電滲析法脫鹽的基本原理
電滲析設(shè)備除鹽的基本原理,是利用離子交換膜的選擇透過性。陽離子交換膜只允許陽離子通過,阻檔陰離子通過,陰離子交換膜只允許陰離子通過,在外加直流電場(chǎng)的作用下,水中離子作定向遷移,使一路水中大部份離子遷移到另一路離子水中去,從而達(dá)到含鹽水淡化的目的。
電滲析設(shè)備具有工藝簡(jiǎn)單,除鹽率高,制水成本低、操作方便、不污染環(huán)境等主要優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用 于水的除鹽,具體應(yīng)用在如下場(chǎng)合:海水及苦咸水淡化,根據(jù)我單位的試驗(yàn)資料,可將含鹽量高達(dá)60克/升的苦咸水淡化成飲用水,解決沙漠地區(qū)的飲用水源。制取軟水,(水的電阻率為105歐姆一厘米),可供低壓鍋爐給水,不需要食鹽再生,還可節(jié)煤20%左右。
深度除鹽水及高純水的前級(jí)處理,采用電滲析一離子交換法,擴(kuò)大了原水適用范圍,廣泛應(yīng)用電力、電子、化工、制藥、科研化驗(yàn)等場(chǎng)合、降低制水成本50%以上。節(jié)省離子交換法再生用酸堿80%左右,延長再生周期五倍以上。用于飲料食品工業(yè)的提純,使啤酒、汽水的質(zhì)量提高,為創(chuàng)*名牌產(chǎn)品創(chuàng)造了條件。電滲析設(shè)備還可用于化工分離,濃縮及工業(yè)廢水處理回收率。
把陽離子交換膜和陰離子交換膜交替排列于正負(fù)兩個(gè)電極之間,并用特制的隔板將其隔開,組成脫鹽(淡化)和濃縮兩個(gè)系統(tǒng)。
當(dāng)向隔室通入鹽水后,在直流電場(chǎng)作用下,陽離子向陰極遷移,陰離子向陽極遷移,但由于離子交換膜的選擇透過性,而使淡室中的鹽水淡化,濃室中鹽水被濃縮,實(shí)現(xiàn)脫鹽目的。
電滲析法原理示意圖
電滲析上兩極的反應(yīng)——以NaCl溶液為例
在陽極上:2Cl- - 2e → Cl2↑
H2O → H+ + OH-
4OH- - 4e → O2 + 2H2O
產(chǎn)生的氯氣又有一部分溶于水中:
Cl2 + H2O → HCl + HClO
HClO →HCl + [O]
陽極反應(yīng)有氧氣和氯氣產(chǎn)生,氯氣溶于水又產(chǎn)生HCl及初生態(tài)氧[O],陽極呈酸性反應(yīng),應(yīng)當(dāng)注意陽極的氧化和腐蝕問題。
在陰極上: H2O --→ H+ + OH-
H+ + 2e --→ 2H2↑
Na+ + OH- --→ NaOH
在陰極室由于H+離子的減少,放出氫氣,極水呈堿性反應(yīng),當(dāng)極水中含有Ca2+、Mg2+和CO32-等離子時(shí),會(huì)生成CaCO3和Mg(OH)2等沉淀物,在陰極上形成結(jié)垢。
在極室中應(yīng)注意及時(shí)排除電極反應(yīng)產(chǎn)物,以保證電滲析過程的*運(yùn)行,考慮到陰膜容易損壞,并為了防止Cl-離子透過陰膜進(jìn)入陽極室,所以在陽極附近一般不用陰膜,而改用陽膜或惰性多孔保護(hù)膜。
電滲析技術(shù)的特點(diǎn)
(1) 能量消耗低。
電滲析除鹽過程中,只是用電能來遷移水中的鹽分,而大量的水不發(fā)生相的變化,其耗電量大致與水中的含鹽量成正比,尤其是對(duì)含鹽量為數(shù)千mg/L的苦咸水,其耗電量更低。
(2) 藥劑耗量少.環(huán)境污染小
常規(guī)的離子交換處理水時(shí),樹脂失效后需用酸、堿進(jìn)行再生,再生后生成大量酸、堿再生廢液,水洗時(shí)還要排放大量酸、堿性廢水。
電滲析法處理水時(shí),僅酸洗時(shí)需要少量的酸。因此電滲析法是耗用藥劑少,環(huán)境污染小的一種除鹽手段。
(3) 對(duì)原水含鹽量變化適應(yīng)性強(qiáng)
電滲析除鹽可按需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。產(chǎn)水量可按需要從每日幾m3至上萬m3變化??筛鶕?jù)設(shè)計(jì)一臺(tái)電滲析設(shè)備中的段數(shù)、級(jí)數(shù)或多臺(tái)電滲析設(shè)備的串聯(lián)、并聯(lián)或不同除鹽方式(直流式、循環(huán)式或部分循環(huán)式)來適應(yīng)。
(4) 操作簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化
電滲析設(shè)備一般是控制在恒定直流電壓下運(yùn)行,不需要通過頻繁地調(diào)節(jié)流速、電流及電壓來適應(yīng)水質(zhì)、溫度的變化。因此,容易做到機(jī)械化、自動(dòng)化操作。
(5) 設(shè)備緊湊耐用.預(yù)處理簡(jiǎn)單
電滲析設(shè)備是用塑料隔板、離子交換膜及電極組裝而成,其抗化學(xué)污染和抗腐蝕性能均良好,隔板相膜多層更加在一起,運(yùn)行時(shí)通電即可制得淡水,因此設(shè)備緊湊耐用。
由于電滲析中水流是在膜面平行流過,而不需透過膜,因此進(jìn)水水質(zhì)不像反滲透控制的那樣嚴(yán)格,一般經(jīng)砂濾即可,相對(duì)而言預(yù)處理比較簡(jiǎn)單。
(6) 水的利用率較高
電滲析設(shè)備運(yùn)行時(shí),濃水和極水可以循環(huán)使用,與反滲透相比,水的利用率較高,可達(dá)到70%~80%,國外可高達(dá)90%。廢棄的水量少,再利用和后處理都比較簡(jiǎn)單。
電滲析的缺點(diǎn)
電滲析只能除去水中的鹽分.而對(duì)水中有機(jī)物不能去除,某些高價(jià)離子和有機(jī)物還會(huì)污染膜。電滲析運(yùn)行過程中易發(fā)生濃差極化而產(chǎn)生結(jié)垢(用頻繁倒極電滲析可以避免),這些都是電滲析技術(shù)較難掌握而又須重視的問題。
與反滲透相比,由于它的脫鹽率較低,裝置比較龐大且組裝要求高,因此它的發(fā)展不如反滲透快。