電滲析法海水淡化原理

電滲析法是利用離子交換膜進(jìn)行海水淡化的一種方法，以電位差為推動力，利用離子交換膜的選擇透過性而脫出水中離子的淡化過程。電去離子(EDI)是一種電滲析和離子交換相結(jié)合的方法，在直流電場的作用下，實(shí)現(xiàn)電滲析過程，離子交換鹽和離子交換連續(xù)再生過程。一起來看看電滲析法海水淡化原理：

電滲析法海水淡化的原理

電滲析法：水中的離子在直流電場的作用下，可通過半透膜。最初的惰性半透膜電滲析法，主要用于溶膠的提純，電流效率很低。到了20世紀(jì)50年代初，由于選擇性離子交換膜向世，才能夠用電滲析法淡化海水或苦咸水。脫鹽用的選擇性離子交換膜有兩種：①陽膜，只允許陽離子透過的陽離子交換膜;②陰膜，只允許陰離子透過的陰離子交換膜。使陰膜和陽膜交替排列，中間襯以隔板(其中有水流通道)，夾緊之后，在兩端加上電極，就成電滲析脫鹽裝置。

當(dāng)海水流經(jīng)電滲器時，在直流電場的作用下，陰離子透過陰膜向陽極方向遷移，途中被陽膜擋住去路，被水流沖洗而出;陽離子透過陽膜向陰極方向遷移，途中被陰膜擋住，也被水流沖出。透過陽膜或陰膜的水為淡水。結(jié)果，從大約一半的夾層流出的水為淡水，從另一半流出的則為濃縮的'海水。

電滲析脫鹽所用的半透膜，除要求電阻低、透過的選擇性高、交換容量大和水的電滲小之外，還要求有一定的機(jī)械強(qiáng)度、尺寸不變和化學(xué)穩(wěn)定性高等。

在電滲析脫鹽過程中，反離子(電荷與膜內(nèi)交換基團(tuán)相反的離子)在膜內(nèi)的遷移速度比在溶液里大，致使淡化夾層的內(nèi)膜半身，溶液界面上的離子濃度低于主體溶液濃度而形成濃度差。當(dāng)電流升至某值時，擴(kuò)散遷移的離子不足以補(bǔ)充界面上離子的缺額，而使界面濃度趨近于零，這時的電流稱為極限電流。如再增加電流，就會迫使界面上的水分子解離,由解離出的H和OH來承擔(dān)超過極限值那部分電流的輸送。這種現(xiàn)象稱為極化現(xiàn)象。這不僅使電流白白消耗在無助于脫鹽的 H和OH的遷移上，而且會引起溶液的pH值發(fā)生變化，使鈣鹽鎂鹽之類的離子濃度的乘積超過溶度積，而在濃縮海水夾層的陰膜和陽膜的表面沉淀，阻塞水流通道，甚至被迫停機(jī)拆洗。防止極化沉淀的根本措施，是設(shè)法增加夾層溶液的攪拌作用和布水的均勻性，并把操作電流控制在極限電流之下。此外，定期倒換電極的極性，在濃縮海水夾層中加酸和進(jìn)行不拆裝的化學(xué)清洗等，均能延長運(yùn)轉(zhuǎn)周期。

采用高溫電滲析，可明顯地提高極限電流，防止極化沉淀和降低耗能量。例如：75C時的極限電流為25C時的2.5倍，而耗電量僅為25C時的50%。

電滲析脫鹽是離子在電場中遷移的結(jié)果，用于含鹽量高的海水淡化時，單位產(chǎn)量的耗電量大,很不經(jīng)濟(jì),故多用于淡化苦咸水，或結(jié)合離子交換技術(shù)制造工業(yè)純水，很少單獨(dú)用于淡化含鹽量高的海水。

電滲析法的應(yīng)用

電滲析法最先用于海水淡化制取飲用水和工業(yè)用水，海水濃縮制取食鹽，以及與其它單元技術(shù)組合制取高純水，后來在廢水處理方面也得到較廣泛應(yīng)用。入在廢水處理中，根據(jù)工藝特點(diǎn)電滲析操作有兩種類型：一種是由陽膜和陰膜交替排列而成的普通電滲析工藝，主要用來從廢水中單純分離污染物離子，或者把廢水中的污染物離子和非電解質(zhì)污染物分離開來，再用其它方法處理;另一種是由復(fù)合膜與陽膜構(gòu)成的特殊電滲析分窩工藝，利用復(fù)合膜中的極化反應(yīng)和極室中的電極反應(yīng)以產(chǎn)生H+離子和OH-離子，從廢水中制取酸和堿。

電滲析法在廢水處理實(shí)踐中應(yīng)用最普遍的有：

1)處理堿法造紙廢液，從濃液中回收堿，從淡液中回收木質(zhì)素;

2)從含金屬離子的廢水中分離和濃縮盈金屬離子，然后對濃縮液進(jìn)一步處理或回收利用

3)從放射性廢水中分離放射性元素;

4)從芒硝廢液中制取硫酸和氫氧化鈉;

5)從酸洗廢液中制取硫酸及沉積重金屬離子;

6)處理電鍍廢水和廢液等，含Cu2+、Zn2+、Cr(Ⅳ)、Ni2+等金屬離子的廢水都適宜用電滲析法處理，其中應(yīng)用較廣泛的是從鍍鎳廢液中回收鎳，許多工廠實(shí)踐表明，用這種方法可以實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)。

海水淡化技術(shù)

一、反滲透法(RO)

將海水加壓，使淡水透過滲透膜而鹽分被截留的淡化方法。反滲透主體設(shè)備主要由高壓泵、反滲透膜、能量回收三部分組成，無論海水、苦咸水，亦無論大型、中型、小型都適應(yīng)，是海水淡化技術(shù)近二十年來發(fā)展最快的，除了中東國家，美洲、亞洲和歐洲，大中生產(chǎn)規(guī)模的裝置都以反滲透為首選，也是我國目前的首選方法。

二、多級閃蒸(MSF)

將經(jīng)過加熱的海水，引入到一個壓力較低的空間內(nèi)，由于環(huán)境壓力低于受熱海水的溫度所對應(yīng)的飽和蒸汽壓，此時海水急速地部分汽化，產(chǎn)生蒸汽，經(jīng)冷凝而變成淡水。利用這一原理便可做成依次多個壓力逐級降低的閃蒸室進(jìn)行蒸發(fā)。多級閃蒸海水淡化裝置其規(guī)模可以較大，成為大型海水淡化工廠，并可以與熱電廠建在一起，利用熱電廠的余熱加熱海水，而水電聯(lián)產(chǎn)將可以大幅度降低生產(chǎn)成本，現(xiàn)行大型海水淡化廠大多采用此法。

三、多效蒸發(fā)(ME)

將加熱后的海水經(jīng)多個蒸發(fā)器串聯(lián)運(yùn)行的蒸發(fā)過程。也主要是與火電站聯(lián)合運(yùn)行，但規(guī)模一般在日產(chǎn)萬噸以下。這包括兩種類型，一類是多效分裂式，七八十年代較盛行，稱為豎管蒸發(fā)(VTE)。操作溫度一般較高，頂溫在100~120度，歐洲和亞洲一些火電廠都在使用;另一類是低溫多效蒸餾(LTMED)，頂溫在70度左右，較前者更具競爭力，是蒸餾法中最節(jié)能的方法之一，國華黃驊電廠就是用的這項(xiàng)技術(shù)。

四、壓汽蒸餾(VC)

海水預(yù)熱后，進(jìn)入蒸發(fā)器并在蒸發(fā)器內(nèi)部分蒸發(fā)。所產(chǎn)生的二次蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)壓縮提高壓力后引入到蒸發(fā)器的加熱側(cè)。蒸汽冷凝后得到淡水，如此實(shí)現(xiàn)熱能的循環(huán)利用。其用電或蒸汽驅(qū)動，也屬于最省能的淡化方法之一。但規(guī)模一般不大，多為日產(chǎn)千噸級。

五、電滲析法(ED)

電滲析以電位差為推動力，利用離子交換膜的選擇透過性而脫出水中離子的淡化過程。電去離子(EDI)是一種電滲析和離子交換相結(jié)合的方法，在直流電場的作用下，實(shí)現(xiàn)電滲析過程，離子交換鹽和離子交換連續(xù)再生過程。

六、冷凍法

即冷凍海水使之結(jié)冰，在液態(tài)淡水變成固態(tài)冰的同時鹽被分離出去。從理論上分析，是最有前途的淡化方法之一，但目前未形成實(shí)用規(guī)模。我國海冰資源巨大，只是采集、融化、冰水除鹽等的工耗、能耗以及相關(guān)設(shè)施問題，尚需進(jìn)一步做工程研究。而人工冷卻法，早在七十年代美國就著手研究，問題是從制冷、結(jié)冰、冰晶輸送、洗滁、融化以及冷量回收等單元過程太多，效率不高，成本過大。