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電滲析實驗設(shè)備說明書
 
一、工作原理
滲析（ED，Electrodialysis）是指在直流電場的作用下，溶液中帶電離子定向遷移，選擇性透過離子交換膜并得以去除的一種膜分離技術(shù)。以電位差為推動力，利用陰、陽離子交換膜對陰、陽離子的選擇透過性，使離子從一部分水中遷移到另一部分水中的物理化學(xué)過程。可實現(xiàn)苦咸水或海水的淡化、鹽濃縮，有機物溶液脫鹽精制等。原理如圖1所示：


圖1 均相膜電滲析工作原理圖
電滲析膜組器由隔板、離子交換膜、電極、夾緊裝置等主要部件組成。離子交換膜對不同電荷的離子具有選擇透過性。陽膜只允許通過陽離子，阻止陰離子通過；陰膜只允許通過陰離子，阻止陽離子通過。在外加直流電場的作用下，水中離子作定向遷移。由于膜組器是由多層隔室組成，故淡室中陰陽離子遷移到相鄰的濃室中去，從而使含鹽水淡化。
二、膜堆構(gòu)造及組裝方式
1.  構(gòu)造：電滲析器由膜堆、極區(qū)和壓緊裝置三部分構(gòu)成。
（1）膜堆：是由相當(dāng)數(shù)量的膜對組裝而成的。
膜對：是由一張陽離子交換膜，一張隔板甲（或乙，隔板乙為隔板甲翻轉(zhuǎn)180度）；一張陰離子交換膜，一張隔板乙組成。（圖見附件）
膜：是電滲析器的關(guān)鍵部件，采用本公司自主研發(fā)生產(chǎn)的均相陽離子交換膜（陽膜），均相陰離子交換膜（陰膜）和均相雙極膜，電滲析器中的膜在組裝前需要裁剪，膜孔的位置與極室隔板的孔的位置相同。
隔板：本裝置采用的是彈性隔板，分濃室隔板（甲或乙），淡室隔板（乙或甲）和極室隔板，交替放在陰、陽膜之間，使膜與膜之間保持一定的間隔，沿著隔板平面通過水流，垂直隔板平面通過電流。極室隔板只放在極框與膜之間。隔板厚度0.7mm。三種隔板的示意圖見附件。
（2）極區(qū)包括電極、極框。
電極：為連接電源所用，本設(shè)備電極陰、陽極均采用鈦涂銥鉭電極。
極框：處于電極和膜之間，以防膜貼到電極上去，起支撐作用。電極板已放置在極框里面。
（3）壓緊裝置：是用來壓緊電滲析器，使膜堆、電極等部件形成一個整體，不致漏水。

(1)陽極導(dǎo)流板；(2)彈性隔板；(3)膜；(4)陰極導(dǎo)流板；(5) 陰極液進水口；(6)陰極液出水口；(7)緊固螺栓；(9)陰極接線柱；(11)陽極液進水口；(12)陽極液出水口；(13)陽極接線柱；(14)陰極；(15)陽極；
(16,18)淡水進水口；(8,17)濃水進水口(10，20)淡水出水口；(19，21)濃水出水口
圖2電滲析組器示意圖
 
2.     膜堆的組裝
膜堆組裝時，底下放陽極板（按照附件中圖片），是為陽極，上面再放極室隔板，再放一張極膜……
總次序為：陽極板，極室隔板，極膜，隔板甲，陽膜，隔板甲，陰膜，隔板乙；陽膜，隔板甲，陰膜，隔板乙；……；陽膜，隔板甲，陰膜，隔板乙；陽膜，隔板甲，陰膜，隔板乙；極膜，極室隔板，陰極板。一共為40組，有41個濃水室，40個淡水室，隔板甲所處的濃水室，隔板乙為淡水室。
除非膜堆上有標(biāo)志標(biāo)示外，陽極板，膜，隔板放置的順序及位置不能顛倒，全部按照附件中圖的樣子擺放，這樣濃淡進出水口呈對角對稱。組裝完后將整個膜堆用螺桿緊固，緊固時注意不要讓膜堆或膜發(fā)生平移，以不漏水為原則，不要用力太大。緊固后將膜堆垂直放置（進水口統(tǒng)一在下，出水口在上）在設(shè)備后面的平臺上，按照要求連接管路即可。
三、規(guī)格性能
JRHE 4020型電滲析設(shè)備主要供實驗研究用，整體框架為不銹鋼管材制造，水罐，流量計，泵，管道等輔助設(shè)備為耐腐蝕的材料制造。電滲析器為整個電滲析設(shè)備的本體設(shè)備，膜堆是其核心。
設(shè)備技術(shù)性能如下：

膜規(guī)格	400×200mm，均相陽離子交換膜、均相陰離子交換膜
隔板規(guī)格	400×200×0.7mm，無回路
組裝方式	陽膜/陰膜
膜堆堆積密度	40對，總有效面積20000cm2
電極	陰陽極均為鈦涂銥鉭
接口	Φ14-18軟管
環(huán)境溫度	0~40℃
工作水溫	10~35℃
設(shè)備電源	AC220V
整流器輸出	DC 0~30V，0-20A，連續(xù)可調(diào)
膜堆工作電源	DC15-30V，＜20A
極性	可正負(fù)換向
循環(huán)流量	400-600L/h
進出水壓差	≤0.05MPa
控制方式	手動控制

 
四、設(shè)備清單
雙極膜電滲析設(shè)備除本體以外，尚須配備整流器，磁力泵、過濾器等輔助設(shè)備，現(xiàn)將與電滲析配套的輔助設(shè)備及部件（序號7~20）列表如下：
表1 JRHE4020-40電滲析設(shè)備配備

序號	設(shè)備/部件名稱	型號	規(guī)格	材質(zhì)	數(shù)量	備注
1	均相陰離子交換膜	JAM-Ⅱ	400×200mm		40張
2	均相陽離子交換膜	JCM-Ⅱ	400×200mm		40張
3	極膜		400×200mm		2張
4	隔板		400×200×0.7mm	PP	83片
5	極框			PVC	2塊
6	電極板			鈦涂銥鉭	2塊
7	物料泵	MP-30RZM			2臺
8	極水泵	MP-20RZM			1臺
9	儲液罐				0	自備外接
10	流量計		400，600L/h	UPVC	3支
11	壓力表	PP隔膜	2kg/cm2		4塊
12	控制閥組	DN15		UPVC	3套
13	管路	DN15		UPVC	1套
14	底座及管道支架			PP	1套
15	夾緊鋼板			SS304	2塊
16	螺桿			不銹鋼	10套
17	整體機架			不銹鋼	1套
18	整流器		輸出直流0~30V,0~20A		1臺
19	控制柜				1套
20	設(shè)備間電線、電纜			銅線	1套

 
五、使用方法
1.  實驗準(zhǔn)備：按照實驗需求組裝膜堆，正確連接管路。檢查電源開關(guān)，磁力泵開關(guān)，各管路閥門，取樣閥門是否處于關(guān)閉狀態(tài)。
2.  清洗管道及外漏測試：各個罐中加入去離子水，打開相應(yīng)的磁力泵開關(guān)，磁力泵運轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)流量閥門，水在管路中流動，清洗3~5分鐘，并檢查膜堆是否漏水。
3.  內(nèi)漏測試（新裝的膜堆需要測試）：關(guān)閉極水泵，再關(guān)閉濃淡泵中的任意一路水泵，并取下連接膜堆的管子，保持一路水泵開的狀態(tài)，觀察是否有水從另一路的進出水口中流出，如有，可能是膜片組裝不均勻或破損或隔網(wǎng)放置位置不準(zhǔn)確。
4.  內(nèi)漏和外漏測試后，關(guān)閉磁力泵開關(guān)，排出管路和罐中的水。
5.  用紅色導(dǎo)線接整流器正極，另一端與膜堆陽極相連，黑色導(dǎo)線接整流器負(fù)極，另一端與膜堆陰極相連。
6.  實驗：向極水罐硫酸鈉溶液（2~5%，極液電解質(zhì)選擇參照下面?zhèn)渥ⅲ拗屑尤氪蛛x的料液，濃水罐中加入去離子水或一定量的料液（由實驗方案決定），先開磁力泵開關(guān)，磁力泵運轉(zhuǎn)，開流量閥調(diào)節(jié)流量，水循環(huán)約5分鐘。開整流器開關(guān)，調(diào)節(jié)恒電壓或恒電流至期望值，開始試驗。電滲析過程中根據(jù)自己的實驗安排進行相關(guān)的實驗記錄。實驗結(jié)束后，將整流器電流電壓調(diào)至最小，關(guān)整流器開關(guān)，斷開導(dǎo)線與膜堆連接，再關(guān)磁力泵開關(guān)停水。
7.  實驗后處理：排出濃淡水罐中的溶液，加入去離子水循環(huán)，清洗膜3~5分鐘。排出清洗液，再加去離子水循環(huán)，使膜完全浸入在水中，關(guān)閉泵開關(guān)。
注：極水罐中使用電解質(zhì)可以根據(jù)自己的需要來選擇，選不同的電解質(zhì)對實驗有不同的影響，要注意這些電解質(zhì)在電滲析過程中各種離子的遷移動向以及電極反應(yīng)。一般除了上述的，還可使用鹽類，如Na₂SO₄，KNO3，NaCl（用NaCl時，陽極產(chǎn)生Cl₂，要注意）等，若是酸濃縮，可使用1-2%濃度的該酸溶液（硝酸除外）。
六、保養(yǎng)維護
1.  膜堆裝置中的膜無論是否拆卸下來，都需要保持濕潤狀態(tài)（室溫在0℃以下時，膜需要拆卸下來保存），拆卸下來的膜最好保存在去離子水中或稀電解質(zhì)（稀鹽酸）溶液中，注意常換水，防止膜表面細(xì)菌滋生，有條件可以在水中加入50~100ppm的疊氮化鈉（NaN₃）；
2.  切忌置膜于強光照射，太陽暴曬、高熱烘烤、風(fēng)吹雨淋、嚴(yán)寒冰凍之中；
3.  不與油污接觸，不用合成洗滌劑洗滌，不用硬刷子洗刷，以免使膜受污染和表面損傷；
4.  不要讓膜與尖銳物體接觸，防止膜表面劃傷或破裂；
5.  不要用力拉扯、揉捏或折疊膜，防止膜撕裂，陽膜較雙極膜和陰膜強度稍低，尤為注意；
6.  陰膜，不可與強氧化性化學(xué)物質(zhì)接觸；
7.  膜污染后，可將膜拆卸下來，對于有機物污染（有機酸等），可用0.2M左右 NaOH溶液浸泡清洗；對于無機物污染（一般為高價陽離子的氫氧化物沉淀等）可用0.2M左右HCl溶液浸泡清洗，對于細(xì)菌和微生物污染，可以采用絡(luò)合劑和表面活性劑的堿性水溶液處理。同時也可以采用上述藥劑在線清洗，必要時可通過較小電流；
8.  運行時，不宜長時間采用大于60mA/cm²的電流密度，以免降低陽極電極的使用壽命；
9.  運行時，水溫不宜超過40℃，以免使膜變形；
10.暫停運行時，應(yīng)使膜堆各隔室充滿液體，防止膜干燥變形，收縮破裂；
11.裝置使用時都在高鹽的條件***意輔助設(shè)備等金屬部件的腐蝕，經(jīng)常擦拭；
12.膜堆上禁止放金屬物件，以防產(chǎn)生短路。
13.其他一些相關(guān)操作或問題見附件2
 
七、注意事項
1.   水的預(yù)處理是保證雙極膜電滲析設(shè)備正常運行的因素之一，因此水進入電滲析器前必須預(yù)處理，保證進入雙極膜電滲析設(shè)備的原水水質(zhì)符合以下指標(biāo)：
A:濁度：≯3mg/L；B:含鐵總量：＜0.3 mg/L；C:含錳總量：＜0.1 mg/L；D:含鈣鎂總量＜10mg/L；E:COD：＜100mg/L(KMnO₄)；F：水溫：5-40℃；G：污染指數(shù)：＜5；
2.   膜四周邊的裁剪尺寸，應(yīng)比隔板四周邊略小（0.5—1.0mm），孔的裁剪可比隔板對應(yīng)的孔直徑略大（如大1.0mm）。這樣可以防止膜堆外部因素接觸造成的漏電，也可保證配水管道組裝的整齊；
3.   極水中電解質(zhì)的選用可依照自己的試驗情況而定，但要注意電極反應(yīng)以及極水中各離子的遷移動向和濃度變化情況；
4.   陰、陽極為鈦涂銥鉭電極板，活性層是通過在鈦板上多次涂上活性材料，再經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成，禁止在用手在黑色活性層上來回?fù)崦蛴盟⒆铀⑾矗悦馐够钚詫用撀洌?br /> 5.   注意起動時，必須先通水，后通電，停止時先斷電，嚴(yán)禁停水不停電；
6.   調(diào)節(jié)流量時，先開極水流量閥，后開酸堿鹽室流量閥；防止試驗初期酸室，堿室中水向高濃度的鹽室中滲透，需要保持一定程度的壓力差；
7.   電滲析器的陽、陰極與整流器的正、負(fù)極對應(yīng)，不能反接；
8.   恒電流操作時，酸室和堿室不能以去離子水開始，以防電壓超過整流器量程；
9.   運行時，整流器顯示的電壓為總電壓（膜堆電壓與電極電壓之和），膜堆電壓測定需要在膜堆組裝時膜堆兩側(cè)貼膜放置兩個薄銅片（銅片不可插入流道中與極水接觸），再用電壓表測定兩個銅片間的電位差即為膜堆電壓；
10. 電滲析器在運行階段電極產(chǎn)生氫氣和氧氣，裝置放置的房間注意通風(fēng)；
11. 磁力泵禁止在無水條件下空轉(zhuǎn)。
 
八、企業(yè)信息
企業(yè)名稱：北京潔睿環(huán)保科技有限責(zé)任公司
企業(yè)地址：北京市通州區(qū)馬駒橋鎮(zhèn)聯(lián)東U谷東區(qū)6E號樓
郵政編碼：101102
客服熱線：010-56370655（傳真）   
網(wǎng)    址：http://www.www.cinyer.cn
 

附件1：
各種隔板圖片：

 
附件2：
一、關(guān)于整流器電流電壓調(diào)節(jié)的問題
1、整流器的使用。整流器電流電壓指示燈指向哪個，就表示那個可調(diào)，另一個不可調(diào)，因而如果想得到穩(wěn)定的電壓，就應(yīng)把電流的旋鈕調(diào)至最大（順時針），電壓調(diào)至最小（逆時針），指示燈會停在電壓上，這時的電壓可調(diào)，電流隨電壓的變化而變化，反之亦然，整流器不接外電阻是不顯示電流的，嚴(yán)禁將正負(fù)極直接接觸。
2、膜堆的電阻大小直接影響電流的大小。膜堆的電阻由5個部分組成：極室溶液的電阻，酸室溶液的電阻、堿室溶液的電阻、鹽室溶液的電阻，膜的電阻，膜的電阻比較穩(wěn)定，其他的電阻都來自溶液的組成，如果這些溶液有一個或者多個是不含電解質(zhì)的，那它的導(dǎo)電性能就會很差，電阻很大，反應(yīng)到整流器上就是電流很小，若以恒壓方式操作，這種情況沒有問題；若以橫流方式操作，U=I·R，由于電阻很大，只要很小的電流U≥30超過量程了，不能達(dá)到你預(yù)期的值，這時指示燈自動轉(zhuǎn)向電壓方向，電流變成不可調(diào)了，因為整流器不足以支持你預(yù)期所要達(dá)到的電流所對應(yīng)的電壓值。還有一種情況是溶液都含有電解質(zhì)，但是某一個或幾個的濃度很低，電阻還是比較高，而你預(yù)期要達(dá)到的電流值較高，當(dāng)U=I·R≥30時，指示燈還是會轉(zhuǎn)向電壓方向，電流不可調(diào)。