雙極膜填充床電滲析技術(shù)應用試驗

來(lái)源：作者—李福勤1，楊云龍2，李清雪1，梁育群3 河北建筑科技學(xué)院城市建設系，河北邯鄲056038 太原理工大學(xué)環(huán)境工程系，山西太原030024；3.河北電力設備廠(chǎng)，河北邯鄲056002) 發(fā)布日期：2014-09-12 16:46:14 瀏覽次數：2444

　  摘　要：將雙極膜(BPM)和填充床電滲析(EDI)技術(shù)相結合，組裝成三隔室BPM—EDI裝置，將其應用于復床離子交換樹(shù)脂的電再生。試驗結果表明：當再生電壓為60 V，再生時(shí)間為60 min時(shí)，該裝置的電再生效果接近化學(xué)再生的效果，顯示了良好的技術(shù)可行性。
　　關(guān)鍵詞：雙極膜(BPM)；填充床電滲析(EDI)；離子交換樹(shù)脂；電再生
　　中圖分類(lèi)號：TU991.26
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2001)10-0074-03
　　雙極膜由陰離子交換樹(shù)脂層(AL)、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂層(CL)及中間界面親水層組成，在直流電場(chǎng)作用下，它能將水直接離解成H+和OH-［1］。利用雙極膜與其他陰、陽(yáng)離子交換膜組合成的雙極膜電滲析系統，能夠在不引入組分的情況下將水溶液中的鹽轉化和分離成相應的酸和堿，用此原理對混床離子交換樹(shù)脂電再生的試驗研究顯示了良好的技術(shù)可行性［2］，現將雙極膜和填充床電滲析技術(shù)相結合，組裝成三隔室BPM—EDI裝置，應用于復床離子交換樹(shù)脂的電再生。
1　原理
　　將陽(yáng)離子交換膜、雙極膜、陰離子交換膜按一定的順序排列，并在雙極膜兩側分別填充陰、陽(yáng)兩種離子交換樹(shù)脂，就組成了雙極膜三隔室填充床電滲析裝置，其原理如圖1所示。
　　在一定電壓下，雙極膜能把水直接離解成OH-和H+。陰樹(shù)脂室內，在電場(chǎng)作用下陰樹(shù)脂對水中陰離子起到吸附傳導作用，使陰離子最終通過(guò)陰膜而進(jìn)入濃水室，而雙極膜對水離解產(chǎn)生的OH-在其他陰離子解吸時(shí)被陰樹(shù)脂吸附，從而使樹(shù)脂又具有了吸附和傳導陰離子的活性，即得到再生；同理在陽(yáng)樹(shù)脂室內，陽(yáng)離子在電場(chǎng)作用下，通過(guò)陽(yáng)樹(shù)脂的吸附傳遞最終通過(guò)陽(yáng)膜進(jìn)入濃水室，而雙極膜對水離解產(chǎn)生的H+在其他陽(yáng)離子解吸時(shí)被陽(yáng)樹(shù)脂吸附，使樹(shù)脂得到再生。當所用原水含鹽量較低時(shí)，在一定的電壓下(大于裝置極限電流的操作電壓)，雙極膜以及陰、陽(yáng)膜和樹(shù)脂顆粒界面層都發(fā)生不同程度的極化，而雙極膜將更高效地將水離解為H+和OH-，使樹(shù)脂室內的樹(shù)脂得到更好的再生。

2　試驗裝置與方法
2.1裝置
　　雙極膜三隔室EDI裝置如圖2所示，為三級三段組裝。雙極膜為上?；S(chǎng)特制；陰、陽(yáng)離子交換膜采用上?；S(chǎng)生產(chǎn)的3361—BW和3362—BW；離子交換樹(shù)脂采用南開(kāi)大學(xué)化工廠(chǎng)生產(chǎn)的001×7陽(yáng)樹(shù)脂和201×7陰樹(shù)脂；樹(shù)脂室隔板為硬聚氯乙烯板，規格為400 mm×150 mm×5 mm，加工成無(wú)回路暗道式進(jìn)出水隔板，以便填
充樹(shù)脂；電極分別采用鈦涂釕(陽(yáng)極)和不銹鋼板(陰極)；0～100 V可控硅整流器；DDS—11A型電導儀；PHS—2C型酸度計。
2.2　方法
　　在陰、陽(yáng)樹(shù)脂室內裝入已用化學(xué)法再生的陰、陽(yáng)樹(shù)脂，通以自來(lái)水使其失效，其流程是先經(jīng)陽(yáng)樹(shù)脂室，再進(jìn)入陰樹(shù)脂室，每5～10 min測定一次陰樹(shù)脂室出水電導率，直到樹(shù)脂失效。試驗以新樹(shù)脂經(jīng)三酸三堿處理后初次通水所得交換容量E0為基準，而通電再生后樹(shù)脂的交換容量為E，E/E0即為再生度。為了簡(jiǎn)化試驗和計算，先確定樹(shù)脂再生目標值，再取相同條件下樹(shù)脂的失效時(shí)間T與新樹(shù)脂失效時(shí)間T0進(jìn)行比較。
3　試驗結果與分析
　　首先進(jìn)行新樹(shù)脂的失效試驗，原水電導率為550 μs/cm，水量為50 L/h，水溫為16 ℃，試驗結果見(jiàn)圖3。
　　以出水電導率＞90 μs/cm視為失效，處理時(shí)間(T0)為80 min。以下試驗以出水電導率＜90 μs/cm為再生目標值。
3.1　操作電壓與電流的關(guān)系
　　原水為經(jīng)電滲析預處理的水，電導率為20 μs/cm，水溫為16 ℃，各室流量為5 L/h，以10V為一檔，從0～100 V逐步升高操作電壓，測定不同電壓時(shí)的電流強度，結果如圖4所示。
　　圖4表明，當操作電壓＜30 V時(shí)，電流隨電壓升高增長(cháng)較慢，說(shuō)明此時(shí)電壓還不足以使雙極膜發(fā)生水的離解；當電壓＞30 V時(shí)，電流隨電壓的升高增長(cháng)較快，表明此時(shí)已有水分子離解為H+和OH-來(lái)充當傳遞電流的介質(zhì)，同時(shí)濃水室出水電導率急劇增大。在運行過(guò)程中，隨電壓升高，陽(yáng)樹(shù)脂室pH值有所降低(由5.27降至4.01)，陰樹(shù)脂室出水pH值有所升高(由5.98升至7.81)，這說(shuō)明隨著(zhù)操作電壓的升高，雙極膜對水的解離作用增強。濃水室與極水室pH值變化不大，在4.72～5.69范圍內。
3.2電壓對再生效果的影響
　　確定通電時(shí)間為50 min。試驗過(guò)程中，濃水室的水直接排放，其他室的水回用。測定不同操作電壓下的再生效果如圖5所示。
　　由圖5可以看出，電壓＜20 V時(shí)幾乎無(wú)再生效果，當電壓增加到40 V時(shí)有明顯的再生效果，電壓為60 V時(shí)的失效時(shí)間已接近化學(xué)再生的失效時(shí)間，電壓為80 V以后變化不大，說(shuō)明操作電壓需增高到某一值，使水離解產(chǎn)生足夠的H+和OH-離子，才可對樹(shù)脂進(jìn)行較徹底的再生，此試驗裝置再生電壓設定為60 V為宜。
3.3通電時(shí)間對再生效果的影響
  　以60 V為操作電壓，分別測定不同通電時(shí)間的再生效果，結果如圖6所示。
　　圖6表明通電時(shí)間越長(cháng)，再生效果越好。通電時(shí)間在20～60 min之間，與失效時(shí)間幾乎成線(xiàn)性關(guān)系；通電時(shí)間＞60 min以后失效時(shí)間變化趨于平緩，表明再生時(shí)間設定為60 min為宜。
3.4其他因素對再生效果的影響
　?、贅?shù)脂室內水流的流速大小直接影響水離解產(chǎn)生的H+和OH-與樹(shù)脂的接觸時(shí)間，從而影響再生效果。流速越小，水離解產(chǎn)生的H+和OH-與樹(shù)脂的接觸時(shí)間越長(cháng)，越有利于樹(shù)脂再生；但流速過(guò)小又不利于鹽類(lèi)離子向濃水室的遷移，且室內產(chǎn)生一定的紊流有利于樹(shù)脂的再生，因此有一個(gè)最佳的流速，據混床離子交換樹(shù)脂電再生的試驗結果［2］，以0.5～1.0 cm/s為宜。
　?、谠偕盟乃|(zhì)越好，越有利于再生。試驗采用電滲析預處理水達到了預期效果，在生產(chǎn)上采用離子交換樹(shù)脂除鹽即可滿(mǎn)足再生用水要求。
　?、圻M(jìn)水水溫升高，水的粘度會(huì )降低，溶液的電導率增加，有利于離子的遷移，也利于樹(shù)脂再生；但過(guò)高的溫度會(huì )損害離子交換膜和樹(shù)脂，同時(shí)水溫的升高也會(huì )增加再生費用。因此，若有廢熱可利用，在膜和樹(shù)脂允許的溫度范圍內，可適當升高進(jìn)水水溫。
4　結論
　?、賹㈦p極膜(BPM)和填充電滲析(EDI)技術(shù)相結合應用于離子交換樹(shù)脂的電再生，在技術(shù)上是可行的；
　?、谠偕妷菏鞘株P(guān)鍵的參數，再生時(shí)間、水流流速、水質(zhì)、水溫對再生效果也有一定的影響；
　?、郛斣偕妷簽?0 V、再生時(shí)間為60 min時(shí)，該裝置的再生效果接近化學(xué)再生的效果。
參考文獻：
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