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電滲析設(shè)備(ED)

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廣州奧深水處理設(shè)備有限公司

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電滲析設(shè)備(ED)近十多年來，電滲析技術(shù)發(fā)展得很快，現(xiàn)已大規(guī)模應(yīng)用在海水的淡化，并逐漸擴大應(yīng)用到電子、醫(yī)藥、化工、食品和環(huán)保等領(lǐng)域

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電滲析設(shè)備(ED)

近十多年來，電滲析技術(shù)發(fā)展得很快，現(xiàn)已大規(guī)模應(yīng)用在海水的淡化，并逐漸擴大應(yīng)用到電子、醫(yī)藥、化工、食品和環(huán)保等領(lǐng)域。如在食品工業(yè)中用于從牛奶中除去無機鹽和從酒和果汁中除去有機酸等，在糖業(yè)方面的研究應(yīng)用也很受重視。

詳細介紹
一、ED電滲析工作原理

    將溶液置于直流電場中，它所含的帶電離子就向帶相反電荷的電極移動。如果在溶液中裝設(shè)離子交換樹脂膜將溶液隔開成幾部分，這些膜會選擇性地讓某些離子通過，而將另一些離子阻擋住。這樣就使被樹脂膜隔開的某些部分含電解質(zhì)較多，而另外的部分則相反。這就是電滲析作用，藉此可以分離和除去溶液中的電解質(zhì)，即將溶液脫鹽。
    電滲析所用的離子交換樹脂膜有兩類：一類只能透過陽離子，簡稱為陽膜，它通常含有帶負電的活性基團，能透過陽離子，但它的負電基則將溶液中的負離子排斥在外并阻擋其通過。另一類膜只能透過陰離子，簡稱陰膜，它通常含有帶正電的活性基團，能透過陰離子，但排斥和阻擋陽離子。將陽膜和陰膜交替排列成多個組合，兩側(cè)置電極，就成為電滲析器。
    在電滲析器的兩端裝陽極和陰極，中間交替地平行放置陽膜和陰膜。在通入直流電后，溶液中的離子受相反電荷的電極吸引而相它移動，陽離子透過陽膜而被陰膜所阻擋，陰離子透過陰膜而被陽膜所阻擋。這樣在陽膜與陰膜之間就積聚較多的電解質(zhì)，成為濃縮液，該室就是濃縮室；而在陰膜與陽膜之間則較少離子，成為淡化液，該室就是淡化室。
    在電滲析器的陽極發(fā)生幾種化學(xué)反應(yīng)，Cl^-和OH^-放出電子，形成初生態(tài)氯和氧，放出氯氣和氧氣，一些氯溶于水中生成次氯酸使水呈酸性。
    在電滲析器的陰極發(fā)生另幾種化學(xué)反應(yīng)，H⁺ 和Na⁺吸收電子，形成氫氣和氫氧化鈉，使溶液呈堿性。
溶液中存在的其他離子亦發(fā)生相應(yīng)的反應(yīng)，如Ca²⁺、Mg²⁺生成Mg(OH)₂和CaCO₃等沉淀物。
    電極反應(yīng)消耗的電能為定值，與電滲析器中串聯(lián)多少對樹脂膜的關(guān)系不大，為充分發(fā)揮電流的脫鹽作用，常在兩電極之間串聯(lián)裝置很多對膜，一般為200～300對，甚至多達1000對(膜對多時要用較高電壓)。
    在電滲析器通入直流電后，淡化室中的鹽類濃度逐漸降低(以至趨近于零)；濃縮室中的鹽類濃度則逐漸升高。將各個淡化室的液體引出，是含電解質(zhì)很少的溶液；各濃縮室的液體引出，是集中了鹽類的溶液。兩端電極的液體引出混合，使它們互相中和。
二、電滲析工程典型工藝流程
1、苦咸水淡化、地下水除氟原水→101過濾器→精密過濾器→電滲析裝置→中空纖維超濾器→紫外線殺菌器→成品水
2、飲用純凈水、太空水生產(chǎn) 原水→機械過濾器→活性炭過濾器→精密過濾器→電滲析裝置→陽離子交換器→陰離子交換器→混合離子交換器→中空纖維超濾器→紫外線殺菌器→臭氧滅菌裝置→成品水
3、制藥行業(yè)針劑制備、大輸液制備用水原水→活性炭過濾器→精密過濾器→電滲析裝置→陽離子交換器→陰離子交換器→混合離子交換器→多效蒸餾水機→成品水
4、化肥、機械行業(yè)用水原水→機械過濾器→精密過濾器→電滲析裝置→陽離子交換器→脫氣塔→陰離子交換器→成品水
三、a)離子交換膜的種類和特點
    離子交換膜是電滲析器的關(guān)鍵部件。它的化學(xué)結(jié)構(gòu)與一般的離子交換樹脂相同，分為基膜和活性基團兩大部分?；な蔷哂辛Ⅲw網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子化合物，活性基團是由具有交換作用的陽(或陰)離子和與基膜相連的固定陰(或陽)離子所組成。
    陽膜的材質(zhì)通常是磺酸型樹脂，活性基團為強酸性的磺酸基－SO₃H，它容易離解出H₊。陽膜表面有大量的負電基SO3－，故排斥溶液中的陰離子。
   陰膜的材質(zhì)通常是季胺型樹脂，活性基團為強堿性的季胺基－N(CH3)3OH，它容易離解出OH－。陰膜表面有大量的正電基－N(CH3)3+ ，故排斥溶液中的陽離子。
    基膜的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子骨架中存在許許多多網(wǎng)孔，這些網(wǎng)孔相互溝通形成微細的、迂回曲折的通道，通道的長度遠大于膜的厚度。在電場作用下，溶液中的陽離子可通過陽膜的微細孔道進入膜的另一側(cè)(向陰極方向)，陰離子則通過陰膜進入相反的另一側(cè)(向陽極方向)。電滲析器中有許多陽膜和陰膜交錯排列，配對成許多個組合。在每一對陽膜和陰膜之間，離子從它的兩側(cè)進入，就形成離子集中的濃縮室，而在它的外側(cè)就形成淡化室。
    上述兩類膜統(tǒng)稱為通用膜，是用得最多的。它的缺點是不耐氧化和高溫。在兩端的電極室，溫度較高且有氧化反應(yīng)，要用特殊材料的離子交換膜、惰性多孔膜或纖維布。
    此外還有兩性膜，它是將磺酸基團和季胺基團按適當(dāng)比例混合制得。兩性膜具有較好的抗極化性能(而普通陰膜易因極化作用使電阻和電壓升高，效率下降)。
    通常使用的陰膜為苯乙烯季胺型樹脂，較易被水中的有機物污染，使電滲析效率下降。大孔陰膜(膜孔徑為0.05～0.15μm)具有一定的抗污染能力。
    離子交換膜按膜體結(jié)構(gòu)分為異相膜、均相膜和半均相膜三大類。異相膜亦稱非均相膜，是直接用磨細的離子交換樹脂(250目)，加入粘合劑制成。其中含有離子交換活性基團的部分與形成膜狀結(jié)構(gòu)的部分有不同的化學(xué)組成，活性基團分布不均勻。這種膜工藝成熟，價格較低，但粘合劑有將活性基團包住的傾向，膜電阻較大，選擇透過性較低。膜的厚度較大，約0.4～0.8mm。
    均相膜不含粘合劑，通常是在高分子基膜上直接接上活性基團，或用含活性基團的高分子樹脂的溶液直接制得。這種膜中的活性基團分布均勻，膜的整體結(jié)構(gòu)均一。它的厚度小，約0.15～0.3mm，電化學(xué)性能好，但價格較高。
半均相膜是將離子交換樹脂和粘合劑同溶于溶劑中再形成膜。外觀、結(jié)構(gòu)和性能都介于上述兩種膜之間。
    國外生產(chǎn)的離子交換膜的品種很多，國內(nèi)生產(chǎn)的品種亦迅速發(fā)展。
b)離子交換膜性能
   離子交換膜的各項性能是影響電滲析器工作質(zhì)量的關(guān)鍵因素，對它有嚴(yán)格要求。
    首先，樹脂膜應(yīng)平整、均一、光滑，無針孔，厚度要適當(dāng)，有良好的強度和韌性，能承受一定的壓力和拉力。
    樹脂膜要能承受一定的溫度不變形，較多的膜只能用在40℃以下，也有部分膜能耐70℃。
    樹脂膜要能耐受一定的酸、堿，適應(yīng)用稀酸清洗除垢的需要。電極室的隔膜用特殊膜，陽極室膜應(yīng)能抵抗新生態(tài)氯和氧的侵蝕，陰極室膜應(yīng)能耐堿。
    樹脂膜應(yīng)有較高的離子交換容量，這點很重要。
    樹脂膜要有良好的導(dǎo)電性。膜的電阻低，電滲析器所需電壓也較低，相反則要較高。電滲析用面電阻來表示，單位為Ω .cm2(Ω為電阻單位歐姆)，整個膜的電阻為面電阻除以膜的總面積。它是在標(biāo)準(zhǔn)濃度的KCl溶液中測出的。
    樹脂膜要有良好的選擇透過性，即它對同名的離子(陽膜對陽離子及陰膜對陰離子)有很高的透過性，讓它們暢順通過；但膜對另一類離子的透過性應(yīng)盡量少，將它們有效地阻擋隔離。通常，交換容量高和微孔孔徑小的膜的選擇透過性較好。膜的選擇透過度是在一定條件下，離子在膜內(nèi)遷移數(shù)的增加值與理想膜的遷移數(shù)的增加值的比例。一般要求實用膜的透過度高于85%。在溶液濃度高時，膜的選擇性下降，在此條件工作的膜的選擇性要更高。此外，膜對水的透過性也要小，以免降低電滲析的效果。
    離子交換膜使用前應(yīng)保存在濕潤的環(huán)境或用清水浸泡，以防干燥變形。若保存時間長，需加入少量防腐劑如甲醛于水中，防止細菌滋生。
c)離子交換膜的隔板
    離子交換膜是很薄的薄膜，在兩件薄膜之間要裝隔板將薄膜隔開和支持，此隔板亦是液體流通的通道。隔板有甲、乙兩種，陽膜與陰膜之間為隔板甲，陰膜與陽膜之間為隔板乙。滲析器中陽膜與陰膜交錯排列，隔板則是甲、乙板交錯排列。隔板的厚度只為1～2mm，故可以在不很長的滲析器內(nèi)裝設(shè)很多的膜與板的組合，電阻和所需電壓都不大。隔板用聚氯乙烯或聚丙烯制成。兩種隔板分別構(gòu)成淡化室和濃縮室。全部薄膜與隔板都有多個貫通的孔，作為液體進入和淡液與濃液流出的通道。
    每塊隔板內(nèi)都有多折平行反復(fù)的通道，液體沿通道流動。甲乙兩種隔板的差異是連接配水孔和通道的具體位置不同，以分別連接外部的淡液管和濃液管。通道處有隔網(wǎng)，隔網(wǎng)有魚鱗狀網(wǎng)、方格編織網(wǎng)、波狀多孔網(wǎng)等形式，使流動的液體成湍流狀態(tài)。
四、電滲析器構(gòu)成
    電滲析器的整體分為膜堆、電極室和緊固裝置三大部分。膜堆由許多對膜和隔板按一定的順序整齊地排列組成。兩端為電極室，裝設(shè)電極及有關(guān)部件。滲析器最外端為牢固的上、下壓板，通過多個貫通螺栓將上述全部部件均勻地壓緊成一個整體，確保滲析器在正常壓力下工作不泄漏。膜和隔板近邊沿處的通孔互相連接形成液體進出的通道。這種構(gòu)造有點類似板框式壓濾機。
    電極室中裝電極、極框、電極托板和橡膠墊板。電極的材料通常是石墨、不銹鋼或鈦(有些在表面鍍鉑以抗腐蝕)。極框放置在電極與極室膜之間，防止膜與電極相貼，并作為電極室進出水的通道，及時將電極反應(yīng)產(chǎn)物排出。
    電滲析器通常用單程的工作方式，液體只經(jīng)過一組膜板；有時用兩程，液體串聯(lián)通過兩組膜板(電滲析器稱為一段和兩段)。亦可在滲析器的中間再裝一個共電極，縮短電流通過的長度，這些都按照實際需要來設(shè)計。
    電滲析器可用臥式或立式，即將滲析膜水平或垂直裝置。前者的安裝較方便，后者是在水平安裝和壓緊后豎立起來，這便于運行時排出水流中的氣體，這在工作溫度高時更需要。

五、適用范圍

   電滲析裝置已被廣泛應(yīng)用于電力、化工、電子、環(huán)保、醫(yī)藥、紡織、食品等行業(yè)，獲得令人滿意的經(jīng)濟效益，具體用途主要有：
    1、海水、苦咸水淡化制取生活飲用水。
    2、制取啤酒、汽水、純凈水等飲料用水。
    3、制取低壓鍋爐用水。
    4、電滲析和離子交換法聯(lián)合使用，制取蒸餾水、高純水、超純水，這種制水方法可節(jié)約酸堿80~90%，避免樹脂的頻繁再生，并大大降低制水成本。
    5、聯(lián)合其他不同的處理單元，可制成滿足電子、醫(yī)藥、食品、化工等更高檔次的行業(yè)用水。
    6、電鍍、電子等工業(yè)廢水（液）中Au、Ag、Cu等貴重金屬的回收及廢水回用。
    7、除氟化物、廢水處理。
　