衡美水处理之全膜法水处理技术（三）

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。

四、电渗析器的运行

1、电渗析器运行的工艺参数

2、极化和极限电流密度

有离子交换膜的极化和电极的极化

膜的极化：在电渗析运行过程中，由于反离子在膜内迁移速度大于在溶液中的迁移速度，因而淡水室膜面的溶液浓度下降，并与主体溶液形成浓度梯度。当工作电流增至一定值时，淡水室膜面的溶液浓度几乎下降为零，致使水分子大量电离，使H+和OH-一起传递电流的作用，这一现象称为极化。

当淡水室膜面的溶液浓度为零，则此时的工作电流称为极限电流。极限电流与膜的有效面积之比值称为极限电流密度（ilim），计算如下：

式中：ilim --极限电流密度，A/c㎡； t- --离子在膜中的迁移数；

 t   --离子在溶液中的迁移数；c --淡水室中水的对数平均含盐量,mmol/L；

δ  --膜面扩散层厚度，cm；  

D --离子扩散系数，c㎡/s；

F  --法拉第常数，96500 C/mol。

电渗析器的极限电流密度（ilim）与淡水室中的水流速度有关:

              ilim = k·vm·c

                c = （cj – cc）/[2、3lg（cj/cc）]

式中: v --淡水室中的水流速度，cm/s；

 c --淡水室中水的对数平均含盐量，mmol/L；

m --流速指数（在0、33-0、90之间）；

k --水力学系数（隔板特性综合系数）；

cj --淡水室进水的含盐量，mmol/L；

cc --淡水室出水的含盐量，mmol/L。

m与k可通过试验求得。有关试验表明，在设备、水温、水质确定时，v 在5～20cm/s范围内，m与k是常数。在使用同种离子交换膜时，m、k值越大的电渗析装置可获得较高的除盐率。

电极极化：主要包括电极表面存在的浓差极化和电化学反应。

电极的浓差极化，是由于电极反应放电时放电离子在电极表面层的浓度低于电极液中的浓度。

3、极化的危害

电阻增大而增加电耗

淡室中的水电离而消耗电能，且电流效率下降

引起结垢

4、稳定运行的措施

（1）原水的预处理

 原水预处理的目的是为了避免因电渗析设备堵塞和膜污染而引起的电渗析器脱盐率下降、产水量降低和能耗增大。为此应对进水采取相应的预处理措施，控制电渗析器的进水水质指标达到下列要求：

A、浊度  隔板厚度1.5～2.0mm，＜3mg/L,

隔板焊度0.5～0.9mm，＜O.3mg/L；

B 、耗氧量  ＜3mg/L（高锰酸钾煮沸法测定，以O2计）；

C、游离性余氯含量  ＜0.2mg/L；

D、铁、锰含量  铁含量＜0.3mg/L,锰含量＜0.1mg/L；

E、水温  5～40℃；

F、 淤塞密度指数（SDI）  频繁倒极电渗析（EDR），SDI＜7，

  电渗析（ED），SDI＜3～5。

 一般应根据阴板厚度和倒极时间实测出适宜的SDI，一般＜10。

（2）确定合理的操作参数

电渗析器运行中的操作参数包括流速、压力、电压、电流、进水水质、倒极时间间隔和酸洗周期等。如果浓水是循环利用的，还要确定浓水的循环比例。为了保证电渗析器合理、安全、有效地运行，确定合理的操作参数是非常重要的。

A、流速和压力

淡水室流速过低，会造成微量悬浮物沉积，阻力损失增大，各隔室配水不均，膜和水流界面处的扩散层过厚，易产生局部极化。但流速也不可过大，这样会造成设备漏水和变形，出水水质下降，动力消耗增大。

一般流速5～10cm/s，进水压力不超过0.3MPa为宜。进水压力过高，会使膜对变形、漏水；进水压力过低，水流速度就降低；

B、电压和工作电流

在确定适当的流速下，需要确定在什么直流电压下运行。这个电压参数的选取，应为与其相对应的工作电流为极限电流的70%～90%时的电压为宜，使其能防止产生极化而造成电流效率降低和结垢。当原水含盐量、硬度和有机物含量高时取低值，反之则取高值。

电渗析器运行时是控制直流电压而不是控制工作电流。电渗析器有一个电压的限值，它是由水温、浓度、膜对尺寸和内管道面积确定的。电压超过限值，将有过大电流由电极通过邻近的膜传到浓水管道，产生足够的热面损坏电极附近的隔板和膜。另一方面由于随运行时间的增加，膜对电阻会有所上升，使电流下降，若为控制一定电流，必定要升高电压、这样易超过电压的限值。

C、确定倒极周期

定期切换电极，即定期改变电极的极性，使浓、淡水室切换。此时由于极性的交换，离子迁移方向也改变了，这样在原阴膜浓水侧生成的少量水垢在变换成淡水室后，会逐渐溶解，而在另一面沉积起来。定期倒换电极，造成了沉淀水垢的不稳定状态，可起到减轻结垢的作用。应根据水质和工艺操作条件，确定定时倒换电极的时间间隔，一般倒换电极的周期为l～4h。

倒极操作时，要防止浓水进入淡水箱而污染水质。

频繁倒极电渗析是每15～30min自动倒换电极一次，并自动地操作进出水口阀门使浓、淡水流自动切换。

D、确定酸洗周期

当脱盐率下降5%以后，应停机进行酸洗。

采用倒极后，一般能使下降的除盐率得到恢复，但运行一断时间后，除盐率仍有下降趋势，可能是由于局部极化、有机物污染和泥浆沉积等原因。对于这种情况应辅以酸洗和反冲洗去消除这种影响。

酸洗通常用1%～2%盐酸进行循环清洗0.5～1h，再用水清洗至出水呈中性。

E、浓水循环的浓缩倍率确定

用电渗析法淡化、脱盐时，要排掉几乎和淡水体积相等的浓水和少量的极水。为了提高水的利用率，通常采用浓水循环的方法。所谓浓缩倍率就是浓水含盐量与原水含盐量之比。由物料平衡原理，可得浓缩倍率公式如下：

         K  = （ q + Qε）/q

K值的确定应以保证浓水系统不形成碳酸盐和硫酸盐垢为原则,同时也不显著降低电流效率，应根据原水水质和所用的膜，通过试验确定。

浓缩倍率的控制是通过改变给水的补充量来达到的。我国浓缩倍率一般为4～5，水的利用率为75%～85%。

五、常见故障

1、漏水

（1）原因：

A、隔板、夹紧板、导水板或膜厚度不均、变形；

B、一级膜对数太多，不易紧固；

C、未夹紧或锁紧时用力不均匀；

D、运行中浓水、淡水、极水压力不平衡等。

（2）解决方法

重视电渗析器各部件的选材和加工，组装时应装齐装平。锁紧时要用力均匀，对于膜对数较多的装置可采用分次组装或分次压紧的办法。运行时应严格操作规程。对已变形部件和不合格部件要更换。

2、水流阻力上升、进水流量下降

（1）产生原因

原水中悬浮物和胶体物质大量沉积在配水槽和离子交换膜面；严重极化产生沉淀

（2）解决方法

应设置必要的预处理装置和反冲洗系统，在进水管道中设排污阀，防止启动时将管道内的杂质带入电渗析器中；运行时应采取防止极化的措施。

3、淡水水质下降

一般电渗析器正常运行中，淡水水质有一定的下降倾向，通过倒极和定期酸洗可使除盐率回升。而运行中水质突然下降，或除盐率明显降低则应视为故障，水质下降的主要原因如下：

 （1） 工作电压过高或倒极、酸洗周期太长，致使严重极化，造成膜 面沉积水垢，膜堆电阻增加，工作电流下降；

 （2） 预处理不当，进水带入的沉积物会使水流阻力上升，膜电阻增加、从而影响水质，进水中有机物对膜的污染以及细菌微生物的生长也会造成类似的结果；

 （3） 离子交换膜使用时间过长，或由于其他原因，如进水中氧化物质的作用，膜已老化，膜电阻增加；

 （4） 组装时膜与隔板装错，运行中膜的损坏造成浓、淡水互漏，同时电流效率也下降；

（5） 电极损坏，电路系统等发生电气故障。

4、膜出现胀缩

电渗析器运行后，由于膜的质量原因，膜会出现胀缩，通常是阳膜缩短，阴膜变长，

胀缩差异不大，可用1％～2％盐酸溶液浸泡、洗净后、再行组装。

胀缩太大，则可用纯水浸泡阳膜使其伸展：阴膜可用稍浓盐水浸泡使其收缩后，再行组装。

六、电渗析法适用范围

七、电渗析最新研究进展

1、倒极电渗析

70  年代以来，美国Ionics公司推出了倒极电渗析，简称EDR。

我国从1985年也发展了自己的EDR系统、1988年我国还引进了美国Ionics 公司的两套50m³/h的EDR。EDR的出现是电渗析技术的一次重大突破，大大推动了电渗析技术的发展，扩展了它的应用领域。

EDR原理：

ED法由于结垢问题，因此发展速度缓慢。EDR的原理和BD法基本是相同的，只是在运行过程中，EDR每隔一定的时间（一般为15～20min），正负电被极性相互倒换一次（国内电渗析器一般2～4h倒换一次），因此称现行的倒极电渗行为频繁倒极电渗析。

它能自动清洗离子交换膜和电极表面形成的污垢，确保离子交换膜效率的长期稳定性及淡水的水质相水量。

2、填充床电渗析

又称电脱离子法（Electrodeio-nizationo简称EDI）、它是将电渗析法与离子交换法结合起来的一种新型水处理方法。

利用电渗析过程中极化现象对离子交换填充床进行电化学再生，它巧妙地集中了电渗析与离子交换这两种方法的优点，并且克服了它们的缺点，即电渗析过程的极化现象和离子交换的化学再生过程。

一般水中含盐量为50～15000mg/L时都可使用，而对含盐量低的水更为适宜。这种方法基本上能够除去水中全部离子，所以它在制备高纯水及处理放射性废水方面有着广泛的用途。

填充床电渗析原理

简单的三隔室电渗析器，中间淡水室装有混合阴、阳 离子交换树脂或装填离子交换纤维等、两边是浓室（与极室在一起）。

它的作用原理有以下几个过程。

（1）电渗析过程：在外电场作用下，水中电解质通过离子交换膜进行选择性迁移，从而达到去除离子的作用。

（2）离子交换过程：此过程靠离子交换树脂对水中电解质离子的交换作用，达到去除水中的离子。

（3）电化学再生过程：利用电渗析的极化过程产生的H+离子和0H-离子及树脂本身的水解作用对树脂进行电化学再生。

3、高温电渗析

高温电渗析的优点在于能使溶液的粘度下降，提高扩散速度，溶液和膜的电导增大，从而可以提高允许电流密度，提高设备的生产能力，或者降低动力消耗，从而降低处理费用。

八、电渗析器在水处理方面的应用

首先用于苦咸水淡化，

逐渐扩大到海水淡化及制取饮用水和工业纯水的给水处理中，

在重金属废水处理、放射性废水处理等工业废水处理中部巳得到应用。

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