1、雙極膜填充床電滲析技術(shù)應(yīng)用試驗(yàn)論文 李福勤1楊云龍2李清雪1梁育群3摘要：將雙極膜(BP)和填充床電滲析(EDI)技術(shù)相結(jié)合，組裝成三隔室BPEDI裝置，將其應(yīng)用于復(fù)床離子交換樹(shù)脂的電再生。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明：當(dāng)再生電壓為60V，再生時(shí)間為60in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(BP)填充床電滲析(EDI)離子交換樹(shù)脂電再生雙極膜由陰離子交換樹(shù)脂層(AL)、陽(yáng)離子交換樹(shù)脂層(L)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H-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(tǒng)，可以在不引入組分的情況下將水溶液中的鹽轉(zhuǎn)化和

2、別離成相應(yīng)的酸和堿，用此原理對(duì)混床離子交換樹(shù)脂電再生的試驗(yàn)研究顯示了良好的技術(shù)可行性2，現(xiàn)將雙極膜和填充床電滲析技術(shù)相結(jié)合，組裝成三隔室BPEDI裝置，應(yīng)用于復(fù)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(cè)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H-和H+。陰樹(shù)脂室內(nèi)，在電場(chǎng)作用下陰樹(shù)脂對(duì)水中陰離子起到吸附傳導(dǎo)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(duì)水離解產(chǎn)生的H-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(dǎo)陰離子的活性，即得到再生；

3、同理在陽(yáng)樹(shù)脂室內(nèi)，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(duì)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(dāng)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H-，使樹(shù)脂室內(nèi)的樹(shù)脂得到更好的再生。2試驗(yàn)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(jí)三段組裝。雙極膜為上海化工廠(chǎng)特制；陰、陽(yáng)離子交換膜采用上海化工廠(chǎng)消費(fèi)的3361B和3362B；離子交換樹(shù)脂采用南開(kāi)大學(xué)化工廠(chǎng)消費(fèi)的0017陽(yáng)樹(shù)脂和2017陰樹(shù)脂；樹(shù)脂室隔板為硬聚氯

4、乙烯板，規(guī)格為4001505，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)；0100V可控硅整流器；DDS11A型電導(dǎo)儀；PHS2型酸度計(jì)。2.2方法在陰、陽(yáng)樹(shù)脂室內(nèi)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510in測(cè)定一次陰樹(shù)脂室出水電導(dǎo)率，直到樹(shù)脂失效。試驗(yàn)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(zhǔn)，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(yàn)和計(jì)算，先確定樹(shù)脂再生目的值，再取一樣條件下樹(shù)脂的失效時(shí)間T與新樹(shù)脂失效時(shí)間T0進(jìn)展比較。3試驗(yàn)結(jié)果與分析首先進(jìn)展新樹(shù)脂的

5、失效試驗(yàn)，原水電導(dǎo)率為550s/，水量為50L/h，水溫為16，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。以出水電導(dǎo)率90s/視為失效，處理時(shí)間(T0)為80in。以下試驗(yàn)以出水電導(dǎo)率90s/為再生目的值。3.1操作電壓與電流的關(guān)系原水為經(jīng)電滲析預(yù)處理的水，電導(dǎo)率為20s/，水溫為16，各室流量為5L/h，以10V為一檔，從0100V逐步升高操作電壓，測(cè)定不同電壓時(shí)的電流強(qiáng)度，結(jié)果如圖4所示。圖4說(shuō)明，當(dāng)操作電壓30V時(shí)，電流隨電壓升高增長(zhǎng)較慢，說(shuō)明此時(shí)電壓還缺乏以使雙極膜發(fā)生水的離解；當(dāng)電壓30V時(shí)，電流隨電壓的升高增長(zhǎng)較快，說(shuō)明此時(shí)已有水分子離解為H+和H-來(lái)充當(dāng)傳遞電流的介質(zhì)，同時(shí)濃水室出水電導(dǎo)率急劇增大。在運(yùn)行

6、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)明隨著操作電壓的升高，雙極膜對(duì)水的解離作用增強(qiáng)。濃水室與極水室pH值變化不大，在4.725.69范圍內(nèi)。3.2電壓對(duì)再生效果的影響確定通電時(shí)間為50in。試驗(yàn)過(guò)程中，濃水室的水直接排放，其他室的水回用。測(cè)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20V時(shí)幾乎無(wú)再生效果，當(dāng)電壓增加到40V時(shí)有明顯的再生效果，電壓為60V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80V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H-離子，才可對(duì)樹(shù)脂

7、進(jìn)展較徹底的再生，此試驗(yàn)裝置再生電壓設(shè)定為60V為宜。3.3通電時(shí)間對(duì)再生效果的影響以60V為操作電壓，分別測(cè)定不同通電時(shí)間的再生效果，結(jié)果如圖6所示。圖6說(shuō)明通電時(shí)間越長(zhǎng)，再生效果越好。通電時(shí)間在2060in之間，與失效時(shí)間幾乎成線(xiàn)性關(guān)系；通電時(shí)間60in以后失效時(shí)間變化趨于平緩，說(shuō)明再生時(shí)間設(shè)定為60in為宜。3.4其他因素對(duì)再生效果的影響樹(shù)脂室內(nèi)水流的流速大小直接影響水離解產(chǎn)生的H+和H-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H-與樹(shù)脂的接觸時(shí)間越長(zhǎng)，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(nèi)產(chǎn)生一定的紊流有利于樹(shù)脂的再生，因此有一個(gè)最正

8、確的流速，據(jù)混床離子交換樹(shù)脂電再生的試驗(yàn)結(jié)果2，以0.51.0/s為宜。再生用水的水質(zhì)越好，越有利于再生。試驗(yàn)采用電滲析預(yù)處理水到達(dá)了預(yù)期效果，在消費(fèi)上采用離子交換樹(shù)脂除鹽即可滿(mǎn)足再生用水要求。進(jìn)水水溫升高，水的粘度會(huì)降低，溶液的電導(dǎo)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(fèi)用。因此，假設(shè)有廢熱可利用，在膜和樹(shù)脂允許的溫度范圍內(nèi)，可適當(dāng)升高進(jìn)水水溫。4結(jié)論將雙極膜(BP)和填充電滲析(EDI)技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于離子交換樹(shù)脂的電再生，在技術(shù)上是可行的；再生電壓是非常關(guān)鍵的參數(shù)，再生時(shí)間、水流流速、水質(zhì)、水溫對(duì)再生效果也有一定的影響；當(dāng)再生電壓為60V、再生時(shí)間為60in時(shí)，