环保工程师专业知识

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1、环保工程师专业知识：电渗析原理应用电渗析 原理：在外加直流电场作用下，利用离子交换膜的透过性(即阳膜只允许阳离子透过，阴膜只允许阴离子透过)，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，在两端电极接通直通电源后，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

2、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。例如，用电渗析方法处理含镍废水，在直流电场作用下，废水中的硫酸根离子向正极迁移，由于离子交换膜具有选择透过性，淡水室的硫酸根离子透过阴膜进入浓水室，但浓水室内的硫酸根离子不能透过阳膜而留在浓水室内;镍离子向负极迁移，并通过阳膜进入浓水室，浓水室内的镍离子不能透过阴膜而留在浓水室中。这样浓水室因硫酸根离子、镍离子不断进入而使这两种离子的浓度不断增高;淡水室由于这两种离子不断向外迁移，浓度降低。离子迁移的结果是把电渗析器的两个电极之间隔室变成了溶液浓度不同的浓室和淡室。浓水系统是一个溶液浓缩系统，而淡水系统是一个净化系统。用电

3、渗析法回收镍时，以硫酸钠溶液作为电极液，硫酸钠可减轻铅电极的腐蚀，浓水回用于镀槽，淡水用于清洗镀件。离子交换膜和电渗析装置离子交换膜(是电渗析的关键部件，其性能影响电渗析器的离子迁移效率、能耗、抗污染能力和使用期限等。)电渗析离子交换膜的分类：按膜结构分为：异相膜、均相膜和半均相膜。按膜上活性基团不同分为：阳膜、阴膜和特种膜。按膜材料不同分为：有机膜和无机膜。电渗析装置电渗析器的构造包括压板、电极托板、电极、极框、阴膜、浓水隔板、淡水隔板等部件。将这些部件按一定顺序组装并压紧，组成一定形式的电渗析器。电渗析器的辅助设备还包括水泵、整流器等，组成了电渗析装置。电渗析器运行的工艺参数电流效率电渗析

4、析器运行时实际除盐量与理论除盐量之比称为电渗析器的电流效率。电流密度与极化现象电渗析器工作时，单位膜面积上通过的电流称为电流密度。运行时，当电流密度达到一定值时，界面层离子的迁移速度远低于膜内离子迁移速度，迫使膜界面处水分子发生电离，依靠氢离子和氢氧根离子来传递电流，这种膜界面现象称为浓差极化，此时的电流密度称为极限电流密度。极化包括浓差极化和电极极化。极化发生后在阳膜淡室的一侧富集着过量的氢氧根离子，阳膜浓室的一侧富集着过量的氢离子;而在阴膜淡室的一侧富集着过量的氢离子，阴膜浓室的一侧富集着过量的氢氧根离子。由于浓室中离子浓度高，则在浓室阴膜的一侧发生碳酸钙等沉淀，从而增加膜电阻，加大电能消

5、耗，减小膜的有效面积，降低出水水质，影响正常运行。处理废水的电渗析器的特点目前电渗析在海水或苦咸水淡化和某些工业用水的精制等应用中都已有大型装置投入生产性运行，而在废水处理中的应用还相对较少，应注意以下三点：在给水处理中应用的电渗析器，只回收淡水和只关注淡水水质，水的回收率一般为50%70%;而应用电渗析处理废水时，有时淡水和浓水均可回收利用，水的回收率高，有时浓水的利用价值高于淡水。在给水处理中应用的电渗析器只含有阳膜和阴膜，并以膜对的形式存在，而在废水处理中，电渗透析器用膜的种类较多，有阳膜、阳膜、中性膜和复合膜等，根据处理对象组成和处理目的的不同而有不同的膜组合形式。在给水处理中，关注电

6、渗析电极反应多半是为了防止电极反应的负面影响，而在废水处理中，有时是利用电极反应来达到处理废水和回收有用物质的目的。电渗析在废水处理中的应用电镀废水中含有铜、锌、镍等重金属和氰化物，未经处理而直接排放，会污染环境，目前已经许多电镀车间应用电渗析处理电镀废水取得了较好的效果，既回收了重金属，又使水的重复利用率有较大的提高。电渗析器工艺设计目前，电渗析器有系列产品规格，可根据淡水产量与处理要求确定合理的设计参数，选用所需电渗析器的台数以及并联或串联的组装方式。渗析是指用膜把一容积隔成两部分，膜的一侧是溶液，另一侧是纯水，小分子溶质透过膜 向溶液侧移动的过程；或者膜的两侧是浓度不同的溶液时，溶质从浓

7、度高的一侧透过膜扩散到浓度低的一侧的过程。但如果仅仅是纯水透过膜向溶液侧移动，使溶液 变淡或者仅仅是低浓度溶液中的溶剂透过膜进入高浓度的溶液，而溶质不透过膜，则此过程称之为渗透。电渗析是指在直流电场的作用下，溶液中带电离子选择性地 透过离子交换膜的过程， 目前电渗析主要应用于溶液中电解质的分离。 以盐水中 NaCl 的脱除来阐述电渗析过程原理。在正、负两电极之间交替地平行放置阳离子交换膜(简称阳膜，以符号 C 表示)和阴离子交换膜(简称阴膜，以 A 表示)。阳膜常含有带负电荷的酸性活性基团，能选择性地使溶液中的阳离子透过，而溶液中的阴离子则因受阳膜上所带负电荷基团的同性相斥作用不能透过阳膜。阴

8、膜通常含有带正电荷的碱性活性基团，能选择性地使阴离子透过，而溶液中的阳离子则因阴膜上所带正电荷基团的同性相斥 作 用 不 能透 过 阴 膜 。 阴 、 阳 离 子 交 换 膜 之 间 用 特 别 的 隔 板 隔 开 ， 组成 浓 缩 和 脱 盐 两 个 系 统 。当 向 电 渗 析 器 各 室 引 人 含 有 NaCl 等 电 解 质 的 盐 水 并通 人 直 流 电 流 时 ， 阳 极 和 阴 极 室 即 分 别 发 生 氧 化 和 还 原 反应 。 阳 极 室 产 生 氯 气 、 氧 气 和 次 氯 酸 等 。 阳 极 电 化 反 应 为 ：(1020) (1021) (1022)(102

9、3) 因 此 阳 极 水 呈 现 酸 性 ， 并 产 生 新 生 态 氧 和 氯 ， 通 常 在阳 极 加 一 张 惰 性 多 孔 膜 或 阳 极 以 保 护 电 极 。 阴 极 室 产 生 氢 气 和 氢 氧 化 钠 ， 其 反 应 为 (1024)(1025)(1026)可见阴极水呈碱性。当溶液中存在其它杂质时，还会发生相应的副反应，如 、 之类的离子存在时就会生成 。和 等水垢。电极反应消耗的电能为定值， 与电渗析器中串联多少对膜关系不大，所以两电极间往往采用很多膜对串联的结构，通常有 200300 对膜，甚至多达 1000 对。在直流电流电场作用下，淡化室中带正电荷的阳离子(如 )向阴

10、极方向移动透过阳膜进入右侧的浓缩室，带负电荷的阴离子(如 )向阳极方向移动并透过阴膜进入左侧的浓缩室，因而淡化室中的电解质(NaCl)浓 度逐渐减小，最终被除去。在浓缩室中，阳离子，包括从左侧淡水室中透过阳膜进来的阳离子，在电场作用下趋向阴极时，立即受到阴膜的阻挡留在此浓缩室中；阴 离子，包括从右侧淡水室中透过阴膜进来的阴离子，趋向阳极时立即受到阳膜的阻挡也留在浓缩室中，这样，此浓缩室中的电解质(NaCl)浓度逐渐增加而被浓集。将各淡化室互相连通引出即得到淡化水，将诸浓缩室互相连通即可得到浓盐水电渗析的工作原理. 特点及一般应用一、电渗析的工作原理电渗析（简称 ED）是以溶液中的离子选择性地透

11、过离子交换膜为特征的，一种新兴的高效膜分离技术。它是利用直流电场的作用使水中阴、阳离子定向迁移，并利用阴、阳离子交换膜对水溶液中阴、阳离子的选择透过性（即阳膜具有选择透过阴离子而阻挡阳离子通过），使原水在通过电渗析器时，一部分水被淡化，另一部分则被浓缩，从而达到了分离溶质和溶剂的目的。二、电渗析的特点电渗析和离子交换、反渗透一样，也是分离、提取物质的一种方法。但它具有自己的特点，现将主要特点归纳如下：1、 除盐率比较任意。根据需要可在 3099的范围内选择。2、 能量消耗很低。电渗析是用电能来将水中已离解的离子迁移掉，故其脱电耗与原水含盐量和脱盐率有关。例如，含盐量为 1000mg/l 的水，

12、脱盐率为 80，用中型电渗析器进行处理，直流脱盐电耗约为 0.25KWh/m3。其进水压力800 毫克/升时，则需含盐量调整流器型号。（2）电渗析器除盐率计算采用 DDS-11A 型电导仪，配套供给。（3）当采用浓水循环系统时，需配置浓水箱及水泵，浓水箱可用塑料水箱，其容积约相当于淡水量40%。五、注意事项（1）、水预处理是保证电渗析器正常运行因素之一，水进入电渗析器前必须进行必要预处理，保证进入电渗析器原水水质符合以下指标。a：浊度：3mg/1; b:含铁总量：0.3mg/1; c:含锰总量：0.1mg/1; d:色度15 度；e:耗氧量：3mg/1(KMno4) f:水温：5-40g:污染

13、指数：7（2） 注意起动时，必须先通水，后通电，停止时先断电，后断水，严禁停水不停电。（3） 淡水流量与浓、极水流量比例要调节适当，为防止浓水渗漏，浓水、极水压力可适当减小，一般小0.29.8104Pa。（4） 视水质情况，电渗析器工作 2-8 小时后要调换一次电极。（5） 膜堆上禁止放金属物件，产生短路。00112 电渗析电 渗 析 利 用 半 透 膜 的 选 择 透 过 性 来 分 离 不 同 的 溶 质 粒 子 （ 如 离 子 ） 的 方 法 称 为 渗 析。 在 电 场 作 用 下 进 行 渗 析 时 ， 溶 液 中 的 带 电 的 溶 质 粒 子 （ 如 离 子 ） 通 过 膜 而

14、迁 移 的 现 象称 为 电 渗 析 。 利 用 电 渗 析 进 行 提 纯 和 分 离 物 质 的 技 术 称 为 电 渗 析 法 ， 它 是 20 世 纪 50 年 代 发 展 起 来 的 一 种 新 技 术 ， 最 初 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 处 理 三 废 最 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 与 近 年 引 进 的 另 一 种

15、膜 分 离 技 术 反 渗 透 相 比 ， 它 的 价 格 便 宜 ， 但 脱 盐 率 低 。当 前 国 产 离 子 交 换 膜 质 量 亦 很 稳 定 ， 运 行 管 理 也 很 方 便 ， 自 动 控 制 频 繁 倒 极 电 渗 析 （ EDR） ， 运 行 管 理 更 加 方 便 。 原 水 利 用 率 可 达 80%， 一 般 原 水 回 收 率 在 45-70%之间 。 电 渗 析 主 要 用 于 水 的 初 级 脱 盐 ， 脱 盐 率 在 45-90%之 间 。 它 广 泛 被 用 于 海 水 与 苦咸 水 淡 化 ； 制 备 纯 水 时 的 初 级 脱 盐 以 及 锅 炉 、 动

16、 力 设 备 给 水 的 脱 盐 软 化 等 。实 质 上 ， 电 渗 析 可 以 说 是 一 种 除 盐 技 术 ， 因 为 各 种 不 同 的 水 （ 包 括 天 然 水 、 自 来 水、 工 业 废 水 ） 中 都 有 一 定 量 的 盐 分 ， 而 组 成 这 些 盐 的 阴 、 阳 离 子 在 直 流 电 场 的 作 用 下 会分 别 向 相 反 方 向 的 电 极 移 动 。 如 果 在 一 个 电 渗 析 器 中 插 入 阴 、 阳 离 子 交 换 膜 各 一 个 ， 由于 离 子 交 换 膜 具 有 选 择 透 过 性 ， 即 阳 离 子 交 换 膜 只 允 许 阳 离 子 自 由 通 过 ， 阴 离 子 交 换 膜只 允 许 阴 离 子 以 通 过 ， 这 样 在 两 个 膜 的 中 间 隔 室 中 ， 盐 的 浓 度 就 会 因 为 离 子 的 定 向 迁 移而 降 低 ， 而 靠 近 电 极 的