电渗析器设备技术

电渗析器设备技术

电渗析技术不是过滤型的膜分离技术。对原水的水质要求相对较低，具有较强的抗污染能力。电渗析应用于饮用水、工程用水、苦咸水的脱盐。

一、电渗析器的工作原理

电渗析器是在外加直流电场的作用下，当含盐分的水流经阴、阳离子交换膜和隔板组成的隔室时，水中的阴、阳离子开始定向运动，阴离子向阳极方向移动，阳离子向阴极方向移动。由于离子交换膜具有选择透过性，阳离子交换膜(简称阳膜)的固定交换基团带负电荷，因此允许水中阳离寸通过而阻挡阴离子; 阴离子交换膜(简称阴膜)的固定交换基团带正电荷，因此允许水中的阴离子通过而阻挡阳离子，致使淡水隔室中的离子迁移到浓水隔室中去，从而达到淡化的目的，见图4-18.

根据电渗原理制取淡水时，要消耗一定量的浓水和极水，为了减少水耗量可以采用浓水循环和极水循环以及减少浓水和极水的方法。由于浓水的浓度提高了，降低了膜的选择透过性，因而降低了电流效率，增加了耗电量，表4-34、表4-35。在浓浓水直，排放条件下，水量比为淡水:浓水:极水==1：1.2：0.2（或1：0.6：0.2）。这时水的利用率约45.5%~55.5%。采用浓水循环可降低水耗量。

二、电渗析器的结构

电渗析器由膜堆、极区、夹紧装置三大部件组成。电渗析器的组装型式与膜堆水流方向见图4-19。

(一)膜堆

一张阳膜、一张隔板、一张阴膜，再一张隔板组成一个膜对。一对电极之间所有的膜对之和称为膜堆，它是电渗析器性能的关键部件。

组成膜对零件的主要材料如下:

(1)阴、阳离子交换膜。按膜中活性基团的均一程度可分为异相膜(非均质)、均相膜两类。异相膜是把粉状树脂与胶黏剂混合后制成的膜;均相膜是直接使离子交换树脂的合成与成膜工艺结合制成的膜，异相膜与均相膜性能比较表4-36。

(2)隔板。隔板常用1~2mm的硬聚氯乙烯板制成，板上开有配水孔、布水槽、流水道、集水槽和集水孔。隔板的作用是使两层膜间形成水室，构成流水通道，并起配水和集水的作用。

(二)极区

极区由托板、电极、极框和弹性垫板组成。极区的主要作用是给电渗析器供直流电，将原水导人膜堆的配水孔，将淡水和浓水排出电渗析器，并通人和排出极水。电极托板的作用是加固极板和安装进出水接管，常用厚的硬聚氯乙烯板制成。电极的作用是接通内外电路，在电渗析器内造成均匀的直流电场。阳极常用石墨，铅、铁丝涂钉等材料;阴极可用不锈秀钢等材料制成。极框用来在极板和膜堆之间保持一定的距离，构成极室，也是极水的通道。极框常用厚5~7mm的粗网多水道式塑料板制成。垫板起防止漏水和调整厚度不均的作用，常用橡胶或软聚氯乙烯板制成。电渗析器通电后，电极表面发生电才电极反应，致使阳极水

呈酸性，并产生初生态的氧02和氰气Cl2。阴极水呈碱性，当极水中有Ca2+和Mg2+时，有可能生成CaC03和Mg (OH)2水垢，结集在阴极上，阴极室有O2和H2排出。因此极水要畅通，可不断排出电极反应产物，有利于电渗析器正常运行。

(三)夹紧装置

夹紧装置是使电极、膜堆、隔板连成整体并防止内外泄漏。一般有铸铁和钢板两种。因钢板有弹性能局部变形，即使隔板，膜厚度不均，也不会泄漏。拉杆螺栓有碳钢、不锈钢两种。

(四)电渗析器的级与段

级是指电极对的数目，段是指水流方向，水流通过一个膜堆后改变方向进入后一个膜堆，即增加一段，见图4-20。根据实际情况可设置多级多段。

图4-20 (a)中，一级一段指在一对电极之间，装置一个水流同向(并联)的膜堆。

图4-20 (b)中，二级一段指在两对电极之间，装置两个膜堆，前一级膜堆水流与后一级膜堆水流并联，称为二级一段。为简化组装，可设共电极。

图4-20 (c)中，一级二段指在一对电极之间的前一段水流与后一段水流串联。

图4-20 (d)中，二级二段指在两对电极之间的两个膜堆水流串联。

三、电渗析装置型号及规格

(一)电渗析装置型号(见表4-37)

(二)电渗析装置隔板规格(见表4-38)

(三)离子交换膜的技术指标(见表4-39)

(四)电渗析装置的性能(见表4-40)

(五)电渗析器的组装形式(见表4-41)

四、电渗析ED系统类型

(1)单向电渗析系统。指电渗析器在运行过程中电极极性保持不变的一种电渗析方式。也就是在运行过程中电流方向保持不变，膜堆内部浓、淡水室不能互换。

(2)倒极电渗析系统。指电渗析器在运行过程中，每2~8h倒换一次一种电渗析方式。在倒电极极性时，还要改变浓、淡水系统的流向，使浓、淡水室同时互换。

(3)频繁倒极的电渗析系统EDR (Electrodialysis Rever-sal)。指电渗析器在运行过程中，每15 ~30min自动倒换一次电极极性的一种电渗析方式。在倒电极极性时还要自动改变浓、淡水系统的流向，使浓、淡水室同时互换。EDR具有以下优点：

1)每小时3-4次破坏极化层，可以防止因浓差极化引起的膜堆内部沉淀结垢。

2)在阴膜朝阳极的面上生成的初始沉淀晶体，在进一步生长和要附着在膜面上之前便被溶解和被液流冲走，不能形成运行障碍。

3)由于电极极性的频繁倒转，水中带电荷的胶体或菌胶团的运动方向频繁倒转，减轻了戮泥物质在膜上的附着。

4)可以避免和减少向浓水流中加酸或阻垢剂等药品。

5)在运行过程中，阳极室产生的酸可以自身清洗电极，克服阴极表面上的沉淀。

6)比常规倒极电渗析操作电流高，原水回收率高，稳定运行周期长。

五、系统设计要点

(一)电渗析装置进水水质条件与装置性质范围

1.进水水质条件

电渗析装置应在下列进水水质条件下正常可靠工作。

(1)水温:5~40℃。

(2)耗氧量高锰酸钾指数:＜3mg/L。

(3)游离氯:<0. 2mg/L。

(4)铁:<0. 3mg/L。

(5)锰:<0. Lmg/L。

(6)浊度:1.5~2mm隔板小于30; 0. 5~0. 9mm瞰板小于1°。

(7)污染指数SDI：<7 (EDR); <3~5 (ED)，应实际测定，一般EDR SDI< 10。

2.装置性质范围

海水含盐量由20000~35000g/L降低至500~1000mg/L，苦咸水含盐量由1000

~5000mg/L降低至500~1000mg/L。

3.系统一设备选择

(1) (ED)一离子交换组合系统。原水含盐量在200mg/L以上进人(ED), (ED)出口水含盐量为20-40mg/L。

(2)电渗析器5台以上设置2台备用，电渗析器5台以下设置1台备用。

(3)整流器技术要求。三相桥式硅整流器，直流输出应有正、负极开关或自动倒极装置。

(4)当采用0. 5~ 0. 9mm隔板，进电渗析前应通过10~20µm精密过滤器。

电渗析ED处理不同水质的耗电参数见表4-42。

(二)预处理水量确定

(三)电渗析设备容量的确定

电渗析设备水量调节能力不大，为了保证电渗析设备出水质量与稳定运行，一般可限定Qd/Qd≤1.25。

(四)电极材料选择(见表4-44)

(五)电渗析ED装置计算

1.极限电流密度((ilim.)

2.脱盆率

3.电渗析器实际耗电量

4.电渗析器电流效率

六、系统设计注意事项

(1)电渗析器的进水压力必须保持稳定，应有专门的供水泵或高位水池供水，进水管道上应安装阀门、流量计和压力表。

(2)采用定期倒极运行时，多台或多系列并列的电渗析器，宜采用在母管上装调向阀门。电渗析器起始进水行压力控制不超过0. 2MPa。为了深度脱盐采用多台串联时，若进水压力过高，可设置中间水池、中间升压水泵，此时必须同时设置连锁控制和报警装置。采用400 X 1600mm电渗析器，一般串联组含电渗析器3-4台;采用800×1600mm电渗析器，一般串联组含电渗析器2~3台。

(3)为防止电化学腐蚀和漏电，在预处理设备进水阀门前可于用金属管道，进水阀门