室電解槽，向陽極室引入飽和NaCl溶液，陰極室引入蒸餾水，當(dāng)輸入直流電進(jìn)行電解后，食鹽水溶液中的部分氯離子在陽極上失去電子生成氯氣并逸出。陽極溶液中剩下的鈉離子隨溶液一同向陰極遷移，流入陰極的電解液，其中的氫離子在陰極得到電子生成氫氣自電解槽陰極室逸出。由于氫離子不斷放電析出氫氣，從而進(jìn)一步促使水進(jìn)行電離。由于陽離子交換膜的固定基團(tuán)帶負(fù)電荷，它和溶液中Na+離子異性電荷相吸，結(jié)果只允許Na+離子通過，而對(duì)Cl－離子排斥，于是Na+離子遷入陰極室，它和OH－相結(jié)合，生成NaOH。目前，工業(yè)上用的較多的是立式隔膜電解槽。隔膜電解由于它充分利用兩電極之反應(yīng)，并將陽極區(qū)和陰極區(qū)的反應(yīng)物和產(chǎn)物分開的功能和優(yōu)點(diǎn)。它廣泛地應(yīng)用在化工、環(huán)保、有色冶金等領(lǐng)域。

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