電滲析設(shè)備是在外加直流電場的作用下,當(dāng)含鹽分的水流經(jīng)陰、陽離子交換膜和隔板組成的隔室時(shí),水中的陰、陽離子開始定向運(yùn)動(dòng),陰離子向陽極方向移動(dòng),陽離子向陰極方向移動(dòng)。由于離子交換膜具有選擇透過性,陽離子交換膜(簡稱陽膜)的固定交換基團(tuán)帶負(fù)電荷,因此允許水中陽離寸通過而阻擋陰離子; 陰離子交換膜(簡稱陰膜)的固定交換基團(tuán)帶正電荷,因此允許水中的陰離子通過而阻擋陽離子,致使淡水隔室中的離子遷移到濃水隔室中去,從而達(dá)到淡化的目的。
電滲析基本原理:(1)電滲析基本過程與半水過程
①電解過程 電滲析電極反應(yīng)過程就是電解過程,這是電滲析工作必不可少的條件,以此引起離子透過膜的遷移。
②反離子遷移 反離子是指與膜的固定活性基團(tuán)電性相反的離子。在直流電場作用下,反離子透過膜進(jìn)行遷移,它是電滲析惟一需要的基本過程。
③同名離子遷移 同名離子是指與膜的固定活性基團(tuán)所帶電荷相同的離子。由于許多原因離子交換膜不可能*地阻攔同名離子,使得部分陽離子透過陰膜,部分陰離子透過陽膜。同名離子遷移的方向與濃度梯度方向相同,降低了電滲析過程的效率。
④電滲失水 反離子和同名離子的遷移實(shí)際上是水合離子的遷移。在反離子和同名離子遷移的同時(shí),將攜帶一定數(shù)量水分子遷移。這部分失水就是所謂的電滲失水。
⑤滲析 由于膜兩側(cè)溶液濃度不同,受到濃度差的推動(dòng),電解質(zhì)由濃縮室向淡化室擴(kuò)散。這也是降低電滲析過程效率的原因之一。
⑥水的滲透 在滲透壓的作用下,淡水室的水向濃縮室滲透。
⑦滲漏 當(dāng)膜的兩側(cè)存在壓力差時(shí),溶液由壓力大的一側(cè)向壓力小的一側(cè)滲漏。
⑧極化 在一定電壓下迫使膜—液界面上的水解離為氫離子與氫氧根離子。
(2)傳質(zhì)方程:對流傳質(zhì)、擴(kuò)散傳質(zhì)和電遷傳質(zhì)共同組成電滲析過程中離子通過離子交換膜的傳質(zhì)過程。
(3)膜堆極化:膜堆極化是指電滲析設(shè)備運(yùn)行時(shí),離子做定向遷移,由于膜的選擇透過性,反離子在離子交換膜中電遷移速率大于在主體溶液中的電遷移速率,在離子交換膜一側(cè)出現(xiàn)了反離子的耗竭層,從而迫使水分子電解產(chǎn)生氫離子和氫氧根離子來負(fù)載電流。
2、電滲析裝置:電滲析設(shè)備主要由膜堆、極區(qū)、夾緊裝置三部分組成。
(1)膜堆:膜堆位于電滲析設(shè)備的中部,由濃、淡水隔板/改向隔板和陰離子交換膜/陽離子交換膜交替排列成濃水室和淡水室。常見的隔板分為無回路隔板和有回路隔板。隔板的厚度一般為0.5~2mm,為取得較好的攪拌效果,國內(nèi)外所用的隔板大多小于1mm。通常在隔板框內(nèi)加入隔網(wǎng),隔網(wǎng)形式有鱗網(wǎng)、編織網(wǎng)和擠壓網(wǎng)等。常用的隔板材料有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、天然橡膠。選用的原則:對于彈性較差的均相膜,使用橡膠板;對于較厚的、彈性好的異相膜,選用較硬的聚乙烯、聚氯乙烯板,這樣可以得到較好的密封效果。
(2)極區(qū):極區(qū)位于膜堆兩側(cè),包括電極和極水隔板。極水隔板供傳到電流和排除廢氣、廢液之用,所以比較厚。電極的形狀有板狀、網(wǎng)狀、棒狀、絲狀。常用的電極有二氧化釕電極、石墨電極等。
(3)夾緊裝置:電滲析設(shè)備有兩種鎖緊方式:壓機(jī)鎖緊和螺桿鎖緊。大型電滲析設(shè)備用油壓機(jī)鎖緊,中小型電滲析設(shè)備多用螺桿鎖緊。
(4)組裝方式:組裝方式有串聯(lián)、并聯(lián)及串—并聯(lián)。常用“級”和“段”來表示,“級”是指電極對的數(shù)目,“段”是指水流方向,水流通過一個(gè)膜堆后,改變方向進(jìn)入后一個(gè)膜堆即增加一段。