电渗析溶液中电解质的分离全过程介绍

电渗析溶液中电解质的分离全过程介绍

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。 电渗析法的特点：

1、可以同时对电解质水溶液起淡化、浓缩、分离、提纯作用; 2、可以用于蔗糖等非电解质的提纯，以除去其中的电解质;

3、在原理上，电渗析器是一个带有隔膜的电解池，可以利用电极上的氧化还原效率高。

4、在电渗析过程中，也进行以下次要过程：

①同名离子的迁移，离子交换膜的选择透过性往往不可能是百分之百的，因此总会有少量的相反离子透过交换膜;

②离子的浓差扩散，由于浓缩室和淡化室中的溶液中存在着浓度差，总会有少量的离子由浓缩室向淡化室扩散迁移，从而降低了渗析效率;

③水的渗透，尽管交换膜是不允许溶剂分子透过的，但是由于淡化室与浓缩室之间存在浓度差，就会使部分溶剂分子(水)向浓缩室渗透;

④水的电渗析，由于离子的水合作用和形成双电层，在直流电场作用下，水分子也可从淡化室向浓缩室迁移;

⑤水的极化电离，有时由于工作条件不良，会强迫水电离为氢离子和氢氧根离子，它们可透过交换膜进入浓缩室;

⑥水的压渗，由于浓缩室和淡化室之间存在流体压力的差别，迫使水分子由压力大的一侧向压力小的一侧渗透。显然，这些次要过程对电渗析是不利因素，但是它们都可以通过改变操作条件予以避免或控制。

电渗析器运行的工艺参数：

1、电流效率：电渗析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。

2、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，加大电能消耗，减小膜的有效面积，降低出水水质，影响正常运行。 反渗透装置的清洗 1、需清洗的条件

反渗透运行时如果出现以下任一情况，则必须立即进行化学清洗： ①装置总压差比运行初期增加0.15～0.20MPa; ②装置的总产水量比上次清洗后下降了10%以上; ③装置脱盐率比上次清洗后下降了三个百分点;

④即使上述三种情况未曾出现，通常也应5～6个月清洗一次; 2、清洗方法

①按选定的清洗剂配方，在清洗水箱中配制清洗液，用泵循环清洗液，将其搅匀待用。

②关闭反渗透装置上的进出水阀门、排放阀门，打开反渗透装置上的化学清洗进出阀门，形成循环清洗系统。

③接好清洗管路后，开启清洗泵电源开关，按规定的流量、压力(0.14-0.22Mpa)和温度(<30℃)，清洗1-2小时(必要时可浸泡1-2小时)，初始排出的清洗液排入地沟，以保证清洗液的浓度。 ④清洗完毕后，将清洗水箱残液排完，注入符合反渗透装置进水指标的水，以清洗相同条件进行冲洗。或用原水增压泵类似低压冲洗条件来冲洗。

⑤各段冲洗结束后，按规定的运行方式进行低压冲洗和高压运行，最初产水排入地沟，到出水指标合格后进入产品水箱。

⑥清洗结束后，必须将化学清洗装置冲洗干净，切忌将清洗过滤器、清洗水泵等设备置于酸或碱的状况下。 3、清洗配方

①酸洗配方：0.3%HCl溶液

②碱洗配方：0.3%NaOH溶液， PH调至12。 4、清洗的注意事项

①清洗时应考虑可能的污染物类型，选用合适的清洗配方。 ②可用NH4OH和H2SO4调节PH值，必须注意PH值测量一定要正确可靠。

③清洗操作时要有安全防护措施，如带防护镜、手套、鞋和衣等。 ④固体清洗剂必须充分溶解后，再加其他化学试剂，进行充分混合后才能进入反渗透装置。

⑤清洗压力为0.15～0.3Mpa，清洗时间为2小时。 ⑥清洗过程中密切注意清洗液温升情况，切忌温度超过35℃，观察清洗水箱液位和清洗液的颜色变化，必要时补充清洗液。 ⑦清洗结束后，取残液进行分析，确定污染物种类，为日后清洗提供依据。

5、甲醛或亚硫酸氢钠封存方法

①利用清洗装置，配制0.5—1%浓度的甲醛或亚硫酸氢钠水溶液。

②将清洗装置的出口、回流口分别与反渗透装置的清洗液进口、清洗液回流口连接，而后打开清洗管线上的阀门。 ③启动清洗泵，循环10分钟。 ④关闭清洗泵，关闭所有阀门。