如何進(jìn)行水處理？

衡美水處理為您介紹一種科學(xué)、實(shí)用的水處理技術(shù)——全膜法水處理技術(shù)。

膜分離法是利用選擇性透過膜為分離介質(zhì)、當(dāng)膜兩側(cè)存在某種推動力（如壓力差、濃度差、電位差）時(shí)，使溶劑（通常是水）與溶質(zhì)或微粒分離的方法。一般包括電滲析、反滲透、超濾、擴(kuò)散滲析等，其中的反滲透、超濾相當(dāng)于過濾技術(shù)。

用選擇性透過膜進(jìn)行分離時(shí)，使溶質(zhì)通過膜的方法稱為滲析；而使溶劑通過膜的方法則稱為滲透。

電滲析法是以電位差為推動力的膜分離法，用于從水溶液中脫除離子，主要用于苦咸水脫鹽或海水淡化。其膜是導(dǎo)電膜，即陽離子交換膜和陰離子交換膜。

以壓力差為推動力的膜分離法，根據(jù)溶質(zhì)粒子的大小及膜的結(jié)構(gòu)性質(zhì)（超濾膜、納濾膜、反滲透膜等），又可分為超濾、納濾、反滲透等。反滲透法可用于溶劑的純化和溶液濃縮。反滲透法大部分應(yīng)用于水的純化。主要是苦咸水脫鹽或海水淡化。反滲透法的另一個(gè)重要應(yīng)用為制備高純水。

膜是分離技術(shù)的核心。膜材料的化學(xué)性能、結(jié)構(gòu)對膜分離法起著決定性的作用；一般是高分子材料制成的膜，有纖維素膜、芳香聚酰胺類膜、雜環(huán)類膜、聚砜類膜、聚烯烴類膜和含氟高分子膜等。

膜分離法的特點(diǎn)：

1、不發(fā)生相變、常溫進(jìn)行、適用范圍廣（有機(jī)物、無機(jī)物等）、裝置簡單、易操作和易控制等。

2、膜法水處理具有適應(yīng)性高、占地面積小、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。所以，國內(nèi)外已把電滲析法、反滲透法或膜分離法與離子交換相結(jié)合的方法應(yīng)用于鍋爐水處理。

第 一章 電滲析

電滲析是膜分離技術(shù)的一種，它是在直流電場作用下，以電位差為推動力，利用離子交換膜的選擇透過性，把電解質(zhì)從溶液中分離出來，從而實(shí)現(xiàn)溶液的淡化、濃縮、精制或純化的目的。

電滲析的進(jìn)展：對電滲析基本概念的研究始于20世紀(jì)初，采用動物皮、膀胱膜或人造纖維、羊皮紙等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室研究，但無工業(yè)應(yīng)用價(jià)值；隨著合成樹脂的發(fā)展，1950年，朱達(dá)試制出具有高選擇性的陰、陽離子交換膜后，才奠定了電滲析技術(shù)的實(shí)用基礎(chǔ)；1954年美、英等國將電滲析首先用于生產(chǎn)實(shí)踐中，淡化苦咸水、制備工業(yè)用水和飲用水。此后，電滲析技術(shù)逐步引入中東和北非。1959年起，前蘇聯(lián)也開始研究和推廣應(yīng)用。日本主要利用電滲析法濃縮制鹽，1969年日本國內(nèi)食鹽有30％是用離于交換膜電滲析法生產(chǎn)的，1970年才將電滲析技術(shù)用于苦咸水淡化。

一、電滲析基本原理及過程

1、滲析過程

（1）滲析的原理

滲析是早期被發(fā)現(xiàn)和研究的一種膜分離過程，它是一種自然發(fā)生的物理現(xiàn)象。當(dāng)兩種不同濃度的鹽水用一張滲析膜（半透膜或離子交換膜）隔開時(shí)，濃鹽水中的電解質(zhì)離子就會穿過膜擴(kuò)散到稀鹽水中去，這種過程稱為滲析過程，亦稱擴(kuò)散滲析。滲析過程的推動力是濃度梯度，因此又稱濃差滲析。

滲析過程是緩慢進(jìn)行的，隨著鹽分濃度梯度的降低、鹽的擴(kuò)散也逐漸減少，直到膜兩邊濃度相同，建立了平衡，鹽分的遷移也就完全停止。

（2）滲析的應(yīng)用

A、血液透析

B、從酸堿廢液中回收酸堿。

濃差滲析回收酸見圖4-2。料液中由于H2SO4 和FeSO4 的濃度高，其中Fe2+、H+、SO42-均有向滲析液H2O中擴(kuò)散的趨勢，由于使用陰離子交換膜作滲析膜，因此理論上陰膜只允許SO42-透過膜進(jìn)入滲析液，而H+ 離子由于水合離子半徑小，遷移速度快，故也能透過膜遷移到滲析液中。 H+和1/2SO42-等摩爾透過膜，以保持溶液的電中性。但是Fe2+ 離子則不透過陰膜。經(jīng)過一段時(shí)間的滲析后，料液中的 H2SO4 即進(jìn)入滲析液中，實(shí)現(xiàn)了 FeSO4和 H2SO4的分離，即可實(shí)現(xiàn)回收廢硫酸的目的。

2、電滲析過程

電滲析過程是電解和滲析擴(kuò)散過程的組合。電滲析制取淡水的基本過程：利用離子交換膜的選擇透過性，即陽膜理論上只允許陽離子通過，陰膜理論上只允許陰離子通過，在外加直流電場作用下，陰、陽離子開始移動，它們匯合于離子交換膜，如果膜的固定電荷與離子的電荷相反，則離子可以通過，如果它們的電荷是相同的、則離子被排斥，從而可以制得淡水。電滲析運(yùn)行時(shí)可能發(fā)生的過程見圖1。

圖1 電滲析運(yùn)行過程

（1） 反離子遷移

離子交換膜具有選擇透過性。反離子遷移是電滲析運(yùn)行時(shí)發(fā)生的主要過程，也就是電滲析的除鹽過程，反離子遷移效應(yīng)大于0、9。

（2） 同名離子遷移

與膜上固定基團(tuán)所帶電荷相同的離子穿過膜的現(xiàn)象。即濃水中陽離子穿過陰膜，陰離子穿過陽膜，進(jìn)入淡室的過程，就是同名離子遷移。

這是由于離子交換膜的選擇透過性不可能達(dá)到100％。當(dāng)膜的選擇性固定后，隨著濃室鹽濃度增加，這種同名離子遷移影響加大。

（3） 電解質(zhì)濃差擴(kuò)散

由于膜兩側(cè)溶液濃度不同，在濃度差作用下，電解質(zhì)由濃室向淡室擴(kuò)散，擴(kuò)散速度隨濃度差的增高而加大。

（4） 水的滲透

在電滲析過程中，由于淡室水濃度低，基于滲透壓的作用，會使淡室的水向濃室滲透。

濃度差愈大，水的滲透量也愈大，這一過程會使淡水產(chǎn)量降低。

（5） 水的電滲透

反離子和同名離子，實(shí)際上都是以水合離子形式存在，在遷移過程中攜帶一定數(shù)量的水分子遷移，這就是水的電滲透。隨著溶液濃度的降低，水的電滲透量急驟增加。

（6） 水的壓滲

當(dāng)濃室和淡室存在著壓力差時(shí)，溶液由壓力大的一例向壓力小的一側(cè)滲漏，稱為水的壓滲，因此操作時(shí)應(yīng)保持兩側(cè)壓力基本平衡。

（7） 水的電離

電滲析運(yùn)行時(shí)，由于電流密度相液體流速不匹配，電解質(zhì)離子未能及時(shí)地補(bǔ)充到膜的表面，而造成淡室水的電離生成H+和0H-離子，它們可以穿過陽膜和陰膜。

3、對電滲析各過程的分析

電滲析器在運(yùn)行時(shí)，同時(shí)發(fā)生著多種復(fù)雜過程：

反離子遷移是電滲析除鹽的主要過程,其它都是次要過程。

這些次要過程會影響和干擾電滲析的主要過程：

同名離于遷移和電解質(zhì)濃差擴(kuò)散與主過程相反，會影響除鹽效果；

水的滲透、電滲透和壓滲會影響淡室產(chǎn)水量，也會影響濃縮效果；

水的電離會使耗電量增加，導(dǎo)致濃室結(jié)垢，從而影響電滲析的正常遠(yuǎn)行。

因此須選擇離子交換膜和電滲析操作條件，以便消除或改善這些次要過程的影響。

4、電滲析法脫鹽的基本原理

把陽離子交換膜和陰離子交換膜交替排列，并用特制的隔板將其隔開，組成脫鹽（淡化）和濃縮兩個(gè)系統(tǒng)。

當(dāng)向隔室通入鹽水后，在直流電場作用下，陰陽離子對向遷移，但由于離子交換膜的選擇透過性，而使淡室中的鹽水淡化，濃室中鹽水被濃縮，實(shí)現(xiàn)脫鹽目的。

在室中應(yīng)注意及時(shí)排除反應(yīng)產(chǎn)物，以保證電滲析過程的安全運(yùn)行，考慮到陰膜容易損壞，并為了防止Cl-離子透過陰膜進(jìn)入陽級室，所以在陽級附近一般不用陰膜，而改用陽膜或惰性多孔保護(hù)膜。

5、電滲析技術(shù)的特點(diǎn)

（1） 能量消耗低。

電滲析除鹽過程中，只是用電能來遷移水中的鹽分，而大量的水不發(fā)生相的變化，其耗電量大致與水中的含鹽量成正比，尤其是對含鹽量為數(shù)千mg/L的苦咸水，其耗電量更低。

（2） 藥劑耗量少、環(huán)境污染小

常規(guī)的離子交換處理水時(shí)，樹脂失效后需用酸、堿進(jìn)行再生，再生后生成大量酸、堿再生廢液，水洗時(shí)還要排放大量酸、堿性廢水。

電滲析法處理水時(shí)，僅酸洗時(shí)需要少量的酸。因此電滲析法是耗用藥劑少，環(huán)境污染小的一種除鹽手段。

（3）對原水含鹽量變化適應(yīng)性強(qiáng)

電滲析除鹽可按需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。產(chǎn)水量可按需要從每日幾m3至上萬m3變化?？筛鶕?jù)設(shè)計(jì)一臺電滲析器中的段數(shù)、級數(shù)或多臺電滲析器的串聯(lián)、并聯(lián)或不同除鹽方式（直流式、循環(huán)式或部分循環(huán)式）來適應(yīng)。

（4）操作簡單，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動化

電滲析器一般是控制在恒定直流電壓下運(yùn)行，不需要通過頻繁地調(diào)節(jié)流速、電流及電壓來適應(yīng)水質(zhì)、溫度的變化。因此，容易做到機(jī)械化、自動化操作。

（5）設(shè)備緊湊耐用、預(yù)處理簡單

電滲析器是用塑料隔板、離子交換膜及電級組裝而成，其抗化學(xué)污染和抗腐蝕性能均良好，隔板相膜多層更加在一起，運(yùn)行時(shí)通電即可制得淡水，因此設(shè)備緊湊耐用。

由于電滲析中水流是在膜面平行流過，而不需透過膜，因此進(jìn)水水質(zhì)不像反滲透控制的那樣嚴(yán)格，一般經(jīng)砂濾即可，相對而言預(yù)處理比較簡單。

（6）水的利用率較高

電滲析器運(yùn)行時(shí)，濃水和級水可以循環(huán)使用，與反滲透相比，水的利用率較高，可達(dá)到70％～80％，國外可高達(dá)90％。廢棄的水量少，再利用和后處理都比較簡單。

6、電滲析的缺點(diǎn)

電滲析只能除去水中的鹽分、而對水中有機(jī)物不能去除，某些高價(jià)離子和有機(jī)物還會污染膜。電滲析運(yùn)行過程中易發(fā)生濃差級化而產(chǎn)生結(jié)垢（用頻繁倒級電滲析可以避免），這些都是電滲析技術(shù)較難掌握而又須重視的問題。

與反滲透相比，由于它的脫鹽率較低，裝置比較龐大且組裝要求高，因此它的發(fā)展不如反滲透快。

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