環保工程師專業知識環保工程師專業知識：電滲析原理應用電滲析

⑴原理：在外加直流電場作用下，利用離子交換膜的透過性(即陽膜只允許陽離子透過，陰膜只允許陰離子透過)，使水中的陰、陽離子作定向遷移，從而達到水中的離子與水分離的一種物理化學過程。原理是：在陰極與陽極之間，放置著若干交替排列的陽膜與陰膜，讓水通過兩膜及兩膜與兩極之間所形成的隔室，在兩端電極接通直通電源后，水中陰、陽離子分別向陽極、陰極方向遷移，由于陽膜、陰膜的選擇透過性，就形成了交替排列的離子濃度減少的淡室和離子濃度增加的濃室。與此同時，在兩電極上也發生著氧化還原反應，即電極反應，其結果是使陰極室因溶液呈堿性而結垢，陽極室因溶液呈酸性而腐蝕。因此，在電滲析過程中，電能的消耗主要用來克服電流通過溶液、膜時所受到的阻力及電極反應。例如，用電滲析方法處理含鎳廢水，在直流電場作用下，廢水中的硫酸根離子向正極遷移，由于離子交換膜具有選擇透過性，淡水室的硫酸根離子透過陰膜進入濃水室，但濃水室內的硫酸根離子不能透過陽膜而留在濃水室內;鎳離子向負極遷移，并通過陽膜進入濃水室，濃水室內的鎳離子不能透過陰膜而留在濃水室中。這樣濃水室因硫酸根離子、鎳離子不斷進入而使這兩種離子的濃度不斷增高;淡水室由于這兩種離子不斷向外遷移，濃度降低。離子遷移的結果是把電滲析器的兩個電極之間隔室變成了溶液濃度不同的濃室和淡室。濃水系統是一個溶液濃縮系統，而淡水系統是一個凈化系統。用電滲析法回收鎳時，以硫酸鈉溶液作為電極液，硫酸鈉可減輕鉛電極的腐蝕，濃水回用于鍍槽，淡水用于清洗鍍件。⑵離子交換膜和電滲析裝置①離子交換膜(是電滲析的關鍵部件，其性能影響電滲析器的離子遷移效率、能耗、抗污染能力和使用期限等。)環保工程師專業知識全文共16頁，當前為第1頁。②電滲析離子交換膜的分類：環保工程師專業知識全文共16頁，當前為第1頁。按膜結構分為：異相膜、均相膜和半均相膜。按膜上活性基團不同分為：陽膜、陰膜和特種膜。按膜材料不同分為：有機膜和無機膜。③電滲析裝置電滲析器的構造包括壓板、電極托板、電極、極框、陰膜、濃水隔板、淡水隔板等部件。將這些部件按一定順序組裝并壓緊，組成一定形式的電滲析器。電滲析器的輔助設備還包括水泵、整流器等，組成了電滲析裝置。⑶電滲析器運行的工藝參數①電流效率電滲析析器運行時實際除鹽量與理論除鹽量之比稱為電滲析器的電流效率。②電流密度與極化現象電滲析器工作時，單位膜面積上通過的電流稱為電流密度。運行時，當電流密度達到一定值時，界面層離子的遷移速度遠低于膜內離子遷移速度，迫使膜界面處水分子發生電離，依靠氫離子和氫氧根離子來傳遞電流，這種膜界面現象稱為濃差極化，此時的電流密度稱為極限電流密度。極化包括濃差極化和電極極化。極化發生后在陽膜淡室的一側富集著過量的氫氧根離子，陽膜濃室的一側富集著過量的氫離子;而在陰膜淡室的一側富集著過量的氫離子，陰膜濃室的一側富集著過量的氫氧根離子。由于濃室中離子濃度高，則在濃室陰膜的一側發生碳酸鈣等沉淀，從而增加膜電阻，加大電能消耗，減小膜的有效面積，降低出水水質，影響正常運行。⑷處理廢水的電滲析器的特點環保工程師專業知識全文共16頁，當前為第2頁。目前電滲析在海水或苦咸水淡化和某些工業用水的精制等應用中都已有大型裝置投入生產性運行，而在廢水處理中的應用還相對較少，應注意以下三點：環保工程師專業知識全文共16頁，當前為第2頁。①在給水處理中應用的電滲析器，只回收淡水和只關注淡水水質，水的回收率一般為50%～70%;而應用電滲析處理廢水時，有時淡水和濃水均可回收利用，水的回收率高，有時濃水的利用價值高于淡水。②在給水處理中應用的電滲析器只含有陽膜和陰膜，并以膜對的形式存在，而在廢水處理中，電滲透析器用膜的種類較多，有陽膜、陽膜、中性膜和復合膜等，根據處理對象組成和處理目的的不同而有不同的膜組合形式。③在給水處理中，關注電滲析電極反應多半是為了防止電極反應的負面影響，而在廢水處理中，有時是利用電極反應來達到處理廢水和回收有用物質的目的。⑸電滲析在廢水處理中的應用電鍍廢水中含有銅、鋅、鎳等重金屬和氰化物，未經處理而直接排放，會污染環境，目前已經許多電鍍車間應用電滲析處理電鍍廢水取得了較好的效果，既回收了重金屬，又使水的重復利用率有較大的提高。⑹電滲析器工藝設計目前，電滲析器有系列產品規格，可根據淡水產量與處理要求確定合理的設計參數，選用所需電滲析器的臺數以及并聯或串聯的組裝方式。環保工程師專業知識全文共16頁，當前為第3頁。環保工程師專業知識全文共16頁，當前為第3頁。滲析是指用膜把一容積隔成兩部分，膜的一側是溶液，另一側是純水，小分子溶質透過膜向溶液側移動的過程；或者膜的兩側是濃度不同的溶液時，溶質從濃度高的一側透過膜擴散到濃度低的一側的過程。但如果僅僅是純水透過膜向溶液側移動，使溶液變淡或者僅僅是低濃度溶液中的溶劑透過膜進入高濃度的溶液，而溶質不透過膜，則此過程稱之為滲透。電滲析是指在直流電場的作用下，溶液中帶電離子選擇性地透過離子交換膜的過程，目前電滲析主要應用于溶液中電解質的分離。

以鹽水中NaCl的脫除來闡述電滲析過程原理。在正、負兩電極之間交替地平行放置陽離子交換膜(簡稱陽膜，以符號C表示)和陰離子交換膜(簡稱陰膜，以A表示)。陽膜常含有帶負電荷的酸性活性基團，能選擇性地使溶液中的陽離子透過，而溶液中的陰離子則因受陽膜上所帶負電荷基團的同性相斥作用不能透過陽膜。陰膜通常含有帶正電荷的堿性活性基團，能選擇性地使陰離子透過，而溶液中的陽離子則因陰膜上所帶正電荷基團的同性相斥作用不能透過陰膜。陰、陽離子交換膜之間用特別的隔板隔開，組成濃縮和脫鹽兩個系統。環保工程師專業知識全文共16頁，當前為第4頁。

當向電滲析器各室引人含有NaCl等電解質的鹽水并通人直流電流時，陽極和陰極室即分別發生氧化和還原反應。陽極室產生氯氣、氧氣和次氯酸等。陽極電化反應環保工程師專業知識全文共16頁，當前為第5頁。為：環保工程師專業知識全文共16頁，當前為第4頁。環保工程師專業知識全文共16頁，當前為第5頁。

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因此陽極水呈現酸性，并產生新生態氧和氯，通常在陽極加一張惰性多孔膜或陽極以保護電極。

陰極室產生氫氣和氫氧化鈉，其反應為

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可見陰極水呈堿性。當溶液中存在其它雜質時，還會發生相應的副反應，如、之類的離子存在時就會生成。和等水垢。電極反應消耗的電能為定值，與電滲析器中串聯多少對膜關系不大，所以兩電極間往往采用很多膜對串聯的結構，通常有200—300對膜，甚至多達1000對。在直流電流電場作用下，淡化室中帶正電荷的陽離子(如環保工程師專業知識全文共16頁，當前為第7頁。)向陰極方向移動透過陽膜進入右側的濃縮室，帶負電荷的陰離子(如)向陽極方向移動并透過陰膜進入左側的濃縮室，因而淡化室中的電解質(NaCl)濃度逐漸減小，最終被除去。在濃縮室中，陽離子，包括從左側淡水室中透過陽膜進來的陽離子，在電場作用下趨向陰極時，立即受到陰膜的阻擋留在此濃縮室中；陰離子，包括從右側淡水室中透過陰膜進來的陰離子，趨向陽極時立即受到陽膜的阻擋也留在濃縮室中，這樣，此濃縮室中的電解質(NaCl)濃度逐漸增加而被濃集。將各淡化室互相連通引出即得到淡化水，將諸濃縮室互相連通即可得到濃鹽水環保工程師專業知識全文共16頁，當前為第8頁。環保工程師專業知識全文共16頁，當前為第8頁。電滲析的工作原理.特點及一般應用

一、電滲析的工作原理電滲析（簡稱ED）是以溶液中的離子選擇性地透過離子交換膜為特征的，一種新興的高效膜分離技術。它是利用直流電場的作用使水中陰、陽離子定向遷移，并利用陰、陽離子交換膜對水溶液中陰、陽離子的選擇透過性（即陽膜具有選擇透過陰離子而阻擋陽離子通過），使原水在通過電滲析器時，一部分水被淡化，另一部分則被濃縮，從而達到了分離溶質和溶劑的目的。二、電滲析的特點電滲析和離子交換、反滲透一樣，也是分離、提取物質的一種方法。但它具有自己的特點，現將主要特點歸納如下：1、除鹽率比較任意。根據需要可在30~99％的范圍內選擇。2、能量消耗很低。電滲析是用電能來將水中已離解的離子遷移掉，故其脫電耗與原水含鹽量和脫鹽率有關。例如，含鹽量為1000mg/l的水，脫鹽率為80％，用中型電滲析器進行處理，直流脫鹽電耗約為0.25KW·h/m3。其進水壓力<0.2Mpa，所以動力耗電也較低，是目前該領域中比較經濟的水處理技術之一。3、對環境無污染。電滲析運行時，不象離子交換樹脂那樣有飽和失效問題，所以不用酸、堿頻繁再生，也不需要加入其他藥劑，僅在定時清洗時用少量的酸，對環境基本無污染。與反滲透相比，也沒有高壓泵的強烈躁聲。4、裝置設計靈活、使用壽命長、操作維修方便。三、電滲析的一般應用電滲析裝置已被廣泛應用于電力、化工、電子、環保、醫藥、紡織、食品等行業，獲得令人滿意的經濟效益，具體用途主要有：1、海水、苦咸水淡化制取生活飲用水。2、制取啤酒、汽水、純凈水等飲料用水。3、制取低壓鍋爐用水。4、電滲析和離子交換法聯合使用，制取蒸餾水、高純水、超純水，這種制水方法可節約酸堿80~90%，避免樹脂的頻繁再生，并大大降低制水成本。環保工程師專業知識全文共16頁，當前為第9頁。5、聯合其他不同的處理單元，可制成滿足電子、醫藥、食品、化工等更高檔次的行業用水。6、電鍍、電子等工業廢水（液）中Au、Ag、Cu等貴重金屬環保工程師專業知識全文共16頁，當前為第9頁。電滲析器的原理與應用環保工程師專業知識全文共16頁，當前為第10頁。摘要：電滲析器除鹽基本原理，是利用離子交換膜選擇透過性。陽離子交換膜只允許陽離子，阻檔陰離子，陰離子交換膜只允許陰離子，外加直流電場作用下，水中離子作定向遷移，使一路水中大部份離子遷移到另一路離子水中去，達到含鹽水淡化目。

關鍵詞：電滲析器

工作原理

構造

組裝方式

一、工作原理

電滲析器除鹽基本原理，是利用離子交換膜選擇透過性。陽離子交換膜只允許陽離子，阻檔陰離子，陰離子交換膜只允許陰離子，外加直流電場作用下，水中離子作定向遷移，使一路水中大部份離子遷移到另一路離子水中去，達到含鹽水淡化目。

二、應用范圍

電滲析器具有工藝簡單，除鹽率高，制水成本低、操作方便、不污染環境等主要優點，廣泛應用

于水除鹽，具體應用如下場合：海水及苦咸水淡化，我單位試驗資料，可將含鹽量高達60克/升苦咸水淡化成飲用水，解決沙漠區飲用水源。制取軟水，（水電阻率為105歐姆一厘米），可供低壓鍋爐給水，不需要食鹽再生，還可節煤20%左右。

深度除鹽水及高純水前級處理，采用電滲析一離子交換法，擴大了原水適用范圍，廣泛應用電力、電子、化工、制藥、科研化驗等場合、降低制水成本50%以上。節省離子交換法再生用酸堿80%左右，延長再生周期五倍以上。用于飲料食品工業提純，使啤酒、汽水質量提高，為創優質名牌產品創造了條件。電滲析器還可用于化工分離，濃縮及工業廢水處理回收率。

三、構造及組裝方式

1.構造：電滲析器由膜堆、極區和壓緊裝置三部分構成。

（1）膜塊：是由相當數量膜對組裝而成。

膜對：是由一張陽離子交換膜，一張隔板甲（或乙）；一張陰膜，一張隔板乙（或甲）組成。

離子交換膜：是電滲析器關鍵部件，本廠采用上海化工廠產異相膜。

隔板：分濃、淡水隔板，交替放陰陽膜之間，使陰膜和陽膜之間保持一定間隔，隔板平面水流，垂直隔板平面電流。隔板厚離0.9毫米。

（2）極區包括電極、極框和導水板。

電極：為連接電源所用，本廠電極采用鈦涂釕。

極框：放置電極和膜之間，膜帖到電極上去，起支撐作用。

（3）壓緊裝置：是用來壓緊電滲析器，使膜堆、電極等部件形成一個整體，不致漏水。

2、組裝方式：電滲析器組裝是用“級”和“段”來表示，一對電極之間膜堆稱為“一級”。水流同向每一個膜稱為“一段”。增加段數就等于增加脫鹽流程，也就是提高脫鹽效率，增加膜對數，可提高水處理量。

電滲析器組裝方式可淡水產量和出水水質不同要求而調整，一般有以下幾種組裝形式：一級一段；一級多段；多段一段；多級多段。

四、輔助設備

電滲析器除本體以外尚須配備整流器、過濾器、酸洗設施，水泵儀表等輔助設備。為方便

用戶，本廠可提供全套輔助設備和儀表，現將與電滲析器配套輔助設備列于。

說明：

（1）適用于原水含鹽量≤800毫克/升，如原水含鹽量>800毫克/升時，則需含鹽量調整流器型號。

（2）電滲析器除鹽率計算采用DDS-11A型電導儀，配套供給。

（3）當采用濃水循環系統時，需配置濃水箱及水泵，濃水箱可用塑料水箱，其容積約相當于淡水量40%。

五、注意事項

（1）、水預處理是保證電滲析器正常運行因素之一，水進入電滲析器前必須進行必要預處理，保證進入電滲析器原水水質符合以下指標。

a：濁度：≯3mg/1;

b:含鐵總量：<0.3mg/1;

c:含錳總量：<0.1mg/1;

d:色度<15度；

e:耗氧量：<3mg/1(KMno4)

f:水溫：5-40℃

g:污染指數：<7

（2）

注意起動時，必須先通水，后通電，停止時先斷電，后斷水，嚴禁停水不停電。

（3）

淡水流量與濃、極水流量比例要調節適當，為防止濃水滲漏，濃水、極水壓力可適當減小，一般小0.2×9.8×104Pa。

（4）

視水質情況，電滲析器工作2-8小時后要調換一次電極。

環保工程師專業知識全文共16頁，當前為第11頁。（5）

膜堆上禁止放金屬物件，產生短路。環保工程師專業知識全文共16頁，當前為第10頁。環保工程師專業知識全文共16頁，當前為第11頁。00112環保工程師專業知識全文共16頁，當前為第12頁。環保工程師專業知識全文共16頁，當前為第12頁。電滲析電滲析利用半透膜的選擇透過性來分離不同的溶質粒子（如離子）的方法稱為滲析。在電場作用下進行滲析時，溶液中的帶電的溶質粒子（如離子）通過膜而遷移的現象稱為電滲析。利用電滲析進行提純和分離物質的技術稱為電滲析法，它是20世紀50年代發展起來的一種新技術，最初用于海水淡化，現在廣泛用于化工、輕工、冶金、造紙、醫藥工業，尤以制備純水和在環境保護中處理三廢最受重視，例如用于酸堿回收、電鍍廢液處理以及從工業廢水中回收有用物質等。電滲析與近年引進的另一種膜分離技術反滲透相比，它的價格便宜，但脫鹽率低。當前國產離子交換膜質量亦很穩定，運行管理也很方便，自動控制頻繁倒極電滲析（EDR），運行管理更加方便。原水利用率可達80%，一般原水回收率在45-70%之間。電滲析主要用于水的初級脫鹽，脫鹽率在45-90%之間。它廣泛被用于海水與苦咸水淡化；制備純水時的初級脫鹽以及鍋爐、動力設備給水的脫鹽軟化等。實質上，電滲析可以說是一種除鹽技術，因為各種不同的水（包括天然水、自來水、工業廢水）中都有一定量的鹽分，而組成這些鹽的陰、陽離子在直流電場的作用下會分別向相反方向的電極移動。如果在一個電滲析器中插入陰、陽離子交換膜各一個，由于離子交換膜具有選擇透過性，即陽離子交換膜只允許陽離子自由通過，陰離子交換膜只允許陰離子以通過，這樣在兩個膜的中間隔室中，鹽的濃度就會因為離子的定向遷移而降低，而靠近電極的兩個隔室則分別為陰、陽離子的濃縮室，最后在中間的淡化室內達到脫鹽的目的。實際應用中，一臺電滲析器并非由一對陰、陽離子交換膜所組成（因為這樣做效率很低），而是采用一百對，甚至幾百對交換膜，因而大大提高效率。一、應用范圍目前電滲析器應用范圍廣泛，它在水的淡化除鹽、海水濃縮制鹽精制乳制品，果汁脫酸精和提純，制取化工產品等方面,還可以用于食品，輕工等行業制取純水、電子、醫藥等工業制取高純水的前處理。鍋爐給水的初級軟化脫鹽，將苦咸水淡化為飲用水。電滲析器適用于電子、醫藥、化工、火力發電、食品、啤酒、飲料、印染及涂裝等行業的給水處理。也可用于物料的濃縮、提純、分離等物理化學過程。電滲析還可以用于廢水、廢液的處理與貴重金屬的回收，如從電鍍廢液中回收鎳。二、基本性能（1）操作壓力0.5─3.0kg/cm2左右（2）操作電壓、電流100─250V，1─3A（3）本體耗電量每噸淡水約0.2─2.0度三、電滲析法的特點為環保工程師專業知識全文共16頁，當前為第13頁。①可以同時對電解質水溶液起淡化、濃縮、分離、提純作用；環保工程師專業知識全文共16頁，當前為第13頁。②可以用于蔗糖等非電解質的提純，以除去其中的電解質；③在原理上，電滲析器是一個帶有隔膜的電解池，可以利用電極上的氧化還原效率高。四、在電滲析過程中，也進行以下次要過程①同名離子的遷移，離子交換膜的選擇透過性往往不可能是百分之百的，因此總會有少量的相反離子透過交換膜；②離子的濃差擴散，由于濃縮室和淡化室中的溶液中存在著濃度差，總會有少量的離子由濃縮室向淡化室擴散遷移，從而降低了滲析效率；③水的滲透，盡管交換膜是不允許溶劑分子透過的，但是由于淡化室與濃縮室之間存在濃度差，就會使部分溶劑分子（水）向濃縮室滲透；④水的電滲析，由于離子的水合作用和形成雙電層，在直流電場作用下，水分子也可從淡化室向濃縮室遷移；⑤水的極化電離，有時由于工作條件不良，會強迫水電離為氫離子和氫氧根離子，它們可透過交換膜進入濃縮室；⑥水的壓滲，由于濃縮室和淡化室之間存在流體壓力的差別，迫使水分子由壓力大的一側向壓力小的一側滲透。顯然，這些次要過程對電滲析是不利因素，但是它們都可以通過改變操作條件予以避免或控制。環保工程師專業知識全文共16頁，當前為第14頁。環保工程師專業知識全文共16頁，當前為第14頁。電滲析電滲析利用半透膜的選擇透過性來分離不同的溶質粒子（如離子）的方法稱為滲析。在電場作用下進行滲析時，溶液中的帶電的溶質粒子（如離子）通過膜而遷移的現象稱為電滲析。利用電滲析進行提純和分離物質的技術稱為電滲析法，它是20世紀50年代發展起來的一種新技術，最初用于海水淡化，現在廣泛用于化工、輕工、冶金、造紙、醫藥工業，尤以制備純水和在環境保護中處理三廢最受重視，例如用于酸堿回收、電鍍廢液處理以及從工業廢水中回收有用物質等。電滲析與近年引進的另一種膜分離技術反滲透相比，它的價格便宜，但脫鹽率低。當前國產離子交換膜質量亦很穩定，運行管理也很方便，自動控制頻繁倒極電滲析（EDR），運行管理更加方便。原水利用率可達80%，一般原水回收率在45-70%之間。電滲析主要用于水的初級脫鹽，脫鹽率在45-90%之間。它廣泛被用于海水與苦咸水淡化；制備純水時的初級脫鹽以及鍋爐、動力設備給水的脫鹽軟化等。實質上，電滲析可以說是一種除鹽技術，因為各種不同的水（包括天然水、自來水、工業廢水）中都有一定量的鹽分，而組成這些鹽的陰、陽離子在直流電場的作用下會分別向相反方向的電極移動。如果在一個電滲析器中插入陰、陽離子交換膜各一個，由于離子交換膜具有選擇透過性，即陽離子交換膜只允許陽離子自由通過，陰離子交換膜只允許陰離子以通過，這樣在兩個膜的中間隔室中，鹽的濃度就會因為離子的定向遷移而降低，而靠近電極的兩個隔室則分別為陰、陽離子的濃縮室，最后在中間的淡化室內達到脫鹽的目的。實際應用中，一臺電滲析器并非由一對陰、陽離子交換膜所組成（因為這樣做效率很低），而是采用一百對，甚至幾百對交換膜，因而大大提高效率。一、應用范圍目前電滲析器應用范圍廣泛，它在水的淡化除鹽、