电渗析技术的简介

《电渗析技术的简介》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电渗析技术的简介（12页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、电渗析技术的简介一、电渗析技术简介及其进展背景电渗析(eletrodialysis,简称ED)技术是膜分离技术的一种，它将阴、 阳离子互换膜交替排列于正负电极之间，并用特制的隔板将其隔开，组 成除盐(淡化)和浓缩两个系统，在直流电场作用下，以电位差为动力，利 用离子互换膜的选择透过性，把电解质从溶液中分离出来，从而实现溶 液的浓缩、淡化、精制和提纯。电渗析技术的研究始于德国，1903年，Morse和Pierce把2根电极 别离置于透析袋内部和外部溶液中，发觉带电杂质能迅速地从凝胶中 除去;1924年,Pauli采纳化工设计的原理，改良了 Morse的实验装置，力 图减轻极化,增加传质速度。但直

2、到1950年Juda第一次试制成功了具 有高选择性的离子互换膜后，电渗析技术才进入了有历时期，其中经历 了三大革新：(1) 具有选择性离子互换膜的应用；(2) 设计出多隔室电渗析组件；(3) 采纳频繁倒极操作模式。此刻离子互换膜各方面的性能及电渗析装置结构等不断革新和 改良，电渗析技术进入了一个新的进展时期，其应用前景也加倍广漠。电渗析器由隔板、离子互换膜、电极、夹紧装置等要紧部件组成。 离子互换膜对不同电荷的离子具有选择透过性。阳膜只许诺通过阳离 子，阻止阴离子通过，阴膜只许诺通过阴离子，阻止阳离子通过。在外加 直流电场的作用下,水中离子作定向迁移。由于电渗析器是由多层隔 室组成，故淡室中阴

3、阳离子迁移到相邻的浓室中去，从而使含盐水淡 化。在食物及医药，电渗析可用于从有机溶液中去除电解质离子，在乳 清脱盐、糖类脱盐和氨基酸精制中应用得都比较成功。电渗析作为一种新兴的膜法分离技术,在天然水淡化，海水浓缩制 盐,处置等方面起着重要的作用，已成为一种较为成熟的水处置方式。二、几种电渗析技术1倒极电渗析(EDR)倒极电渗析确实是依照ED原理,每隔一按时刻(一样为1520 min)，正负电极极性彼此倒换，能自动清洗离子互换膜和电极表面形 成的污垢，以确保离子互换膜工作效率的长期稳固及淡水的水质水 量。在20世纪80年代后期，倒极电渗析器的利用，大大提高了电渗 析操作电流和水回收率，延长了运

4、行周期。EDR在处置方面尤其有 独到的地方，其 浓水循环、水回收率最高可达95 %。2 液膜电渗析(EDLM)液膜电渗析是用具有相同功能的液态膜代替固态离子互换膜，其 实验模型确实是用半透玻璃纸将液膜溶液包制成薄层状的隔板，然 后装入电渗析器中运行。利用萃取剂作液膜电渗析的液态膜，可能 为浓缩和提取贵金属、重金属、稀有金属等找到高效的分离方式，因 为寻觅对某种形式离子具有特殊选择性的膜与提高电渗析的提取效 率有关。提高电渗析的分离效率，直接与液膜结合起来是很有进展前 途的。例如，固体离子互换膜对铂族金属(锇、钉等)的盐溶液进行电 渗析时，会在膜上形成金属二氧化物沉淀，这将引发膜的过早损耗，并

5、破坏整个工艺过 程，应用液膜那么无此短处。3 填充床电渗析(EDI)填充床电渗析(EDI)是将电渗析与离子互换法 结合起来的一种 新型水处置方式，它的最大特点是利用水解离产生的H+和OH-自 动再生填充在电渗 析器淡水室中的混床离子互换树脂，从而实现了 持续深度脱盐。它集中了电渗析和离子互换法的优点，提高了极限 电流密度和电流效率。1983年Ke2 dem. o.及其同事们提出了填充混 合离子互换树脂电渗析进程除去离子的思想，1987年,Mlillpore公 司推出了这一产品。填充床电渗析技术具有高度先进性和有效性， 在电子、医药、能源等领域具有广漠的应用前景，可望成为纯水制造 的主流技术。4

6、 双极性膜电渗析(EDMB)双极膜是一种新型离子互换复合膜，它一样由层压在一路的阳离 子互换膜组成，通过膜的水分子即刻分解成H+和OH-,可作为H+ 和OH-的供给 源。双极性膜电渗析突出的优势是进程简单，能效高, 废物排放少。目前双极性膜电渗析工艺的要紧应用领域在酸碱制备。 例如,用双极性膜和阳膜配成的二室膜能够实现有机酸盐(葡萄糖酸 钠、古龙酸 钠等)的转化，同时取得碱(NaOH)，但浓度(酸最大 浓度2 moLL - 1，碱最大浓度6 molL - 1 )和纯度两方面都受到限制。此刻 开发的应用领域还有废气 脱硫、离子互换树脂再生、钾钠的无机进5 无极水电渗析无极水电渗析是传统电渗析的一

7、种改良形式，它的要紧特点是除 去了传统电渗析的极室和极水。例如在装置的电极紧贴一层或多层 离子互换膜，它们在电气上都是彼此联接的，如此既能够避免金属离 子进入离子互换膜，同时又避免极板结垢,延长电极的利用寿命。由于 取消了极室，无极水排放，大大 提高了原水的利用率。无极水电渗析于 1991年问世,在应用进程中技术不断改善，现装置在运行方式上多 采纳频繁倒极的形式。目前,无极水全自动 操纵电渗析器已在国内20 个省、市利用，近来，还远 销东南亚。三、电渗析技术的特点 能够同时对电解质水溶液起淡化、浓缩、分离、提纯作用； 能够用于蔗糖等非电解质的提纯，以除去其中的电解质； 在原理上，电渗析器是一个

8、带有隔膜的电解池，能够利用电极 上的氧化还原效率咼。在电渗析进程中，也进行以下次要进程： 同名离子的迁移，离子互换膜的选择透过性往往不可能是百分 之百的，因此总会有少量的相反离子透过互换膜； 离子的浓差扩散，由于浓缩室和淡化室中的溶液中存在着浓度 差，总会有少量的离子由浓缩室向淡化室扩散迁移，从而降低了渗析 效率； 水的渗透，尽互换膜是不许诺溶剂分子透过的，可是由于淡化 室与浓缩室之间存在浓度差，就会使部份溶剂分子（水）向浓缩室渗 透； 水的电渗析，由于离子的水合作用和形成双电层，在直流电场 作用下，水分子也可从淡化室向浓缩室迁移； 水的极化电离，有时由于工作条件不良，会强迫水电离为氢离 子和

9、氢氧根离子，它们可透过互换膜进入浓缩室； 水的压渗，由于浓缩室和淡化室之间存在流体压力的不同，迫 使水分子由压力大的一侧向压力小的一侧渗透。显然，这些次要进程 对电渗析是不利因素，可是它们都能够通过改变操作条件予以幸免或 操纵。四、电渗析技术在废水处置中的应用水是人类赖以生存不可或缺的资源，也是自然生态环境维持良 好的重要条件。21世纪关于水资源的需求理，不能仅考虑知足人类 的用水，也必需 考虑生态环境的永续。1. 电渗析技术处置苹果酸的研究随着我国苹果栽种面积的不断扩大和苹果产量的快速增加，我国的苹果加取得了蓬勃进展。脱色脱酸果汁是最近几年来兴起的苹 果汁加工新品种，它是将经前处置、澄清、超

10、滤后的清汁经脱色树脂 吸 附、脱酸树脂深度脱色、脱酸处置，浓缩后取得的无 色透明、质 地纯净的纯天然果糖产品，在欧美、国内等市场成为消费的热点，具 有良好的市场前景。在目前的生产工艺中，脱色脱酸树脂的NaOH 再生废液与前处置树脂的酸洗废液中和后直接排放，如此不仅对 环境造成了严峻的污染，制约了我国苹果汁 加工行业进入良性的可 持续进展轨道，而且浪费了 N aOH再生废液中大量天然的L-苹果 酸。同时，由于原料等条件的限制，我国现有的苹果浓缩汁多为低 酸果汁，而国际市场上浓缩苹果汁的价钱与酸度 成正比，酸度每升 高1，每吨浓缩苹果汁的价钱即可提高100150美元。若是能将 NaOH再生废液 中

11、的天然L-苹果酸脱盐回收，达到苹果浓缩汁的 质量标准，就能够够将其直接回兑到苹果浓缩汁中，提 高产品的酸 度，带来庞大的经济效益。叶微微等采用国产离子互换膜研究了采 纳电渗析法脱盐回收废液中的苹果酸，及其对苹果酸废液脱盐的工 艺条件。将废液pH调至4. 0，工作电流11A下循环脱盐2h，脱盐 率达99% 以上，含N a+ 11821mg / L的废液脱 盐至含N a+ 42. 88mg / L，其中L -苹果酸损失%，大体达到分离要求，说明了电渗析对苹 果 酸废液的脱盐是切实可行的。2. 电渗析技术处置硝酸铵冷凝的研究硝酸铵是大体的化学化工原料和农用肥，广泛应用于农业、国 防、化工、医药、纺织

12、、轻工等领域。由于历史的缘故，我国传统 的硝酸铵生产装置大多技术装备陈腐，工艺掉队，环保水平偏低， 在生产过 程中产生大量的含。专门是由于硝酸铵 生产工艺决定由稀 硝酸带入的水分在中和、蒸发及结晶进程中以二次蒸汽的形式排出, 形成的工艺冷凝液中含有硝酸铵和氨，成为硝酸铵生产的要紧污 水源。这些冷凝液假设直接排放，会使排放水中氨含量严峻超标，造 成地表水体的富营养化，破坏水环 境的生态平稳。如直接送回硝酸 吸收塔回用又不利 于生产平安，而且还不能全数回收利用。由于缺 乏有效的治理方法，一些厂家米纳兑水稀释的方法以实现达标排 放，花费大量的水资源。目前，新修订的地址和行业污水排放标准都 接踵提高了

13、氨、标准，并对污染物的排放限值、水污染物基准排水量 和排 放浓度都做了相应规定，硝酸铵冷凝液的治理及回收利用成 为硝酸铵生产企业面临的亟待解决的难题。川化股分采纳24台具有 特殊专用膜的电渗析单元所组成电渗析装置，冷凝的最大处置量 为36 t /h，硝酸铵冷凝经电渗析装置循 环浓缩、淡化处置后，浓水中 硝酸铵体积百分比含量 为20%，回收率达96%以上，合格淡水排 放水中氨质量分数含量! 40mg /L。冷凝中氨、硝酸、硝酸铵每一年 削减或回收的排放量别离为113. 54t、362. 23t、88. 34，t氨排放总量 从每一年的71. 208t减 少到10. 162，t减少量为61. 046

14、，t削减85. 173%，不仅达到了减少硝酸铵排放量、排除污染的目的，而且还提 高了资源综合利用率，降低了生产本钱，取 得了显著的环保效益和 经济效益。3. 电渗析技术处置氨的研究随着我国社会经济的高速进展，各类污染物的排放量急剧增加， 对环境尤其是水体造成了严峻污染，资料说明，氨、磷等是地表水的 要紧污染物。氨的超标排放是水体富营养化的要紧缘故之一。目前 在上应用的脱氨方式要紧有生物脱法、吹脱法、折点加氯法、离子 互换法等。生物脱 法适用于处置含有机物的低氨浓度，该法 技术 靠得住，处置成效好，要紧应用于含氨化工和 生活污水的处置。折点 加氯法和离子互换法适用于不含有机物的低浓度氨的处置。关

15、于高 浓度无机氨，如肥厂等，目前应用较多采纳吹脱法，但脱氨率仅为 70% ,无法达到国家排放标准，且投资大，二次污染严峻。唐艳等采纳电渗析法处置氨，对工艺条件进行了优化研究，在 实验室条件下取得工艺参数。电渗析电压为55V，进水流量为24L /h， 氨进 水电导率为2920 s/ cm，氨浓度为534. 59mg /L。出水室浓水和 淡水各占19%和81%，浓水和淡水的 电导率别离为14000 s/cm和11. 8 s/cm，氨含量 别离为2700mg /L和13mg /L。该电渗析装置处置 后 的氨达到排放标准，能够知足回用要求。五、电渗析器应用范围一、工作原理电渗析器除盐的大体原理，是利用

16、离子互换膜的选择透过性。阳 离子互换膜只许诺阳离子通过，阻档阴离子通过，阴离子互换膜只许 诺阴离子通过，在外加直流电场的作用下，水中离子作定向迁移，使 一路水中大部份离子迁移到另一路离子水中去，从而达到含盐水淡化 的目的。二、应用范围电渗析器具有工艺简单，除盐率高，制水本钱低、操作方便、不 污染环境等要紧优势，普遍应用 于水的除盐，具体应用在如下场合： 海水及苦咸水淡化，依照我单位的实验资料，可将含盐量高达60 克/ 升的苦咸水淡化成饮用水，解决沙漠地域的饮用水源。制取软水，（水 的电阻率为105欧姆一厘米）,可供低压锅炉给水，不需要食盐再生， 还可节煤20%左右。深度除盐水及高纯水的前级处置

17、，采纳电渗析一离子互换法，扩 大了原水适用范围，普遍应用电力、电子、化工、制药、科研化验等 场合、降低制水本钱50%以上。节省离子互换法再生用酸碱80%左 右，延长再生周期五倍以上。用于饮料食物的提纯，使啤酒、汽水的 质量提高，为创优质名牌产品制造了条件。电渗析器还可用于化工分 离，浓缩及处置回收率。三、构造及组装方式1. 构造：电渗析器由膜堆、极区和压紧装置三部份组成。（1）膜块：是由相当数量的膜对组装而成的。膜对：是由一张阳离子互换膜，一张隔板甲（或乙）；一张阴膜， 一张隔板乙（或甲）组成。离子互换膜：是电渗析器的关键部件，本厂采纳上海化工厂产的 异相膜。隔板：分浓、淡水隔板，交替放在阴阳

18、膜之间，使阴膜和阳膜之 间维持必然的距离，沿着隔板平面通过水流，垂直隔板平面通过电流。 隔板厚离毫米。（2）极区包括电极、极框和导水板。电极：为连接电源所用，本厂电极采纳钛涂钉。极框：放置在电极和膜之间，以防膜帖到电极上去，起支撑作用。（3）压紧装置：是用来压紧电渗析器，使膜堆、电极等部件形成 一个整体，不致漏水。2、组装方式：电渗析器的组装是用“级”和“段”来表示，一对电极 之间的膜堆称为“一级”。水流同向的每一个膜称为“一段”。增加段数 就等于增加脱盐流程，也确实是提高脱盐效率，增加膜对数，可提高 水处置量。电渗析器的组装方式可依照淡水产量和出水水质的不同要求而 调整，一样有以下几种组装形

19、式：一级一段；一级多段；多段一段； 多级多段。四、辅助设备电渗析器除本体之外尚须配备整流器、酸洗设施，水仪表等辅 助设备。为方便用户，本厂可提供全套辅助设备和仪表，现将与电渗析器配套的辅助 设备列于。说明：（1）适用于原水含盐量S800毫克/升，如原水含盐量800毫克/ 升时，那么需依照含盐量调整流器的型号。（2）电渗析器除盐率计算采纳DDS-11A型电导仪，配套供给。（3）当采纳浓水循环系统时，需配置浓水箱及水，浓水箱可用塑 料水箱，其容积约相当于淡水量的40%。五、注意事项(1) 、水的预处置是保证电渗析器正常运行的因素之一，因此水 进入电渗析器前必需进行必要的预处置，保证进入电渗析器的原

20、水水 质符合以下指标。a：浊度：为3mg/1; b:含铁总量：1;c:含锰总量：1; d:色度15度；e:耗氧量：3mg/1(KMno4) f:水温：5-40Cg：污染指数：7(2) 注意起动时，必需先通水，后通电，停止时先断电，后断 水，严禁停水不断电。(3) 淡水流量与浓、极水流量的比例要调剂适当，为避免浓水 渗漏，浓水、极水的压力可适当减小，一样小xx104Pao(4) 视水质情形，电渗析器工作2-8小时后要调换一次电极。(5) 膜堆上禁止放金属物件，以防产生短路。六、电渗析技术的应用展望随着科学进展观的不断深切，我国经济进展的可持续性需求，节能 减排，清洁的进展等等因素,膜分离技术正在

21、渗透到所有和研究领域， 应用的领域和规模进展也不断加速。尤其是在食物行业、生物制品、 医药、化工分离等领域中，也取得了庞大的进展。随着科学技术的不断进展,制膜技术的不断改良、制膜本钱的不断 降低，新型电渗析设备的制造水平会大大提高，设备的制造本钱会大大 地降低，同时会知足现代化愈来愈高的分离要求，电渗析技术将会取得 快速进展。总之，电渗析技术作为分离和处置技术，将会加速现代化的进程，应 用前景是十分可观的。电渗析技术的应用更多地被研究出来。例如，日本ToshioSATO等 人最近几年来研究利用电渗析杀灭饮用水的细菌和大肠杆菌。实验发 觉，只要电渗析密度和数流速度选择合理,完全能够将饮用水中的细菌 全数杀死。最近几年来，随着对传统电渗析进程的改良,尤其是双极膜 电渗析技术和填充床电渗析技术的进展,电渗析的应用前景将更为广 漠。