衡美水处理之全膜法水处理技术（二）

如何进行水处理？

衡美水处理为您介绍一种先进、实用的水处理技术——全膜法水处理技术。

二、电渗析器的结构及设备

电渗析器由交替排列的膜和隔板以及两端电极组装而成。

在电渗析器中，一张阴膜、淡水隔板、阳膜、浓水隔板组成一个膜对，若干膜对组合成膜堆；一对电极之间的膜堆称为一级，淡水水流方向相同的膜堆称为段。

根据对水量和水质的要求，可采用一级一段、多级一段、一级多段和多级多段的不同组合方式。

电渗析器的主要部件和辅助设备：

1、离子交换膜

离子交换膜，又称离子选择透过性膜。它是由对离子具有选择透过性的高分子材料制成的薄膜。

按膜中的活性基团可分为：

阳离子交换膜（简称阳膜）：强酸性磺酸型阳膜，活性基团为-SO3H或-SO3Na等，其反离子为H+或Na+等；

阴离子交换膜（简称阴膜）：强碱性季铵型阴膜，活性基团为-N（CH3）3OH或-N（CH3）3Cl等，其反离子为OH-和Cl-等。

离子交换膜是一种高聚物电解质薄膜，当浸入电解质溶液后，其中的活性集团在溶剂的作用下发生离解：

产生的反离子进入水溶液，在膜上留下带有一定电荷的固定基团。由于磺酸基团和季铵基团具有亲水性，使膜在水中溶胀，膜体结构变松，从而形成细微、弯曲和贯通膜两面的通道，使通道中留下带有一定电荷的固定基团而形成内电场。在外电场作用下，由于内电场存在、离子交换膜只允许与其内电场电荷相反的离子通过，而与内电场电荷相同的离子不能通过。离子交换膜的这种选择透过性，是电渗析除盐的基础。

（1）  离子交换膜是电渗析器中的关键材料，故对离子交换膜的物理、化学和电化学性能有一定的要求：

① 具有较高的选择透过性

溶液的浓度增高时，离子交换膜的选择透过性下降。

阳离子交换膜对阳离子的选择性迁移数应大于0、9，对阴离子迁移数应小于0、1。

② 较好的化学稳定性

 耐化学腐蚀、耐氧化、耐一定温度、耐辐射和抗水解的性能。

③ 离子的反扩散和渗水性较低

无论是同名离子迁移，还是浓差扩散及水的各种渗透过程，都不利于水的脱盐，或引起脱盐率下降。

④ 具有较高的机械强度

膜应光滑平整，无针孔，厚度均匀。在受到一定压力或拉力时，不会发生变形裂纹，具有较高的机械强度和韧性。

⑤ 具有较低的膜电阻

膜的电阻应小于溶液的电阻，否则由膜本身所引起的电压降增大不利于最佳电流条件，使电渗析效率下降。

可通过减少膜的厚度，提高膜的交换容量和降低膜的交联度来降低膜电阻。

膜的原料丰富、价格低廉、工艺简单。

（2）膜的处理中的注意事项：

组装前对膜的处理：

将膜放在操作溶液中浸泡24～48小时，使之与膜外溶液平衡，然后才裁减打孔。

膜的尺寸应比隔板周边小1mm，比隔板水孔大1mm。

停运后，应在电渗析器中充满溶液，防止膜发霉变质或干燥收缩变形甚至破裂。

2、隔板

它置于阳膜、阴膜之间，起着分隔和支撑阳膜、阴膜的作用，并形成水流通道，构成浓、淡水室。隔板上有进出水孔、配水槽和集水槽、流水道。

隔板材料为聚氯乙烯、聚丙烯、合成橡胶等非导体材料，能耐酸碱腐蚀，尺寸稳定具有一定的弹性，以便于密封。

根据水流在隔板中的流动状况，分为有回路和无回路两类形式。

（1）有回路隔板：依靠弯曲而细长的通道，达到以较小流量提高平均流速的效果，并且在膜面引起搅动，产生紊流现象。一般只有一个进水孔和一个出水孔。水流从一个进水孔经配水槽进入隔板，在流水道中来回流动，从另一出水孔流出，因此又称为折流式隔板。它多用于水量少而除盐要求较高的水处理中。

（2）无回路隔板：使液体沿整个膜面流动，利用不同形式的隔网使液流产生紊流。水流是由一个或多个进水口经配布水槽直线地流过隔板，再由对应的出水口流山，又称直流式隔板。它多用于水量大而除盐要求不高的水处理场合。

3、极区

向电渗析器输入直流电，并将浓淡水引入膜堆，以及送入和引出极水。极区由电极、导水板和极水室组成。

（1）电极：电极放在膜堆两端，连接直流电源后，阳极与阴极间产生的电位差成为电渗析的推动力。

电极材料有钛涂钌、石墨、不锈钢等。[Cl-]＜100mg/L时用1Cr18Ni9Ti； [Cl-] ＞100 mg/L时用钛涂钌电极或经过防腐处理过的细晶粒石墨电极。

电极应具备的条件：化学和电化学稳定性好；导电性好，电阻小；机械性能好，便于加工和装卸；价格便宜。

（2）导水板：引入和导出浓、淡水，也可作引入和导出极水用。

（3）极水室：由供极水流动的隔板构成，对极水室的要求是极水畅通，并能及时排去电极反应产生的气体和沉淀物，这也是电渗析过程进行的必要条件。

4、压紧装置

用来夹极室、保护室极膜堆的装置，其作用是使电渗析器在运行时，不致于产生水的内漏和外漏现象。有钢板或槽钢组合板或铸铁压板两种。钢板或槽钢组合板用螺杆锁紧；铸铁压板也可用液压锁紧。

5、电渗析器的辅助设备

（1）电渗析器的直流电源

采用无级调压硅整流器或可控硅整流器，直流输出应有正、负极开关，或自动倒电极装置。整流器容量（输出电压和电流的额定值）是根据电渗析器所需操作参数选定，并要有一定裕度，一般直流输出电压和电流比正常工作时大两倍左右。

（2）酸洗系统、水箱、水泵

 酸洗系统包括酸箱、循环泵和管道，均应耐腐蚀。

（3）监测仪表

应设置浓、谈、极水进出口的流量计和压力表；电流、电压表及电导仪、pH计等。有条件时，可安装在线检测仪器自动测量、记录和控制、报警等系统。新型的频繁倒极电渗析器（EDR），对水流和电流都安装了控制和保护系统，可以定时自动倒换电极极性，同时相应地切换浓、淡水的阀门，并在发生故障时发出信号，将其停运。

三、电渗析法水处理除盐工艺系统

电渗析法水处理除盐工艺系统可以分两种：

1、电渗析器本体的工艺系统

选择经济合理的电渗析工艺系统（即除盐方式），是设计电渗析除盐水处理工艺的一个重要部分。一般应根据原水水质、用水水量、用水水质要求等，通过技术经济比较后确定。

常用的除盐方式有直流式、循环式和部分循环式三种。

（1）直流式除盐：原水流经一台或多台串联的电渗析器后，即能达到要求的水质。适用于产水量和原水浓度恒定的条件。该法的优点是可连续制水、管道简单；缺点是定型设备的出水水质随原水含盐量而变。

（2）循环式除盐：

将原水在电渗析器和水箱中多次循环，以达到所需出水的水质。优点是不论原水浓度如何变化，都可以将原水处理到要求的任一水平，且流速大，除盐速度快，电渗析器体积小。其缺点是需设置循环水泵和水箱，只能间歇供水，电耗大。适用于制水量小，原水含盐量高，出水水质要求高的小型装置。

（3）部分循环式除盐:

是直流式和循环式除盐相结合的一种方式。在部分循环式除盐工艺系统中，电渗析器的出口淡水分成两路，一路连续出水供用户使用；另一路返回电渗析器与水相中水相混，继续进行除盐。其特点是用定型设备，可适应不同水质和水量的要求。在原水含盐量变化时，可调节循环量去保持出水水质稳定，但系统较复杂，电耗大。适用于大规模的水处理系统。

2、电渗析器与其他水处理设备的组合除盐系统

电渗析一般用于含盐量较高的苦咸水、高硬度水的部分除盐，以作深度除盐的顶处理。

由于电渗析法除盐有其适用范围，在应用中，应根据原水水质和除盐水水质要求，与离子交换水处理技术等相结合，使其在水处理工艺中各自发挥其优势，以达到合理的技术经济效果，并能稳定运行。其常用的组合除盐水处理系统如下。

（1）预处理-电渗析-离子交换

这种将电渗析器和离子交换器组合使用的系统在国内外应用较早，也较广泛。

其组合原理是根据电渗析制水时，当其水的电阻率为20×104 Ω·cm以上时，电渗析器易极化而无法继续适应；反之，离子交换却能适应处理低含盐量的水，可以制取高纯水。所以在这种组合水处理系统中，电渗析作为离子交换水处理的前级处理，用以去除原水中的绝大部分（60％～90％）盐分，剩下的少部分盐份再由离子交换进一步去除，即可制取除盐水。

根据对除盐水用水的水质要求，离子交换可以是单床、复床、混合床或其他不同的组合形式。这种系统特点是保证出水水质高，系统运行稳定，再生剂耗用少、对原水含盐量变化的适应性强，适用于苦咸水或沿海地区受海水倒灌影响的情况。

这种组合除盐水处理系统已广泛应用于电力、化工、轻工、电子等领域。

（2）预处理一离子交换一电渗析

这种组合除盐系统在电渗析器之前设置离子交换器（钠型离子交换器），其目的是去除原水中易结垢的硬度离子（钙、镁），防止在电渗析器内产生沉淀结垢，降低除盐率，而影响正常运行。

（3）预处理一离子交换（软化）一电渗析一离子交换（软化）

 这种组合系统中，在电渗析前后均有离子交换软化处理，这是因为预软化可以防止电渗析器中的结垢、堵塞，提高电渗析的除盐效率；电渗析后的离子交换软化处理，可进一步降低水中的硬度和相对碱度，以保证中、低压锅炉给水的水质。

3、电渗析在水处理方面的应用

苦咸水及海水淡化、海水浓缩制盐、纯水的制备、工业废水的处理（电镀废水、造纸工业废水、重金属废水）、放射性废水、离子隔膜电解等方面。

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