日本电渗析的水的杀菌工艺

日本电渗析的水的杀菌工艺

本文主要介绍了日本20世纪90年代以来关于电渗分析的一些新的研究应用和技术，以便于电渗分析在中国的研究和开发。1要求更为水的杀菌作为电渗析的主要用途之一的水的除盐、淡化,已有很多报道,这里着重介绍日本近年来田中龙夫等人研制的一种新型的利用电渗析的水的杀菌法。水的杀菌,是涉及食品工业、医药工业、电子工业、核工业等多个领域的必须操作之一。特别是制药业的用水,其严格的分类和要求更为水的杀菌提出了更高的要求。电渗析杀菌法是旨在代替氯气成为处理用水的一种新型实用灭菌方法,此法利用工作电流高于极限电流时引起的中性搅乱现象,即由于在阴、阳离子交换膜附近产生的H+和OH-两者协同效应进行杀菌。中性搅乱现象在进行物质的浓缩和脱盐时,会引起脱盐效率的降低而被极力避免,但这种杀菌法却积极的利用这一点达到强力的杀菌效果,其不仅对大肠杆菌,对于通常用过滤不能除去的发热物质(Pyrogen)也有失活效果。此法可以把内毒素的除去和失活用同一装置同时完成,防止了泄漏。当原水是离子交换处理水时,第一阶段进行通常的电渗析脱盐,第二阶段提高电流密度达到杀菌的目的,第三阶段再加大电流密度使内毒素失活,无论其工艺如何进行,都可以简化制造过程。此法的工学解析也已有一定进展,但其机理和工业化还需进一步的研究。2阳离子交换膜工业废水的处理是电渗析的主要应用之一,主要有废液、废碱的处理,有害金属的回收处理,贵金属的回收,照片显像液的再生等。电镀工业漂洗水的处理是电渗析在废液处理方面的主要应用,这方面的相关报道有很多。氰系铜镀液等可达到电镀液浓度10倍左右的浓缩回收,在无电解不锈钢电镀液的回收时也可除去其中大部分杂质。但用普通的单一的阴、阳离子交换膜很难能高效的使酸和金属分离并浓缩回收,为此,用在阴离子交换膜上加一薄层阳离子交换膜的方法制造的质子选择性透过膜(其中有旭硝子(株)生产的商品名为HSV的质子选择透过性膜),具有排除金属离子而使H+通过的特性,从而实现金属与酸的分离,其对于电镀废水的回收再利用有很高的应用价值。在烃系膜领域,最近开发的工程塑料树脂素材的高性能膜正在推动废酸回收再利用技术的进步。目前国外对双极膜电渗析的研究非常活跃,双极膜一般由阴离子交换树脂层和阳离子交换树脂层及中间界面亲水层组成,在直流电场作用下,从膜外渗透入膜间的水分子即刻分解成H+和OH-,可作为H+和OH-的供应源。双极膜具有两种特性,水解离和双重电荷排斥性。目前,水解离和水压渗技术已成为国外研究和开发的重点,以双极膜为基础的水分解过程目前研究非常活跃,已成为电渗析工业中增长最快和潜力最大的市场。此技术在回收有害废酸液方面特别有利,再生的酸、碱等可返回到前面的工序中再回收利用。水解离技术现已在化工过程中及回收利用方面得到了应用,不锈钢酸洗液的回收再生是水解离技术第一个实现工业应用的例子。芒硝废液的再生,硝酸钠和苛性钠的混合废液的再生,离子交换树脂再生液的制造,有机酸的制造等方面也显示其作用。关于这方面的综述文章也有很多。水解离技术是电渗析技术发展的新的生长点,双极膜是一种很有前途的新型离子交换复合膜,但国内在这方面的研究还很少。3电渗析浓缩技术纯水的制造一般多采用离子交换树脂法,但在离子交换树脂的再生过程中,会有含酸碱的废水产生,1987年美国推出了第一台商品化的填充床电渗析设备(也称电去离子净水技术),这种新型的离子交换树脂与膜结合的设备,使产水率和产品水质提高,能将水中离子去除到接近混床离子交换工艺所达到的水平。填充床电渗析的操作费用是最低的,且不会造成二次污染,其基建投资也较节省,目前是制造纯水的一种较理想方法。在该过程中,离子交换树脂颗粒填充在电渗析器的淡化室内,被离子交换树脂吸附在电场力作用下,不断迁移入浓缩室,这样,离子交换树脂不需要再生,而原料液中的离子几乎可完全被除去。它结合离子交换树脂和电渗析的优点,相互弥补不足,实现连续的脱盐工艺。为提高脱盐效率和装置的紧密性和小型化,可以把离子交换树脂用放射线接枝聚合法制作的离子交换不织布代替,也有把压滤型电渗析槽变成把离子交换体用电渗析膜隔开成漩涡状卷成筒的螺旋型电渗析槽等。1995年,日本炼水(株)以离子交换纤维作为不织布开发生产了电渗析器CDS,在脱盐室中填充离子交换纤维,其具有优良的离子交换速度和比离子交换树脂更优良的贴附能力,它可用于高纯水、饮料用水和医药用水的制造,具有广泛的应用前景。我国的电子工业已经开始研究用填充床电渗析制取高纯水,这种方法比原来的离子交换法简单,水质纯度高,很有发展前途。4阳离子交换膜的利用电渗析用于食品工业近年来最有代表性的是在乳品工业的应用,乳清含有丰富的蛋白质,乳糖,维生素及矿物质,采用电渗析部分脱盐,可使其组成与人乳相近,用做婴儿食品,是食品工业的最大市场。其主要的膜厂商有德山曹达、旭化成等。另外还有对乳酸菌的综合利用的报告,从氨基酸与盐的混合液中除无机盐的报告等。20世纪80年代新型全氟离子膜在氯碱工业成功推出后引起了深刻的变化,其最大的用途就是食盐电解。现在,用离子交换食盐电解技术制造的苛性钠,是含水银法、隔膜法在内的总产量的24%,且此法具有节能、产品质量好、无公害的优点,有逐步取代传统的汞法制碱的趋势,我国也正在推广应用这项技术。近年来日本开发了以更加节能为目标的新型交换膜。另外,由于氟系离子交换膜的优良特性,各种电化学装置上也有应用。食盐电解的时候也产生氯气,其对于环保具有消极作用,因此有必要研究不产生氯气的清洁制碱法。双极膜法是其中之一,还有芒硝电解法,以及用气体电极进行盐水解的HydrinaTM等。节能型电渗析是电渗析研究和发展的重点之一,其中有提高膜的耐温性能而提高脱盐效率的高温电渗析,利用太阳能电渗析脱盐也是一个很好的发展方向。日本有很多利用太阳能电池发出的直流电进行盐水淡水化或地下水脱盐变成饮用水的工业化的例子。日本在海水浓缩制盐方面一直在进行着对同号离子选择透过性膜理论和实用化的研究。近年来的显著进步之一,是开发了把阳离子性高分子电解质的薄层稳定的结合在阴离子交换膜表面的新型交换膜。解决了以前因长期操作或夏季海水温度升高而引起的阳离子型高分子电解质的脱落现象