1)、电渗析器的基本构造
电渗析器多采用板框式。图10—20是板框式电渗析器组装时的排列方式。它的左右两端分别为阴、阳电极室，中间部分自左向右为很多个依次由阳膜、淡化室隔板(构成淡化室)、阴膜、浓缩室隔板(构成浓缩室)构 成的组件，呈阴阳离子交换膜与相应的浓缩室和淡化室交替排列，用压紧部件将上述组件压紧，即构成电渗析器。要淡化的原水从右端的导水极水板进入，沿贯穿整 个电渗析器诸膜对的淡水通道流人各淡化室，然后并联流过淡化室。在淡化室中在直流电场作用下水中的阴阳离子分别通过两侧的阴阳离子交换膜进入浓缩室，使水 得到淡化。自淡化室流出的淡水汇总后由左端的导水极水板流出。浓水的流动情况与淡化类似，但由左端的导水极水板进入，沿浓水通道流动而后并联流过浓缩室， 汇总后由右端导水极水板流出。 2)、电渗析器的主要部件 ⑴、隔板：隔板置于阴膜和阳膜之间，起着支撑和分隔阴膜和阳膜的作用，并构成浓缩室和淡化室，形成水流通道，对隔板的要求是使阴膜与阳膜间的距离均一，水流分布均匀，小走短路，水流保持较高流速和湍流程度，使浓度边界层薄。为此在隔板中常加各种形状的隔网。 隔板按水流型式有回流式和直流式两种，如图10—21。回流式隔板中水呈折流多次流动，水的流程长，流速大，湍流程度高，浓差极化影响小，水的停留时间长，流经隔板一次的脱盐率高，缺点是流动阻力大。直流式隔板中水的流程短，阻力小，但是流速小。 隔板应该用耐酸碱的非导体和非吸湿性材料制作。要求材料尺寸稳定，有一定弹性以便于密封。通常采用聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、xx橡胶制作。隔板的厚度一般为0.5～2.5mm。 ⑵、电极室：电极室置于电渗析器膜对的两侧，由电极与极水隔板组成，电极应该具有良好的化学与电化学稳定性，同时应具有良好的导电与电化学性。 常用的电极材料有不锈钢、石墨、铅和涂钌的钛电极。电极的形式有板状、网状和栅状(棒或丝做成)数种。 极水隔板用水形成极室，它比浓淡水隔板厚，以利于排除废气与废液。为了强化极室中的搅拌，可加鱼鳞状隔网。 3）、电渗析器的流程： 为了减轻浓差极化的影响，在电渗析器的淡化室中电流密度不能很高，应低于极限电流密度，而水流则应保持较高的速度(一般隔室中水的流速为5cm／s一15cm／s)，所以水流通过淡化室一次能够除去的离子量是有限的，因此用电渗析器脱盐时应根据原水含盐量与脱盐要求采用不同的操作流程。对于含盐量很少和脱盐要求不高的情况，水流通过淡化室一次即可达到要求，否则盐水需通过淡化室多次才能达到要求。为此可采用以 下的电渗析器结构和操作流程。 ①、二段电渗析器：如图10—22所示。含盐原水经淡化室淡化一次后，再串联流经另一组淡化室淡化，以提高脱盐率。 ②、多台电渗析器串联连续操作：图10—23是三台电渗析器脱盐后又继续在第2、3台电渗析器中进一步脱盐，以期达到较高的脱盐率。 ③、循环式脱盐：图10—24是间歇循环式脱盐流程。原水一次加入循环槽，用泵送人电渗析器进行脱盐，从电渗析流出的水回循环槽，然后再用泵送人电渗析器。如此原水每经电渗析器一次脱盐率提高一步，直到脱盐率达到要求为止。 循环式脱盐也可以连续操作，此时循环水的一部分作为淡化水连续导出，同时连续加入原水。 §10.4.4、电渗析的应用 电渗析过程是利用离子能选择性地通过离子交换膜的性质使离子从各种水溶液中分离出来的过程，这一基本特征使它成为将能电离成离子的物质与水(和其它非电解质)分离的一种有效手段。另——方面也可以利用这一特征来实现某些化学反应。因此，它的应用范围十分广泛，遍及化工、医药、食品、电子、冶金等工业部门，包括原料与产品的分离精制和废水废液处理，以除去有害杂质与回收有用的物质等。 下面从几个方面来说明电渗析的应用。 1)、水的纯化 包括海水、苦咸水和普通自然水的纯化以制取饮用水、初级水(锅炉或医药用)和高纯水等。与其它纯水(或淡化水)的方法比较，电渗析法纯化水的特点是： ⑴、电渗析法脱盐的能耗(耗电量)与脱除的盐量成正比，原水的含盐量高，淡化的成本 高。图10—25表 示电渗析、反渗透与多效蒸发的脱盐费用与原水盐浓度的关系，原水盐浓度低时，电渗析脱盐的费用{zd1}。原水盐浓度高时，则电渗析脱盐的费用较其它两种方法 高，所以电渗析不大适合于盐含量高的海水淡化，而适用于含盐量低的苦咸水等的脱盐。但是，由于电渗析法设备简单，操作方便，在海岛与渔船上使用仍然有实用 价值。西沙永兴岛使用的海水淡化装置就使用我国自己开发的电渗析器，年产淡水6万吨。 ⑵、 当原水中盐浓度过低时，溶液电阻大，用电渗析也不经济。所以不能只用电渗析法制取纯度较高的水。通常为了制取高纯水采用电渗析与离子交换联合联用的方法。 原水先用电渗析法脱除大部分盐以后，再用离子交换法除去余留的盐。这样两种技术联合使用，用其所长、避其所短、可以达到{zj0}的技术经济效果。图10—26是电渗析与离子交换联用制取高纯水的流程示意图。原水先经预处理除去部分机械杂质，再经电渗析除去部分盐分，然后用离子交换法除去残留的盐分，{zh1}用微滤或超滤除去菌体和离子交换树脂碎裂下来的微 2)、海水、盐泉卤水浓缩制盐 用电渗法浓缩海水制盐与常规盐田法制盐比较，具有占地少、投资省、劳动力省以及不受地xx候条件限制等优点。对于缺少盐田的国家是一种有意义的制盐方法。日本是世界上{dy}个采用电渗析法浓缩海水制盐的国家，已取得成功，我国西南地区盐泉卤水冬浓夏淡，采用电渗析法浓缩卤水，使NaCl含量稳定提高到120g／l，与原来的单纯熬盐法比较可增加产量，降低成本。 3)、医药、食品工业中的应用 电渗析在这些工业部门中的应用可归纳为几种类型。 ⑴、脱除有机物(在电场中不离解为离子的物质)中的盐分。将含盐与有机物的溶液进入电渗析器的淡化室中，盐的阴阳离子通过膜进入两侧，留下有机物得到纯化。这种方法应用甚广，例如医药工业生产中葡萄糖、甘露醇、氨基酸、维生素C等溶液的脱盐；食品工业中牛乳、乳清的脱盐，酒类产品脱除酒石酸钾等。 ⑵、有机物中酸的脱除或中和。有机物中的酸可以令其 为了除去果汁中引起酸味的过量柠檬酸，可将它通人两侧均为阴膜的脱酸室中，使酸根从一侧渗出，而从另一侧渗入 ⑶、有机酸盐取代反应制有机酸。例如柠檬酸盐可在两侧均为阳膜的转化室中使Na从一侧渗出，而从另一侧渗入H，即可得柠檬酸。氨基酸盐也可以用这种转化成游离氨基酸。 ⑷、利用离子的可渗性分离氨基酸等。例如从蛋白质中水解液和发酵液中分离氨基酸。 4)、废水处理 用电渗析处理某些工业废水，既可使废水得到净化和重新使用，又可以回收其中有价值的物质。含有酸、碱、盐的各种废水均可以用电渗析法处理、以除去和回收其中的酸、碱盐。 例如： ⑴、从金属酸洗废水中回收酸与金属。 ⑵、电镀废水中回收铜、锌、镍、铬等金属。 ⑶、从合成纤维厂的废水回收 ⑷、从造纸废水中回收碱、亚硫酸钠和木质素等。 ⑸、放射性废水处理。 5)离子膜电解 应用离子膜电解盐类水溶液可以制得相应的酸和碱。目前最重要的应用是电解食盐制造氢氧化钠，其基本原理如图l0—27所示。在阳极与阴极之间装一张全氟阳离子交换膜，构成两室电解槽。向阳极室送人饱和 粒等，即得高纯水。 |
