电渗析出水偏酸性的原因及其解决措施

周玲，冯国桢
（巨化集团公司制药厂，浙江 衢州 324004）

　　摘　要：电渗析器运行一段时间后出水偏酸性，分析原因，主要是膜污染严重，导致浓差极化造成。结合本厂实际进行相应处理，并提出了一系列预防措施以保证水质。同时也介绍了一种测定极限电流的简单方法。
　　关键词：水处理；纯水；电渗析；浓差极化
　　中图分类号：TU991.26⁺3
　　文献标识码：B
　　文章编号：1009-2455（2001）02-0018-02

概述

　　我厂的纯水处理系统1994年10月建成投产。具体如下：
　　产水流程如图1：

　　本纯水制备系统原为SMZ产品配备的，后因生产需要，纯水供其它药品生产用。采用每日开车4h，每4h倒换电极一次的方法保持纯水系统运行。

1 存在问题

　　该系统自1997年底向制药厂制剂车间供水，1998年3月出现出水偏酸性的现象。分析原因时采用倒溯法。首先排除取样污染因素，原取样在贮罐处取，因贮罐放空存在缺陷，改为离子交换柱后直接取样，分析结果表明出水仍偏酸性，但其他项目均在指标范围内。检查电渗析器出水，水的pH为5。最后检查原水，呈中性。因此判断问题是电渗析器故障。采用2％盐酸循环冲洗两次，再冲洗24h，产水依然偏酸。将运行电压降低至70V，依然不能解 问题。检查电渗析器，发现电渗析器进水管内壁有有机附着物。

2 原因分析

　　电渗析器的工作原理是在外加电场作用下，利用阳、阴离子交换膜的选择透过性，使一部分离子透过离子交换膜从一个室迁移到另一个室，从而使一部分水淡化，一部分水浓缩。电渗析器的构造示意图如图2所示，在正负两电极间交替的平行放置阳离子交换膜、阴离子交换膜。

　　阳膜由带负电荷的酸性活性基团的阳离子交换树脂构成，能选择性地使阳离子透过，阴离子不能透过；阴膜由带正电荷的碱性活性基团的阴离子交换树脂构成，能选择性地使阴离子透过，阳离子不能透过。由于与离子交换膜所带电荷相反的离子能穿过膜，（称为反离子迁移）使一部分水淡化，一部分水浓缩。
　　由于反离子在膜内迁移数大于它在溶液中迁移数，在膜两侧形成反离子的浓度边界层，当电流密度增加到一定程度时，膜界面处反离子浓度趋于0，为保持离子迁移的平衡，将迫使水离解而由H+来传递电流，这就是电渗析的浓差极化现象。当发生极化时，由于产生OH-的作用，在膜表面易形成沉淀，导致膜性能恶化，并且会改变水的pH值，影响出水质量。即使工作电流不超极限电流，也会因水流分布不匀、悬浮物堵塞使水流不畅等原因造成局部极化，引起上述结果。由此可知电渗析出水偏酸的根本原因是浓差极化。
　　由于电渗析器进水管内壁有有机附着物，生产过程中虽定期倒转电极，但未经常测定极限电流以调整工作电流，结合系统检查，确定本厂造成浓差极化的原因是由于预处理系统存在缺陷，加之操作经验不足，致使膜污染较严重，从而导致电渗析器生产一段时间后出水出现偏酸性的现象。

3 解决措施

3.1 清洗
　　将电渗析器解体清洗，发现电渗析膜（特别是阴膜表面）形成厚厚一层沉淀物。采用将膜浸入2％盐酸溶液24h，然后用水冲洗至中性后装回。解体清洗一年一次。重新组装后要测定极限电流，每半年用2％的盐酸清洗一次。
3.2 控制电流密度
　　为不发生（或尽可能减少）浓差极化，只要以低电流密度运行即可。但这样操作却使装置显得过大，不经济。只有运转电流密度较接近极限电流密度时，才最经济（1）。根据研究，极限电流密度与盐浓度呈正比，与扩散层厚度呈反比。因此在实际操作时，须根据进水水质变化、流量变化及温度改变，随时测定极限电流密度，调整工作电流在极限电流的85％。
　　测定极限电流密度的方法有电流——电压曲线法、电流——溶液pH法。其中以第一种方法使用范围广。但有时该法得出曲线拐点不明确。利用下述方法可得重现性良好的尖锐峰值[2]。
　　因为
　　　　　　V=Vc+Vp+Ve+RI （1）
　　式中：
　　　R——膜与液体总电阻，单位欧姆；
　　　I——电流，A；
　　　Vc——膜电位，V；
　　　Vp——极化电压，V；
　　　Ve——电极电压，V；
　　　V——电渗析槽电压，V。
　　 则
　　　　　　　V／I=（Vc+Vp+Ve）／I+R （2）
　　固定流速、水温等运行条件，改变电流数值，测定电渗析槽电压。
　　以1／I为横轴，V／I为纵轴作图，在极限电流密度处直线斜率有明显变化。可得重现性良好的尖锐峰值。
3.3 过滤系统的处理
3.3.1 予过滤器的处理
　　经检查发现进水侧有大量悬浮物，滤料上层10-15cm间隙有大量悬浮物截留（肉眼可见），而且滤料层高度不符合规范要求（接触双层滤料要求石英砂高度400-600mm，无烟煤高度400-600mm）。原石英砂高约300mm，无烟煤高度约400mm。采用更换部分被污染滤料，补足石英砂滤料高度至600mm（滤料装好运行24h后测浊度＜lmg/L）。
　　规定每天均须进行反冲洗操作，不定期检查出水浊度。
3.3.2 精密过滤器的处理
　　经检查，发现线绕式蜂房滤芯外侧可见有机悬浮物也很多。处理方法：采用清水冲洗、轻刷，除去黏附物。规定半个月拆洗一次，定期检查出水浊度。

4 结果

　　采用上述方法后至今未出现电渗析出水偏酸现象。减少了因水质不合格造成的药品损失，缩短了水处理不正常停车时间。为原料药和制剂药品生产提供了纯水水质保障。

参考文献：
　　［1］闻瑞梅，王在忠.高纯水技术［M］北京：科学出版社，1988.
　　［2］（日）井出哲夫，等.水处理工程理论与应用［M］.北京：中国建筑工业出版社，1986.

　　作者简介：周玲（1972-），女，助理工程师，1992年毕业于浙江工业大学浙西分校化学工程专业，目前在巨化集团公司制药厂工作。
　　收稿日期：2001-01-11