ED的原理和性能
近些年來(lái),ED技術(shù)逐漸在廢水處理lingpaifang工藝中展現(xiàn)出dute的優(yōu)勢(shì)。
ED的原理如圖1所示。
ED系統(tǒng)主要由電極、離子交換膜、隔板、輔助墊片等組成,并被液壓裝置壓緊在機(jī)架上。含鹽水經(jīng)過(guò)循環(huán)泵進(jìn)入ED膜堆,并通過(guò)隔板將鹽水分布在各個(gè)淡水室,在兩極板的強(qiáng)電場(chǎng)作用下,鹽水中的陰陽(yáng)離子發(fā)生定向移動(dòng),陰離子穿過(guò)陰離子交換膜遷移到濃室,繼續(xù)遷移時(shí)受到陽(yáng)離子交換膜的阻擋而停留在濃室,陽(yáng)離子亦然。隨著離子的遷移,濃水室的含鹽量越來(lái)越大,淡水室的含鹽量越來(lái)越小,達(dá)到出水條件后在各自水箱中溢流排出[4]。
評(píng)價(jià)ED最直觀的性能在于淡水回收率、電流效率、脫鹽能力和使用壽命等因素。除了自然條件外,進(jìn)出水流速和模式、離子含量和種類(lèi)、電流密度和離子交換膜的性質(zhì)等,均深深影響著ED設(shè)備的性能。
郭春禹等采用國(guó)產(chǎn)低含量淡化均相ED設(shè)備,考察了不同操作條件下的單程脫鹽率,研究表明,膜堆的單程脫鹽率隨著進(jìn)水含鹽量、流速的增大而降低,隨著電流密度的增加而升高,脫鹽率隨水中離子種類(lèi)變化順序?yàn)椋篘aCl > Na2SO4 > NaCl+Na2SO4 >NaCl+MgSO4 > NaHCO3 > MgSO4[5]。這為ED處理水質(zhì)較雜的脫硫廢水提供了一定的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
由于離子在離子交換膜中的傳質(zhì)速率遠(yuǎn)大于在水中,因此隨著電流密度的不斷升高,膜兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)濃差極化現(xiàn)象,導(dǎo)致能耗的增加及膜破壞的可能,因此工作電流密度應(yīng)在極限電流密度之下。MENG等研究表明,膜堆的最大工作電流密度應(yīng)處于極限電流密度的70%~80%[6]。
離子交換膜是ED最核心的部分,幾乎決定著ED系統(tǒng)的性能。李麗等實(shí)驗(yàn)對(duì)比了中外5家生產(chǎn)商制備的離子交換膜除鹽性能,結(jié)果表明,其中AGC傳質(zhì)性能較好、能耗較低,應(yīng)用于純鹽濃縮工藝更占優(yōu)勢(shì)[7]。
王天成通過(guò)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法對(duì)隔網(wǎng)形狀進(jìn)行模擬研究,研究發(fā)現(xiàn),采用菱形隔網(wǎng)可使進(jìn)水分布更均勻,傳質(zhì)更均勻,流動(dòng)死區(qū)更小,從而減緩濃差極化,降低能耗[8]。
如此多的因素影響了ED膜堆的性能,無(wú)疑增加了其理論計(jì)算,限制了其實(shí)用和推廣,因此建立ED的傳質(zhì)模型是非常有必要的。祝海濤等綜述了Maxwell-Stefan等6種ED傳質(zhì)模型,對(duì)比了各個(gè)模型的優(yōu)缺點(diǎn),并提出了ED模型未來(lái)的研究方向在于采用仿真工具并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)方程和系數(shù),進(jìn)一步優(yōu)化ED的傳質(zhì)模型[9]。
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