电渗析运行原理技术说明

电渗析是在直流电场作用下利用离子交换膜的透过选择性，把电解质从水中分离出来的过程。

一、基本原理和特点

电渗析器中交替排列着许多阳膜和阴膜，分隔成小水室。当原水进入这些小室时，在直流电场的作用下，溶液中的离子就作定向迁移。阳膜只允许阳离子通过而把阴离子截留下来；网膜只允许阴离子通过而把阳离子截留下来。结果佼这些小室的一部分变成含离子很少的淡水室，出水称为淡水。而与淡水室相邻的小室则变成聚集大量离子的浓水室，出水称为浓水。从而使离子得到了分离和浓缩，水便得到了净化。

电渗析和离子交换相比，有以下异同点：

(1)分离离子的工作介质虽均为离子交换树脂，但前者是呈片状的薄膜，后者则为圆球形的颗粒；

(2)从作用机理来说，离子交换属于 离子转移置换，离子交换树脂在过程中发生离子交换反应。而电渗析属于离子截留置换，离子交换膜在过程中起离子选择透过和截阻作用。所以更**地说，应该把离子交换膜称为离子选择性透过膜；

(3)电渗析的工作介质不需要**，但消耗电能；而离子交换的工作介质****，但不消耗电能。 电渗析法处理废水的特点是；不需要消耗化学药品，设备简单，操作方便。

二、电潜桥膜(离于交换膜)

电渗析膜与离子交换树脂具有相同化学结构的有机高分子聚合物为骨架。与**数量的交联剂通过横键架桥作用构成的空间网状结构的树脂膜。

(1)离子交换膜的分类? 按活性基团的不同分为阳离子交换膜、阴离于交换膜和特殊离子交换膜(也可按膜结构分类)。

1)阳离子交换膜：指能离解出阳离子的离子文换膜，或者说在膜结构中合有酸性活性基团的膜。它能选择性地透过阳离子，而不让阴院子透过。这些酸性基团按离解能力的 强弱可分为：强酸性，如磺酸型(-SO3H)；中强酸性，如磷酸型(-OPO3H2)、磷酸型（-PO3H2）；弱酸性，如羧酸型（-COOH），酚型（ ）。

2)阴离子交换膜：指能离解出阴离子的离子交换膜，或者说在膜结构中合碱性活性基团的膜。它能选择性透过阴离子，而不让阳离子透过。这些碱性基团按离解能力的强弱可分为：强碱性，如季铵型[-N(CH3)3OH]；弱碱性，如伯胺型(-NH2)、仲胺型(-NHR)、叔胺型(-NR2)。

3)特殊离子交换膜(复合膜)：这种膜由一张阳膜和一张阴膜复合而成。两层之间可以隔一层网布（如尼龙布等)，也可以直接粘贴在一起。工作时，阴膜对阳极，阳膜对阴极。由于膜外的离子无法进入膜内，致使膜间的水分子被电离，H+离子透过阳膜，趋向阴极；OH-离子透过阴膜，趋向阳极，以此完成传输电流的任务。另外，在废水处理中，还可以利用复合膜产生的H+或OH-离子，与废水中的其它离子结合，来制取某些产品。

根据膜体结构(或按制造工艺)的不同，离子交换膜分为异相膜、均相膜和半均相膜三种。

(2)离子交换膜的性能

1)膜的选择透过性由膜的性质决定，又取决于孔隙度。膜中离子选择透过性，用选择透过率表示。

2）膜的导电性

反映离子在膜内迁移速度的大小，共有三个影响参数

电阻率（Ω·cm） 电导率（Ω-1·cm-1）

截面电阻（Ω·cm2）

3) 膜的交换容量

单位重量膜中所含活性基团的数量以每克干膜所含可交换离子的毫摩尔数来表示（一般为1.53毫摩尔/克）。

4）膜的溶胀率和含水率以每克膜所含水的重量百分数来表示。

5）膜的化学稳定性

要求能抵抗酸、碱、***还原性、抗生物降解。

6）膜的机械强度

要求具有一定的抗拉强度膜在受到平行方向的拉力时所能承受的**压力（kg/cm2）

爆破强度膜在受到垂直方向压力时所能承受的**压力（kg/cm2），一般>5 kg/cm2

(3)离子交换膜的性能要求? 1)选择透过性高，要求在95以上；2)导电性好，要求其导电能力应大于溶液的导电能力；3)交换容量大；4)溶胀率和含水率适量：5)化学稳定性强；6)机械强度大。

电渗析的工艺技术问题和指标?

(1)极化现象和**电流密度? 如图17-5所示，电渗析过程中，在阴离子交换膜或阳离子交换膜的淡水一侧，由于离子在膜中的迁移数大于在溶液中的迁移数，就使得膜和溶液界面处的离子浓度C1小于溶液相中的离子浓度Cl。同样，在阴膜或阳膜的浓水一侧，从膜中迁移出来的由于离子量大于溶液中的离子迁移数，就使得相界面处的由于浓度C2大于溶液相中的离子浓度C2。这样，在膜的两侧都产生了浓度差值。显然，通入的电流强度越大，离子迁移的速度越快，浓度差值也就越大。如果电流提高到相当程度，将会出现C2值趋于零的情况，这时在淡水侧就会发生水分子的电离(H2OH+十OH-)，由H+离子和OH-离子的迁移来补充传递电流，这种现象称为极化现象。

C`1 < C1 ， C`1 0 产生极化 .

C`2 > C2 ， OH- 在阴膜一侧富集产生M（OH）m沉淀产生结圬。离子迁移受阻。

极化现象出现的结果，在阴膜浓水-侧，由于OH-离子富集起来，水的pH值增大，便产生氢氧化物沉淀，造成膜面附近结垢；另外，在阳膜的浓水一侧，由于膜表面处的离子浓度 比C2大得多，也容易造成膜面附近结垢。结垢的结果必然导致电流效率的降低，膜的有效面积减小，寿命缩短，影响电渗析过程的正常进行。

防止极化*有效的方法是控制电渗析器在**电流密度以下运行。另外，定期进行倒换电极运行，将膜上积聚的沉淀溶解下来。

单位时间单位膜面积上通过的电流，称为电流密度。使膜界面层中产生极化现象时的电流密度，称为**电流密度( )，其理论值为：

式中

C 界面层外溶液中的离子浓度；

D 扩散系数；

F 法拉第常数；

E 反离子在交换膜内的迁移数；?

t 反离子在溶液中的迁移数；

δ界面层厚度。

(2)电流效率从废水溶液中除去**量盐类物质时，理论上需要的电量与实际消耗的电量的比值，称为电流效率。它是衡量电渗析器电流利用率的指标。

(3)电压消耗及工作电压电渗析器需要的电压越高，电耗就越大。电渗析器的工作电压厂可分解为下式中的几个部分：

（17-2)

式中Ed 电极反应所需的电势，V；

Em 克服膜电位所需的电压，V；

I 工作电流，A；

Rj接触电阻，Ω；

Rm膜电阻，Ω；

Rs水的电阻，Ω。

(