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有关电渗析技术的原理与操作

2020-11-11信息来源 : 淼知水圈

操作规程

1.操作人员经考试合格取得操作证,方准进行操作,操作者应熟悉本机的性能、结构等,并要遵守安全和交接班制度。

2.检查电源接线、电源相、稳压水泵、酸泵、极水泵、电渗析器、计量仪表等是否正常。

3.检查各水池水位及池中是否有硬质杂物落进,检查各阀门的启闭状态是否正确,对管路系统进行冲洗,防止铁质物、泥沙等带进电渗析器中。

4.关闭电渗析进水总阀及流量计前的浓、淡、极水的进水阀门,打开浓、淡、极水管或电渗析本体的排气阀。

5.开启稳压水泵入口阀门、电渗析器浓、淡水排污阀门和极水泵入口阀门。当极水确定为密闭循环时,应开启极水箱回水总阀门和每台电渗析器的极水出口阀门。

6.当稳压水箱水位高于1米时,打开水泵回流阀,开启稳压水泵,缓慢开启出口阀门。

7.启动极水泵,开启水泵出口阀门.

8.缓慢开启浓、淡水倒进水阀门,注意始终保持极水压力与波、淡水压力相适应,并使极水压力低于浓、淡水压力0.01MPa~0.02MPa,当浓、淡、极水压力升到0.05MPa~O.1MPa且稳定到一定流量时,待空气排尽后,关闭排气阀。

9.在流量和压力稳定的情况下,合上硅整流直流倒向开关,控硅整流“启动”按钮,顺时针转动“调压旋钮”,使电压缓慢升至与预定流量相适应的电压范围。

10.当淡水水质合格后,开启淡水回收阀门,关闭淡水排污阀门,开始正常运行。

11.电渗析开始运行时,要先通水后供电,停止运行时,要先断电后停水,严禁停水不停电。

12.开始和停止运行时,要尽量做到同时开启和关闭淡水、浓水和极水的阀门,以免水压突然变化产生水锤现象(水压冲击)。

13.严格控制电渗析器在极限电流下运行。

14.电渗析器运行的最大承受压力不得超过0.3MPa.

15.运行中,不得用手或身体接触电渗析膜堆,防止触电。

16.膜堆上禁止放置金属物件,以防产生短路。

17.当电渗析停水时,应交替着慢慢关闭浓、淡、极水进水阀门,严禁猛关或只关浓水、不关淡水或只关浓、淡水而不关极水。如果有两台以上电渗析器同时运行,当停止其中一台时,还应照顾到其他电渗析器的压力和流量变化。

18.当停止电渗析运行时,先全开淡水倒排污阀门,再关闭回收水阀门。

19.水泵停用前,先缓慢关闭电渗析器进水总阀,同时交替缓慢关闭浓、淡、极水进水阀。停泵后将回流阀及时关闭,防止水泵进气。

20.工作后必须检查、清扫设备,做好日常保养工作,并将各操作开关置于零位,断开电源开关,达到整齐、清洁、安全。

日常保养:

1.班前:

(1)认真听取交班人员介绍设备运转情况,查看设备交接班、水质化验记录。

(2)检查电源接线、电源柜、稳压水泵、酸泵、极水泵、电渗析器、计量仪表等是否正常,三相电压是否平衡。

(3)检查各水池水位及地中是否有硬质杂物落进,对管路系统进行冲洗,防止铁质物、泥沙等带进电渗析器中。

2.班中:

(1)每1~2h检查、记录一次电压、电流、极向、水压、流量、淡水水质,巡视检查电渗析器有无漏水滋垫等缺陷,以及配电系统、电机、泵等有无异常。发现异常及时处理。

(2)视水质情况,每2h~8h倒换一次电极极性。

(3)根据原水硬度严格控制极限电流。

(4)运行中应维持流量稳定及电压和电流相适应,并保持极水压力低于浓、淡水压力0.01MPa~0.02MPa。

(5)启动和倒换电极时,升电压速度要缓慢,避免因电压升高过快而损坏设备。为此,应控制开电压时的启动电流不超过20安培。

3.班后:

(1)填写好各种记录,认真向接班人员介绍设备运转情况。

(2)如需停止运行,应在停运前倒换一次电极,通电冲洗10min左右,然后再断电停运,或停电后通水2min~3min,保持膜面湿润,并冲掉水流通道内的污物及沉淀。

(3)短期停运时,电渗析器内的水不应放空,以保持膜的湿润。

(4)将电渗析器准整流电源关闭,并关闭总电源。

(5)清理场地和设备,整理化验仪器、用品。

定期保养

1.电渗析器运行30天(也可视结垢情况而定)要进行酸洗,酸洗液一般用盐酸,浓度不超过3%。原水硬度高,可采用正、反两个方向进酸,分别酸洗。酸洗结束,可投入运行。淡、浓、极水三个系统应同时清洗。如膜上结垢不多时,也可减少膜的清洗次数,单独清洗电极室。

2.电渗析器运行7~15天,需进行反冲洗,反冲洗由电渗析器出口方向进水,从进口方向排水。

3.电渗析器运行3~6个月,要全部拆卸开,彻底清除水垢和污泥。各水箱及附属设备也应同时清洗、检查,其中过滤器1~3个月清洗一次。

4.操作人员要参与定期对电渗析的进、出水进行的水质全分析,并认真记入水质化验全分析表。

频繁倒极电渗析优点

(1)由于极性倒换频繁,破坏极化层2~4次,因而防止极化结垢的效果显著提高,对防止碳酸钙结垢的效果也很好。在有化学药剂添加,浓水中硫酸钙的浓度达到饱和值的175%时,尚可不在电渗析器内结垢。

(2)由于排放浓水的浓度提高了,电渗析的水回收率可以达到80%以上。如果向浓水系统中投加化学药剂,如六偏磷酸钠等阻垢剂,可使水的回收率提高到90%以上。

(3)由于倒极频繁,水中带电荷的胶体和细菌胶团的运动方向也频繁变换,从而减轻了黏泥性物质在膜面上的附着和积累。

(4)由于倒极频繁,电极极性和淡水出口阀门的切换均采用全部自动控制,减少了人员的劳动强度。

电渗析运转管理中防止与消除结垢的方法

(1)控制极限电流:控制工作电流不超过极限电流可以预防水垢的产生。一般选取极限电流的70~90%为工作电流。电渗析器的极限电流常采用电压一电流极化曲线确定。

(2)倒换电极定时倒换电极的极性,随之淡室和浓室交替变换,使得阴膜上的水垢处于时而析出、时而溶解,时而在阴膜的这一面、时而在阴膜的那一面的不稳定状态,从而减轻了水垢的积累。

(3)定期酸洗结在阴膜上的碳酸钙水垢,在电渗析器不解体的情况下,可用1%~2%的稀盐酸进行酸洗。‘酸洗周期根据结垢情况确定,一般为1~4周。

(4)浓水加酸由于CaCO3和Mg(OH)2的溶度积远远小于CaSO4和CaCl2、MgCl2,采用浓水加酸的办法,使碳酸盐硬度转变成非碳酸盐硬度,可防止碳酸盐硬度水垢的产生,同时防止Mg(OH)2的析出。一般投加盐酸和硫酸,将浓水的pH值调整到4~6为宜。采用浓水加酸的办法还有利于实现浓水循环,可把水的利用率提高到90%以上。

(5)预软化原水进人电渗析器之前预先软化,以去除原水中的钙、镁离子,消除结垢的内因。

(6)解体清洗每半年或一年把电渗析器完全拆散,解体清洗一次。将膜和隔板进行机械清刷和化学酸洗。

电渗析运行管理过程中浓水循环应注意哪些问题?

应用电渗析器淡化水,要排掉一部分浓水和极水,如果极水和浓水全部由原水供给,就增加了前处理设备的负担和水处理费用。一般采用减少浓水流量,浓水另作他用,从浓水中回收淡水和浓水循环等方法来提高原水的利用率。浓水循环有动力消耗小,耗电量减少等优点,但是设备增加,操作管理麻烦,尤其是随着浓缩程度的增高,带来了结垢增加,电流效率降低等问题。在浓水循环中应注意:

(1)硫酸钙沉淀硫酸钙沉淀不易清除,所以采用的浓缩倍率不应使浓水中的硫酸钙的离子积超过其浓度积所确定的数值。超过此值时,应降低浓缩倍率或投加隐蔽剂如六偏磷酸钠等。

(2)水垢沉淀浓水循环使得浓水的离子质量分数大为增高,从而增加碳酸盐水垢沉淀的可能性,为了防止这种沉淀,通常采用在浓水系统中加酸的办法使沉淀物溶解,国内一般加盐酸,使浓水的pH值在3~4之间,pH值小于3,电流效率将明显降低。国外在浓水循环系统中则经常加硫酸,使浓水的pH值维持在4~6之间。

(3)浓缩倍率浓水循环工艺的关键是正确控制浓缩倍率即浓水浓度与原水浓度之比。随着浓水浓度的增高,浓水和淡水之间的浓度差增大了,膜的选择透过性降低,盐的反扩散和水的电渗透增长,亦即电流效率下降,除盐率降低,甚至会造成沉淀。影响浓缩比的因素很多,如原水含盐量,水的离子组分,pH值及离子交换膜的性能等。含盐量高、硬度、碱度较高的原水,浓缩倍率要控制得低一些,对于不同的原水水质和膜,应当通过试验确定。

如何选定电渗析的电流?

在电渗析器的设计和运行时,应考虑防止产生极化和有效地清除水垢等问题,合理选择电渗析工作电流密度,可有效防止产生极化使电流效率降低和造成结垢。原则上工作电流应当低于极限电流。工作电流的选择还应当结合原水的含盐量,离子的组分,流速和温度等情况,如原水为碳酸盐型水质,则可选择较高的工作电流。温度对电渗析器的性能有着重要影响,温度升高,水中离子迁移速度增大,膜和溶液的电阻降低,都会使设备除盐量增大,除盐率增加,淡水水质提高。实践证明,水温在40℃以内温度每升高1℃,电渗析器的脱盐率大约可提高1%。因此如有条件时,可利用废热适当提高水温,以提高出水水质和水量。为了使电渗析器安全运行,并不使运行效果太差,进水温度应在5~40℃范围内。一般来说,原水含盐量高,可以选用较大的电流密度。在除盐量、水质要求一定的情况下,采用较大的电流密度,可以减小电渗析器,降低造价,但日常运行电费增加。采用较小的电流密度,日常运行电费降低了,但须选用较大的电渗析器,造价增大。使造价和日常运行电费之和最小的电流密度称为经济电流密度(或称最佳电流密度),极限电流密度和经济电流密度二者不一定相等,如不等,应选取较低的值。

衡量电渗析离子交换膜性能的指标有哪些?

电渗析法的关键在于电渗析器的性能,而电渗析器性能的关键又取决于离子交换膜的性能。离子交换膜性能的具体衡量指标有以下几方面。

(1)膜的选择透过性指标:膜的选择透过性是离子交换膜最重要的性能,可用迁移数和膜电压来表征膜的选择透过性。极端情况下,理想膜只允许反离子通过,不允许同离子通过,即此时反离子的迁移数为1,同离子的迁移数为零。因此可用迁移数定量地表示膜的选择透过性。用离子交换膜分隔两种浓度不同的电解质溶液,横跨膜的电压差就是膜电压。膜电压的大小取决于膜的离子选择透过性和膜两侧溶液的浓度差。因此,在一定的浓差及温度下,可以用膜电压表征膜的选择透过性。

(2)交换容量:指单位膜样品中所含活性基团的数量。通常以单位干重(g)的膜所含可交换离子的物质的量(mmol)表示。膜的选择透过性及导电性能均与膜的交换容量大小相关。膜的交换容量一般在1~3mmol/g干膜。

(3)导电性:膜的导电性可以用电阻率、电导率或面电阻表示。面电阻是指单位膜面积所具有的电阻。完全干燥的膜基本不导电,膜的导电性能是由含水膜中的电解质溶液实现的,因此膜的导电性与溶液及膜中的离子种类、浓度以及溶液温度、膜自身的特性等相关,通常要求膜的导电能力应大于溶液的导电能力。

(4)含水率它表示湿膜中所含水的百分数(可以单位质量干膜或湿膜计)。含水率与膜的活性基团数量、交联度以及电解质溶液的离子种类、平衡浓度相关。其数值通常在30~50%范围。

(5)厚度:膜的厚度与膜电阻和机械强度相关。在保证一定机械强度的前提下,膜越薄,其电阻就越小,导电性能也就越好。通常异相膜的厚度约1mm,均相膜厚度约0.2~0.6mm,最薄的为0.015mm。

(6)破裂强度:膜在实际应用中所能承受的最大垂直压力。破裂强度是衡量膜的机械强度的重要指标之一。在电渗析器操作中,膜两侧所受到的流体压力不可能相等,因此膜必须具备足够的机械强度,以免因膜的破裂造成浓室和淡室贯通而使电渗析器无法运行。国产膜的破裂强度为0.3~1.0MPa。

电渗析离子交换膜浓差极化现象的危害

离子交换膜浓差极化现象是指电渗析阴膜或阳膜中离子迁移速率大于溶液中同种离子迁移速率,当电流提高到相当程度时,在膜表面出现该离子浓度趋向于零,此时水会电离产生H+和OH-参与传导电流,以补充离子不足的现象。

极化的危害:阴膜发生极化时,OH-和CO2;在电场作用下,透过阴膜迁移到浓水室,使浓水室pH值升高,OH-和CO2可以与滞留在浓水室的Mg2+、Ca2+生成Mg(OH)2和Ca(OH)2等沉淀,沉淀堵塞水流通道,使膜有效面积减少,影响水质,并增加耗电量和降低电渗析器使用寿命。同时淡水室pH值减小,膜一边呈碱性另一边呈酸性,也影响膜寿命。阳膜淡化室一侧极化时,由于阳膜只允许H+通过,它迁移至浓水室,结果使浓水室pH值减低,而淡化室pH值升高,由于淡化室无钙镁离子,因此无沉淀结构的风险,但阳膜两边一边酸性一边碱性,膜寿命也受影响。

电渗析器的基本构成有哪些?

电渗析器由膜堆、极区和夹紧装置三部分组成。另外有辅助设备,整流器电源、水泵、流量计、过滤器、水箱和仪器仪表等。膜堆包括若干膜对(一阳膜一阴膜)和隔板组成,隔板上有水道、进出水道。极区包括电极、集水框和保护室。夹紧装置由盖板和螺杆组成。

电渗析器常由几十到几百个膜堆组成,又分多级多段,其定义如下。级:一对正负电极问的膜堆称为一级通道。膜堆包括若干对阳、阴膜,膜之间有隔板,有水通道。段:具有同一水流方向的两组或两组以上并联(指水流并联)膜堆称一段。

分级的原因:降低工作电压,因电极间膜对多时电压差大,所以理论上一对电极间可设置无数对膜,实际操作时为控制电压不要太高,膜堆只有一定数目。

分段的原因:加长水的流程长度,提高水纯度,即提高水质。

电极:设在膜堆两端,要求耐腐蚀,导电性能好,机械性能好,化学稳定性好,可用石墨、炭板、惰性贵金属、钛、铁、铅、不锈钢等为电极。现在常用铁上镀钌作阳电极,称永久电极,其寿命长,耐腐蚀、但价格高。铅、不锈钢较便宜,但耐久性差。阴极常用不锈钢。

电渗析在污水处理方面的应用

电渗析在治理废水方面的应用可归纳为以下三个方面。

(1)作为离子交换工艺的预除盐处理,可大大降低离子交换的除盐负荷,扩展离子交换对原水的适应范围,大幅度减少离子交换再生时废酸、废碱或废盐的排放量,一般可减少90%,甚至更多。在某些情况下,电渗析可以完全取代离子交换,直接制取初级纯水。

(2)将废水中有用的电解质进行浓缩、回收,并再利用。如电镀含镍废水的回收与再利用等。

(3)改革原有工艺,采用电渗析技术,实现清洁生产。如采用电渗析法制取初级纯水或软化水代替离子交换法,以消除再生废液的产生;采用树脂电渗析法制取高纯水,取消树脂的化学再生;采用离子交换膜扩散渗析法,从钢铁清洗废液中回收酸等。

采用电渗析处理废水目前处于探索应用阶段。在采用电渗析法处理废水时,应注意根据废水的性质选择合适的离子交换膜和电渗析器的结构,同时应对进入电渗析器的废水进行必要的预处理。电渗析设备的工艺技术及应用操作流程

电渗析技术的三大特点

1.预处理简便,设备经久耐用;

2.工艺过程洁净,药剂耗量少,污染环境小;

3.过程无相变,仅用电能来迁移水中的离子,在一定的含盐量条件下,电渗析被认为是能耗较少的技术。

电渗析设备的工艺流程

1.苦咸水淡化、地下水除氟

原水→101过滤器→精密过滤器→电渗析装置→中空纤维超滤器→紫外线杀菌器→成品水

2.饮用纯净水、太空水生产

原水→机械过滤器→活性炭过滤器→精密过滤器→电渗析装置→阳离子交换器→阴离子交换器→混合离子交换器→中空纤维超滤器→紫外线杀菌器→臭氧灭菌装置→成品水

3.制药行业针剂制备、大输液制备用水

原水→活性炭过滤器→精密过滤器→电渗析装置→阳离子交换器→阴离子交换器→混合离子交换器→多效蒸馏水机→成品水

4.化肥、机械行业用水

原水→机械过滤器→精密过滤器→电渗析装置→阳离子交换器→脱气塔→阴离子交换器→成品水

电渗析设备的六大维护方法:

1.要经常注意电渗析设备的管路更新问题;

2.电渗析设备在线化学清洗、解体化学清洗;

3.电渗析设备故障判断、排除;

4.电渗析设备的扩容问题;

5.电渗析设备自动化改造;

6.要注意电渗析设备予处理及后处理维修与改造。

电渗析的四大用途:

1、制取啤酒、汽水、纯净水等饮料用水。

2、海水、苦咸水淡化制取生活饮用水。

3、电镀、电子等工业废水(液)中Au、Ag、Cu等贵重金属。

4、电渗析和离子交换法联合使用,制取蒸馏水、高纯水、超纯水,这种制水方法可节约酸碱80~90%,避免树脂的频繁再生,并大大降低制水成本。