文档介绍：第四章膜法水处理
(如压力差、浓度差、电位差)时,使溶剂(通常是水)与溶质或微粒分离的方法。一般包括电渗析、反渗透、超滤、扩散渗析等,其中的反渗透、超滤相当于过滤技术。
用选择性透过膜进行分离时,使溶质通过膜的方法称为渗析;而使溶剂通过膜的方法则称为渗透。
电渗析法是以电位差为推动力的膜分离法,用于从水溶液中脱除离子,主要用于苦咸水脱盐或海水淡化。其膜是导电膜,即阳离子交换膜和阴离子交换膜。
以压力差为推动力的膜分离法,根据溶质粒子的大小及膜的结构性质(超滤膜、纳滤膜、反渗透膜等),又可分为超滤、纳滤、反渗透等。反渗透法可用于溶剂的纯化和溶液浓缩。。反渗透法的另一个重要应用为制备高纯水。
膜是分离技术的核心。膜材料的化学性能、结构对膜分离法起着决定性的作用;一般是高分子材料制成的膜,有纤维素膜、芳香聚酰胺类膜、杂环类膜、聚砜类膜、聚烯烃类膜和含氟高分子膜等。
膜分离法的特点:①不发生相变、常温进行、适用范围广(有机物、无机物等)、装置简单、易操作和易控制等。②膜法水处理具有适应性强、效率高、占地面积小、运行经济的特点。所以,国内外已把电渗析法、反渗透法或膜分离法与离子交换相结合的方法应用于锅炉水处理。
第一节电渗析
电渗析是膜分离技术的一种,它是在直流电场作用下,以电位差为推动力,利用离子交换膜的选择透过性,把电解质从溶液中分离出来,从而实现溶液的淡化、浓缩、精制或纯化的目的。
电渗析的进展:对电渗析基本概念的研究始于20世纪初,采用动物皮、膀胱膜或人造纤维、羊皮纸等进行实验室研究,但无工业应用价值;随着合成树脂的发展,1950年,朱达试制出具有高选择性的阴、阳离子交换膜后,才奠定了电渗析技术的实用基础;1954年美、英等国将电渗析首先用于生产实践中,淡化苦咸水、制备工业用水和饮用水。此后,电渗析技术逐步引入中东和北非。1959年起,前苏联也开始研究和推广应用。日本主要利用电渗析法浓缩制盐,1969年日本国内食盐有30%是用离于交换膜电渗析法生产的,1970年才将电渗析技术用于苦咸水淡化。
一、电渗析基本原理及过程
1. 渗析过程
(1)渗析的原理
渗析是最早被发现和研究的一种膜分离过程,它是一种自然发生的物理现象。当两种不同浓度的盐水用一张渗析膜(半透膜或离子交换膜)隔开时,浓盐水中的电解质离子就会穿过膜扩散到稀盐水中去,这种过程称为渗析过程,亦称扩散渗析。渗析过程的推动力是浓度梯度,因此又称浓差渗析。

图4-1渗析过程示意图图4-2 浓差渗析回收酸
渗析过程是缓慢进行的,,直到膜两边浓度相同,建立了平衡,盐分的迁移也就完全停止。
(2)渗析的应用
①血液透析
②从酸碱废液中回收酸碱。
浓差渗析回收酸见图4-2。料液中由于H2SO4 和FeSO4 的浓度高,其中Fe2+、H+、SO42-均有向渗析液H2O中扩散的趋势,由于使用阴离子交换膜作渗析膜,因此理论上阴膜只允许SO42- 透过膜进入渗析液,而H+ 离子由于水合离子半径小,迁移速度快,故也能透过膜迁移到渗析液中。 H+和1/2SO42-等摩尔透过膜,以保持溶液的电中性。但是Fe2+ 离子则不透过阴膜。经过一段时间的渗析后,料液中的 H2SO4 即进入渗析液中,实现了 FeSO4和 H2SO4的分离,即可实现回收废硫酸的目的。
2. 电渗析过程
电渗析过程是电解和渗析扩散过程的组合。电渗析制取淡水的基本过程:利用离子交换膜的选择透过性,即阳膜理论上只允许阳离子通过,阴膜理论上只允许阴离子通过,在外加直流电场作用下,阴、阳离子分别往阳极和阴极移动,它们最终会于离子交换膜,如果膜的固定电荷与离子的电荷相反,则离子可以通过,,从而可以制得淡水。电渗析运行时可能发生的过程
见图4-3。
图4-3 电渗析运行时可能发生的过程
(1) 反离子迁移
离子交换膜具有选择透过性。反离子迁移是电渗析运行时发生的主要过程,也就是电渗析的除盐过程,。
(2) 同名离子迁移
与膜上固定基团所带电荷相同的离子穿过膜的现象。即浓水中阳离子穿过阴膜,阴离子穿过阳膜,进入淡室的过程,就是同名离子迁移。
这是由于离子交换膜的选择透过性不可能达到100%。当膜的选择性固定后,随着浓室盐浓度增加,这种同名离子迁移影响加大。
(3) 电解质浓差扩散
由于膜两侧溶液浓度不同,在浓度差作用下,电解质由浓室向淡室扩散,扩散速度随浓度差的增高而增大。
(4) 水的渗透
在电渗析过程中,由于淡室水浓度低,基于渗透压的作用,会使淡室的水向浓