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    Electrodialysis(ED)/ Bipolar membrane electrodialysis(BMED) equipment

            電滲析,簡稱ED技術,是電化學過程和滲析擴散過程的結合,在外加直流電場的驅動下,以電位差為動力,利用離子交換膜的選擇透過性,把電解質從溶液中分離出來,陰、陽離子分別向陽極和陰極移動,從而實現溶液的濃縮、淡化、精制和提純等目的。


    Introduction

         離子交換膜是由高分子材料制成的對離子具有選擇透過性的薄膜。主要分陽離子交換膜(CM,簡稱陽膜)和陰離子交換膜(AM,簡稱陰膜)兩種。陽膜由于膜體固定基帶有負電荷離子,可選擇透過陽離子;陰膜由于膜體固定基帶有正電荷離子,可選擇透過陰離子。陽膜透過陽離子,陰膜透過陰離子的性能稱為膜的選擇透過性。電滲析過程最基本的工作單元稱為膜對。一個膜對構成一個脫鹽室和一個濃縮室。一臺實用電滲析器由數個膜對組成用夾緊板緊固在一起的膜堆部分稱為電滲析,要進行工作,必須有水泵、整流器等輔助設備,還必須有進水預處理設施。通常把電滲析及輔助設備總稱為電滲析裝置。


    一、電滲析

    電滲析主要部件為陰、陽離子交換膜,隔板與電極三部分。隔板構成的隔室為液流經過的通道。淡水經過的隔室為脫鹽室,濃水經過的隔室為濃縮室。若把陰、陽離子交換膜與濃、淡水隔板交替排列,重復疊加,再加上一對端電極,就構成了一臺實用電滲析。 

       

     圖1:電滲析工作原理示意圖

     若電滲析裝置各系統進液都為NaCl溶液,在通電情況下,淡水隔室中的Na+向陰極方向遷移,Cl-向陽極方向遷移,Na+與Cl-就分別透過CM與AM遷移到相鄰的隔室中去。這樣淡水隔室中的NaCl溶液濃度便逐漸降低。相鄰隔室,即濃水隔室中的NaCl溶液濃度相應逐漸升高,從電滲析設備中就能源源不斷地流出淡化液與濃縮液。    

    淡水水路系統、濃水水路系統與極水水路系統的液流由水泵供給,互不相混,并通過特殊設計的布、集水機構使其在電滲析內部均勻分布,穩定流動。    

    從供電網供給的交流電,經整流器變為直流電,由電極引入電滲析經過在電極溶液界面上的電化學反應,完成由電子導電轉化為離子導電的過程。


    二、雙極膜    

    雙極膜是把陰離子交換層和陽離子交換層黏貼在一起的離子交換膜。在此膜的兩側,印壓帶有水理論分裂電壓的0.83V以上的電壓,膜內的水分解成酸(H+)和堿(OH-)。

    圖2:雙級膜工作原理示意圖

     雙極膜電滲析設備是由雙極膜、陰膜和陽膜組成的3室式電滲析設備,通過供給無機鹽(Na2SO4),陰離子(SO42-)透過陰離子交換膜和在雙極膜分解成的H離子(H+)結合成酸(H2SO4),另一方面,陽離子(Na+)透過陽離子交換膜和在雙極膜分解成的OH離子(OH-)結合成堿(NaOH)(進行中和逆反應)。

    圖3:雙極膜工藝流程


    三、電滲析技術分類

            根據所采用的離子選擇性通過膜的種類及操作模式的不同,電驅動膜分離過程可分為普通電滲析(CED)、雙極膜電滲析(BMED)、電解電滲析(EED)、選擇性電滲析(SED)、填充床電滲析子(EDI)等,其中普通電滲析和雙極膜電滲析是電驅動過程常見的兩種膜分離工藝。能夠實現目標溶液的脫鹽和濃縮過程稱為CED;采用了雙極膜及普通的陰/陽離子交換膜,并能夠實現目標料液產酸和產堿的過程稱為BMED;采用具有一多價離子選擇能力的離子選擇性通過膜,實現溶液中具有不同電荷數的離子之間分離的過程稱為SED;采用了具有耐酸耐堿性的陰/陽離子交換膜,能夠通過電極反應實現產酸產堿的過程稱為EED;采用普通的陰/陽離子交換膜,并利用能夠輔助離子遷移的離子交換樹脂來實現溶液的高效脫鹽,從而得到超純水的過程稱為EDI。


     四、電滲析技術優勢

    1、能量消耗低: 電滲析過程無相變,運行費用低,動力耗電也較低,經濟效益顯著;常溫運行,特別適用于熱敏性的體系,產品質量更穩定;再生也只耗電,不用酸堿,節省材料費用。

    2、使用壽命長: 裝置預處理工藝簡便,設備經久耐用;分離專用膜和電極可用五年以上,隔板可用10 年以上;且操作維修方便。

    3、抗污染能力強: 由于電滲析不是過濾型,具有較強的抗污染能力,對原水的水質要求相對較低。

    4、裝置設計靈活: 系統裝置的脫鹽率和原水回收率可根據需求進行靈活設計,脫鹽率可達30%~99%,回收率可達40%~90%;整個系統操作簡單,易于實現機械化和自動化控制;

    5、占地空間小,省略了混床和再生裝置;

    6、操作簡單,噪音低。

    7、產水連續穩定,出水質量高。

    8、環境污染?。?運行時,工藝過程潔凈,無需頻繁用酸、堿或其他藥劑再生;無需高壓操作,避免了噪音對環境的影響; 環保效益顯著,操作安全性高。


     五、電滲析的應用范圍

    1、工業廢水(硝酸銨廢水、電鍍廢水、RO濃水、高含鹽廢水)脫鹽濃縮
    2、左旋肉堿、?;撬岬柔t藥的脫鹽純化
    3、化工中間體脫鹽純化

    4、植物提取液脫鹽純化
    5、乳清的脫鹽純化
    6、氨基酸的脫鹽純化
    7、甜菜堿的脫鹽純化
    8、有機酸鹽的脫鹽純化
    9、醬油等調味液的脫鹽純化
    10、低聚果糖、木糖醇、低聚木糖等糖類脫鹽純化
    11、果汁的脫鹽純化絲蛋白分解、肽制造工藝中的脫鹽純化

     

    圖4:電滲析/雙極膜工程設備



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