文_陈希书 张耀武 沈达 林涛 浙江沐源环境工程有限公司

相较于反渗透和纳滤等水透过而盐分留下的技术，电渗析技术是逐渐脱除盐类而得到浓度较低的溶液，具有连续操作、能量消耗低、药剂耗量少、环境污染小和水利用率高等优点，在环境、制盐、食品和化学药品等工业领域方面有广泛应用。

1 仪器与方法

1.1 实验设备

实验采用电渗析装置由浙江沐源环境工程有限公司提供。装置由三个循环系统组成，每个循环系统都包含有：水泵、水箱、流量计和压力表。料液通过循环泵打到电渗析的隔离室内，通过调节阀控制流量，确保料液室、浓缩室和极水室三室内的压力平衡。其中，电渗析膜堆为50 对膜，膜的尺寸为200mm×600mm，单片有效膜面积为0．832m2，总有效膜面积为4．16m2；PHSJ-3F 型pH 计，上海仪电科学仪器股份有效公司；DDS-307 电导率仪，上海仪电科学仪器股份有限公司。

1.2 电渗析设备操作过程

茶氨酸脱盐使用的是电渗析试验机设备，实验过程中的主要操作步骤为：首先，向水箱中相应的加入适量料液和去离子水；然后，微开料液、浓水的进口阀门，全开出口阀门，依次开启水泵，调节流量循环几分钟；接着，开启整流开关，再开启正相(或反相)，依据所贴标签相互对应，调节电压；稳定后，定期取样，测定电导率变化；结束时先关闭电压调节阀至0，再关闭正相(反相)，接着关闭整流开关，最后关闭泵。

1.3 电渗析脱盐率测定

在电渗析的脱盐过程中，反映脱盐效果好坏的指标是脱盐率的多少。脱盐率指的是在采用离子交换法或化学法去除水中阴、阳离子过程中，去除的量占原量的百分数。脱盐率受温度、离子种类、回收率、膜种类以及其他各种设计因素的影响。实验采用DDS-307 电导率仪测定样品不同时间内的电导率，脱盐率可以用式（1）表示。

其中R—脱盐率，%（即：可溶性杂质浓度的百分比）；Kf—溶液的初始电导率，mS/cm ；Kd—电渗析后的电导率，mS/cm。

1.4 电渗析脱盐处理茶氨酸的可行性

为了总体上考虑电渗析技术对茶氨酸连续脱盐的可行性，实验首先采用了20L茶氨酸料液进行拖延试验，考察了不同初始电导（1330μS/cm、2320μS/cm、3360μS/cm、4370μS/cm）下茶氨酸的脱盐效果，不同流速下（400L/h、500L/h）茶氨酸的脱盐效果，以及分析了实验过程中浓水补水与不补水两者之间茶氨酸的脱盐效果。

2 结果与讨论

本实验主要讨论料液在不同初始电导、不同流速下脱盐的可行性，以及对比浓水补水和不补水下的脱盐效果。

2.1 茶氨酸不同初始电导下脱盐效果

茶氨酸料液的成分比较复杂，除了目标茶氨酸外，还有较多的杂质和杂酸，为了研究其脱盐效果的可行性，选取4 种初始电导不同的茶氨酸料液进行电渗析脱盐实验。首先，向电渗析设备的料液箱中加入20L 茶氨酸料液；然后，向浓水水箱中加入20L 去离子水，使得两水箱含量为1：1；接着，打开阀门，调节料液和浓水流量均为500L/h，压力为0．01MPa，电压为50V，依次对初始电导为1330μS/cm、2320μS/cm、3360μS/cm、4370μS/cm 的料液进行脱盐处理。不同初始电导下的脱盐效果如图1 所示。

图1 不同初始电导下脱盐效果

从图1 可以看出，随着时间的增加脱盐率也呈逐渐增加的趋势，当脱盐率达到70%～80%时，脱盐率的变化趋于平缓，这主要是随时间的加长，料液室内含盐量不断减少，脱盐率增速也逐渐地变慢。另外，在不同初始电导率下，随初始电导率的增加，脱盐率所用时间也逐渐增加。不同初始电导率的料液随时间变化脱盐效果不同，当初始电导为1330μS/cm 时，经过50min 后，电导为193．2μS/cm，脱盐率达到85．5%；当初始电导为2320μS/cm 时，经过80min 后，电导为282μS/cm，脱盐率达到87．8%；当初始电导为3360μS/cm 时，经过140min后，电导为349μS/cm，脱盐率达到89．6%；当初始电导为4370 μS/cm 时，经过270min 后，电导为560μS/cm，脱盐率达到87．2%。由此结论可知，该实验在不同的初始电导率情况下，脱盐率都能达到85%左右，脱盐效果比较明显，具有可行性。

2.2 茶氨酸在不同流量下的脱盐效果

为了从整体上研究茶氨酸脱盐的可行性，在电渗析设备的压力为0．01MPa，电压为50V 的条件下，讨论不同流量（400L/h、500L/h）下茶氨酸的脱盐效果。茶氨酸不同流量下的脱盐效果如图2 所示。

图2 不同流量时的脱盐效果

从图2 可以看出，随着时间的增加脱盐率也逐渐增加，且在30min 后，其脱盐率逐渐趋于缓慢增加。另外，流量不同其脱盐率也不同，大流量下茶氨酸的脱盐率稍高于小流量下的脱盐率，且在两者达到相同脱盐率时，流量高的比流量低时所用的脱盐时间短。当流量为400L/h 时，脱盐150min 后，电导率由2870μS/cm 降至493μS/cm，脱盐率达到82．8%；当流量为500L/h 时，脱盐120min 后，电导率由3470μS/cm 降至360μS/cm，脱盐率达到89．6%。因此可知，在流量不同的情况下，脱盐率也能达到实验要求，且脱盐效果比较明显，该实验具有一定的可行性。

2.3 浓水补水与不补水过程脱盐效果

在电渗析脱盐的实验过程中，料液箱中的离子不断地进入到浓水箱中，使得浓水箱中离子含量不断增加，若浓水箱中的离子浓度较高时，会向料液室反向迁移，降低脱盐效果。因此，本实验讨论实验过程中浓水补水与不补水时的脱盐效果。首先，向电渗析设备的料液箱中加入20L 茶氨酸料液；然后，向浓水水箱中分别加入20L 或10L 去离子水，使得两水箱含量的比为1：1 或2：1（90min 时，向浓水箱中补充去离子水，使料液和浓水水箱含量为1：1）；接着，打开阀门调节料液和浓水流量均为500L/h，压力为0．01MPa，电压为50V，进行脱盐处理。脱盐效果如图3 所示。

图3 浓水补水时的脱盐效果

从图3 看出，随时间的增加脱盐率也逐渐增加。相较于不补水的实验过程，浓水补水过程中的脱盐率相对较高。当料液箱与浓水箱含量都为20L（中途不补水），脱盐250min 后，电导率由4290μS/cm 降至536μS/cm，脱盐率达到87．5%；当料液箱为20L，浓水箱含量都为10L（90min 时，向浓水箱中补充10L 去离子水，使料液和浓水水箱含量为1：1）时，脱盐180min 后，电导率由4330μS/cm 降至578μS/cm，脱盐率达到86．7%。当脱盐率相差不大，且脱盐效果较好时，浓水补水所用的时间较短。出现这种实验结果的原因是，用去离子水对浓水进行补充，使得浓水水箱中迁移过来的离子浓度降低，促使料液箱的离子正向迁移，提高脱盐率。因此，为了节省时间和节约能耗，实验过程中一般选择浓水补水手段进行实验。

3 结论

本实验证明采用电渗析技术对茶氨酸料液进行脱盐处理，具有较好的脱盐效果。集中不同初始电导率情况下脱盐时，脱盐率都能达到85%左右，脱盐效果比较明显；在流量不同的情况下，脱盐率也能达到实验要求，且脱盐效果比较明显，均具有一定的可行性。另外，浓水补水与不补水相比较，当脱盐率相差不大时，浓水补水所用的时间较短。因此，茶氨酸的电渗析脱盐过程整体是可行的。但是在实际应用的过程中，由于不确定因素较多，需要根据实际条件，来控制和调节各项参数。