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电渗析膜污染与清洗技术

发表时间:2022-09-14

  电渗析是以溶液中的离子选择性地透过离子交换膜为特征的一种新兴的高效膜分离技术。它是由阴、阳离子交换膜、电极和夹紧装置三部分组成。在外加电场作用下,水中离子在溶液中进行定向移动,借助于离子交换膜的选择透过性(即阳膜具有选择透过阳离子而阻挡阴离子通过,阴膜具有选择透过阴离子而阻挡阳离子通过),实现溶液的浓缩、淡化和提纯。它是20世纪50年代发展起来的一种新技术,早期用于海水淡化,现在广泛用于化工、轻工、冶金、造纸、医药工业,尤以制备纯水和在环境保护中受重视,例如用于酸碱回收、电镀废液处理以及从工业废水中回收有用物质等。

  电渗析工程的长期运行中发现,离子交换膜的污染问题成为制约电渗析技术更广泛应用的一个瓶颈。因此,电渗析膜污染的成因和污染的防治,及电渗析膜的清洗方法研究引起了重视。

  1、电渗析原理

  在外加直流电场作用下,利用离子交换膜的透过性,使水中的阴、阳离子作定向迁移,从而达到水中的离子与水分离的一种物理化学过程。

  原理是:在阴极与阳极之间,放置着若干交替排列的阳膜与阴膜,让水通过两膜及两膜与两极之间所形成的隔室,在两端电极接通直流电源后,水中阴、阳离子分别向阳极、阴极方向迁移,由于阳膜、阴膜的选择透过性,就形成了交替排列的离子浓度减少的淡室和离子浓度增加的浓室。与此同时,在两电极上也发生着氧化还原反应,即电极反应,其结果是使阴极室因溶液呈碱性而结垢,阳极室因溶液呈酸性而腐蚀。因此,在电渗析过程中,电能的消耗主要用来克服电流通过溶液、膜时所受到的阻力及电极反应。

  2、电渗析膜污染

  电渗析装置在运行一段时间之后,就会出现离子交换膜的表面或内部被堵塞,引起膜电阻增大,致使隔室水流阻力升高,从而影响交换容量和脱盐率。

  这种现象称为膜污染。在脱盐过程中会不可避免地有垢物和污染物产生。

  (1)电极反应产生的垢物。主要沉积于电极上和极室,可能的垢物Ca(OH)2和CaSO4等。

  (2)极化导致膜上形成的垢物。极化使膜的浓水侧及内部形成Mg(OH)2、MgCO3和CaSO4沉淀。实际运行中,由于倒极操作,膜的两侧及其内部均可能有上述沉淀形成。