概述电渗析设备的极化发生过程

时间:2013-07-20 作者:admin 点击:426次

      离子的浓差扩散,由于浓缩室和淡化室中的溶液中存在着浓度差,总会有少量的离子由浓缩室向淡化室扩散迁移,从而降低了渗析效率;同名离子的迁移,离子交换膜的选择透过性往往不可能是*的,因此总会有少量的相反离子透过交换膜;

 
  水的电渗析,由于离子的水合作用和形成双电层,在直流电场作用下,水分子也可从淡化室向浓缩室迁移;水的压渗,由于浓缩室和淡化室之间存在流体压力的差别,迫使水分子由压力大的一侧向压力小的一侧渗透。显然,这些次要过程对电渗析是不利因素,但是它们都可以通过改变操作条件予以避免或控制。
 
  电流效率:电渗析析器运行时实际除盐量与理论除盐量之比称为电渗析设备的电流效率。
 
  极化发生后在阳膜淡室的一侧富集着过量的氢氧根离子,阳膜浓室的一侧富集着过量的氢离子;而在阴膜淡室的一侧富集着过量的氢离子,阴膜浓室的一侧富集着过量的氢氧根离子。由于浓室中离子浓度高,则在浓室阴膜的一侧发生碳酸钙等沉淀,从而增加膜电阻,加大电能消耗,减小膜的有效面积,降低出水水质,影响正常运行。
 
  电渗析设备工作时,单位膜面积上通过的电流称为电流密度。运行时,当电流密度达到一定值时,界面层离子的迁移速度远低于膜内离子迁移速度,迫使膜界面处水分子发生电离,依靠氢离子和氢氧根离子来传递电流,这种膜界面现象称为浓差极化,此时的电流密度称为极限电流密度。极化包括浓差极化和电极极化。
 
  水的渗透,尽管交换膜是不允许溶剂分子透过的,但是由于淡化室与浓缩室之间存在浓度差,就会使部分溶剂分子(水)向浓缩室渗透;水的极化电离,有时由于工作条件不良,会强迫水电离为氢离子和氢氧根离子,它们可透过交换膜进入浓缩室。
 
  淡化装置能量运动消耗流程:
 
  淡化装置的总容量为18000m3/d,选用数台装置并联运行。考虑到原水水质的特性,采用介于海水及一般水处理之间的系统回收率65%,既保证水源的充分利用,又防止回收率过高对膜的损害。为实现回收率>65%的目标,需采用二段工艺操作。考虑到该水质的反渗透操作压力较高,浓水排放较海水处理相对较少,排放量较大,在一、二段膜中间增设能量回收装置,从而减少系统的能量消耗。
 
  无论采用几台装置并联,从装置能量消耗的角度看,对于一级一段流程,每个压力容器内安装6组反渗透膜*佳;对于一级二段流程,每个压力容器内安装4组膜*佳。从投资的角度看,每个压力容器内安装的膜组件数越多,压力容器的个数越少,同样膜组件数的投资越少;因为6m长压力容器与4m长压力器的价格并不呈比例增长。综合考虑各方面因素,一级二段流程也选用6m长的压力容器,即每个压力容器内安装6组反渗透膜组件。
 
  鉴于该水含盐量为12400mg/L,属于高浓度苦咸水,且不到常规海水含盐量的一半,无法照搬传统意义苦咸水及海水的处理方式。因此采用苦咸水和海水反渗透膜一级一段、一级二段和二者的混合工艺分别计算。
 
  完全使用海水膜,淡化系统的能量消耗较高,*段采用苦咸水膜、第二段采用海水膜的能量消耗与两段均采用苦咸水膜的能量消耗相当。完全采用苦咸水膜时,操作压力为294N,到第二段的进口浓度达到24000mg/L,虽然从理论计算上没有问题,但缺乏工程实例,风险较大。因而,反渗透膜堆的排布形式采用*段苦咸水膜,第二段海水膜。
 
  根据透过水的水质情况,后处理采用p值调节。透过水加入Na2CO3调节p值,加入量为145mg/L,加入后把p值调节到7.43,以符合循环水的水质要求及减少对管路的腐蚀。由于调节p值而加入了纯碱,处理后水的总固溶物含量将有所增加,*后加入1mg/L液氯以防止微生物的污染,提供给用户使用。反渗透装置主体电力消耗20kW·h/m3(产水),加入引水及其他附属设备用电共计2.5kW·h/m3,单位造水成本则为2.48元/m3。
 
  混床系统设计因素和实例:
 
  不同树脂的工作交换容量不同、进水水质条件不同;原则是阴、阳树脂同时失效;强酸性树脂与强碱性树脂混床的混合比一般为1:2;也可以是1:1等其它比例;阴、阳树脂的分层率 选择合适的树脂 控制合适的分层条件:反洗膨胀率50~80%,逐步增减反洗流量;控制树脂层的失效程度:加速失效(可加酸、加碱或者加盐);混合均匀 保证50~80%的膨胀高度;保证混合空气压力和空气量;选用经过净化(去油、去水、去灰尘)处理的压缩空气作为气源;
 
  混床系统设计需考虑的因素:设计流速、原水条件、产水水质要求、系统规模、用水要求、树脂选型、再生方式、再生剂纯度、再生剂比耗、交换器数量。混床再生系统提供离子交换处理设备所需的各种再生液,通常具有 贮存、溶解、计量、配置和输送等功能。常见的再生剂有:烧碱、 盐酸、硫酸。
 
  混床设计实例 已知:处理水量80m3/h,混床进水水质:【Ca2+】=0.3mg/L, 【Mg2+】 =0.03mg/L, 【Na+】=0.37mg/L, 【K+】=0.1mg/L, 【HCO3-】 =0.58mg/L, 【SO42-】=0.02mg/L, 【Cl-】=1mg/L, 【SiO2】 =0.04mg/L;总阳离子含量=0.0362meq/L,总阴离子含量= 0.0361meq/L。要求出水水质:电阻率≥10MΩ*cm,【SiO2】≤0.02mg/L 设计计算: ⑴取设计滤速为50m/h,则:混床柱截面积F=Q/v=80/50=1.6m2 ⑵混床柱直径D=(4F/п)0.5=1.428m,取直径为1.5m,实际截面积F实=пD2/4=1.767m2 实际滤速为v实=Q/F实=45.2m,符合设计规范要求 选择两台交换器,一台备用,则工作床台数m=1。再生方式选用酸碱分别 流经阳、阴树脂的同步再生法。
 
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