膜分离设备

膜分离是利用薄膜以分离水溶液中某些物质的方法的统称。废水处理中目前常用的方法有渗析法、电渗析法、反渗透法及超滤法等，其基本特性如表5-2。

膜分离技术有以下共同特点：①分离过程不发生相变，因此能量转化效率高；②分离在常温下进行，特别适合于热敏性物料，如果汁、酶、药物等的分离、分级和浓缩；③适用范围广，分离效率高；④装置紧凑、占地省，操作简单，易于自动化。

一、渗析法

人们很早就发现，一些动物膜，如膀胱膜、羊皮纸（一种把羊皮刮薄做成的纸），有分隔水溶液中某些溶质的作用。例如，食盐能透过羊皮纸，而糖、淀粉树胶等则不能。这种具有选择性的膜叫半透膜，而利用半透膜的选择渗透性来分离或浓缩溶质的方法就叫渗析法。

二、电渗析法

（一）电渗析原理

电渗析是在直流电场力作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择渗透性（与膜电荷相反的离子透过膜，相同的离子则被膜截留），使溶液中的离子作定向移动以达到脱除或富集电解质的膜分离操作。其中所用的离子交换膜有两种，只允许阳离子通过的膜称为阳膜，只允许阴离子通过的膜称为阴膜。

在常规的电渗析器内两种膜成对交替平行排列，如图５-29　所示，膜空间构成一个个小室，两端加上电极，施加电场，电场方向与膜平面垂直。

表5-2  几种主要的膜分离过程

图5-29 电渗析过程示意图

含盐料液均匀分布于各室中，水中的带电离子在直流电场的作用下定向迁移。如在图中２室中左边为阳膜，右边为阴膜，电场方向从左向右。此时，隔室中的阳离子便向阴极移动，遇到右边的阴膜，被截留。阴离子向阳极移动，遇到左边的阳膜也被截留。而其相邻两侧室中，左室１内阳离子可以通过阳膜进入２室，右室３内阴离子也可以通过阴膜进入２室，这样２室的离子浓度增加，故称浓缩室。另一种隔室左边为阴膜，右边为阳膜。在此室内的阴、阳离子都可以通过阴、阳膜进入相邻的室，而相邻室内的离子却不能进入此室。这样室内离子浓度降低，故称为淡化室。

由于两种膜交替排列，浓缩室和淡化室也是交替存在。若将两股物流分别引出，就成为电渗析的两种产品。

（二）电渗析的特点

１．电渗析只对电解质的离子起选择迁移作用，而对非电解质不起作用；

２．电渗析除盐过程中没有物相的变化，因而能耗低：

３．电渗折过程中不需要从外界向工作液体中加入任何物质．也不使用化学药剂，因而

保证了工作液体原有的纯净程度，也没有对环境的污染，属于清洁工艺；

４．电渗析过程是在常温常压下进行的。

（三）电渗析流程

  电渗析器由膜堆、极区和夹紧装置三部分组成（如图5-30）。

   1．膜堆  位于电渗析器的中部，是由交替排列的浓、淡室隔板和阴膜及阳膜所组成，

是电渗析器除盐的主要部位。    

   2．极区  位于膜堆两侧，包括电极和极水隔板。极水隔板供传导电温和排除废气、废

浓之用，所以比较厚。

   3．夹紧装置  电渗析器有两种锁紧方式：压机锁紧和螺杆锁紧。大型电渗析器采用油

压机锁紧，中小型多采用螺杆锁紧。

   4．组装方式  有串联、并联及串—并联。常用“级”和“段”来表示，“级”是指电级对

的数目。“段”是指水流方向，水流通过一个膜堆后，改变方向进入后一个膜堆即增加一段。