膜分离技术解析
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
渗析 | 电渗析 | 超滤 | 反渗透 | |
分离目的 | 大分子溶质溶液脱小分子 | 水脱盐、离子浓缩 | 脱除大分子 | 水脱盐、溶质浓缩 |
推动力 | 浓度差 | 电位差 | 压力差0.1~1MPa | 压力差1~10MPa |
分离机理 | 筛分微孔膜内溶质受阻扩散 | 反离子经离子交换膜定向移动 | 筛分及表面作用 | 溶剂的扩散传递 |
透过组分 | 小分子溶质 | 电解质离子 | 小分子溶液 | 溶剂、中性小分子 |
截流组分 | 大分子和SS | 非电解质、大分子物质 | 大分子溶质 | SS、大分子、盐 |
膜类型 | 非对称性膜、离子交换膜 | 离子交换膜 | 非对称性膜 | 非对称性膜或复合膜 |
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。
