產(chǎn)品展示-> 純水及超純水設(shè)備-> 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(kuò)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(jī)鹽和從酒和果汁中除去有機(jī)酸等,在糖業(yè)方面的研究應(yīng)用也很受重視。
詳細(xì)介紹 一、ED電滲析工作原理
將溶液置于直流電場(chǎng)中,它所含的帶電離子就向帶相反電荷的電極移動(dòng)。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(huì)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(fù)電的活性基團(tuán),能透過陽離子,但它的負(fù)電基則將溶液中的負(fù)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(tuán),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(gè)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(dòng),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(duì)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(duì)膜,一般為200~300對(duì),甚至多達(dá)1000對(duì)(膜對(duì)多時(shí)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(gè)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(jī)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(jī)→成品水 4、化肥、機(jī)械行業(yè)用水 原水→機(jī)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(diǎn) 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(tuán)兩大部分。基膜是具有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子化合物,活性基團(tuán)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(tuán)為強(qiáng)酸性的磺酸基-SO3H,它容易離解出H+。陽膜表面有大量的負(fù)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(tuán)為強(qiáng)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(xì)的、迂回曲折的通道,通道的長度遠(yuǎn)大于膜的厚度。在電場(chǎng)作用下,溶液中的陽離子可通過陽膜的微細(xì)孔道進(jìn)入膜的另一側(cè)(向陰極方向),陰離子則通過陰膜進(jìn)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(cuò)排列,配對(duì)成許多個(gè)組合。在每一對(duì)陽膜和陰膜之間,離子從它的兩側(cè)進(jìn)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(diǎn)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(tuán)和季胺基團(tuán)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(jī)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(xì)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(tuán)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(tuán)分布不均勻。這種膜工藝成熟,價(jià)格較低,但粘合劑有將活性基團(tuán)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(tuán),或用含活性基團(tuán)的高分子樹脂的溶液直接制得。這種膜中的活性基團(tuán)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(jià)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(xiàng)性能是影響電滲析器工作質(zhì)量的關(guān)鍵因素,對(duì)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(qiáng)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(diǎn)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(gè)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(cè)出的。 樹脂膜要有良好的選擇透過性,即它對(duì)同名的離子(陽膜對(duì)陽離子及陰膜對(duì)陰離子)有很高的透過性,讓它們暢順通過;但膜對(duì)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(shí)用膜的透過度高于85%。在溶液濃度高時(shí),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(duì)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(shí)間長,需加入少量防腐劑如甲醛于水中,防止細(xì)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(cuò)排列,隔板則是甲、乙板交錯(cuò)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(gè)貫通的孔,作為液體進(jìn)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(dòng)。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(dòng)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(duì)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(gè)貫通螺栓將上述全部部件均勻地壓緊成一個(gè)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(jìn)出的通道。這種構(gòu)造有點(diǎn)類似板框式壓濾機(jī)。 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(jìn)出水的通道,及時(shí)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(shí)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(gè)共電極,縮短電流通過的長度,這些都按照實(shí)際需要來設(shè)計(jì)。 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(yùn)行時(shí)排出水流中的氣體,這在工作溫度高時(shí)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(jì)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。