电渗析法脱盐的基本原理
电渗析设备除盐的基本原理,是利用离子交换膜的选择透过性。阳离子交换膜只允许阳离子通过,阻档阴离子通过,阴离子交换膜只允许阴离子通过,在外加直流电场的作用下,水中离子作定向迁移,使一路水中大部份离子迁移到另一路离子水中去,从而达到含盐水淡化的目的。
电渗析设备具有工艺简单,除盐率高,制水成本低、操作方便、不污染环境等主要优点,广泛应用 于水的除盐,具体应用在如下场合:海水及苦咸水淡化,根据我单位的试验资料,可将含盐量高达60克/升的苦咸水淡化成饮用水,解决沙漠地区的饮用水源。制取软水,(水的电阻率为105欧姆一厘米),可供低压锅炉给水,不需要食盐再生,还可节煤20%左右。
深度除盐水及高纯水的前级处理,采用电渗析一离子交换法,扩大了原水适用范围,广泛应用电力、电子、化工、制药、科研化验等场合、降低制水成本50%以上。节省离子交换法再生用酸碱80%左右,延长再生周期五倍以上。用于饮料食品工业的提纯,使啤酒、汽水的质量提高,为创*名牌产品创造了条件。电渗析设备还可用于化工分离,浓缩及工业废水处理回收率。
把阳离子交换膜和阴离子交换膜交替排列于正负两个电极之间,并用特制的隔板将其隔开,组成脱盐(淡化)和浓缩两个系统。
当向隔室通入盐水后,在直流电场作用下,阳离子向阴极迁移,阴离子向阳极迁移,但由于离子交换膜的选择透过性,而使淡室中的盐水淡化,浓室中盐水被浓缩,实现脱盐目的。
电渗析法原理示意图
电渗析上两极的反应——以NaCl溶液为例
在阳极上:2Cl- - 2e → Cl2↑
H2O → H+ + OH-
4OH- - 4e → O2 + 2H2O
产生的氯气又有一部分溶于水中:
Cl2 + H2O → HCl + HClO
HClO →HCl + [O]
阳极反应有氧气和氯气产生,氯气溶于水又产生HCl及初生态氧[O],阳极呈酸性反应,应当注意阳极的氧化和腐蚀问题。
在阴极上: H2O --→ H+ + OH-
H+ + 2e --→ 2H2↑
Na+ + OH- --→ NaOH
在阴极室由于H+离子的减少,放出氢气,极水呈碱性反应,当极水中含有Ca2+、Mg2+和CO32-等离子时,会生成CaCO3和Mg(OH)2等沉淀物,在阴极上形成结垢。
在极室中应注意及时排除电极反应产物,以保证电渗析过程的*运行,考虑到阴膜容易损坏,并为了防止Cl-离子透过阴膜进入阳极室,所以在阳极附近一般不用阴膜,而改用阳膜或惰性多孔保护膜。
电渗析技术的特点
(1) 能量消耗低。
电渗析除盐过程中,只是用电能来迁移水中的盐分,而大量的水不发生相的变化,其耗电量大致与水中的含盐量成正比,尤其是对含盐量为数千mg/L的苦咸水,其耗电量更低。
(2) 药剂耗量少.环境污染小
常规的离子交换处理水时,树脂失效后需用酸、碱进行再生,再生后生成大量酸、碱再生废液,水洗时还要排放大量酸、碱性废水。
电渗析法处理水时,仅酸洗时需要少量的酸。因此电渗析法是耗用药剂少,环境污染小的一种除盐手段。
(3) 对原水含盐量变化适应性强
电渗析除盐可按需要进行调节。产水量可按需要从每日几m3至上万m3变化。可根据设计一台电渗析设备中的段数、级数或多台电渗析设备的串联、并联或不同除盐方式(直流式、循环式或部分循环式)来适应。
(4) 操作简单,易于实现机械化、自动化
电渗析设备一般是控制在恒定直流电压下运行,不需要通过频繁地调节流速、电流及电压来适应水质、温度的变化。因此,容易做到机械化、自动化操作。
(5) 设备紧凑耐用.预处理简单
电渗析设备是用塑料隔板、离子交换膜及电极组装而成,其抗化学污染和抗腐蚀性能均良好,隔板相膜多层更加在一起,运行时通电即可制得淡水,因此设备紧凑耐用。
由于电渗析中水流是在膜面平行流过,而不需透过膜,因此进水水质不像反渗透控制的那样严格,一般经砂滤即可,相对而言预处理比较简单。
(6) 水的利用率较高
电渗析设备运行时,浓水和极水可以循环使用,与反渗透相比,水的利用率较高,可达到70%~80%,国外可高达90%。废弃的水量少,再利用和后处理都比较简单。
电渗析的缺点
电渗析只能除去水中的盐分.而对水中有机物不能去除,某些高价离子和有机物还会污染膜。电渗析运行过程中易发生浓差极化而产生结垢(用频繁倒极电渗析可以避免),这些都是电渗析技术较难掌握而又须重视的问题。
与反渗透相比,由于它的脱盐率较低,装置比较庞大且组装要求高,因此它的发展不如反渗透快。