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聯(lián)系我時(shí)，請(qǐng)告知來(lái)自 環(huán)保在線電滲析設(shè)備(ED)近十多年來(lái)，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
| 電滲析設(shè)備(ED) |
近十多年來(lái)，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(wú)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
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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(guò)，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(guò)陽(yáng)離子，簡(jiǎn)稱為陽(yáng)膜，它通常含有帶負(fù)電的活性基團(tuán)，能透過(guò)陽(yáng)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(guò)。另一類膜只能透過(guò)陰離子，簡(jiǎn)稱陰膜，它通常含有帶正電的活性基團(tuán)，能透過(guò)陰離子，但排斥和阻擋陽(yáng)離子。將陽(yáng)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(yáng)極和陰極，中間交替地平行放置陽(yáng)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(yáng)離子透過(guò)陽(yáng)膜而被陰膜所阻擋，陰離子透過(guò)陰膜而被陽(yáng)膜所阻擋。這樣在陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(guò)濾器→精密過(guò)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(guò)濾器→活性炭過(guò)濾器→精密過(guò)濾器→電滲析裝置→陽(yáng)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(guò)濾器→精密過(guò)濾器→電滲析裝置→陽(yáng)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(guò)濾器→精密過(guò)濾器→電滲析裝置→陽(yáng)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(yáng)(或陰)離子和與基膜相連的固定陰(或陽(yáng))離子所組成。
陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(zhǎng)度遠(yuǎn)大于膜的厚度。在電場(chǎng)作用下，溶液中的陽(yáng)離子可通過(guò)陽(yáng)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(guò)陰膜進(jìn)入相反的另一側(cè)(向陽(yáng)極方向)。電滲析器中有許多陽(yáng)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(yáng)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(guò)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(guó)外生產(chǎn)的離子交換膜的品種很多，國(guó)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(wú)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(yáng)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(lái)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(guò)性，即它對(duì)同名的離子(陽(yáng)膜對(duì)陽(yáng)離子及陰膜對(duì)陰離子)有很高的透過(guò)性，讓它們暢順通過(guò)；但膜對(duì)另一類離子的透過(guò)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(guò)性較好。膜的選擇透過(guò)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(guò)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(guò)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(rùn)的環(huán)境或用清水浸泡，以防干燥變形。若保存時(shí)間長(zhǎng)，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(yáng)膜與陰膜之間為隔板甲，陰膜與陽(yáng)膜之間為隔板乙。滲析器中陽(yáng)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(zhǎng)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(guò)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(guò)一組膜板；有時(shí)用兩程，液體串聯(lián)通過(guò)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(guò)的長(zhǎng)度，這些都按照實(shí)際需要來(lái)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(lái)，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。
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