電滲析在反滲透濃鹽水資源化中的試驗(yàn)研究

文_郭境忠 崔殊杰 陳旭 顧小紅

1.國(guó)電福州發(fā)電有限公司 2.北京朗新明環(huán)保科技有限公司南京分公司

1 電滲析工藝介紹

電滲析是利用離子交換膜進(jìn)行濃鹽水脫鹽淡化的方法。離子交換膜是一種功能性膜，分為陰離子交換膜和陽(yáng)離子交換膜（簡(jiǎn)稱陰膜和陽(yáng)膜）。陽(yáng)膜只允許陽(yáng)離子通過(guò)，陰膜只允許陰離子通過(guò)，這就是離子交換膜的選擇透過(guò)性。在外加電場(chǎng)的作用下，水溶液中的陰、陽(yáng)離子會(huì)分別向陽(yáng)極和陰極移動(dòng)，如果中間再加上一種交換膜，就可能達(dá)到分離濃縮的目的。電滲析法就是利用了這樣的原理。

電滲析是在直流電場(chǎng)作用下，利用離子交換膜的選擇透過(guò)性，帶電離子透過(guò)離子交換膜定向遷移，從水溶液和其他不帶電組分中分離出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液的濃縮、淡化、精制和提純的目的。

2 電滲析技術(shù)基本原理

電滲析技術(shù)（ED）是一種以直流電為驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行脫鹽和濃縮的技術(shù)，其原理是將陽(yáng)離子膜和陰離子膜進(jìn)行交錯(cuò)放置，中間通過(guò)隔板多層層積，并在其兩端配置一對(duì)電極。陽(yáng)極側(cè)的陰離子交換膜和陰極側(cè)的陽(yáng)離子交換膜所隔開(kāi)的空間稱為脫鹽室（D 室）；與此相反，陽(yáng)極側(cè)的陽(yáng)離子交換膜和陰極側(cè)的陰離子交換膜所隔開(kāi)的空間叫做濃縮室（C 室）。在電滲析槽中，D 室和C 室交錯(cuò)配置，向脫鹽室供給原液時(shí)，陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)，并通過(guò)陽(yáng)離子交換膜移動(dòng)至右側(cè)相鄰的C 室。由于C 室的陰極側(cè)被陰離子交換膜隔開(kāi)，因此可以組織陽(yáng)離子繼續(xù)向右側(cè)D 室移動(dòng)。陰離子以同樣的方式從D 室向左側(cè)相鄰的C 室移動(dòng)。這樣就形成了在D 室進(jìn)行脫鹽，在C 室進(jìn)行濃縮的電滲析效果。

電滲析技術(shù)在反滲透濃鹽水的濃縮處理中具有良好的離子富集性能。與傳統(tǒng)的離子交換樹脂工藝相比，電滲析技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需進(jìn)行離子交換樹脂那樣的再生操作，因此能夠大量減少藥劑的使用量，減少酸堿廢水的排放量，有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。電滲析系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，基本實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行，維護(hù)工作量少，出水水質(zhì)穩(wěn)定。

電滲析設(shè)備中交替排列著許多陽(yáng)膜和陰膜，分割成小水室。當(dāng)原水進(jìn)入這些小室時(shí)，在直流電場(chǎng)的作用下，溶液中的離子就做定向遷移。陽(yáng)膜只允許陽(yáng)離子通過(guò)而把陰離子截留下來(lái)；陰膜只允許陰離子通過(guò)而把陽(yáng)離子截留下來(lái)。結(jié)果使這些小室的一部分變成含離子很少的淡水室，出水稱為淡水。而與淡水室相鄰的小室則變成聚集大量離子的濃水室，出水稱為濃水。從而使離子得到了分離和濃縮，水便得到了凈化，電滲析基本原理見(jiàn)圖1。

電滲析和離子交換相比，有3 個(gè)不同點(diǎn)：①分離離子的工作介質(zhì)雖均為離子交換樹脂，但前者是呈片狀的薄膜，后者則為圓球形的顆粒。②從作用機(jī)理來(lái)說(shuō)，電滲析屬于離子截留置換，離子交換膜在過(guò)程中起到離子選擇透過(guò)和截阻作用。而離子交換屬于離子轉(zhuǎn)移置換，離子交換樹脂在過(guò)程中發(fā)生離子交換反應(yīng)。所以更精確地說(shuō)，應(yīng)該把離子交換膜稱為離子選擇性透過(guò)膜。③電滲析的工作介質(zhì)不需要再生，但消耗電能；而離子交換的工作介質(zhì)必須再生，但不消耗電能。

電滲析設(shè)備是在電滲析的除鹽室中填充陰陽(yáng)離子交換劑，利用電滲析過(guò)程中極化現(xiàn)象對(duì)離子交換填充床進(jìn)行電化學(xué)再生，它兼有電滲析技術(shù)的連續(xù)除鹽和離子交換技術(shù)深度脫鹽的優(yōu)點(diǎn)，又避免了電滲析技術(shù)濃差極化和離子交換技術(shù)中的酸堿再生等帶來(lái)的問(wèn)題。

圖1 電滲析基本原理圖

3 電滲析工藝流程

電滲析設(shè)備的工作過(guò)程一般分為3 個(gè)階段：①離子交換過(guò)程，淡水室中的離子交換樹脂對(duì)水中電解質(zhì)離子的交換作用，達(dá)到去除水中離子的目的。②離子選擇性遷移，在外電場(chǎng)作用下，水中電解質(zhì)沿樹脂顆粒構(gòu)成的導(dǎo)電傳遞路徑遷移到膜表面并透過(guò)離子交換膜進(jìn)入濃水室。③電化學(xué)再生過(guò)程，存在于樹脂、膜與水相接觸的擴(kuò)散層中的極化作用使水解離為H+和OH-，他們除部分參與負(fù)載電流外，大多數(shù)對(duì)樹脂起再生作用，從而使離子交換、離子遷移、電再生三個(gè)過(guò)程相伴發(fā)生，相互促進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)去除離子的過(guò)程。

總體流程如下：反滲透濃鹽水通過(guò)濃鹽水提升泵，輸送至過(guò)濾器，經(jīng)過(guò)過(guò)濾預(yù)處理以后，進(jìn)入預(yù)脫鹽罐，通過(guò)預(yù)脫鹽循環(huán)泵提升至電滲析槽，在電滲析槽內(nèi)進(jìn)行循環(huán)，進(jìn)行脫鹽和濃縮處理，經(jīng)過(guò)電滲析槽的鹽分濃縮以后，濃縮液進(jìn)入濃縮液罐，通過(guò)濃縮液循環(huán)泵輸送至電滲析槽進(jìn)行循環(huán)處理。另外，陽(yáng)極液罐內(nèi)添加固體Na2SO4，通過(guò)陽(yáng)極液循環(huán)泵輸送至電滲析槽進(jìn)行循環(huán)處理；陰極液罐內(nèi)添加鹽酸（HCl），通過(guò)陰極液循環(huán)泵輸送至電滲析槽進(jìn)行循環(huán)處理。

脫鹽液罐內(nèi)的脫鹽液（淡水）溢流出來(lái)，作為電滲析的產(chǎn)水可以回用至現(xiàn)有水處理脫鹽系統(tǒng)，濃縮液罐內(nèi)的濃縮液（濃水）溢流出來(lái)，作為鹽分含量更高的濃縮后的濃鹽水，可以輸送至現(xiàn)有電解次氯酸鈉系統(tǒng)，作為電解次氯酸鈉的原液進(jìn)行資源化利用。

4 電滲析工藝試驗(yàn)步驟

4.1 開(kāi)機(jī)前的準(zhǔn)備工作

首先檢查電滲析器的管路系統(tǒng)是否接錯(cuò)，接頭處是否扎牢、擰緊，電路系統(tǒng)是否接好。

4.2 開(kāi)機(jī)運(yùn)行

先打開(kāi)電滲析器的濃水排放閥，然后打開(kāi)總進(jìn)水閥及濃水、淡水和極水閥門，再打開(kāi)過(guò)濾器進(jìn)出水閥，開(kāi)啟配套水泵，使壓力平衡上升，至水中無(wú)氣泡，達(dá)到所需流量后，方可通電，通電時(shí)電壓，電流要緩慢向上調(diào)，運(yùn)行3 ～5min 測(cè)水質(zhì)合格后，淡水回用至現(xiàn)有水處理脫鹽系統(tǒng)，濃水資源化利用至現(xiàn)有次氯酸鈉系統(tǒng)。

4.3 停機(jī)

停機(jī)時(shí)，首先將管路水排放，關(guān)閉淡水出水閥，同時(shí)將電壓調(diào)至零，切斷電源，關(guān)閉配套水泵即可。

4.4 酸洗

當(dāng)發(fā)現(xiàn)電滲析器進(jìn)水壓力明顯上升及脫鹽率有所下降時(shí)，必須用酸洗的方法來(lái)處理，一般采用2%～3%稀鹽酸用鹽酸泵循環(huán)打入電滲析器。酸洗時(shí)，不能通電，首先關(guān)閉總進(jìn)水閥和淡水出水閥，同時(shí)關(guān)閉濃水排放閥，開(kāi)啟進(jìn)水閥，進(jìn)酸閥、回酸閥、鹽酸泵進(jìn)出水閥，暫時(shí)關(guān)閉進(jìn)極水閥，啟動(dòng)鹽酸泵50min 后，打開(kāi)進(jìn)極水閥門，待稀鹽酸溶液打完后，用清水沖洗至pH 值6 ～7即可投入運(yùn)行，生產(chǎn)淡水，濃縮后的濃鹽水進(jìn)行資源化利用。

5 電滲析工藝試驗(yàn)結(jié)果

電滲析器的膜片采用均相膜，電阻小，能耗低。

電滲析器產(chǎn)生的淡水，電導(dǎo)率可以降為100μs/cm 以下，可以回用于前端反滲透工藝的進(jìn)水，滿足反滲透濃鹽水資源化利用的要求。

電滲析器濃縮后的濃鹽水的含鹽量可以達(dá)到20%左右，可以滿足后續(xù)電解次氯酸鈉的資源化利用的要求。

電滲析系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，基本實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行，維護(hù)工作量少，而且出水水質(zhì)穩(wěn)定。

6 結(jié)論

采用上述電滲析資源化利用濃鹽水的新方法后，本實(shí)用新型與傳統(tǒng)離子交換樹脂工藝相比具有以下優(yōu)點(diǎn)。

電滲析系統(tǒng)無(wú)需進(jìn)行離子交換樹脂那樣的再生操作，因此能夠大量減少藥劑的使用量，降低系統(tǒng)由于投加藥劑所增加的運(yùn)行費(fèi)用，而且能夠減少酸堿廢水的排放量，有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

電滲析系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，基本實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行，減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，維護(hù)工作量少，而且出水水質(zhì)穩(wěn)定。

本研究可以促進(jìn)濃鹽水的水資源化利用，節(jié)約水資源，緩解沿海電廠的淡水供水不足、改善沿海電廠周邊的生態(tài)環(huán)境、最大限度地滿足生產(chǎn)和生活需要。