日本電滲析的水的殺菌工藝

日本電滲析的水的殺菌工藝

本文主要介紹了日本20世紀(jì)90年代以來關(guān)于電滲分析的一些新的研究應(yīng)用和技術(shù)，以便于電滲分析在中國的研究和開發(fā)。1要求更為水的殺菌作為電滲析的主要用途之一的水的除鹽、淡化,已有很多報道,這里著重介紹日本近年來田中龍夫等人研制的一種新型的利用電滲析的水的殺菌法。水的殺菌,是涉及食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、電子工業(yè)、核工業(yè)等多個領(lǐng)域的必須操作之一。特別是制藥業(yè)的用水,其嚴(yán)格的分類和要求更為水的殺菌提出了更高的要求。電滲析殺菌法是旨在代替氯氣成為處理用水的一種新型實用滅菌方法,此法利用工作電流高于極限電流時引起的中性攪亂現(xiàn)象,即由于在陰、陽離子交換膜附近產(chǎn)生的H+和OH-兩者協(xié)同效應(yīng)進(jìn)行殺菌。中性攪亂現(xiàn)象在進(jìn)行物質(zhì)的濃縮和脫鹽時,會引起脫鹽效率的降低而被極力避免,但這種殺菌法卻積極的利用這一點達(dá)到強力的殺菌效果,其不僅對大腸桿菌,對于通常用過濾不能除去的發(fā)熱物質(zhì)(Pyrogen)也有失活效果。此法可以把內(nèi)毒素的除去和失活用同一裝置同時完成,防止了泄漏。當(dāng)原水是離子交換處理水時,第一階段進(jìn)行通常的電滲析脫鹽,第二階段提高電流密度達(dá)到殺菌的目的,第三階段再加大電流密度使內(nèi)毒素失活,無論其工藝如何進(jìn)行,都可以簡化制造過程。此法的工學(xué)解析也已有一定進(jìn)展,但其機理和工業(yè)化還需進(jìn)一步的研究。2陽離子交換膜工業(yè)廢水的處理是電滲析的主要應(yīng)用之一,主要有廢液、廢堿的處理,有害金屬的回收處理,貴金屬的回收,照片顯像液的再生等。電鍍工業(yè)漂洗水的處理是電滲析在廢液處理方面的主要應(yīng)用,這方面的相關(guān)報道有很多。氰系銅鍍液等可達(dá)到電鍍液濃度10倍左右的濃縮回收,在無電解不銹鋼電鍍液的回收時也可除去其中大部分雜質(zhì)。但用普通的單一的陰、陽離子交換膜很難能高效的使酸和金屬分離并濃縮回收,為此,用在陰離子交換膜上加一薄層陽離子交換膜的方法制造的質(zhì)子選擇性透過膜(其中有旭硝子(株)生產(chǎn)的商品名為HSV的質(zhì)子選擇透過性膜),具有排除金屬離子而使H+通過的特性,從而實現(xiàn)金屬與酸的分離,其對于電鍍廢水的回收再利用有很高的應(yīng)用價值。在烴系膜領(lǐng)域,最近開發(fā)的工程塑料樹脂素材的高性能膜正在推動廢酸回收再利用技術(shù)的進(jìn)步。目前國外對雙極膜電滲析的研究非?；钴S,雙極膜一般由陰離子交換樹脂層和陽離子交換樹脂層及中間界面親水層組成,在直流電場作用下,從膜外滲透入膜間的水分子即刻分解成H+和OH-,可作為H+和OH-的供應(yīng)源。雙極膜具有兩種特性,水解離和雙重電荷排斥性。目前,水解離和水壓滲技術(shù)已成為國外研究和開發(fā)的重點,以雙極膜為基礎(chǔ)的水分解過程目前研究非?；钴S,已成為電滲析工業(yè)中增長最快和潛力最大的市場。此技術(shù)在回收有害廢酸液方面特別有利,再生的酸、堿等可返回到前面的工序中再回收利用。水解離技術(shù)現(xiàn)已在化工過程中及回收利用方面得到了應(yīng)用,不銹鋼酸洗液的回收再生是水解離技術(shù)第一個實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的例子。芒硝廢液的再生,硝酸鈉和苛性鈉的混合廢液的再生,離子交換樹脂再生液的制造,有機酸的制造等方面也顯示其作用。關(guān)于這方面的綜述文章也有很多。水解離技術(shù)是電滲析技術(shù)發(fā)展的新的生長點,雙極膜是一種很有前途的新型離子交換復(fù)合膜,但國內(nèi)在這方面的研究還很少。3電滲析濃縮技術(shù)純水的制造一般多采用離子交換樹脂法,但在離子交換樹脂的再生過程中,會有含酸堿的廢水產(chǎn)生,1987年美國推出了第一臺商品化的填充床電滲析設(shè)備(也稱電去離子凈水技術(shù)),這種新型的離子交換樹脂與膜結(jié)合的設(shè)備,使產(chǎn)水率和產(chǎn)品水質(zhì)提高,能將水中離子去除到接近混床離子交換工藝所達(dá)到的水平。填充床電滲析的操作費用是最低的,且不會造成二次污染,其基建投資也較節(jié)省,目前是制造純水的一種較理想方法。在該過程中,離子交換樹脂顆粒填充在電滲析器的淡化室內(nèi),被離子交換樹脂吸附在電場力作用下,不斷遷移入濃縮室,這樣,離子交換樹脂不需要再生,而原料液中的離子幾乎可完全被除去。它結(jié)合離子交換樹脂和電滲析的優(yōu)點,相互彌補不足,實現(xiàn)連續(xù)的脫鹽工藝。為提高脫鹽效率和裝置的緊密性和小型化,可以把離子交換樹脂用放射線接枝聚合法制作的離子交換不織布代替,也有把壓濾型電滲析槽變成把離子交換體用電滲析膜隔開成漩渦狀卷成筒的螺旋型電滲析槽等。1995年,日本煉水(株)以離子交換纖維作為不織布開發(fā)生產(chǎn)了電滲析器CDS,在脫鹽室中填充離子交換纖維,其具有優(yōu)良的離子交換速度和比離子交換樹脂更優(yōu)良的貼附能力,它可用于高純水、飲料用水和醫(yī)藥用水的制造,具有廣泛的應(yīng)用前景。我國的電子工業(yè)已經(jīng)開始研究用填充床電滲析制取高純水,這種方法比原來的離子交換法簡單,水質(zhì)純度高,很有發(fā)展前途。4陽離子交換膜的利用電滲析用于食品工業(yè)近年來最有代表性的是在乳品工業(yè)的應(yīng)用,乳清含有豐富的蛋白質(zhì),乳糖,維生素及礦物質(zhì),采用電滲析部分脫鹽,可使其組成與人乳相近,用做嬰兒食品,是食品工業(yè)的最大市場。其主要的膜廠商有德山曹達(dá)、旭化成等。另外還有對乳酸菌的綜合利用的報告,從氨基酸與鹽的混合液中除無機鹽的報告等。20世紀(jì)80年代新型全氟離子膜在氯堿工業(yè)成功推出后引起了深刻的變化,其最大的用途就是食鹽電解?，F(xiàn)在,用離子交換食鹽電解技術(shù)制造的苛性鈉,是含水銀法、隔膜法在內(nèi)的總產(chǎn)量的24%,且此法具有節(jié)能、產(chǎn)品質(zhì)量好、無公害的優(yōu)點,有逐步取代傳統(tǒng)的汞法制堿的趨勢,我國也正在推廣應(yīng)用這項技術(shù)。近年來日本開發(fā)了以更加節(jié)能為目標(biāo)的新型交換膜。另外,由于氟系離子交換膜的優(yōu)良特性,各種電化學(xué)裝置上也有應(yīng)用。食鹽電解的時候也產(chǎn)生氯氣,其對于環(huán)保具有消極作用,因此有必要研究不產(chǎn)生氯氣的清潔制堿法。雙極膜法是其中之一,還有芒硝電解法,以及用氣體電極進(jìn)行鹽水解的HydrinaTM等。節(jié)能型電滲析是電滲析研究和發(fā)展的重點之一,其中有提高膜的耐溫性能而提高脫鹽效率的高溫電滲析,利用太陽能電滲析脫鹽也是一個很好的發(fā)展方向。日本有很多利用太陽能電池發(fā)出的直流電進(jìn)行鹽水淡水化或地下水脫鹽變成飲用水的工業(yè)化的例子。日本在海水濃縮制鹽方面一直在進(jìn)行著對同號離子選擇透過性膜理論和實用化的研究。近年來的顯著進(jìn)步之一,是開發(fā)了把陽離子性高分子電解質(zhì)的薄層穩(wěn)定的結(jié)合在陰離子交換膜表面的新型交換膜。解決了以前因長期操作或夏季海水溫度升高而引起的陽離子型高分子電解質(zhì)的脫落現(xiàn)象