大摩登录测速-大摩代理注册-大摩4招商电渗析法是以电位差为推动力的膜分离法，用于从水溶液中脱除离子，主要用于苦咸水脱盐或海水淡化。其膜是导电膜，即阳离子交换膜和阴离子交换膜。

　　以压力差为推动力的膜分离法，根据溶质粒子的大小及膜的结构性质(超滤膜、纳滤膜、反渗透膜等)，又可分为超滤、纳滤、反渗透等。反渗透法可用于溶剂的纯化和溶液浓缩。反渗透法大部分应用于水的纯化．主要是苦咸水脱盐或海水淡化。反渗透法的另一个重要应用为制备高纯水。

　　膜是分离技术的核心。膜材料的化学性能、结构对膜分离法起着决定性的作用；一般是高分子材料制成的膜，有纤维素膜、芳香聚酰胺类膜、杂环类膜、聚砜类膜、聚烯烃类膜和含氟高分子膜等。

　　膜分离法的特点：① 不发生相变、常温进行、适用范围广(有机物、无机物等)、装置简单、易操作和易控制等。②膜法水处理具有适应性强、效率高、占地面积小、运行经济的特点。所以，国内外已把电渗析法、反渗透法或膜分离法与离子交换相结合的方法应用于锅炉水处理。

　　电渗析是膜分离技术的一种，它是在直流电场作用下，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，把电解质从溶液中分离出来，从而实现溶液的淡化、浓缩、精制或纯化的目的。

　　电渗析的进展：对电渗析基本概念的研究始于20世纪初，采用动物皮、膀胱膜或人造纤维、羊皮纸等进行实验室研究，但无工业应用价值；随着合成树脂的发展，1950年，朱达试制出具有高选择性的阴、阳离子交换膜后，才奠定了电渗析技术的实用基础；1954年美、英等国将电渗析首先用于生产实践中，淡化苦咸水、制备工业用水和饮用水。此后，电渗析技术逐步引入中东和北非。1959年起，前苏联也开始研究和推广应用。日本主要利用电渗析法浓缩制盐，1969年日本国内食盐有30％是用离于交换膜电渗析法生产的，1970年才将电渗析技术用于苦咸水淡化。

　　渗析是最早被发现和研究的一种膜分离过程，它是一种自然发生的物理现象。当两种不同浓度的盐水用一张渗析膜（半透膜或离子交换膜)隔开时，浓盐水中的电解质离子就会穿过膜扩散到稀盐水中去，这种过程称为渗析过程，亦称扩散渗析。渗析过程的推动力是浓度梯度，因此又称浓差渗析。

　　渗析过程是缓慢进行的，随着盐分浓度梯度的降低．盐的扩散也逐渐减少，直到膜两边浓度相同，建立了平衡，盐分的迁移也就完全停止。

　　浓差渗析回收酸见图4-2。料液中由于H2SO4 和FeSO4 的浓度高，其中Fe2+、H+、SO42-均有向渗析液H2O中扩散的趋势，由于使用阴离子交换膜作渗析膜，因此理论上阴膜只允许SO42- 透过膜进入渗析液，而H+ 离子由于水合离子半径小，迁移速度快，故也能透过膜迁移到渗析液中。 H+和1/2SO42-等摩尔透过膜，以保持溶液的电中性。但是Fe2+ 离子则不透过阴膜。经过一段时间的渗析后，料液中的 H2SO4 即进入渗析液中，实现了 FeSO4和 H2SO4的分离，即可实现回收废硫酸的目的。

　　电渗析过程是电解和渗析扩散过程的组合。电渗析制取淡水的基本过程：利用离子交换膜的选择透过性，即阳膜理论上只允许阳离子通过，阴膜理论上只允许阴离子通过，在外加直流电场作用下，阴、阳离子分别往阳极和阴极移动，它们最终会于离子交换膜，如果膜的固定电荷与离子的电荷相反，则离子可以通过，如果它们的电荷是相同的．则离子被排斥，从而可以制得淡水。电渗析运行时可能发生的过程见图4-3。

　　离子交换膜具有选择透过性。反离子迁移是电渗析运行时发生的主要过程，也就是电渗析的除盐过程，反离子迁移效应大于0.9。

　　与膜上固定基团所带电荷相同的离子穿过膜的现象。即浓水中阳离子穿过阴膜，阴离子穿过阳膜，进入淡室的过程，就是同名离子迁移。

　　这是由于离子交换膜的选择透过性不可能达到100％。当膜的选择性固定后，随着浓室盐浓度增加，这种同名离子迁移影响加大。

　　由于膜两侧溶液浓度不同，在浓度差作用下，电解质由浓室向淡室扩散，扩散速度随浓度差的增高而增大。

　　在电渗析过程中，由于淡室水浓度低，基于渗透压的作用，会使淡室的水向浓室渗透。

　　反离子和同名离子，实际上都是以水合离子形式存在，在迁移过程中携带一定数量的水分子迁移，这就是水的电渗透。随着溶液浓度的降低，水的电渗透量急骤增加。

　　当浓室和淡室存在着压力差时，溶液由压力大的一例向压力小的一侧渗漏，称为水的压渗，因此操作时应保持两侧压力基本平衡。

　　电渗析运行时，由于电流密度相液体流速不匹配，电解质离子未能及时地补充到膜的表面，而造成淡室水的电离生成H+和0H-离子，它们可以穿过阳膜和阴膜。

　　– 水的电离会使耗电量增加，导致浓室极化结垢，从而影响电渗析的正常远行。

　　因此必须选择优质离子交换膜和最佳的电渗析操作条件，以便消除或改善这些次要过程的影响。

　　把阳离子交换膜和阴离子交换膜交替排列于正负两个电极之间，并用特制的隔板将其隔开，组成脱盐(淡化)和浓缩两个系统。

　　当向隔室通入盐水后，在直流电场作用下，阳离子向阴极迁移，阴离子向阳极迁移，但由于离子交换膜的选择透过性，而使淡室中的盐水淡化，浓室中盐水被浓缩，实现脱盐目的。

　　阳极反应有氧气和氯气产生，氯气溶于水又产生HCl及初生态氧[O]，阳极呈酸性反应，应当注意阳极的氧化和腐蚀问题。

　　在阴极室由于H+离子的减少，放出氢气，极水呈碱性反应，当极水中含有Ca2+、Mg2+和CO32-等离子时，会生成CaCO3和Mg(OH)2等沉淀物，在阴极上形成结垢。

　　在极室中应注意及时排除电极反应产物，以保证电渗析过程的安全运行，考虑到阴膜容易损坏，并为了防止Cl-离子透过阴膜进入阳极室，所以在阳极附近一般不用阴膜，而改用阳膜或惰性多孔保护膜。

　　电渗析除盐过程中，只是用电能来迁移水中的盐分，而大量的水不发生相的变化，其耗电量大致与水中的含盐量成正比，尤其是对含盐量为数千mg/L的苦咸水，其耗电量更低。

　　常规的离子交换处理水时，树脂失效后需用酸、碱进行再生，再生后生成大量酸、碱再生废液，水洗时还要排放大量酸、碱性废水。

　　电渗析法处理水时，仅酸洗时需要少量的酸。因此电渗析法是耗用药剂少，环境污染小的一种除盐手段。

　　电渗析除盐可按需要进行调节。产水量可按需要从每日几m3至上万m3变化。可根据设计一台电渗析器中的段数、级数或多台电渗析器的串联、并联或不同除盐方式(直流式、循环式或部分循环式)来适应。

　　电渗析器一般是控制在恒定直流电压下运行，不需要通过频繁地调节流速、电流及电压来适应水质、温度的变化。因此，容易做到机械化、自动化操作。

　　电渗析器是用塑料隔板、离子交换膜及电极组装而成，其抗化学污染和抗腐蚀性能均良好，隔板相膜多层更加在一起，运行时通电即可制得淡水，因此设备紧凑耐用。

　　由于电渗析中水流是在膜面平行流过，而不需透过膜，因此进水水质不像反渗透控制的那样严格，一般经砂滤即可，相对而言预处理比较简单。

　　电渗析器运行时，浓水和极水可以循环使用，与反渗透相比，水的利用率较高，可达到70％～80％，国外可高达90％。废弃的水量少，再利用和后处理都比较简单。

　　电渗析只能除去水中的盐分．而对水中有机物不能去除，某些高价离子和有机物还会污染膜。电渗析运行过程中易发生浓差极化而产生结垢(用频繁倒极电渗析可以避免)，这些都是电渗析技术较难掌握而又必须重视的问题。

　　与反渗透相比，由于它的脱盐率较低，装置比较庞大且组装要求高，因此它的发展不如反渗透快。

　　在电渗析器中，一张阴膜、淡水隔板、阳膜、浓水隔板组成一个膜对，若干膜对组合成膜堆；一对电极之间的膜堆称为一级，淡水水流方向相同的膜堆称为段。

　　根据对水量和水质的要求，可采用一级一段、多级一段、一级多段和多级多段的不同组合方式。

　　离子交换膜，又称离子选择透过性膜。它是由对离子具有选择透过性的高分子材料制成的薄膜。

　　阳离子交换膜(简称阳膜)：强酸性磺酸型阳膜，活性基团为-SO3H或-SO3Na等，其反离子为H+或Na+等；

　　阴离子交换膜(简称阴膜)：强碱性季铵型阴膜，活性基团为-N(CH3)3OH或-N(CH3)3Cl等，其反离子为OH-和Cl-等。

　　离子交换膜是一种高聚物电解质薄膜，当浸入电解质溶液后，其中的活性集团在溶剂的作用下发生离解：

　　产生的反离子进入水溶液，在膜上留下带有一定电荷的固定基团。由于磺酸基团和季铵基团具有亲水性，使膜在水中溶胀，膜体结构变松，从而形成细微、弯曲和贯通膜两面的通道，使通道中留下带有一定电荷的固定基团而形成内电场。在外电场作用下，由于内电场存在．离子交换膜只允许与其内电场电荷相反的离子通过，而与内电场电荷相同的离子不能通过。离子交换膜的这种选择透过性，是电渗析除盐的基础。

　　(3) 离子交换膜是电渗析器中的关键材料，故对离子交换膜的物理、化学和电化学性能有一定的要求：

　　阳离子交换膜对阳离子的选择性迁移数应大于0.9，对阴离子迁移数应小于0.1。

　　无论是同名离子迁移，还是浓差扩散及水的各种渗透过程，都不利于水的脱盐，或引起脱盐率下降。

　　膜应光滑平整，无针孔，厚度均匀。在受到一定压力或拉力时，不会发生变形裂纹，具有较高的机械强度和韧性。

　　膜的电阻应小于溶液的电阻，否则由膜本身所引起的电压降增大不利于最佳电流条件，使电渗析效率下降。

　　组装前对膜的处理：将膜放在操作溶液中浸泡24～48小时，使之与膜外溶液平衡，然后才裁减打孔。

　　它置于阳膜、阴膜之间，起着分隔和支撑阳膜、阴膜的作用，并形成水流通道，构成浓、淡水室。隔板上有进出水孔、配水槽和集水槽、流水道。

　　隔板材料为聚氯乙烯、聚丙烯、合成橡胶等非导体材料，能耐酸碱腐蚀，尺寸稳定具有一定的弹性，以便于密封。

　　a.有回路隔板：依靠弯曲而细长的通道，达到以较小流量提高平均流速的效果，并且在膜面引起搅动，产生紊流现象。一般只有一个进水孔和一个出水孔。水流从一个进水孔经配水槽进入隔板，在流水道中来回流动，从另一出水孔流出，因此又称为折流式隔板。它多用于水量少而除盐要求较高的水处理中。

　　b.无回路隔板：使液体沿整个膜面流动，利用不同形式的隔网使液流产生紊流。水流是由一个或多个进水口经配布水槽直线地流过隔板，再由对应的出水口流山，又称直流式隔板。它多用于水量大而除盐要求不高的水处理场合。

　　向电渗析器输入直流电，并将浓淡水引入膜堆，以及送入和引出极水。极区由电极、导水板和极水室组成。

　　① 电极：电极放在膜堆两端，连接直流电源后，阳极与阴极间产生的电位差成为电渗析的推动力。

　　电极材料有钛涂钌、石墨、不锈钢等。[Cl-]＜100mg/L时用1Cr18Ni9Ti； [Cl-] ＞100 mg/L时用钛涂钌电极或经过防腐处理过的细晶粒石墨电极。

　　电极应具备的条件：化学和电化学稳定性好；导电性好，电阻小；机械性能好，便于加工和装卸；价格便宜。

　　③极水室：由供极水流动的隔板构成，对极水室的要求是极水畅通，并能及时排去电极反应产生的气体和沉淀物，这也是电渗析过程进行的必要条件。

　　用来夹极室、保护室极膜堆的装置，其作用是使电渗析器在运行时，不致于产生水的内漏和外漏现象。有钢板或槽钢组合板或铸铁压板两种。钢板或槽钢组合板用螺杆锁紧；铸铁压板也可用液压锁紧。

　　采用无级调压硅整流器或可控硅整流器，直流输出应有正、负极开关，或自动倒电极装置。整流器容量(输出电压和电流的额定值)是根据电渗析器所需操作参数选定，并要有一定裕度，一般直流输出电压和电流比正常工作时大两倍左右。

　　应设置浓、谈、极水进出口的流量计和压力表；电流、电压表及电导仪、pH计等。有条件时，可安装在线检测仪器自动测量、记录和控制、报警等系统。新型的频繁倒极电渗析器(EDR)，对水流和电流都安装了控制和保护系统，可以定时自动倒换电极极性，同时相应地切换浓、淡水的阀门，并在发生故障时发出信号，将其停运。

　　选择经济合理的电渗析工艺系统(即除盐方式)，是设计电渗析除盐水处理工艺的一个重要部分。一般应根据原水水质、用水水量、用水水质要求等，通过技术经济比较后确定。

　　（1）直流式除盐：原水流经一台或多台串联的电渗析器后，即能达到要求的水质。适用于产水量和原水浓度恒定的条件。该法的优点是可连续制水、管道简单；缺点是定型设备的出水水质随原水含盐量而变。

　　将原水在电渗析器和水箱中多次循环，以达到所需出水的水质。优点是不论原水浓度如何变化，都可以将原水处理到要求的任一水平，且流速大，除盐速度快，电渗析器体积小。其缺点是需设置循环水泵和水箱，只能间歇供水，电耗大。适用于制水量小，原水含盐量高，出水水质要求高的小型装置。

　　是直流式和循环式除盐相结合的一种方式。在部分循环式除盐工艺系统中，电渗析器的出口淡水分成两路，一路连续出水供用户使用；另一路返回电渗析器与水相中水相混，继续进行除盐。其特点是用定型设备，可适应不同水质和水量的要求。在原水含盐量变化时，可调节循环量去保持出水水质稳定，但系统较复杂，电耗大。适用于大规模的水处理系统。

　　电渗析一般用于含盐量较高的苦咸水、高硬度水的部分除盐，以作深度除盐的顶处理。

　　由于电渗析法除盐有其适用范围，在应用中，应根据原水水质和除盐水水质要求，与离子交换水处理技术等相结合，使其在水处理工艺中各自发挥其优势，以达到合理的技术经济效果，并能稳定运行。其常用的组合除盐水处理系统如下。

　　其组合原理是根据电渗析制水时，当其水的电阻率为20×104 Ω·cm以上时，电渗析器易极化而无法继续适应；反之，离子交换却能适应处理低含盐量的水，可以制取高纯水。所以在这种组合水处理系统中，电渗析作为离子交换水处理的前级处理，用以去除原水中的绝大部分(60％～90％)盐分，剩下的少部分盐份再由离子交换进一步去除，即可制取除盐水。

　　根据对除盐水用水的水质要求，离子交换可以是单床、复床、混合床或其他不同的组合形式。这种系统特点是保证出水水质高，系统运行稳定，再生剂耗用少．对原水含盐量变化的适应性强，适用于苦咸水或沿海地区受海水倒灌影响的情况。

　　这种组合除盐系统在电渗析器之前设置离子交换器(钠型离子交换器)，其目的是去除原水中易结垢的硬度离子(钙、镁)，防止在电渗析器内产生沉淀结垢，降低除盐率，而影响正常运行。

　　这种组合系统中，在电渗析前后均有离子交换软化处理，这是因为预软化可以防止电渗析器中的结垢、堵塞，提高电渗析的除盐效率；电渗析后的离子交换软化处理，可进一步降低水中的硬度和相对碱度，以保证中、低压锅炉给水的水质。

　　苦咸水及海水淡化、海水浓缩制盐、纯水的制备、工业废水的处理（A.电镀废水；B.造纸工业废水；C.重金属废水）、放射性废水、离子隔膜电解、在其它方面极化和极限电流密度

　　膜的极化：在电渗析运行过程中，由于反离子在膜内迁移速度大于在溶液中的迁移速度，因而淡水室膜面的溶液浓度下降，并与主体溶液形成浓度梯度。当工作电流增至一定值时，淡水室膜面的溶液浓度几乎下降为零，致使水分子大量电离，使H+和OH-一起传递电流的作用，这一现象称为极化。

　　当淡水室膜面的溶液浓度为零，则此时的工作电流称为极限电流。极限电流与膜的有效面积之比值称为极限电流密度(ilim)，计算如下：

　　式中：ilim --极限电流密度，A/cm2； t- --离子在膜中的迁移数；

　　t --离子在溶液中的迁移数；c --淡水室中水的对数平均含盐量,mmol/L；

　　m与k可通过试验求得。有关试验表明，在设备、水温、水质确定时，v 在5～20cm/s范围内，m与k是常数。在使用同种离子交换膜时，m、k值越大的电渗析装置可获得较高的除盐率。

　　电极的浓差极化，是由于电极反应放电时放电离子在电极表面层的浓度低于电极液中的浓度。

　　原水预处理的目的是为了避免因电渗析设备堵塞和膜污染而引起的电渗析器脱盐率下降、产水量降低和能耗增大。为此应对进水采取相应的预处理措施，控制电渗析器的进水水质指标达到下列要求：

　　电渗析器运行中的操作参数包括流速、压力、电压、电流、进水水质、倒极时间间隔和酸洗周期等。如果浓水是循环利用的，还要确定浓水的循环比例。为了保证电渗析器合理、安全、有效地运行，确定合理的操作参数是非常重要的。

　　淡水室流速过低，会造成微量悬浮物沉积，阻力损失增大，各隔室配水不均，膜和水流界面处的扩散层过厚，易产生局部极化。但流速也不可过大，这样会造成设备漏水和变形，出水水质下降，动力消耗增大。

　　一般流速5～10cm/s，进水压力不超过0.3MPa为宜。进水压力过高，会使膜对变形、漏水；进水压力过低，水流速度就降低；

　　在确定适当的流速下，需要确定在什么直流电压下运行。这个电压参数的选取，应为与其相对应的工作电流为极限电流的70%～90%时的电压为宜，使其能防止产生极化而造成电流效率降低和结垢。当原水含盐量、硬度和有机物含量高时取低值，反之则取高值。

　　电渗析器运行时是控制直流电压而不是控制工作电流。电渗析器有一个电压的限值，它是由水温、浓度、膜对尺寸和内管道面积确定的。电压超过限值，将有过大电流由电极通过邻近的膜传到浓水管道，产生足够的热面损坏电极附近的隔板和膜。另一方面由于随运行时间的增加，膜对电阻会有所上升，使电流下降，若为控制一定电流，必定要升高电压．这样易超过电压的限值。

　　定期切换电极，即定期改变电极的极性，使浓、淡水室切换。此时由于极性的交换，离子迁移方向也改变了，这样在原阴膜浓水侧生成的少量水垢在变换成淡水室后，会逐渐溶解，而在另一面沉积起来。定期倒换电极，造成了沉淀水垢的不稳定状态，可起到减轻结垢的作用。应根据水质和工艺操作条件，确定定时倒换电极的时间间隔，一般倒换电极的周期为l～4h。

　　频繁倒极电渗析是每15～30min自动倒换电极一次，并自动地操作进出水口阀门使浓、淡水流自动切换。

　　采用倒极后，一般能使下降的除盐率得到恢复，但运行一断时间后，除盐率仍有下降趋势，可能是由于局部极化、有机物污染和泥浆沉积等原因。对于这种情况应辅以酸洗和反冲洗去消除这种影响。

　　酸洗通常用1%～2%盐酸进行循环清洗0.5～1h，再用水清洗至出水呈中性。

　　用电渗析法淡化、脱盐时，要排掉几乎和淡水体积相等的浓水和少量的极水。为了提高水的利用率，通常采用浓水循环的方法。所谓浓缩倍率就是浓水含盐量与原水含盐量之比。由物料平衡原理，可得浓缩倍率公式如下

　　K值的确定应以保证浓水系统不形成碳酸盐和硫酸盐垢为原则,同时也不显著降低电流效率，应根据原水水质和所用的膜，通过试验确定。

　　浓缩倍率的控制是通过改变给水的补充量来达到的。我国浓缩倍率一般为4～5，水的利用率为75%～85%。

　　重视电渗析器各部件的选材和加工，组装时应装齐装平。锁紧时要用力均匀，对于膜对数较多的装置可采用分次组装或分次压紧的办法。运行时应严格操作规程。对已变形部件和不合格部件要更换。

　　应设置必要的预处理装置和反冲洗系统，在进水管道中设排污阀，防止启动时将管道内的杂质带入电渗析器中；运行时应采取防止极化的措施。

　　一般电渗析器正常运行中，淡水水质有一定的下降倾向，通过倒极和定期酸洗可使除盐率回升。而运行中水质突然下降，或除盐率明显降低则应视为故障，水质下降的主要原因如下：

　　(1) 工作电压过高或倒极、酸洗周期太长，致使严重极化，造成膜 面沉积水垢，膜堆电阻增加，工作电流下降；

　　(2) 预处理不当，进水带入的沉积物会使水流阻力上升，膜电阻增加．从而影响水质，进水中有机物对膜的污染以及细菌微生物的生长也会造成类似的结果；

　　(3) 离子交换膜使用时间过长，或由于其他原因，如进水中氧化物质的作用，膜已老化，膜电阻增加；

　　(4) 组装时膜与隔板装错，运行中膜的损坏造成浓、淡水互漏，同时电流效率也下降；

　　电渗析器运行后，由于膜的质量原因，膜会出现胀缩，通常是阳膜缩短，阴膜变长，

　　胀缩太大，则可用纯水浸泡阳膜使其伸展：阴膜可用稍浓盐水浸泡使其收缩后，再行组装。

　　我国从1985年也发展了自己的EDR系统．1988年我国还引进了美国Ionics 公司的两套50m3/h的EDR。EDR的出现是电渗析技术的一次重大突破，大大推动了电渗析技术的发展，扩展了它的应用领域。

　　ED法由于结垢问题，因此发展速度缓慢。EDR的原理和BD法基本是相同的，只是在运行过程中，EDR每隔一定的时间(一般为15～20min)，正负电被极性相互倒换一次(国内电渗析器一般2～4h倒换一次)，因此称现行的倒极电渗行为频繁倒极电渗析。

　　它能自动清洗离子交换膜和电极表面形成的污垢，确保离子交换膜效率的长期稳定性及淡水的水质相水量。

　　又称电脱离子法(Electrodeio-nizationo简称EDI)．它是将电渗析法与离子交换法结合起来的一种新型水处理方法。

　　利用电渗析过程中极化现象对离子交换填充床进行电化学再生，它巧妙地集中了电渗析与离子交换这两种方法的优点，并且克服了它们的缺点，即电渗析过程的极化现象和离子交换的化学再生过程。

　　一般水中含盐量为50～15000mg/L时都可使用，而对含盐量低的水更为适宜。这种方法基本上能够除去水中全部离子，所以它在制备高纯水及处理放射性废水方面有着广泛的用途。

　　简单的三隔室电渗析器，中间淡水室装有混合阴、阳 离子交换树脂或装填离子交换纤维等．两边是浓室(与极室在一起)。填充床电渗析的原理见图4-6。

　　a．电渗析过程：在外电场作用下，水中电解质通过离子交换膜进行选择性迁移，从而达到去除离子的作用。

　　b．离子交换过程：此过程靠离子交换树脂对水中电解质离子的交换作用，达到去除水中的离子。

　　c．电化学再生过程：利用电渗析的极化过程产生的H+离子和0H-离子及树脂本身的水解作用对树脂进行电化学再生。

　　高温电渗析的优点在于能使溶液的粘度下降，提高扩散速度，溶液和膜的电导增大，从而可以提高允许电流密度，提高设备的生产能力，或者降低动力消耗，从而降低处理费用。