1
电渗析概念与原理
1.1 概念
利⽤半透膜的选择透过性来分离不同的溶质粒⼦的⽅法称为渗析。在电场作⽤下进⾏渗析时，溶液中的带电的溶质粒⼦通过膜⽽迁移的现象称为电渗析。利⽤电渗析进⾏提纯和分离物质的技术称为电渗析法，它是20世纪50年代发展起来的⼀种新技术，最初⽤于海⽔淡化，现在⼴泛⽤于化⼯、轻⼯、冶⾦、造纸、医药⼯业，尤以制备纯⽔和在环境保护中处理三废最受重视，例如⽤于酸碱回收、电镀废液处理以及从⼯业废⽔中回收有⽤物质等。 非法请求1.2 原理
电渗析基本⼯作原理是在直流电场的作⽤下，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。电渗析原理图如图1-1所⽰。 +
电渗析装置通常由离⼦交换膜、电极和夹紧装置三部分组成。电渗析过程的实质是电解质离⼦在两股液流间的传递，其中⼀股液流失去电解质，成为淡化液，另⼀股液流得到电解质，成为浓缩液。因此，电渗析过程脱盐溶液中的离⼦以两个基本条件为依据：
1. 在直流电场的作⽤下，使溶液中的阴、阳离⼦作定向移动；
数据库探针2. 离⼦交换膜的选择透过性使溶液中的离⼦作反离⼦迁移。
电渗析⼯艺的电极和膜组成的隔室称为极室，其中发⽣的电化学反应与普通的电极反应相同。阳极室内发⽣氧化反应，阳极⽔呈酸性，阳极本⾝容易被腐蚀。阴极室内发⽣还原反应，阴极⽔呈碱性，阴极上容易结垢。
2
⽂献报道及专利申请状况
2.1 专利申请情况
利⽤中国知⽹对近⼗年内电渗析技术⽤于处理含酸/碱溶液的专利申请情况进⾏了检索并汇总（国内专利），结果如图2-1所⽰。
+
从检索结果可知，有关电渗析技术在含酸/碱溶液⽅⾯的应⽤，申请的专利很少。近⼗年来，电渗析在酸液废⽔中应⽤的专利⼤概有19项，⽽电渗析在碱液废⽔中的应⽤⼤概有22项，并且电渗析在碱液废⽔中应⽤的相关专利是在近5年内才出现的。
2.2 ⽂献发表情况
利⽤中国知⽹对近⼗年内电渗析技术⽤于处理含酸/碱溶液的⽂章发表情况进⾏了检索并汇总（国内期刊），结果如图2-2所⽰。
+
+
从检索结果可知，有关电渗析技术在含酸/碱溶液⽅⾯的应⽤，发表的⽂章也不多，但呈现出增多的趋势。
以上结果说明电渗析技术在含酸/碱废⽔中的应⽤属于新技术，可以作为⼯业⽔处理的储备和前瞻性技术。焊锡线
mppt算法3
电渗析技术的各种应⽤
3.1 中⾼温电渗析⼯艺
电渗析器进⽔温度对脱盐率的影响很⼤。随温度升⾼，⽔的黏性下降，从⽽⽔中离⼦的扩散加快，膜及溶液的电导率上升，有利于离⼦迁移和透过离⼦交换膜，从⽽提⾼电流密度，降低处理费⽤，增加脱盐率。但温度的升⾼上限还要由电渗析器的耐受程度决定，当温度升⾄40-50℃时，阴离⼦交换膜易分解，聚氯⼄烯隔板也易变形。此外，⽔温低于5 ℃时，电渗析脱盐率明显下降，且接近损坏离⼦交换膜的温度。所以电渗析器温度⼀般控制在5-40 ℃的中⾼温范围内。
3.2 倒极电渗析（EDR）⼯艺
EDR⼯艺是我国根据ED原理于1982年研制成功的⼀种新⼯艺，它每隔⼀定时间（⼀般为15-20 min），倒换正负电极极性（频繁倒极），这样能⾃动清洗离⼦交换膜和电极表⾯的污垢，确保淡⽔的⽔质⽔量、离⼦交换膜稳定运⾏和浓⽔排放量最少，倒极电渗析原理如图3-1所⽰。
+
EDR系统是由电渗析本体、整流器及⾃动倒极系统三部分组成，其倒极操作程序如下：
1. 转换直流电源电极的极性，使浓、淡室互换，离⼦流动反向进⾏；
2. 转换进出⽔阀门，使浓、淡室的供排⽔系统互换；
3. 极性转换后持续1-2min，将不合格淡⽔归⼊浓⽔系统，然后浓、淡⽔各⾏其路，恢复正常运⾏
3.3 双极膜电渗析(EDMB)⼯艺
EDMB⼯艺是⼀种独特的电渗析过程。它通常由阳离⼦和阴离⼦交换膜叠合在⼀起形成，这两种膜的通道构成⼀个含⽔的中间层，在电场的作⽤下，⾸先将可能存在的离⼦迁移出中间层，然后通过解离⽔的作⽤在膜的阴、阳两侧分别产⽣H+ 离⼦和OH- 离⼦。其最⼤的特点是可与其他阴离⼦交换膜、阳离⼦交换膜进⾏巧妙组合，组成许多独具特点的双极膜电渗析⼯艺。与电解脱⽔法相⽐，能耗⼤⼤降低，并能从盐溶液中⽣成等摩尔的酸和碱，所以此技术可⽤于废酸、废碱等物质的再⽣和利⽤，降低物质和能源的消耗，减低废物排放，消除环境污染以及为某些酸和碱的分离与制备提供新的途径，双极膜电渗析的图原理如图3-2所⽰。热熔铜螺母
+
3.4 填充床电渗析(EDI) ⼯艺
aveee填充床电渗析⼜称电脱离⼦法，是将离⼦交换膜与离⼦交换树脂有机地结合在⼀起，在直流电场的作⽤下实现除去⽔中已电离的或可电离的物质的⼀种新型⽔处理技术。它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连续脱盐与离⼦交换树脂深度脱盐这两种⽅法的优点，并且克服了它们的缺点，即电渗析过程的浓差极化现象和离⼦交换的化学再⽣过程。⼀般⽔中含盐量为(50-15000 mg/L )时都可使⽤，⽽对含盐量低的⽔更为适宜。这种⽅法基本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。EDI过程原理如图3-3所⽰。
+
3.4 离⼦交换膜为基础的电渗析技术及应⽤
以离⼦交换膜为基础的电渗析技术及应⽤如表3-1所⽰。
+
4
电渗析技术在废⽔处理⽅⾯的应⽤
电渗析技术⾃20世纪50年代问世以来, 已有近50多年历史。⽬前电渗析技术已⼴泛应⽤于海⽔淡化、苦咸⽔淡化、超纯⽔制备、⼯业废⽔回收再利⽤, 以及化⼯过程中的物质分离、浓缩、提纯、精制等，例如⽤电渗析法处理若⼲电镀液, 在氧化铝⽣产中回收碱、铝与⼯业⽔回⽤, 从废酸⽔中回收酸, 处理含剧毒废⽔, ⾃来⽔脱氯等。
电渗析可以⽤于废酸废碱及含盐废⽔的处理。污染控制与资源化研究国家重点实验室对采⽤离⼦膜电解法对处理环氧丙烷氯醇化尾⽓碱洗废⽔进⾏了研究。在电解电压5.0V 时，循环处理3h，废⽔COD去除率可达78%，废⽔中碱回收率可达73.55%，为后续⽣化单元起到良好的预处理作⽤。齐鲁⽯油化⼯公司利⽤电渗析法处理⾼浓度复合有机酸废⽔，浓度为3%～15%，⽆废渣及⼆次污染，得到的浓溶液含酸20%~40%，可以回收处理，出⽔中含酸量可降⾄
0.05%~0.3%。川化股份有限公司采⽤特殊电渗析装置处理冷凝废⽔，最⼤处理量为36t/h，浓⽔中硝酸铵体积百分⽐含量为20%，回收率达96%以上，合格淡⽔排放⽔中氨氮质量分数含量≤40 mg/L。⼯业排放的稀⼄酸废⽔中⼄酸的含量在1%以下，回收废⽔中稀⼄酸的⽅法有萃取分离法、⽣化处理法、吸附法以及电膜分离法。ED法可以将废⽔中⼄酸浓度从2.5%浓缩到20%。双极膜ED法可以将含质量分数为0.2%⼄酸废⽔中的⼄酸有效清除，废⽔中⼄酸浓度可以被浓缩到36%以上。⽤改性异相膜ED 处理化纤⼚去酸⽔，可把酸和盐浓缩到了200g/L，再进⾏多效蒸发可回收多余的
Na2SO4，经ED浓缩的H2SO4和ZnSO4溶液可返回凝固浴再⽤。废⽔淡化后，溶解固体降到0.7g/L以下，⽆硬度，返回⽣产⽤作洗涤⽔。在电流密度24mA/cm2，浓淡⽔浓度⽐在10左右时，膜的盐迁移量为0.4 kg/(m2·h)左右。溶液迁移量浓缩时为1770 mL/ (m2·h)，脱盐时平均为396mL/(m2·h)。浓缩1 t 盐的耗电量在300 kWh，回收⽔温在(35±2) ℃的软化⽔耗电10~13kW·h/m3⽔。波兰Dykuski kafal利⽤电渗析将硫酸钠废⽔电化学分解成硫酸和氢氧化钠, 产物均可返回流程，该法已⼯业化。⽇本Kimura Toru 等⽤电渗析回收了处理铝印刷板表⾯的酸性废⽔, 并申请了专利。
此外，由于产品和⽣产⼯艺的原因，排放的⼯业废酸中常含有各种⾦属离⼦，ED法也可以实现⾦属离⼦和废酸的回收。对于含铜、铁、镍离⼦的硫酸废⽔，即使硫酸质量浓度⾼达200g/L，⾦属离⼦质量浓度⾼达59%。
然⽽，需要注意的是，电渗析法对进⽔有⼀定的要求。这是因为进⽔中的⼀些有害成分会对电渗析产⽣危害，主要表现在以下四个⽅⾯：
1. 在设备的⽔流通道和空隙中产⽣堵塞现象，⽔流阻⼒的不均匀改变也会使浓⽔室和淡⽔室中的⽔压不相等，严重时会使膜⾯破裂。⽔中夹带的沙粒也会使膜产⽣机械性破损。
2. ⽔流通过电渗析隔板时，⽔中悬浮物附在膜⾯上，成为离⼦迁移的障碍，促使膜电阻增加和⽔质恶化。电渗析膜是细菌的有机养料，⽔中所含细菌转移到膜⾯上繁殖，也会产⽣上述后果。
3. ⽔中带极性有机物被膜吸附后，会改变膜的极性，并促使膜的选择透过性降低，膜电阻增加。
4. ⾼价⾦属离⼦（如铁、锰）会使离⼦交换膜中毒；游离氯使阳膜产⽣氧化，进⽔硬度⾼时会导致极化的沉淀结垢。故进电渗析器⽔的主要处理对象是天然⽔中的悬浮物质和胶体物质，其中包括⽆机物质、有机物质和细菌。
参考⽂献
[1] 葛道才, 任庆春. 离⼦交换膜基本原理及应⽤[M]. 化学⼯业出版社, 2010, 3.
[2] 李长海, 党⼩建, 张雅潇. 电渗析技术及其应⽤[J]. 电⼒科技与环保, 2012, 8.
[3] 汪耀明, 李为, 徐铜⽂. 电渗析技术清洁分离纯化肌氨酸过程的研究[J]. 化⼯学报, 2015, 5.
[4] 冯涛, 邓传东, 易家祥, 等. ⼀种粘胶纤维⽣产中的电渗析碱回收⼯艺[P]. 中国专利,
CN103351041A.
[5] ⽅奕. 可⽤于废酸回收的双极膜电渗析装置[P]. 中国专利, CN201676642U.
[6] 卫艳新. 双极膜电渗析法处理典型化⼯废⽔研究[D]. 中国科学技术⼤学, 2012.
[7] 冯好喆. 双极膜电渗析制备有机酸、碱的研究[D]. 中国科学技术⼤学, 2009.
[8] 杨洋. 利⽤双极膜电渗析以浓海⽔制备酸碱的研究[J]. 中国海洋⼤学, 2014, 5.
[9] 汪耀明. 双极膜电渗析法⽣产有机酸过程的⼏个关键科学问题研究[J]. 中国科学技术⼤学, 2011, 5.
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议