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电渗析除盐工艺流程、设备构造

发布于：2024-06-17 11:49:17 来自：给排水工程/给排水资料库 [复制转发]

电渗析除盐的工艺流程如下图：

水池中水一般经过前处理；水泵根据流量大小和扬程(即压力)选用；编号1、2、3的阀门分别用来控制淡水、浓水、极水的进水流量；流量计有多种，根据需要和不同情况选用，图中为转子流量计，垂直安装，两端与进出水管连接即可，流量因筒上有刻度，按浮子的高低读出流量的大小，简单方便，在流量相对较小时普遍采用；

压力表用来观察进水压力，淡水进水与浓水进水的压力应力求相近；3根进水管分别与电渗析器底部的3个进水口对号连接，不应错位；

电渗析法的淡水出口进入贮存槽，直接使用或作为离子交换处理的进水，浓水和极水排入地沟，也有把浓水的出水作为极水的进水。

电渗析器的构造如下图所示，是目前最常用的结构形式，主要由离子交换膜、隔板、电极、极框、压紧装置(即夹紧板)等组成。

图中：1-夹紧板; 2-绝极橡皮板; 3-电极(甲); 4-加网橡皮圈; 5-阳离子交换膜; 6-浓(淡)水隔板; 7-阴离子交换膜; 8-淡(浓)水隔板; 9-电极(乙)

在交错排列的阴离子交换膜(简称阴膜)和阳离子交换膜(简称阳膜)之间，分别插入浓水隔板和淡水隔板，膜和隔板的上边和下边各开若干孔，当膜和隔板框多层重叠时，这些孔就构成浓水和淡水管状孔道。

由于浓水管道只与浓水室隔板中的流水孔道相通，淡水管道只与淡水室隔板中的流水孔道相通，故浓水与淡水相互之间不会混淆。

一张阴膜和一张阳膜组成一对膜，整个电渗析器装置可根据 除盐的要求，由几十到上百对的膜和隔板连接而成，整个装置连同两极用夹紧板加以固紧 ， 以不漏水为准。

有时为了提高电渗析器的出水水质，采用分组分级处理，方法是将不同对数的膜分为若干组，前一组的出水作为后一组的进水，串联连接，这样使出水的含盐量逐组降低。

另外为了使两级间的电压不至于太高，因而在装置的中间添加电极，二级之间称为一级，于是出现了一级一段、二级一段、一级二段、二级二段、三级三段等。

(1)离子交换膜

离子交换膜在电渗析器中是作为各室之间的隔膜，是最主要的组成部分， 膜的质量直接关系到电渗析的除盐效果 。

按离子交换膜的膜体结构可分为 异相膜、均相膜和半均相膜 3类。

1)异相膜

将阳或阴离子交换树脂粉末(约70%-75%)用胶粘剂(高分子化合物，如惰性材料聚乙烯粉、聚乙烯醇、聚氯乙烯粉、橡胶等，约25%-30%)在炼胶机上，于120-140℃混炼均匀，再挤压成厚为0.3-0.5mm膜片。为增加强度，在膜片上下各加一块绵纶丝网或尼龙网，铺平后置于热压机上热压45min。

异相膜的优点：制造工艺较简单、方便；膜平整，机械强度较好。

其缺点为：因离子交换树脂和胶粘剂之间在溶胀时有空隙产生，故其选择透过性相对较差，也易在空隙中结垢，影响膜的使用寿命。

2)均相膜

均相膜是将聚乙烯薄膜含浸在苯乙烯、二乙烯苯及引发剂(常用氮二异丁晴或过氧化苯甲酰)配成的含浸液中，经加热加压发生聚合反应，生成交联枝共聚体，成为基膜，然后分别进行磺化和氯甲基化，胺化接上活性基团制得阳膜和阴膜。

因不用胶粘剂，故其组，成是均一的。膜中交换基团分布均匀，因而离子导电性能好，选择透过性强，具有优良的电化学性能。但平整度和强度还需进一步提高。

3)半均相膜

半均相膜是将交换树脂和胶粘剂一起溶于一种溶剂中，再流延成膜。半均相膜兼有异相膜和均相膜的优点，其结构和性能介于两者之间。

(2)隔板

隔板是整个电渗析器的支承骨架和水流通道，淡水室就是采用隔板结构。隔板厚约 1.5-2.0mm的绝缘塑板 制成，无论是无回路或有回路隔板均有流水槽，在流程中使水中阴阳离子透过离子交换膜进行迁移。

1)隔板的作用

①支撑膜面，将阴、阳离子交换膜隔开，以形成膜堆内部淡水和浓水的流经通道。

②隔板网搅拌液流，减小膜一液界面的扩散层厚度，提高极限电流密度。

③隔板与膜上的布水孔叠加形成膜堆布、集水内管，使水流均匀分布到淡、浓水室。

④隔板框与离子交换膜一起构成隔室的密封周边，保证隔室内部水流不外漏。

2)隔板的种类

按水流流动方向是否沿程变化可分为无回路隔板和有回路隔板两种。前者水流在流道上方向不变；后者水流则要改变若干次方向。

无回路隔板

有回路隔板

有回流隔板流程长，水头损失大，适用于 产水量小的一次脱盐电渗析器 ；无回路隔板流程短而且流道宽，水头损失小，适用于各种脱盐工艺流程。

3)布水槽

常用的布水槽形式有槽式、网式、敞开式和通道式4种。

布水槽结构对隔室水流分配的均匀性和水流压头损失起重要作用。一般来说，布水阻力大些，布水均匀性较好，但易被异物堵塞。

槽式布水槽加：工容易，缺点是当膜堆锁紧力过大或膜堆内受力不均时，离子交换膜容易塌陷在布水槽内，引起浓、淡水互漏。槽式布水槽较适宜于厚度1.5mm以上的隔板。

通道式布水槽具有加工简单方便的优点，多用于冲膜式隔板。

敞开式布水槽是一种冲轧式布水槽，加工极为简单，但膜的溶胀伸长易遮盖布水槽。组装时应注意肋条不被折断、移位和膜塌陷在布水槽内等问题。

网式布水槽可克服膜塌陷在布水槽内的缺点，加工也较方便。网、框厚度要匹配，平整度要求较高。

通道、隔板由非导体和非吸湿材料制作。这类材料要有一定的弹性，保证有良好的密封性能和绝缘性能。

常用材料有天然或合成橡胶、聚乙烯、聚氯乙烯和聚丙烯等。均相离子交换膜较薄，弹性差，以选配天然橡胶或合成橡胶隔板为宜。异相离子交换膜较厚，弹性好，通常配以聚氯乙烯或聚丙烯等隔板。国产聚丙烯隔板由95%的聚丙烯加5%的聚乙烯制成。

(3)极框

极框的作用主要是能使极水单独成为一个系统，使极室内生成的电极反应产物(固体沉淀物及气体)能够及时排出。

电极的反应产物是：原水中到达阴极区的H ⁺ 会获得电子，成为氢气H ₂ ，而到达阳极区的OH ^- 和CI ^- 离子会失去电子成为氧气和氯气。阴极区的水呈碱性，因而容易产生CaCO ₃ 和Mg(OH) ₂ 沉淀。

阳极区的水是呈酸性的。所产生的O ₂ 和初生态氯[CI]都会加速膜的老化变脆，因此，要求及时排除气体和冲走极板腐蚀剥落物。

极框隔板的构造要求加强，厚度最好加至3-4mm。菱状鱼鳞网的筋厚度要0.5mm以上，以防膜片被压向极板，阻碍极水流通。为了保护膜片不被粗鱼鳞片摩擦损坏，在靠膜的一边还要加上一道细的鱼鳞网，以便隔开。

极框还有一个特点：极框的流水槽不采用来回折流的串联方式，各条流水槽的起端为极水进口，末端为极水出口，各用暗沟与装置外部的极水管相通。

考虑到阳极容易损坏和阴膜抗氧化性能差，为了防止CI ^- 透过阴膜进人阳极室产生氯腐蚀，所以在阳极框不能接触阴膜，而应用一张阳膜(或一张抗氧化膜)。为此目的，还可以加一张保护膜，这种膜可用维尼龙、涤纶滤布或多孔聚氯乙烯膜，或用抗氧膜。

极水的水质直接影响到沉垢的形成，尤其是水中所含的Ca ²⁺ 、Mg ²⁺ 和HCO ₃ ^- 等离子，它们在碱性条件下能转化成为CaCO ₃ 、Mg(OH) ₂ 等沉垢。

针对这种情况， 极水应采用单独循环使用 ，同时采用下列措施：

1)极水中含Ca ²⁺ 、Mg ²⁺ 较高时，应加软化处理，将Ca ²⁺ 、Mg ²⁺ 降低；

2)加酸调剂极水pH=2-3，使极水处于酸性条件下，阻碍沉垢形成。

(4)电极

电极的作用是连接电源。对电极的要求为：导电性能好，即电阻小；机械强度高；电化学性能稳定，有较好的抗腐蚀性；价格低廉、加工方便。常用的电极材料和适用水质范围。

工艺流程电渗析

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