电渗析实验设备说明书
 
一、工作原理
渗析（ED，Electrodialysis）是指在直流电场的作用下，溶液中带电离子定向迁移，选择性透过离子交换膜并得以去除的一种膜分离技术。以电位差为推动力，利用阴、阳离子交换膜对阴、阳离子的选择透过性，使离子从一部分水中迁移到另一部分水中的物理化学过程。可实现苦咸水或海水的淡化、盐浓缩，有机物溶液脱盐精制等。原理如图1所示：


图1 均相膜电渗析工作原理图
电渗析膜组器由隔板、离子交换膜、电极、夹紧装置等主要部件组成。离子交换膜对不同电荷的离子具有选择透过性。阳膜只允许通过阳离子，阻止阴离子通过；阴膜只允许通过阴离子，阻止阳离子通过。在外加直流电场的作用下，水中离子作定向迁移。由于膜组器是由多层隔室组成，故淡室中阴阳离子迁移到相邻的浓室中去，从而使含盐水淡化。
二、膜堆构造及组装方式
1.  构造：电渗析器由膜堆、极区和压紧装置三部分构成。
（1）膜堆：是由相当数量的膜对组装而成的。
膜对：是由一张阳离子交换膜，一张隔板甲（或乙，隔板乙为隔板甲翻转180度）；一张阴离子交换膜，一张隔板乙组成。（图见附件）
膜：是电渗析器的关键部件，采用本公司自主研发生产的均相阳离子交换膜（阳膜），均相阴离子交换膜（阴膜）和均相双极膜，电渗析器中的膜在组装前需要裁剪，膜孔的位置与极室隔板的孔的位置相同。
隔板：本装置采用的是弹性隔板，分浓室隔板（甲或乙），淡室隔板（乙或甲）和极室隔板，交替放在阴、阳膜之间，使膜与膜之间保持一定的间隔，沿着隔板平面通过水流，垂直隔板平面通过电流。极室隔板只放在极框与膜之间。隔板厚度0.7mm。三种隔板的示意图见附件。
（2）极区包括电极、极框。
电极：为连接电源所用，本设备电极阴、阳极均采用钛涂铱钽电极。
极框：处于电极和膜之间，以防膜贴到电极上去，起支撑作用。电极板已放置在极框里面。
（3）压紧装置：是用来压紧电渗析器，使膜堆、电极等部件形成一个整体，不致漏水。

(1)阳极导流板；(2)弹性隔板；(3)膜；(4)阴极导流板；(5) 阴极液进水口；(6)阴极液出水口；(7)紧固螺栓；(9)阴极接线柱；(11)阳极液进水口；(12)阳极液出水口；(13)阳极接线柱；(14)阴极；(15)阳极；
(16,18)淡水进水口；(8,17)浓水进水口(10，20)淡水出水口；(19，21)浓水出水口
图2电渗析组器示意图
 
2.     膜堆的组装
膜堆组装时，底下放阳极板（按照附件中图片），是为阳极，上面再放极室隔板，再放一张极膜……
总次序为：阳极板，极室隔板，极膜，隔板甲，阳膜，隔板甲，阴膜，隔板乙；阳膜，隔板甲，阴膜，隔板乙；……；阳膜，隔板甲，阴膜，隔板乙；阳膜，隔板甲，阴膜，隔板乙；极膜，极室隔板，阴极板。一共为40组，有41个浓水室，40个淡水室，隔板甲所处的浓水室，隔板乙为淡水室。
除非膜堆上有标志标示外，阳极板，膜，隔板放置的顺序及位置不能颠倒，全部按照附件中图的样子摆放，这样浓淡进出水口呈对角对称。组装完后将整个膜堆用螺杆紧固，紧固时注意不要让膜堆或膜发生平移，以不漏水为原则，不要用力太大。紧固后将膜堆垂直放置（进水口统一在下，出水口在上）在设备后面的平台上，按照要求连接管路即可。
三、规格性能
JRHE 4020型电渗析设备主要供实验研究用，整体框架为不锈钢管材制造，水罐，流量计，泵，管道等辅助设备为耐腐蚀的材料制造。电渗析器为整个电渗析设备的本体设备，膜堆是其核心。
设备技术性能如下：

膜规格	400×200mm，均相阳离子交换膜、均相阴离子交换膜
隔板规格	400×200×0.7mm，无回路
组装方式	阳膜/阴膜
膜堆堆积密度	40对，总有效面积20000cm2
电极	阴阳极均为钛涂铱钽
接口	Φ14-18软管
环境温度	0~40℃
工作水温	10~35℃
设备电源	AC220V
整流器输出	DC 0~30V，0-20A，连续可调
膜堆工作电源	DC15-30V，＜20A
极性	可正负换向
循环流量	400-600L/h
进出水压差	≤0.05MPa
控制方式	手动控制

 
四、设备清单
双极膜电渗析设备除本体以外，尚须配备整流器，磁力泵、过滤器等辅助设备，现将与电渗析配套的辅助设备及部件（序号7~20）列表如下：
表1 JRHE4020-40电渗析设备配备

序号	设备/部件名称	型号	规格	材质	数量	备注
1	均相阴离子交换膜	JAM-Ⅱ	400×200mm		40张
2	均相阳离子交换膜	JCM-Ⅱ	400×200mm		40张
3	极膜		400×200mm		2张
4	隔板		400×200×0.7mm	PP	83片
5	极框			PVC	2块
6	电极板			钛涂铱钽	2块
7	物料泵	MP-30RZM			2台
8	极水泵	MP-20RZM			1台
9	储液罐				0	自备外接
10	流量计		400，600L/h	UPVC	3支
11	压力表	PP隔膜	2kg/cm2		4块
12	控制阀组	DN15		UPVC	3套
13	管路	DN15		UPVC	1套
14	底座及管道支架			PP	1套
15	夹紧钢板			SS304	2块
16	螺杆			不锈钢	10套
17	整体机架			不锈钢	1套
18	整流器		输出直流0~30V,0~20A		1台
19	控制柜				1套
20	设备间电线、电缆			铜线	1套

 
五、使用方法
1.  实验准备：按照实验需求组装膜堆，正确连接管路。检查电源开关，磁力泵开关，各管路阀门，取样阀门是否处于关闭状态。
2.  清洗管道及外漏测试：各个罐中加入去离子水，打开相应的磁力泵开关，磁力泵运转，调节流量阀门，水在管路中流动，清洗3~5分钟，并检查膜堆是否漏水。
3.  内漏测试（新装的膜堆需要测试）：关闭极水泵，再关闭浓淡泵中的任意一路水泵，并取下连接膜堆的管子，保持一路水泵开的状态，观察是否有水从另一路的进出水口中流出，如有，可能是膜片组装不均匀或破损或隔网放置位置不准确。
4.  内漏和外漏测试后，关闭磁力泵开关，排出管路和罐中的水。
5.  用红色导线接整流器正极，另一端与膜堆阳极相连，黑色导线接整流器负极，另一端与膜堆阴极相连。
6.  实验：向极水罐硫酸钠溶液（2~5%，极液电解质选择参照下面备注），淡水罐中加入待分离的料液，浓水罐中加入去离子水或一定量的料液（由实验方案决定），先开磁力泵开关，磁力泵运转，开流量阀调节流量，水循环约5分钟。开整流器开关，调节恒电压或恒电流至期望值，开始试验。电渗析过程中根据自己的实验安排进行相关的实验记录。实验结束后，将整流器电流电压调至最小，关整流器开关，断开导线与膜堆连接，再关磁力泵开关停水。
7.  实验后处理：排出浓淡水罐中的溶液，加入去离子水循环，清洗膜3~5分钟。排出清洗液，再加去离子水循环，使膜完全浸入在水中，关闭泵开关。
注：极水罐中使用电解质可以根据自己的需要来选择，选不同的电解质对实验有不同的影响，要注意这些电解质在电渗析过程中各种离子的迁移动向以及电极反应。一般除了上述的，还可使用盐类，如Na₂SO₄，KNO3，NaCl（用NaCl时，阳极产生Cl₂，要注意）等，若是酸浓缩，可使用1-2%浓度的该酸溶液（硝酸除外）。
六、保养维护
1.  膜堆装置中的膜无论是否拆卸下来，都需要保持湿润状态（室温在0℃以下时，膜需要拆卸下来保存），拆卸下来的膜最好保存在去离子水中或稀电解质（稀盐酸）溶液中，注意常换水，防止膜表面细菌滋生，有条件可以在水中加入50~100ppm的叠氮化钠（NaN₃）；
2.  切忌置膜于强光照射，太阳暴晒、高热烘烤、风吹雨淋、严寒冰冻之中；
3.  不与油污接触，不用合成洗涤剂洗涤，不用硬刷子洗刷，以免使膜受污染和表面损伤；
4.  不要让膜与尖锐物体接触，防止膜表面划伤或破裂；
5.  不要用力拉扯、揉捏或折叠膜，防止膜撕裂，阳膜较双极膜和阴膜强度稍低，尤为注意；
6.  阴膜，不可与强氧化性化学物质接触；
7.  膜污染后，可将膜拆卸下来，对于有机物污染（有机酸等），可用0.2M左右 NaOH溶液浸泡清洗；对于无机物污染（一般为高价阳离子的氢氧化物沉淀等）可用0.2M左右HCl溶液浸泡清洗，对于细菌和微生物污染，可以采用络合剂和表面活性剂的碱性水溶液处理。同时也可以采用上述药剂在线清洗，必要时可通过较小电流；
8.  运行时，不宜长时间采用大于60mA/cm²的电流密度，以免降低阳极电极的使用寿命；
9.  运行时，水温不宜超过40℃，以免使膜变形；
10.暂停运行时，应使膜堆各隔室充满液体，防止膜干燥变形，收缩破裂；
11.装置使用时都在高盐的条件***意辅助设备等金属部件的腐蚀，经常擦拭；
12.膜堆上禁止放金属物件，以防产生短路。
13.其他一些相关操作或问题见附件2
 
七、注意事项
1.   水的预处理是保证双极膜电渗析设备正常运行的因素之一，因此水进入电渗析器前必须预处理，保证进入双极膜电渗析设备的原水水质符合以下指标：
A:浊度：≯3mg/L；B:含铁总量：＜0.3 mg/L；C:含锰总量：＜0.1 mg/L；D:含钙镁总量＜10mg/L；E:COD：＜100mg/L(KMnO₄)；F：水温：5-40℃；G：污染指数：＜5；
2.   膜四周边的裁剪尺寸，应比隔板四周边略小（0.5—1.0mm），孔的裁剪可比隔板对应的孔直径略大（如大1.0mm）。这样可以防止膜堆外部因素接触造成的漏电，也可保证配水管道组装的整齐；
3.   极水中电解质的选用可依照自己的试验情况而定，但要注意电极反应以及极水中各离子的迁移动向和浓度变化情况；
4.   阴、阳极为钛涂铱钽电极板，活性层是通过在钛板上多次涂上活性材料，再经高温烧结而成，禁止在用手在黑色活性层上来回抚摸或用刷子刷洗，以免使活性层脱落；
5.   注意起动时，必须先通水，后通电，停止时先断电，严禁停水不停电；
6.   调节流量时，先开极水流量阀，后开酸碱盐室流量阀；防止试验初期酸室，碱室中水向高浓度的盐室中渗透，需要保持一定程度的压力差；
7.   电渗析器的阳、阴极与整流器的正、负极对应，不能反接；
8.   恒电流操作时，酸室和碱室不能以去离子水开始，以防电压超过整流器量程；
9.   运行时，整流器显示的电压为总电压（膜堆电压与电极电压之和），膜堆电压测定需要在膜堆组装时膜堆两侧贴膜放置两个薄铜片（铜片不可插入流道中与极水接触），再用电压表测定两个铜片间的电位差即为膜堆电压；
10. 电渗析器在运行阶段电极产生氢气和氧气，装置放置的房间注意通风；
11. 磁力泵禁止在无水条件下空转。
 
八、企业信息
企业名称：北京洁睿环保科技有限责任公司
企业地址：北京市通州区马驹桥镇联东U谷东区6E号楼
邮政编码：101102
客服热线：010-56370655（传真）   
网    址：http://www.jieruihuanbao.com
 

附件1：
各种隔板图片：

 
附件2：
一、关于整流器电流电压调节的问题
1、整流器的使用。整流器电流电压指示灯指向哪个，就表示那个可调，另一个不可调，因而如果想得到稳定的电压，就应把电流的旋钮调至最大（顺时针），电压调至最小（逆时针），指示灯会停在电压上，这时的电压可调，电流随电压的变化而变化，反之亦然，整流器不接外电阻是不显示电流的，严禁将正负极直接接触。
2、膜堆的电阻大小直接影响电流的大小。膜堆的电阻由5个部分组成：极室溶液的电阻，酸室溶液的电阻、碱室溶液的电阻、盐室溶液的电阻，膜的电阻，膜的电阻比较稳定，其他的电阻都来自溶液的组成，如果这些溶液有一个或者多个是不含电解质的，那它的导电性能就会很差，电阻很大，反应到整流器上就是电流很小，若以恒压方式操作，这种情况没有问题；若以横流方式操作，U=I·R，由于电阻很大，只要很小的电流U≥30超过量程了，不能达到你预期的值，这时指示灯自动转向电压方向，电流变成不可调了，因为整流器不足以支持你预期所要达到的电流所对应的电压值。还有一种情况是溶液都含有电解质，但是某一个或几个的浓度很低，电阻还是比较高，而你预期要达到的电流值较高，当U=I·R≥30时，指示灯还是会转向电压方向，电流不可调。