衡美水處理之全膜法水處理技術（二）

如何進行水處理？

衡美水處理為您介紹一種先進、實用的水處理技術——全膜法水處理技術。

二、電滲析器的結構及設備

電滲析器由交替排列的膜和隔板以及兩端電極組裝而成。

在電滲析器中，一張陰膜、淡水隔板、陽膜、濃水隔板組成一個膜對，若幹膜對組合成膜堆；一對電極之間的膜堆稱為一級，淡水水流方向相同的膜堆稱為段。

根據對水量和水質的要求，可采用一級一段、多級一段、一級多段和多級多段的不同組合方式。

電滲析器的主要部件和輔助設備：

1、離子交換膜

離子交換膜，又稱離子選擇透過性膜。它是由對離子具有選擇透過性的高分子材料製成的薄膜。

按膜中的活性基團可分為：

陽離子交換膜（簡稱陽膜）：強酸性磺酸型陽膜，活性基團為-SO3H或-SO3Na等，其反離子為H+或Na+等；

陰離子交換膜（簡稱陰膜）：強堿性季銨型陰膜，活性基團為-N（CH3）3OH或-N（CH3）3Cl等，其反離子為OH-和Cl-等。

離子交換膜是一種高聚物電解質薄膜，當浸入電解質溶液後，其中的活性集團在溶劑的作用下發生離解：

產生的反離子進入水溶液，在膜上留下帶有一定電荷的固定基團。由於磺酸基團和季銨基團具有親水性，使膜在水中溶脹，膜體結構變鬆，從而形成細微、彎曲和貫通膜兩麵的通道，使通道中留下帶有一定電荷的固定基團而形成內電場。在外電場作用下，由於內電場存在、離子交換膜隻允許與其內電場電荷相反的離子通過，而與內電場電荷相同的離子不能通過。離子交換膜的這種選擇透過性，是電滲析除鹽的基礎。

（1）  離子交換膜是電滲析器中的關鍵材料，故對離子交換膜的物理、化學和電化學性能有一定的要求：

① 具有較高的選擇透過性

溶液的濃度增高時，離子交換膜的選擇透過性下降。

陽離子交換膜對陽離子的選擇性遷移數應大於0、9，對陰離子遷移數應小於0、1。

② 較好的化學穩定性

 耐化學腐蝕、耐氧化、耐一定溫度、耐輻射和抗水解的性能。

③ 離子的反擴散和滲水性較低

無論是同名離子遷移，還是濃差擴散及水的各種滲透過程，都不利於水的脫鹽，或引起脫鹽率下降。

④ 具有較高的機械強度

膜應光滑平整，無針孔，厚度均勻。在受到一定壓力或拉力時，不會發生變形裂紋，具有較高的機械強度和韌性。

⑤ 具有較低的膜電阻

膜的電阻應小於溶液的電阻，否則由膜本身所引起的電壓降增大不利於最佳電流條件，使電滲析效率下降。

可通過減少膜的厚度，提高膜的交換容量和降低膜的交聯度來降低膜電阻。

膜的原料豐富、價格低廉、工藝簡單。

（2）膜的處理中的注意事項：

組裝前對膜的處理：

將膜放在操作溶液中浸泡24～48小時，使之與膜外溶液平衡，然後才裁減打孔。

膜的尺寸應比隔板周邊小1mm，比隔板水孔大1mm。

停運後，應在電滲析器中充滿溶液，防止膜發黴變質或幹燥收縮變形甚至破裂。

2、隔板

它置於陽膜、陰膜之間，起著分隔和支撐陽膜、陰膜的作用，並形成水流通道，構成濃、淡水室。隔板上有進出水孔、配水槽和集水槽、流水道。

隔板材料為聚氯乙烯、聚丙烯、合成橡膠等非導體材料，能耐酸堿腐蝕，尺寸穩定具有一定的彈性，以便於密封。

根據水流在隔板中的流動狀況，分為有回路和無回路兩類形式。

（1）有回路隔板：依靠彎曲而細長的通道，達到以較小流量提高平均流速的效果，並且在膜麵引起攪動，產生紊流現象。一般隻有一個進水孔和一個出水孔。水流從一個進水孔經配水槽進入隔板，在流水道中來回流動，從另一出水孔流出，因此又稱為折流式隔板。它多用於水量少而除鹽要求較高的水處理中。

（2）無回路隔板：使液體沿整個膜麵流動，利用不同形式的隔網使液流產生紊流。水流是由一個或多個進水口經配布水槽直線地流過隔板，再由對應的出水口流山，又稱直流式隔板。它多用於水量大而除鹽要求不高的水處理場合。

3、極區

向電滲析器輸入直流電，並將濃淡水引入膜堆，以及送入和引出極水。極區由電極、導水板和極水室組成。

（1）電極：電極放在膜堆兩端，連接直流電源後，陽極與陰極間產生的電位差成為電滲析的推動力。

電極材料有鈦塗釕、石墨、不鏽鋼等。[Cl-]＜100mg/L時用1Cr18Ni9Ti； [Cl-] ＞100 mg/L時用鈦塗釕電極或經過防腐處理過的細晶粒石墨電極。

電極應具備的條件：化學和電化學穩定性好；導電性好，電阻小；機械性能好，便於加工和裝卸；價格便宜。

（2）導水板：引入和導出濃、淡水，也可作引入和導出極水用。

（3）極水室：由供極水流動的隔板構成，對極水室的要求是極水暢通，並能及時排去電極反應產生的氣體和沉澱物，這也是電滲析過程進行的必要條件。

4、壓緊裝置

用來夾極室、保護室極膜堆的裝置，其作用是使電滲析器在運行時，不致於產生水的內漏和外漏現象。有鋼板或槽鋼組合板或鑄鐵壓板兩種。鋼板或槽鋼組合板用螺杆鎖緊；鑄鐵壓板也可用液壓鎖緊。

5、電滲析器的輔助設備

（1）電滲析器的直流電源

采用無級調壓矽整流器或可控矽整流器，直流輸出應有正、負極開關，或自動倒電極裝置。整流器容量（輸出電壓和電流的額定值）是根據電滲析器所需操作參數選定，並要有一定裕度，一般直流輸出電壓和電流比正常工作時大兩倍左右。

（2）酸洗係統、水箱、水泵

 酸洗係統包括酸箱、循環泵和管道，均應耐腐蝕。

（3）監測儀表

應設置濃、談、極水進出口的流量計和壓力表；電流、電壓表及電導儀、pH計等。有條件時，可安裝在線檢測儀器自動測量、記錄和控製、報警等係統。新型的頻繁倒極電滲析器（EDR），對水流和電流都安裝了控製和保護係統，可以定時自動倒換電極極性，同時相應地切換濃、淡水的閥門，並在發生故障時發出信號，將其停運。

三、電滲析法水處理除鹽工藝係統

電滲析法水處理除鹽工藝係統可以分兩種：

1、電滲析器本體的工藝係統

選擇經濟合理的電滲析工藝係統（即除鹽方式），是設計電滲析除鹽水處理工藝的一個重要部分。一般應根據原水水質、用水水量、用水水質要求等，通過技術經濟比較後確定。

常用的除鹽方式有直流式、循環式和部分循環式三種。

（1）直流式除鹽：原水流經一台或多台串聯的電滲析器後，即能達到要求的水質。適用於產水量和原水濃度恒定的條件。該法的優點是可連續製水、管道簡單；缺點是定型設備的出水水質隨原水含鹽量而變。

（2）循環式除鹽：

將原水在電滲析器和水箱中多次循環，以達到所需出水的水質。優點是不論原水濃度如何變化，都可以將原水處理到要求的任一水平，且流速大，除鹽速度快，電滲析器體積小。其缺點是需設置循環水泵和水箱，隻能間歇供水，電耗大。適用於製水量小，原水含鹽量高，出水水質要求高的小型裝置。

（3）部分循環式除鹽:

是直流式和循環式除鹽相結合的一種方式。在部分循環式除鹽工藝係統中，電滲析器的出口淡水分成兩路，一路連續出水供用戶使用；另一路返回電滲析器與水相中水相混，繼續進行除鹽。其特點是用定型設備，可適應不同水質和水量的要求。在原水含鹽量變化時，可調節循環量去保持出水水質穩定，但係統較複雜，電耗大。適用於大規模的水處理係統。

2、電滲析器與其他水處理設備的組合除鹽係統

電滲析一般用於含鹽量較高的苦鹹水、高硬度水的部分除鹽，以作深度除鹽的頂處理。

由於電滲析法除鹽有其適用範圍，在應用中，應根據原水水質和除鹽水水質要求，與離子交換水處理技術等相結合，使其在水處理工藝中各自發揮其優勢，以達到合理的技術經濟效果，並能穩定運行。其常用的組合除鹽水處理係統如下。

（1）預處理-電滲析-離子交換

這種將電滲析器和離子交換器組合使用的係統在國內外應用較早，也較廣泛。

其組合原理是根據電滲析製水時，當其水的電阻率為20×104 Ω·cm以上時，電滲析器易極化而無法繼續適應；反之，離子交換卻能適應處理低含鹽量的水，可以製取高純水。所以在這種組合水處理係統中，電滲析作為離子交換水處理的前級處理，用以去除原水中的絕大部分（60％～90％）鹽分，剩下的少部分鹽份再由離子交換進一步去除，即可製取除鹽水。

根據對除鹽水用水的水質要求，離子交換可以是單床、複床、混合床或其他不同的組合形式。這種係統特點是保證出水水質高，係統運行穩定，再生劑耗用少、對原水含鹽量變化的適應性強，適用於苦鹹水或沿海地區受海水倒灌影響的情況。

這種組合除鹽水處理係統已廣泛應用於電力、化工、輕工、電子等領域。

（2）預處理一離子交換一電滲析

這種組合除鹽係統在電滲析器之前設置離子交換器（鈉型離子交換器），其目的是去除原水中易結垢的硬度離子（鈣、鎂），防止在電滲析器內產生沉澱結垢，降低除鹽率，而影響正常運行。

（3）預處理一離子交換（軟化）一電滲析一離子交換（軟化）

 這種組合係統中，在電滲析前後均有離子交換軟化處理，這是因為預軟化可以防止電滲析器中的結垢、堵塞，提高電滲析的除鹽效率；電滲析後的離子交換軟化處理，可進一步降低水中的硬度和相對堿度，以保證中、低壓鍋爐給水的水質。

3、電滲析在水處理方麵的應用

苦鹹水及海水淡化、海水濃縮製鹽、純水的製備、工業廢水的處理（電鍍廢水、造紙工業廢水、重金屬廢水）、放射性廢水、離子隔膜電解等方麵。

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