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膜分離設(shè)備
膜分離是利用薄膜以分離水溶液中某些物質(zhì)的方法的統(tǒng)稱。廢水處理中目前常用的方法有滲析法、電滲析法、反滲透法及超濾法等，其基本特性如表5-2。
膜分離技術(shù)有以下共同特點(diǎn)：①分離過程不發(fā)生相變，因此能量轉(zhuǎn)化效率高；②分離在常溫下進(jìn)行，特別適合于熱敏性物料，如果汁、酶、藥物等的分離、分級和濃縮；③適用范圍廣，分離效率高；④裝置緊湊、占地省，操作簡單，易于自動(dòng)化。
一、滲析法
人們很早就發(fā)現(xiàn)，一些動(dòng)物膜，如膀胱膜、羊皮紙（一種把羊皮刮薄做成的紙），有分隔水溶液中某些溶質(zhì)的作用。例如，食鹽能透過羊皮紙，而糖、淀粉樹膠等則不能。這種具有選擇性的膜叫半透膜，而利用半透膜的選擇滲透性來分離或濃縮溶質(zhì)的方法就叫滲析法。
二、電滲析法
（一）電滲析原理
電滲析是在直流電場力作用下，以電位差為推動(dòng)力，利用離子交換膜的選擇滲透性（與膜電荷相反的離子透過膜，相同的離子則被膜截留），使溶液中的離子作定向移動(dòng)以達(dá)到脫除或富集電解質(zhì)的膜分離操作。其中所用的離子交換膜有兩種，只允許陽離子通過的膜稱為陽膜，只允許陰離子通過的膜稱為陰膜。
在常規(guī)的電滲析器內(nèi)兩種膜成對交替平行排列，如圖５-29 所示，膜空間構(gòu)成一個(gè)個(gè)小室，兩端加上電極，施加電場，電場方向與膜平面垂直。
表5-2 幾種主要的膜分離過程
| 滲析 | 電滲析 | 超濾 | 反滲透 |
分離目的 | 大分子溶質(zhì)溶液脫小分子 | 水脫鹽、離子濃縮 | 脫除大分子 | 水脫鹽、溶質(zhì)濃縮 |
推動(dòng)力 | 濃度差 | 電位差 | 壓力差0.1~1MPa | 壓力差1~10MPa |
分離機(jī)理 | 篩分微孔膜內(nèi)溶質(zhì)受阻擴(kuò)散 | 反離子經(jīng)離子交換膜定向移動(dòng) | 篩分及表面作用 | 溶劑的擴(kuò)散傳遞 |
透過組分 | 小分子溶質(zhì) | 電解質(zhì)離子 | 小分子溶液 | 溶劑、中性小分子 |
截流組分 | 大分子和SS | 非電解質(zhì)、大分子物質(zhì) | 大分子溶質(zhì) | SS、大分子、鹽 |
膜類型 | 非對稱性膜、離子交換膜 | 離子交換膜 | 非對稱性膜 | 非對稱性膜或復(fù)合膜 |
圖5-29 電滲析過程示意圖
含鹽料液均勻分布于各室中，水中的帶電離子在直流電場的作用下定向遷移。如在圖中２室中左邊為陽膜，右邊為陰膜，電場方向從左向右。此時(shí)，隔室中的陽離子便向陰極移動(dòng)，遇到右邊的陰膜，被截留。陰離子向陽極移動(dòng)，遇到左邊的陽膜也被截留。而其相鄰兩側(cè)室中，左室１內(nèi)陽離子可以通過陽膜進(jìn)入２室，右室３內(nèi)陰離子也可以通過陰膜進(jìn)入２室，這樣２室的離子濃度增加，故稱濃縮室。另一種隔室左邊為陰膜，右邊為陽膜。在此室內(nèi)的陰、陽離子都可以通過陰、陽膜進(jìn)入相鄰的室，而相鄰室內(nèi)的離子卻不能進(jìn)入此室。這樣室內(nèi)離子濃度降低，故稱為淡化室。
由于兩種膜交替排列，濃縮室和淡化室也是交替存在。若將兩股物流分別引出，就成為電滲析的兩種產(chǎn)品。
（二）電滲析的特點(diǎn)
１．電滲析只對電解質(zhì)的離子起選擇遷移作用，而對非電解質(zhì)不起作用；
２．電滲析除鹽過程中沒有物相的變化，因而能耗低：
３．電滲折過程中不需要從外界向工作液體中加入任何物質(zhì)．也不使用化學(xué)藥劑，因而
保證了工作液體原有的純凈程度，也沒有對環(huán)境的污染，屬于清潔工藝；
４．電滲析過程是在常溫常壓下進(jìn)行的。
（三）電滲析流程
電滲析器由膜堆、極區(qū)和夾緊裝置三部分組成（如圖5-30）。
1．膜堆 位于電滲析器的中部，是由交替排列的濃、淡室隔板和陰膜及陽膜所組成，
是電滲析器除鹽的主要部位。
2．極區(qū) 位于膜堆兩側(cè)，包括電極和極水隔板。極水隔板供傳導(dǎo)電溫和排除廢氣、廢
濃之用，所以比較厚。
3．夾緊裝置 電滲析器有兩種鎖緊方式：壓機(jī)鎖緊和螺桿鎖緊。大型電滲析器采用油
壓機(jī)鎖緊，中小型多采用螺桿鎖緊。
4．組裝方式 有串聯(lián)、并聯(lián)及串—并聯(lián)。常用“級”和“段”來表示，“級”是指電級對
的數(shù)目。“段”是指水流方向，水流通過一個(gè)膜堆后，改變方向進(jìn)入后一個(gè)膜堆即增加一段。