一、電滲析器的工作原理

 

    電滲析器是在外加直流電場(chǎng)的作用下，當(dāng)含鹽分的水流經(jīng)陰、陽(yáng)離子交換膜和隔板組成的隔室時(shí)，水中的陰、陽(yáng)離子開(kāi)始定向運(yùn)動(dòng)，陰離子向陽(yáng)極方向移動(dòng)，陽(yáng)離子向陰極方向移動(dòng)。由于離子交換膜具有選擇透過(guò)性，陽(yáng)離子交換膜(簡(jiǎn)稱(chēng)陽(yáng)膜)的固定交換基團(tuán)帶負(fù)電荷，因此允許水中陽(yáng)離寸通過(guò)而阻擋陰離子; 陰離子交換膜(簡(jiǎn)稱(chēng)陰膜)的固定交換基團(tuán)帶正電荷，因此允許水中的陰離子通過(guò)而阻擋陽(yáng)離子，致使淡水隔室中的離子遷移到濃水隔室中去，從而達(dá)到淡化的目的，見(jiàn)圖4-18.

 

   根據(jù)電滲原理制取淡水時(shí)，要消耗一定量的濃水和極水，為了減少水耗量可以采用濃水循環(huán)和極水循環(huán)以及減少濃水和極水的方法。由于濃水的濃度提高了，降低了膜的選擇透過(guò)性，因而降低了電流效率，增加了耗電量，表4-34、表4-35。在濃濃水直，排放條件下，水量比為淡水:濃水:極水==1：1.2：0.2（或1：0.6：0.2）。這時(shí)水的利用率約45.5%~55.5%。采用濃水循環(huán)可降低水耗量。

二、電滲析器的結(jié)構(gòu)

 

    電滲析器由膜堆、極區(qū)、夾緊裝置三大部件組成。電滲析器的組裝型式與膜堆水流方向見(jiàn)圖4-19。

 

(一)膜堆                                       

 

一張陽(yáng)膜、一張隔板、一張陰膜，再一張隔板組成一個(gè)膜對(duì)。一對(duì)電極之間所有的膜對(duì)之和稱(chēng)為膜堆，它是電滲析器性能的關(guān)鍵部件。

 

組成膜對(duì)零件的主要材料如下:

 

(1)陰、陽(yáng)離子交換膜。按膜中活性基團(tuán)的均一程度可分為異相膜(非均質(zhì))、均相膜兩類(lèi)。異相膜是把粉狀樹(shù)脂與膠黏劑混合后制成的膜;均相膜是直接使離子交換樹(shù)脂的合成與成膜工藝結(jié)合制成的膜，異相膜與均相膜性能比較表4-36。

 

(2)隔板。隔板常用1~2mm的硬聚氯乙烯板制成，板上開(kāi)有配水孔、布水槽、流水道、集水槽和集水孔。隔板的作用是使兩層膜間形成水室，構(gòu)成流水通道，并起配水和集水的作用。

 

(二)夾緊裝置

 

夾緊裝置是使電極、膜堆、隔板連成整體并防止內(nèi)外泄漏。一般有鑄鐵和鋼板兩種。因鋼板有彈性能局部變形，即使隔板，膜厚度不均，也不會(huì)泄漏。拉桿螺栓有碳鋼、不銹鋼兩種。

 

(四)電滲析器的級(jí)與段

 

級(jí)是指電極對(duì)的數(shù)目，段是指水流方向，水流通過(guò)一個(gè)膜堆后改變方向進(jìn)入后一個(gè)膜堆，即增加一段，見(jiàn)圖4-20。根據(jù)實(shí)際情況可設(shè)置多級(jí)多段。  

 

(三)極區(qū)

 

極區(qū)由托板、電極、極框和彈性墊板組成。極區(qū)的主要作用是給電滲析器供直流電，將原水導(dǎo)人膜堆的配水孔，將淡水和濃水排出電滲析器，并通人和排出極水。電極托板的作用是加固極板和安裝進(jìn)出水接管，常用厚的硬聚氯乙烯板制成。電極的作用是接通內(nèi)外電路，在電滲析器內(nèi)造成均勻的直流電場(chǎng)。陽(yáng)極常用石墨，鉛、鐵絲涂釘?shù)炔牧?陰極可用不銹秀鋼等材料制成。極框用來(lái)在極板和膜堆之間保持一定的距離，構(gòu)成極室，也是極水的通道。極框常用厚5~7mm的粗網(wǎng)多水道式塑料板制成。墊板起防止漏水和調(diào)整厚度不均的作用，常用橡膠或軟聚氯乙烯板制成。電滲析器通電后，電極表面發(fā)生電才電極反應(yīng)，致使陽(yáng)極水呈酸性，并產(chǎn)生初生態(tài)的氧02和氰氣Cl2。陰極水呈堿性，當(dāng)極水中有Ca2+和Mg2+時(shí)，有可能生成CaC03和Mg (OH)2水垢，結(jié)集在陰極上，陰極室有O2和H2排出。因此極水要暢通，可不斷排出電極反應(yīng)產(chǎn)物，有利于電滲析器正常運(yùn)行。

 

四、電滲析ED系統(tǒng)類(lèi)型

 

 (1)單向電滲析系統(tǒng)。指電滲析器在運(yùn)行過(guò)程中電極極性保持不變的一種電滲析方式。也就是在運(yùn)行過(guò)程中電流方向保持不變，膜堆內(nèi)部濃、淡水室不能互換。

 

 (2)倒極電滲析系統(tǒng)。指電滲析器在運(yùn)行過(guò)程中，每2~8h倒換一次一種電滲析方式。在倒電極極性時(shí)，還要改變濃、淡水系統(tǒng)的流向，使?jié)狻⒌彝瑫r(shí)互換。

 

 (3)頻繁倒極的電滲析系統(tǒng)EDR (Electrodialysis Rever-sal)。指電滲析器在運(yùn)行過(guò)程中，每15 ~30min自動(dòng)倒換一次電極極性的一種電滲析方式。在倒電極極性時(shí)還要自動(dòng)改變濃、淡水系統(tǒng)的流向，使?jié)?、淡水室同時(shí)互換。EDR具有以下優(yōu)點(diǎn)：

 

 1)每小時(shí)3-4次破壞極化層，可以防止因濃差極化引起的膜堆內(nèi)部沉淀結(jié)垢。

 

 2)在陰膜朝陽(yáng)極的面上生成的初始沉淀晶體，在進(jìn)一步生長(zhǎng)和要附著在膜面上之前便被溶解和被液流沖走，不能形成運(yùn)行障礙。

 

 3)由于電極極性的頻繁倒轉(zhuǎn)，水中帶電荷的膠體或菌膠團(tuán)的運(yùn)動(dòng)方向頻繁倒轉(zhuǎn)，減輕了戮泥物質(zhì)在膜上的附著。

 

 4)可以避免和減少向濃水流中加酸或阻垢劑等藥品。

 

 5)在運(yùn)行過(guò)程中，陽(yáng)極室產(chǎn)生的酸可以自身清洗電極，克服陰極表面上的沉淀。

 

 6)比常規(guī)倒極電滲析操作電流高，原水回收率高，穩(wěn)定運(yùn)行周期長(zhǎng)。 

 五、系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

 

 (一)電滲析裝置進(jìn)水水質(zhì)條件與裝置性質(zhì)范圍

 

1.進(jìn)水水質(zhì)條件

 

   電滲析裝置應(yīng)在下列進(jìn)水水質(zhì)條件下正?？煽抗ぷ?。

 

   (1)水溫:5~40℃。

 

   (2)耗氧量高錳酸鉀指數(shù):＜3mg/L。

 

   (3)游離氯:<0. 2mg/L。

 

   (4)鐵:<0. 3mg/L。

 

   (5)錳:<0. Lmg/L。

 

   (6)濁度:1.5~2mm隔板小于30; 0. 5~0. 9mm瞰板小于1°。

 

   (7)污染指數(shù)SDI：<7 (EDR); <3~5 (ED)，應(yīng)實(shí)際測(cè)定，一般EDR SDI< 10。

 

2.裝置性質(zhì)范圍

 

    海水含鹽量由20000~35000g/L降低至500~1000mg/L，苦咸水含鹽量由1000 ~5000mg/L降低至500~1000mg/L。

 

3.系統(tǒng)一設(shè)備選擇

 

   (1) (ED)一離子交換組合系統(tǒng)。原水含鹽量在200mg/L以上進(jìn)人(ED), (ED)出口水含鹽量為20-40mg/L。

 

   (2)電滲析器5臺(tái)以上設(shè)置2臺(tái)備用，電滲析器5臺(tái)以下設(shè)置1臺(tái)備用。

 

   (3)整流器技術(shù)要求。三相橋式硅整流器，直流輸出應(yīng)有正、負(fù)極開(kāi)關(guān)或自動(dòng)倒極裝置。

 

   (4)當(dāng)采用0. 5~ 0. 9mm隔板，進(jìn)電滲析前應(yīng)通過(guò)10~20μm精密過(guò)濾器。

 

   電滲析ED處理不同水質(zhì)的耗電參數(shù)見(jiàn)表4-42。

 

(二)預(yù)處理水量確定

 

(三)電滲析設(shè)備容量的確定

 

   電滲析設(shè)備水量調(diào)節(jié)能力不大，為了保證電滲析設(shè)備出水質(zhì)量與穩(wěn)定運(yùn)行，一般可限定Qd/Qd≤1.25。

 

(四)電極材料選擇

 

(五)電滲析ED裝置計(jì)算

 

1.極限電流密度((ilim.)

 

2.脫盆率

 

3.電滲析器實(shí)際耗電量 

 

4.電滲析器電流效率

六、系統(tǒng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

 

   (1)電滲析器的進(jìn)水壓力須保持穩(wěn)定，應(yīng)有專(zhuān)門(mén)的供水泵或高位水池供水，進(jìn)水管道上應(yīng)安裝閥門(mén)、流量計(jì)和壓力表。

 

      (2)為防止電化學(xué)腐蝕和漏電，在預(yù)處理設(shè)備進(jìn)水閥門(mén)前可于用金屬管道，進(jìn)水閥門(mén)以后與電滲析器相連接的管道應(yīng)采用塑料管或襯膠管。

 

   (3)采用定期倒極運(yùn)行時(shí)，多臺(tái)或多系列并列的電滲析器，宜采用在母管上裝調(diào)向閥門(mén)。電滲析器起始進(jìn)水行壓力控制不超過(guò)0. 2MPa。為了深度脫鹽采用多臺(tái)串聯(lián)時(shí)，若進(jìn)水壓力過(guò)高，可設(shè)置中間水池、中間升壓水泵，此時(shí)須同時(shí)設(shè)置連鎖控制和報(bào)警裝置。采用400 X 1600mm電滲析器，一般串聯(lián)組含電滲析器3-4臺(tái);采用800×1600mm電滲析器，一般串聯(lián)組含電滲析器2~3臺(tái)。

 

   (4)與電滲析器進(jìn)出水相連接的管道應(yīng)采用可伸縮管接，以便裝卸。為防止設(shè)備停運(yùn)時(shí)膜堆內(nèi)部形成負(fù)壓，在電滲析器出口的*高位置應(yīng)裝設(shè)真空破壞閥;另外，電滲析器出水應(yīng)通入水池，不準(zhǔn)有背壓。

 

 離子交換膜或陽(yáng)離子交換膜的淡水一側(cè)，由于離子在膜中的遷移數(shù)大于在溶液中的遷移數(shù)，就使得膜和溶液界面處的離子濃度C1小于溶液相中的離子濃度C2。同樣，在陰膜或陽(yáng)膜的濃水側(cè)，從膜中遷移出來(lái)的，由于離子量大于溶液中的離子遷移數(shù)，就使得相界面處的濃度C1大于溶液相中的離子濃度C2。這樣在膜的兩側(cè)都產(chǎn)生了濃度差值。顯然，通入的電流強(qiáng)度越大，離子遷移的速度越快，濃度差值也就越大。如果電流提高到相當(dāng)程度，將會(huì)出現(xiàn)C。值趨于零的情況，這時(shí)在淡水側(cè)就會(huì)發(fā)生水分子的電離(H2O→H+ +OH-)，由H+離子和OH-離子的遷移K補(bǔ)充傳遞電流，這種現(xiàn)象稱(chēng)為極化現(xiàn)象。極化現(xiàn)象出現(xiàn)的結(jié)果，在陰膜濃水一側(cè)，由于OH一離子富集起來(lái)，水的pH值增大，便產(chǎn)生氫氧化物沉淀，造成膜面附近結(jié)垢;另外，在陽(yáng)膜的濃水一側(cè)，由于膜表面處的離子濃度比C1大得多，也容易造成膜面附近結(jié)垢。

 

     結(jié)垢的結(jié)果必然導(dǎo)致電流效率的降低，膜的有效面積減小，壽命縮短，影響電滲析過(guò)程的正常進(jìn)行。防止極化*有效的方法是控制電滲析器在極限電流密度以下運(yùn)行。另外，定期進(jìn)行倒換電極運(yùn)行，將膜上積聚的沉淀溶解下來(lái)?，F(xiàn)在采用的電滲析實(shí)際上是以倒極方式(EDR)為多，即以一種流向運(yùn)行一定時(shí)間(例如20min)，然后由自動(dòng)開(kāi)關(guān)將直流電場(chǎng)顛倒，并在此反方向運(yùn)行同樣長(zhǎng)的一段時(shí)間，如此反復(fù)顛倒運(yùn)行，極性顛倒時(shí)，淡水室和濃水室互換。所以，在倒極后需沖洗0. 1~l. 5min。按更換方向進(jìn)行等時(shí)間運(yùn)行的這種電滲析器，可使原來(lái)在濃水室中沉積或附在膜上的不溶物或微溶物在更換極性期間被除去。      

 

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