在用电渗析进行除盐处理时,先将电渗析器两端的电极接上直流电,水溶液就发生导电现象,水中的盐类离子在电场的作用下,各自向一定方向移动。阳离子向负极,阴离子向正极运动。在电渗析器内设置多组交替排列的阴、阳离子交换膜,此膜在电场作用下显示电性,阳膜显示负电场,排斥水中阴离子而吸附阳离子,在外电场的作用下,阳离子穿过阳膜向负极方向运动;阴膜显示正电性,排斥水中的阳离子,而吸附了阴离子,在外电场的作用下,阴离子穿过阴膜而向正极方向运动。这样,就形成了去除水中离子的淡水室和离子浓缩的浓水室,将浓水排放,淡水即为除盐水。这一过程为电渗析除盐原理。
一、电渗析的除盐处理过程如何?
电渗析除盐处理发生七个物理化学过程。
(1)反离子迁移过程 阳膜上的固定基团带负电荷,阴膜上的固定基团带正电荷。与固定基团所带电荷相反的离子穿过膜的现象称为反离子迁移。如在电渗析器中,淡室中的阳离子穿过阳膜,阴离子穿过阴膜进入浓室就是反离子迁移过程,这也是电渗析的除盐过程。
(2)同性离子迁移过程 与膜上固定基团带相同电荷的离子,穿过膜的现象称为同性离子迁移。由于交换膜的选择透过性不可能过到100%。因此,也存在着浓室中的阴离子会少量穿过阳膜,或阳离子穿过阴膜而进入淡室,数量虽少,但降低了除盐效率。
(3)电解质的浓差扩散过程 这是由于浓水室与淡水室的浓度差而引起的。其结果是由浓室的离子向淡室扩散。从而使淡室的含盐量增加,降低了除盐效率。
(4)压差渗透过程 由于浓、淡室的压力不同,由压力高的向压力低侧进行离子渗透,因此,如果浓室的压力过高,也会降低除盐效率。
(5)水的渗透过程 由于淡室中水的压力比浓室要大,因此,会向浓室渗水,使产水量降低。
(6)水的电渗透过程 由于水中离子是以水合离子的形式存在,因此伴随着离子的迁移,故有水的电渗透发生,使淡水产量降低。
(7)在运行时,由于操作不良而造成极化现象,使淡水室水量的水电离,在直流电场的作用下,水电离产生的H+穿过阳膜,OH-穿过阴膜进入浓水室,在那里与Ca2+、Mg2+生成沉淀,也称为极化沉淀。故此,不仅电耗增加,而且还会造成沉淀等后果。
二、如何确定电渗析的运行参数?
对渗析器要经过一段时间的调试才能制定出最佳运行参数,这对于实现稳定和长周期运行关系很大。需要确定的参数主要有:
(1)流速和压力 电渗析器有一定的额定流量,不能过大或过小。过大,使进水压力过高,会发生装置的泄漏和变形。过小,悬浮物会粘附于电渗析器中,造成水流压力上升,
除盐率下降,造成水流死角和局部极化结垢。因此水流过管道时的线速度控制在50-200mm/s。
(2)电流和电压 电渗析器以电位差为动力进行除盐,要控制一定的直流电压同,以得一定的工作电流。工作电流低,有利于防止极化。一般控制工作电流为极限电流的90%。如果选定的工作电流发生变化,要查清原因,不可贸然采用提高电压的办法来处理。
(3)倒极和酸洗 倒极就是将运行的电渗析器阴、阳极互换一下。根据调试和运行情况来确定倒极和酸洗的时间间隔。但在水质和温度变化时,可根据具体情况来更改间隔周期。
(4)水的回收率 运行实践表明,为得到1t淡水,约需2.2-2.5t原水(包括极水),水的回收率控制在40%-45%左右。国外现在采用的倒极电渗析器,水的回收率大约在50%-95%范围内。