全膜法水處理技術分析（三）

如何進行水處理？

衡美水處理為您介紹一種先進、實用的水處理技術——全膜法水處理技術。

四、電滲析器的運行

1、電滲析器運行的工藝參數

2、極化和極限電流密度

有離子交換膜的極化和電極的極化

膜的極化：在電滲析運行過程中，由於反離子在膜內遷移速度大於在溶液中的遷移速度，因而淡水室膜麵的溶液濃度下降，並與主體溶液形成濃度梯度。當工作電流增至一定值時，淡水室膜麵的溶液濃度幾乎下降為零，致使水分子大量電離，使H+和OH-一起傳遞電流的作用，這一現象稱為極化。

當淡水室膜麵的溶液濃度為零，則此時的工作電流稱為極限電流。極限電流與膜的有效麵積之比值稱為極限電流密度（ilim），計算如下：

式中：ilim --極限電流密度，A/c㎡； t- --離子在膜中的遷移數；

 t   --離子在溶液中的遷移數；c --淡水室中水的對數平均含鹽量,mmol/L；

δ  --膜麵擴散層厚度，cm；  

D --離子擴散係數，c㎡/s；

F  --法拉第常數，96500 C/mol。

電滲析器的極限電流密度（ilim）與淡水室中的水流速度有關:

              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 --淡水室中水的對數平均含鹽量，mmol/L；

m --流速指數（在0、33-0、90之間）；

k --水力學係數（隔板特性綜合係數）；

cj --淡水室進水的含鹽量，mmol/L；

cc --淡水室出水的含鹽量，mmol/L。

m與k可通過試驗求得。有關試驗表明，在設備、水溫、水質確定時，v 在5～20cm/s範圍內，m與k是常數。在使用同種離子交換膜時，m、k值越大的電滲析裝置可獲得較高的除鹽率。

電極極化：主要包括電極表麵存在的濃差極化和電化學反應。

電極的濃差極化，是由於電極反應放電時放電離子在電極表麵層的濃度低於電極液中的濃度。

3、極化的危害

電阻增大而增加電耗

淡室中的水電離而消耗電能，且電流效率下降

引起結垢

4、穩定運行的措施

（1）原水的預處理

 原水預處理的目的是為了避免因電滲析設備堵塞和膜汙染而引起的電滲析器脫鹽率下降、產水量降低和能耗增大。為此應對進水采取相應的預處理措施，控製電滲析器的進水水質指標達到下列要求：

A、濁度  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（高錳酸鉀煮沸法測定，以O2計）；

C、遊離性餘氯含量  ＜0.2mg/L；

D、鐵、錳含量  鐵含量＜0.3mg/L,錳含量＜0.1mg/L；

E、水溫  5～40℃；

F、 淤塞密度指數（SDI）  頻繁倒極電滲析（EDR），SDI＜7，

  電滲析（ED），SDI＜3～5。

 一般應根據陰板厚度和倒極時間實測出適宜的SDI，一般＜10。

（2）確定合理的操作參數

電滲析器運行中的操作參數包括流速、壓力、電壓、電流、進水水質、倒極時間間隔和酸洗周期等。如果濃水是循環利用的，還要確定濃水的循環比例。為了保證電滲析器合理、安全、有效地運行，確定合理的操作參數是非常重要的。

A、流速和壓力

淡水室流速過低，會造成微量懸浮物沉積，阻力損失增大，各隔室配水不均，膜和水流界麵處的擴散層過厚，易產生局部極化。但流速也不可過大，這樣會造成設備漏水和變形，出水水質下降，動力消耗增大。

一般流速5～10cm/s，進水壓力不超過0.3MPa為宜。進水壓力過高，會使膜對變形、漏水；進水壓力過低，水流速度就降低；

B、電壓和工作電流

在確定適當的流速下，需要確定在什麽直流電壓下運行。這個電壓參數的選取，應為與其相對應的工作電流為極限電流的70%～90%時的電壓為宜，使其能防止產生極化而造成電流效率降低和結垢。當原水含鹽量、硬度和有機物含量高時取低值，反之則取高值。

電滲析器運行時是控製直流電壓而不是控製工作電流。電滲析器有一個電壓的限值，它是由水溫、濃度、膜對尺寸和內管道麵積確定的。電壓超過限值，將有過大電流由電極通過鄰近的膜傳到濃水管道，產生足夠的熱麵損壞電極附近的隔板和膜。另一方麵由於隨運行時間的增加，膜對電阻會有所上升，使電流下降，若為控製一定電流，必定要升高電壓、這樣易超過電壓的限值。

C、確定倒極周期

定期切換電極，即定期改變電極的極性，使濃、淡水室切換。此時由於極性的交換，離子遷移方向也改變了，這樣在原陰膜濃水側生成的少量水垢在變換成淡水室後，會逐漸溶解，而在另一麵沉積起來。定期倒換電極，造成了沉澱水垢的不穩定狀態，可起到減輕結垢的作用。應根據水質和工藝操作條件，確定定時倒換電極的時間間隔，一般倒換電極的周期為l～4h。

倒極操作時，要防止濃水進入淡水箱而汙染水質。

頻繁倒極電滲析是每15～30min自動倒換電極一次，並自動地操作進出水口閥門使濃、淡水流自動切換。

D、確定酸洗周期

當脫鹽率下降5%以後，應停機進行酸洗。

采用倒極後，一般能使下降的除鹽率得到恢複，但運行一斷時間後，除鹽率仍有下降趨勢，可能是由於局部極化、有機物汙染和泥漿沉積等原因。對於這種情況應輔以酸洗和反衝洗去消除這種影響。

酸洗通常用1%～2%鹽酸進行循環清洗0.5～1h，再用水清洗至出水呈中性。

E、濃水循環的濃縮倍率確定

用電滲析法淡化、脫鹽時，要排掉幾乎和淡水體積相等的濃水和少量的極水。為了提高水的利用率，通常采用濃水循環的方法。所謂濃縮倍率就是濃水含鹽量與原水含鹽量之比。由物料平衡原理，可得濃縮倍率公式如下：

         K  = （ q + Qε）/q

K值的確定應以保證濃水係統不形成碳酸鹽和硫酸鹽垢為原則,同時也不顯著降低電流效率，應根據原水水質和所用的膜，通過試驗確定。

濃縮倍率的控製是通過改變給水的補充量來達到的。我國濃縮倍率一般為4～5，水的利用率為75%～85%。

五、常見故障

1、漏水

（1）原因：

A、隔板、夾緊板、導水板或膜厚度不均、變形；

B、一級膜對數太多，不易緊固；

C、未夾緊或鎖緊時用力不均勻；

D、運行中濃水、淡水、極水壓力不平衡等。

（2）解決方法

重視電滲析器各部件的選材和加工，組裝時應裝齊裝平。鎖緊時要用力均勻，對於膜對數較多的裝置可采用分次組裝或分次壓緊的辦法。運行時應嚴格操作規程。對已變形部件和不合格部件要更換。

2、水流阻力上升、進水流量下降

（1）產生原因

原水中懸浮物和膠體物質大量沉積在配水槽和離子交換膜麵；嚴重極化產生沉澱

（2）解決方法

應設置必要的預處理裝置和反衝洗係統，在進水管道中設排汙閥，防止啟動時將管道內的雜質帶入電滲析器中；運行時應采取防止極化的措施。

3、淡水水質下降

一般電滲析器正常運行中，淡水水質有一定的下降傾向，通過倒極和定期酸洗可使除鹽率回升。而運行中水質突然下降，或除鹽率明顯降低則應視為故障，水質下降的主要原因如下：

 （1） 工作電壓過高或倒極、酸洗周期太長，致使嚴重極化，造成膜 麵沉積水垢，膜堆電阻增加，工作電流下降；

 （2） 預處理不當，進水帶入的沉積物會使水流阻力上升，膜電阻增加、從而影響水質，進水中有機物對膜的汙染以及細菌微生物的生長也會造成類似的結果；

 （3） 離子交換膜使用時間過長，或由於其他原因，如進水中氧化物質的作用，膜已老化，膜電阻增加；

 （4） 組裝時膜與隔板裝錯，運行中膜的損壞造成濃、淡水互漏，同時電流效率也下降；

（5） 電極損壞，電路係統等發生電氣故障。

4、膜出現脹縮

電滲析器運行後，由於膜的質量原因，膜會出現脹縮，通常是陽膜縮短，陰膜變長，

脹縮差異不大，可用1％～2％鹽酸溶液浸泡、洗淨後、再行組裝。

脹縮太大，則可用純水浸泡陽膜使其伸展：陰膜可用稍濃鹽水浸泡使其收縮後，再行組裝。

六、電滲析法適用範圍

七、電滲析最新研究進展

1、倒極電滲析

70  年代以來，美國Ionics公司推出了倒極電滲析，簡稱EDR。

我國從1985年也發展了自己的EDR係統、1988年我國還引進了美國Ionics 公司的兩套50m³/h的EDR。EDR的出現是電滲析技術的一次重大突破，大大推動了電滲析技術的發展，擴展了它的應用領域。

EDR原理：

ED法由於結垢問題，因此發展速度緩慢。EDR的原理和BD法基本是相同的，隻是在運行過程中，EDR每隔一定的時間（一般為15～20min），正負電被極性相互倒換一次（國內電滲析器一般2～4h倒換一次），因此稱現行的倒極電滲行為頻繁倒極電滲析。

它能自動清洗離子交換膜和電極表麵形成的汙垢，確保離子交換膜效率的長期穩定性及淡水的水質相水量。

2、填充床電滲析

又稱電脫離子法（Electrodeio-nizationo簡稱qm球盟会）、它是將電滲析法與離子交換法結合起來的一種新型水處理方法。

利用電滲析過程中極化現象對離子交換填充床進行電化學再生，它巧妙地集中了電滲析與離子交換這兩種方法的優點，並且克服了它們的缺點，即電滲析過程的極化現象和離子交換的化學再生過程。

一般水中含鹽量為50～15000mg/L時都可使用，而對含鹽量低的水更為適宜。這種方法基本上能夠除去水中全部離子，所以它在製備高純水及處理放射性廢水方麵有著廣泛的用途。

填充床電滲析原理

簡單的三隔室電滲析器，中間淡水室裝有混合陰、陽 離子交換樹脂或裝填離子交換纖維等、兩邊是濃室（與極室在一起）。

它的作用原理有以下幾個過程。

（1）電滲析過程：在外電場作用下，水中電解質通過離子交換膜進行選擇性遷移，從而達到去除離子的作用。

（2）離子交換過程：此過程靠離子交換樹脂對水中電解質離子的交換作用，達到去除水中的離子。

（3）電化學再生過程：利用電滲析的極化過程產生的H+離子和0H-離子及樹脂本身的水解作用對樹脂進行電化學再生。

3、高溫電滲析

高溫電滲析的優點在於能使溶液的粘度下降，提高擴散速度，溶液和膜的電導增大，從而可以提高允許電流密度，提高設備的生產能力，或者降低動力消耗，從而降低處理費用。

八、電滲析器在水處理方麵的應用

首先用於苦鹹水淡化，

逐漸擴大到海水淡化及製取飲用水和工業純水的給水處理中，

在重金屬廢水處理、放射性廢水處理等工業廢水處理中部巳得到應用。

衡美水處理為您帶來全方位的水處理服務，讓您高枕無憂！