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高濃度難降解工業(yè)廢水全系統(tǒng)解決方案——電滲析

電滲析是利用離子交換膜和直流電場的作用,從水溶液分離出電解質(zhì)組分的一種電化學(xué)分離過程。

 

用于海水淡化、純水制備和廢水處理(深度處理);

在廢水上可用于無機(jī)鹽溶液的濃縮或脫鹽

基本原理

陰陽離子交換膜對溶液中陰陽離子的選擇透過性,而使溶液中的溶質(zhì)與水分離的一種物理化學(xué)過程

陰膜只讓陰離子穿過;陽膜只讓陽離子穿過

 

電極兩側(cè)會發(fā)生氧化還原反應(yīng)

陰極還原反應(yīng)  2H++2e→H2↑陰極室溶液呈堿性:結(jié)垢

陽極氧化反應(yīng)4OH-→O2+2H2O+4e陽極室溶液呈酸性:腐蝕

 

 

主要過程對電滲析有利,次要過程均會影響電滲析的除鹽或濃縮效率,增加電耗。設(shè)計中,應(yīng)選擇理想的離子交換膜和最佳的操作條件,設(shè)法消除或改善這些不利影響。

極化與極限電流濃度

電滲析過程中,膜內(nèi)反離子的遷移數(shù)大于溶液中的遷移數(shù),從而造成淡水室中在膜與溶液的界面處形成離子虧空現(xiàn)象,當(dāng)操作電流密度增大到一定程度時,主體溶液內(nèi)的離子不能迅速補(bǔ)充到膜的界面上,從而迫使水分子電離產(chǎn)生H+和OH—來負(fù)載電流,這就是電滲析的極化現(xiàn)象。

電流密度是指單位面積膜通過的電流,使水分子產(chǎn)生離解反應(yīng)時的操作電流密度稱為極限電流密度。

電滲析的極化現(xiàn)象對電滲析的運(yùn)行有很大影響:

(1)極化時一部分電能消耗在水的電離上,使電流效率下降;

(2)極化時,在濃水側(cè)的陰膜界面上形成沉淀會堵塞水流通道。

(3)由于沉淀和結(jié)垢的影響,膜性能發(fā)生變化,機(jī)械強(qiáng)度下降,膜電阻增大,縮短了膜的使用壽命。

為了避免極化和結(jié)垢,目前采用的措施包括:

(1)控制工作電流密度在極限電流密度下運(yùn)行;

(2)定時倒換電極;

(3)定期酸洗。

 

電滲析裝置

 

主要部件

離子交換膜:組裝前膜預(yù)處理,操作溶液浸泡24-48小時,停運(yùn)時充滿溶液

隔板:膜的支撐體,保持膜間距,水流通道;濃、淡室隔開

電極:要求耐腐蝕、導(dǎo)電性能好

夾緊裝置:把極區(qū)和膜堆組成不漏水的電滲析器整體

 

電滲析裝置組裝

幾個術(shù)語:

膜對:由1張陽膜、1張淡水隔板,1張陰膜、1張濃水隔板按一定順序組成的電滲析器膜堆的最小脫鹽單元

膜堆:若干模對的集合體

級:電滲析器中一對電極之間所包含的膜堆稱為一級,一臺電滲析器的電極對數(shù)就是這臺電滲析器的級數(shù)

段:電滲析器中淡水水流方向相同的膜堆稱為一段

臺:用鎖緊裝置將電滲析器各部件鎖緊成一整體稱為一臺電滲析器

系列:將多臺電滲析器串聯(lián)起來成為一脫鹽整體稱為一系列

 

一對正、負(fù)電極之間的膜堆稱為一級;

具有同一水流方向的并聯(lián)膜堆稱為一段。

組裝形式:可按級段組裝成各種方式增加級數(shù)可降低電滲析的總電壓,增加段數(shù)可以增加脫鹽流程長度,提高脫鹽率一般每段內(nèi)的膜對數(shù)為150-200對,每臺電滲析器的總膜對數(shù)不超過400-500對

附屬設(shè)備

整流器、水質(zhì)檢測、水量計量、升壓升泵、預(yù)處理裝置、進(jìn)出水管路、酸洗設(shè)施等

電滲析在廢水處理中的特點(diǎn)

1、電滲析的關(guān)鍵部件是離子交換膜,它的性能對電滲析效果影響很大。工業(yè)廢水的成分相當(dāng)復(fù)雜,所含有的酸、堿、氧化物等物質(zhì)對膜有侵害作用,所以膜應(yīng)當(dāng)具有能夠抵抗這種作用的性能。(例:Cr6+、酸、堿)

2、在廢水處理中,電滲析多用于深度處理。經(jīng)過生化處理的廢水進(jìn)入電滲析設(shè)備前需要通過過濾和活性炭吸附處理,以除去其中殘留的懸浮物和有機(jī)物。

3、在廢水處理中,針對不同目的和要求可以采用不同的膜組合。(例如以2張陽膜、1張陰膜和1張中性膜的組合形式可以用于亞硫酸鹽法制漿廢水的處理,陽膜和中性膜的組合形式主要用于解決陰膜受有機(jī)污染的問題;陰膜和復(fù)合膜的組合系統(tǒng)可以用于回收酸。)

4、在廢水處理中,在某些情況下常常是利用電極反應(yīng)來達(dá)到廢水處理和回收有用物質(zhì)的目的。

 

◆  電滲析在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用

1、造紙工業(yè)廢水

2、重金屬廢水

3、電鍍廢水

4、放射性廢水

5、醫(yī)藥廢水

例子:電滲析法處理含鎳廢水

 

電滲析法回收含鎳污水的工藝流程

鍍鎳廢水回收鎳:含鎳廢水經(jīng)電滲析處理后,濃水中的鎳濃度增高,可以返回鍍鎳重復(fù)利用;淡水水鎳濃度減少,可以返回水洗槽用在清洗水的補(bǔ)充水。

以硫酸鈉溶液作為電極液,進(jìn)行循環(huán),加入硫酸鈉是為了減輕鉛電極的腐蝕,經(jīng)電滲析處理后,濃液濃度可以使NiSO4 ·7H2O達(dá)到100g/L左右,除鎳率達(dá)到90%以上。

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