電滲析法

電滲析法是以電位差為推動力的膜分離法，用于從水溶液中脫除離子，主要用于苦咸水脫鹽或海水淡化。其膜是導電膜，即陽離子交換膜和陰離子交換膜。

以壓力差為推動力的膜分離法，根據(jù)溶質粒子的大小及膜的結構性質(超濾膜、納濾膜、反滲透膜等)，又可分為超濾、納濾、反滲透等。反滲透法可用于溶劑的純化和溶液濃縮。反滲透法大部分應用于水的純化．主要是苦咸水脫鹽或海水淡化。反滲透法的另一個重要應用為制備高純水。

膜是分離技術的核心。膜材料的化學性能、結構對膜分離法起著決定性的作用；一般是高分子材料制成的膜，有纖維素膜、芳香聚酰胺類膜、雜環(huán)類膜、聚砜類膜、聚烯烴類膜和含氟高分子膜等。

膜分離法的特點：① 不發(fā)生相變、常溫進行、適用范圍廣(有機物、無機物等)、裝置簡單、易操作和易控制等。②膜法水處理具有適應性強、效率高、占地面積小、運行經(jīng)濟的特點。所以，國內外已把電滲析法、反滲透法或膜分離法與離子交換相結合的方法應用于鍋爐水處理。

第一節(jié) 電滲析

電滲析是膜分離技術的一種，它是在直流電場作用下，以電位差為推動力，利用離子交換膜的選擇透過性，把電解質從溶液中分離出來，從而實現(xiàn)溶液的淡化、濃縮、精制或純化的目的。

電滲析的進展：對電滲析基本概念的研究始于20世紀初，采用動物皮、膀胱膜或人造纖維、羊皮紙等進行實驗室研究，但無工業(yè)應用價值；隨著合成樹脂的發(fā)展，1950年，朱達試制出具有高選擇性的陰、陽離子交換膜后，才奠定了電滲析技術的實用基礎；1954年美、英等國將電滲析首先用于生產實踐中，淡化苦咸水、制備工業(yè)用水和飲用水。此后，電滲析技術逐步引入中東和北非。1959年起，前蘇聯(lián)也開始研究和推廣應用。日本主要利用電滲析法濃縮制鹽，1969年日本國內食鹽有30％是用離于交換膜電滲析法生產的，1970年才將電滲析技術用于苦咸水淡化。

一、電滲析基本原理及過程

1. 滲析過程

（1）滲析的原理

滲析是最早被發(fā)現(xiàn)和研究的一種膜分離過程，它是一種自然發(fā)生的物理現(xiàn)象。當兩種不同濃度的鹽水用一張滲析膜（半透膜或離子交換膜)隔開時，濃鹽水中的電解質離子就會穿過膜擴散到稀鹽水中去，這種過程稱為滲析過程，亦稱擴散滲析。滲析過程的推動力是濃度梯度，因此又稱濃差滲析。

圖4-1滲析過程示意圖 圖4-2 濃差滲析回收酸

滲析過程是緩慢進行的，隨著鹽分濃度梯度的降低．鹽的擴散也逐漸減少，直到膜兩邊濃度相同，建立了平衡，鹽分的遷移也就完全停止。

（2）滲析的應用

①　血液透析

②　從酸堿廢液中回收酸堿。

濃差滲析回收酸見圖4-2。料液中由于H2SO4 和FeSO4 的濃度高，其中Fe2+、H+、SO42-均有向滲析液H2O中擴散的趨勢，由于使用陰離子交換膜作滲析膜，因此理論上陰膜只允許SO42- 透過膜進入滲析液，而H+ 離子由于水合離子半徑小，遷移速度快，故也能透過膜遷移到滲析液中。 H+和1/2SO42-等摩爾透過膜，以保持溶液的電中性。但是Fe2+ 離子則不透過陰膜。經(jīng)過一段時間的滲析后，料液中的 H2SO4 即進入滲析液中，實現(xiàn)了 FeSO4和 H2SO4的分離，即可實現(xiàn)回收廢硫酸的目的。

2. 電滲析過程

電滲析過程是電解和滲析擴散過程的組合。電滲析制取淡水的基本過程：利用離子交換膜的選擇透過性，即陽膜理論上只允許陽離子通過，陰膜理論上只允許陰離子通過，在外加直流電場作用下，陰、陽離子分別往陽極和陰極移動，它們最終會于離子交換膜，如果膜的固定電荷與離子的電荷相反，則離子可以通過，如果它們的電荷是相同的．則離子被排斥，從而可以制得淡水。電滲析運行時可能發(fā)生的過程見圖4-3。

圖4-3 電滲析運行時可能發(fā)生的過程

(1) 反離子遷移

離子交換膜具有選擇透過性。反離子遷移是電滲析運行時發(fā)生的主要過程，也就是電滲析的除鹽過程，反離子遷移效應大于0.9。

(2) 同名離子遷移

與膜上固定基團所帶電荷相同的離子穿過膜的現(xiàn)象。即濃水中陽離子穿過陰膜，陰離子穿過陽膜，進入淡室的過程，就是同名離子遷移。

這是由于離子交換膜的選擇透過性不可能達到100％。當膜的選擇性固定后，隨著濃室鹽濃度增加，這種同名離子遷移影響加大。

(3) 電解質濃差擴散

由于膜兩側溶液濃度不同，在濃度差作用下，電解質由濃室向淡室擴散，擴散速度隨濃度差的增高而增大。

(4) 水的滲透

在電滲析過程中，由于淡室水濃度低，基于滲透壓的作用，會使淡室的水向濃室滲透。

濃度差愈大，水的滲透量也愈大，這一過程會使淡水產量降低。

(5) 水的電滲透

反離子和同名離子，實際上都是以水合離子形式存在，在遷移過程中攜帶一定數(shù)量的水分子遷移，這就是水的電滲透。隨著溶液濃度的降低，水的電滲透量急驟增加。

(6) 水的壓滲

當濃室和淡室存在著壓力差時，溶液由壓力大的一例向壓力小的一側滲漏，稱為水的壓滲，因此操作時應保持兩側壓力基本平衡。

(7) 水的電離

電滲析運行時，由于電流密度相液體流速不匹配，電解質離子未能及時地補充到膜的表面，而造成淡室水的電離生成H+和0H-離子，它們可以穿過陽膜和陰膜。

對電滲析各過程的評價

電滲析器在運行時，同時發(fā)生著多種復雜過程：

反離子遷移是電滲析除鹽的主要過程,其它都是次要過程。

這些次要過程會影響和干擾電滲析的主要過程：

– 同名離于遷移和電解質濃差擴散與主過程相反，會影響除鹽效果；

– 水的滲透、電滲透和壓滲會影響淡室產水量，也會影響濃縮效果；

– 水的電離會使耗電量增加，導致濃室極化結垢，從而影響電滲析的正常遠行。

因此必須選擇優(yōu)質離子交換膜和最佳的電滲析操作條件，以便消除或改善這些次要過程的影響。

3. 電滲析法脫鹽的基本原理

把陽離子交換膜和陰離子交換膜交替排列于正負兩個電極之間，并用特制的隔板將其隔開，組成脫鹽(淡化)和濃縮兩個系統(tǒng)。

當向隔室通入鹽水后，在直流電場作用下，陽離子向陰極遷移，陰離子向陽極遷移，但由于離子交換膜的選擇透過性，而使淡室中的鹽水淡化，濃室中鹽水被濃縮，實現(xiàn)脫鹽目的。

電滲析法原理示意圖

電滲析上兩極的反應——以NaCl溶液為例

在陽極上：2Cl- - 2e → Cl2↑

H2O → H+ + OH-

4OH- - 4e → O2 + 2H2O

產生的氯氣又有一部分溶于水中：

Cl2 + H2O → HCl + HClO

HClO →HCl + [O]

陽極反應有氧氣和氯氣產生，氯氣溶于水又產生HCl及初生態(tài)氧[O]，陽極呈酸性反應，應當注意陽極的氧化和腐蝕問題。

在陰極上： H2O --→ H+ + OH-

H+ + 2e --→ 2H2↑

Na+ + OH- --→ NaOH

在陰極室由于H+離子的減少，放出氫氣，極水呈堿性反應，當極水中含有Ca2+、Mg2+和CO32-等離子時，會生成CaCO3和Mg(OH)2等沉淀物，在陰極上形成結垢。

在極室中應注意及時排除電極反應產物，以保證電滲析過程的安全運行，考慮到陰膜容易損壞，并為了防止Cl-離子透過陰膜進入陽極室，所以在陽極附近一般不用陰膜，而改用陽膜或惰性多孔保護膜。

4. 電滲析技術的特點

(1) 能量消耗低。

電滲析除鹽過程中，只是用電能來遷移水中的鹽分，而大量的水不發(fā)生相的變化，其耗電量大致與水中的含鹽量成正比，尤其是對含鹽量為數(shù)千mg/L的苦咸水，其耗電量更低。

(2) 藥劑耗量少．環(huán)境污染小

常規(guī)的離子交換處理水時，樹脂失效后需用酸、堿進行再生，再生后生成大量酸、堿再生廢液，水洗時還要排放大量酸、堿性廢水。

電滲析法處理水時，僅酸洗時需要少量的酸。因此電滲析法是耗用藥劑少，環(huán)境污染小的一種除鹽手段。

(3) 對原水含鹽量變化適應性強

電滲析除鹽可按需要進行調節(jié)。產水量可按需要從每日幾m3至上萬m3變化。可根據(jù)設計一臺電滲析器中的段數(shù)、級數(shù)或多臺電滲析器的串聯(lián)、并聯(lián)或不同除鹽方式(直流式、循環(huán)式或部分循環(huán)式)來適應。

(4) 操作簡單，易于實現(xiàn)機械化、自動化

電滲析器一般是控制在恒定直流電壓下運行，不需要通過頻繁地調節(jié)流速、電流及電壓來適應水質、溫度的變化。因此，容易做到機械化、自動化操作。

(5) 設備緊湊耐用．預處理簡單

電滲析器是用塑料隔板、離子交換膜及電極組裝而成，其抗化學污染和抗腐蝕性能均良好，隔板相膜多層更加在一起，運行時通電即可制得淡水，因此設備緊湊耐用。

由于電滲析中水流是在膜面平行流過，而不需透過膜，因此進水水質不像反滲透控制的那樣嚴格，一般經(jīng)砂濾即可，相對而言預處理比較簡單。

(6) 水的利用率較高

電滲析器運行時，濃水和極水可以循環(huán)使用，與反滲透相比，水的利用率較高，可達到70％～80％，國外可高達90％。廢棄的水量少，再利用和后處理都比較簡單。

電滲析的缺點

電滲析只能除去水中的鹽分．而對水中有機物不能去除，某些高價離子和有機物還會污染膜。電滲析運行過程中易發(fā)生濃差極化而產生結垢(用頻繁倒極電滲析可以避免)，這些都是電滲析技術較難掌握而又必須重視的問題。

與反滲透相比，由于它的脫鹽率較低，裝置比較龐大且組裝要求高，因此它的發(fā)展不如反滲透快。

二、電滲析器的結構及設備

電滲析器由交替排列的膜和隔板以及兩端電極組裝而成。

在電滲析器中，一張陰膜、淡水隔板、陽膜、濃水隔板組成一個膜對，若干膜對組合成膜堆；一對電極之間的膜堆稱為一級，淡水水流方向相同的膜堆稱為段。

根據(jù)對水量和水質的要求，可采用一級一段、多級一段、一級多段和多級多段的不同組合方式。

電滲析器的主要部件和輔助設備

1. 離子交換膜

離子交換膜，又稱離子選擇透過性膜。它是由對離子具有選擇透過性的高分子材料制成的薄膜。

按膜中的活性基團可分為：

陽離子交換膜(簡稱陽膜)：強酸性磺酸型陽膜，活性基團為-SO3H或-SO3Na等，其反離子為H+或Na+等；

陰離子交換膜(簡稱陰膜)：強堿性季銨型陰膜，活性基團為-N(CH3)3OH或-N(CH3)3Cl等，其反離子為OH-和Cl-等。

離子交換膜是一種高聚物電解質薄膜，當浸入電解質溶液后，其中的活性集團在溶劑的作用下發(fā)生離解：

產生的反離子進入水溶液，在膜上留下帶有一定電荷的固定基團。由于磺酸基團和季銨基團具有親水性，使膜在水中溶脹，膜體結構變松，從而形成細微、彎曲和貫通膜兩面的通道，使通道中留下帶有一定電荷的固定基團而形成內電場。在外電場作用下，由于內電場存在．離子交換膜只允許與其內電場電荷相反的離子通過，而與內電場電荷相同的離子不能通過。離子交換膜的這種選擇透過性，是電滲析除鹽的基礎。

(3) 離子交換膜是電滲析器中的關鍵材料，故對離子交換膜的物理、化學和電化學性能有一定的要求：

① 具有較高的選擇透過性

溶液的濃度增高時，離子交換膜的選擇透過性下降。

陽離子交換膜對陽離子的選擇性遷移數(shù)應大于0.9，對陰離子遷移數(shù)應小于0.1。

② 較好的化學穩(wěn)定性

耐化學腐蝕、耐氧化、耐一定溫度、耐輻射和抗水解的性能。

③ 離子的反擴散和滲水性較低

無論是同名離子遷移，還是濃差擴散及水的各種滲透過程，都不利于水的脫鹽，或引起脫鹽率下降。

④ 具有較高的機械強度

膜應光滑平整，無針孔，厚度均勻。在受到一定壓力或拉力時，不會發(fā)生變形裂紋，具有較高的機械強度和韌性。

⑤ 具有較低的膜電阻

膜的電阻應小于溶液的電阻，否則由膜本身所引起的電壓降增大不利于最佳電流條件，使電滲析效率下降。

可通過減少膜的厚度，提高膜的交換容量和降低膜的交聯(lián)度來降低膜電阻。

膜的原料豐富、價格低廉、工藝簡單。

膜的處理中的注意事項：

組裝前對膜的處理：將膜放在操作溶液中浸泡24～48小時，使之與膜外溶液平衡，然后才裁減打孔。

膜的尺寸應比隔板周邊小1mm，比隔板水孔大1mm。

停運后，應在電滲析器中充滿溶液，防止膜發(fā)霉變質或干燥收縮變形甚至破裂。

2. 隔板

它置于陽膜、陰膜之間，起著分隔和支撐陽膜、陰膜的作用，并形成水流通道，構成濃、淡水室。隔板上有進出水孔、配水槽和集水槽、流水道。

隔板材料為聚氯乙烯、聚丙烯、合成橡膠等非導體材料，能耐酸堿腐蝕，尺寸穩(wěn)定具有一定的彈性，以便于密封。

根據(jù)水流在隔板中的流動狀況，分為有回路和無回路兩類形式。

a.有回路隔板：依靠彎曲而細長的通道，達到以較小流量提高平均流速的效果，并且在膜面引起攪動，產生紊流現(xiàn)象。一般只有一個進水孔和一個出水孔。水流從一個進水孔經(jīng)配水槽進入隔板，在流水道中來回流動，從另一出水孔流出，因此又稱為折流式隔板。它多用于水量少而除鹽要求較高的水處理中。

b.無回路隔板：使液體沿整個膜面流動，利用不同形式的隔網(wǎng)使液流產生紊流。水流是由一個或多個進水口經(jīng)配布水槽直線地流過隔板，再由對應的出水口流山，又稱直流式隔板。它多用于水量大而除鹽要求不高的水處理場合。

3. 極區(qū)

向電滲析器輸入直流電，并將濃淡水引入膜堆，以及送入和引出極水。極區(qū)由電極、導水板和極水室組成。

① 電極：電極放在膜堆兩端，連接直流電源后，陽極與陰極間產生的電位差成為電滲析的推動力。

電極材料有鈦涂釕、石墨、不銹鋼等。[Cl-]＜100mg/L時用1Cr18Ni9Ti； [Cl-] ＞100 mg/L時用鈦涂釕電極或經(jīng)過防腐處理過的細晶粒石墨電極。

電極應具備的條件：化學和電化學穩(wěn)定性好；導電性好，電阻小；機械性能好，便于加工和裝卸；價格便宜。

②導水板：引入和導出濃、淡水，也可作引入和導出極水用。

③極水室：由供極水流動的隔板構成，對極水室的要求是極水暢通，并能及時排去電極反應產生的氣體和沉淀物，這也是電滲析過程進行的必要條件。

4. 壓緊裝置

用來夾極室、保護室極膜堆的裝置，其作用是使電滲析器在運行時，不致于產生水的內漏和外漏現(xiàn)象。有鋼板或槽鋼組合板或鑄鐵壓板兩種。鋼板或槽鋼組合板用螺桿鎖緊；鑄鐵壓板也可用液壓鎖緊。

圖4-4 電滲析器的內部結構

5. 電滲析器的輔助設備

(1) 電滲析器的直流電源

采用無級調壓硅整流器或可控硅整流器，直流輸出應有正、負極開關，或自動倒電極裝置。整流器容量(輸出電壓和電流的額定值)是根據(jù)電滲析器所需操作參數(shù)選定，并要有一定裕度，一般直流輸出電壓和電流比正常工作時大兩倍左右。

(2) 酸洗系統(tǒng)、水箱、水泵

酸洗系統(tǒng)包括酸箱、循環(huán)泵和管道，均應耐腐蝕。

(3) 監(jiān)測儀表

應設置濃、談、極水進出口的流量計和壓力表；電流、電壓表及電導儀、pH計等。有條件時，可安裝在線檢測儀器自動測量、記錄和控制、報警等系統(tǒng)。新型的頻繁倒極電滲析器(EDR)，對水流和電流都安裝了控制和保護系統(tǒng)，可以定時自動倒換電極極性，同時相應地切換濃、淡水的閥門，并在發(fā)生故障時發(fā)出信號，將其停運。

三、電滲析法水處理除鹽工藝系統(tǒng)

電滲析法水處理除鹽工藝系統(tǒng)可以分兩種：

1.電滲析器本體的工藝系統(tǒng)

選擇經(jīng)濟合理的電滲析工藝系統(tǒng)(即除鹽方式)，是設計電滲析除鹽水處理工藝的一個重要部分。一般應根據(jù)原水水質、用水水量、用水水質要求等，通過技術經(jīng)濟比較后確定。

常用的除鹽方式有直流式、循環(huán)式和部分循環(huán)式三種。

（1）直流式除鹽：原水流經(jīng)一臺或多臺串聯(lián)的電滲析器后，即能達到要求的水質。適用于產水量和原水濃度恒定的條件。該法的優(yōu)點是可連續(xù)制水、管道簡單；缺點是定型設備的出水水質隨原水含鹽量而變。

（2）循環(huán)式除鹽：

將原水在電滲析器和水箱中多次循環(huán)，以達到所需出水的水質。優(yōu)點是不論原水濃度如何變化，都可以將原水處理到要求的任一水平，且流速大，除鹽速度快，電滲析器體積小。其缺點是需設置循環(huán)水泵和水箱，只能間歇供水，電耗大。適用于制水量小，原水含鹽量高，出水水質要求高的小型裝置。

（3）部分循環(huán)式除鹽:

是直流式和循環(huán)式除鹽相結合的一種方式。在部分循環(huán)式除鹽工藝系統(tǒng)中，電滲析器的出口淡水分成兩路，一路連續(xù)出水供用戶使用；另一路返回電滲析器與水相中水相混，繼續(xù)進行除鹽。其特點是用定型設備，可適應不同水質和水量的要求。在原水含鹽量變化時，可調節(jié)循環(huán)量去保持出水水質穩(wěn)定，但系統(tǒng)較復雜，電耗大。適用于大規(guī)模的水處理系統(tǒng)。

圖4-5 電滲析器的除鹽方式

2. 電滲析器與其他水處理設備的組合除鹽系統(tǒng)

電滲析一般用于含鹽量較高的苦咸水、高硬度水的部分除鹽，以作深度除鹽的頂處理。

由于電滲析法除鹽有其適用范圍，在應用中，應根據(jù)原水水質和除鹽水水質要求，與離子交換水處理技術等相結合，使其在水處理工藝中各自發(fā)揮其優(yōu)勢，以達到合理的技術經(jīng)濟效果，并能穩(wěn)定運行。其常用的組合除鹽水處理系統(tǒng)如下。

（1）預處理-電滲析-離子交換

這種將電滲析器和離子交換器組合使用的系統(tǒng)在國內外應用較早，也較廣泛。

其組合原理是根據(jù)電滲析制水時，當其水的電阻率為20×104 Ω·cm以上時，電滲析器易極化而無法繼續(xù)適應；反之，離子交換卻能適應處理低含鹽量的水，可以制取高純水。所以在這種組合水處理系統(tǒng)中，電滲析作為離子交換水處理的前級處理，用以去除原水中的絕大部分(60％～90％)鹽分，剩下的少部分鹽份再由離子交換進一步去除，即可制取除鹽水。

根據(jù)對除鹽水用水的水質要求，離子交換可以是單床、復床、混合床或其他不同的組合形式。這種系統(tǒng)特點是保證出水水質高，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，再生劑耗用少．對原水含鹽量變化的適應性強，適用于苦咸水或沿海地區(qū)受海水倒灌影響的情況。

這種組合除鹽水處理系統(tǒng)已廣泛應用于電力、化工、輕工、電子等領域。

（2）預處理一離子交換一電滲析

這種組合除鹽系統(tǒng)在電滲析器之前設置離子交換器(鈉型離子交換器)，其目的是去除原水中易結垢的硬度離子(鈣、鎂)，防止在電滲析器內產生沉淀結垢，降低除鹽率，而影響正常運行。

（3）預處理一離子交換(軟化)一電滲析一離子交換(軟化)

這種組合系統(tǒng)中，在電滲析前后均有離子交換軟化處理，這是因為預軟化可以防止電滲析器中的結垢、堵塞，提高電滲析的除鹽效率；電滲析后的離子交換軟化處理，可進一步降低水中的硬度和相對堿度，以保證中、低壓鍋爐給水的水質。

電滲析在水處理方面的應用

苦咸水及海水淡化、海水濃縮制鹽、純水的制備、工業(yè)廢水的處理（A.電鍍廢水；B.造紙工業(yè)廢水；C.重金屬廢水）、放射性廢水、離子隔膜電解、在其它方面

極化和極限電流密度

有離子交換膜的極化和電極的極化

膜的極化：在電滲析運行過程中，由于反離子在膜內遷移速度大于在溶液中的遷移速度，因而淡水室膜面的溶液濃度下降，并與主體溶液形成濃度梯度。當工作電流增至一定值時，淡水室膜面的溶液濃度幾乎下降為零，致使水分子大量電離，使H+和OH-一起傳遞電流的作用，這一現(xiàn)象稱為極化。

當?shù)夷っ娴娜芤簼舛葹榱悖瑒t此時的工作電流稱為極限電流。極限電流與膜的有效面積之比值稱為極限電流密度(ilim)，計算如下：

式中：ilim --極限電流密度，A/cm2； t- --離子在膜中的遷移數(shù)；

t --離子在溶液中的遷移數(shù)；c --淡水室中水的對數(shù)平均含鹽量,mmol/L；

δ --膜面擴散層厚度，cm； D --離子擴散系數(shù)，cm2/s；

F --法拉第常數(shù)，96500 C/mol。

電滲析器的極限電流密度(ilim)與淡水室中的水流速度有關:

ilim = k·vm·c

c = (cj – cc)/[2.3lg(cj/cc)]

式中: v --淡水室中的水流速度，cm/s；

c --淡水室中水的對數(shù)平均含鹽量，mmol/L；

m --流速指數(shù)(在0.33-0.90之間)；

k --水力學系數(shù)(隔板特性綜合系數(shù))；

cj --淡水室進水的含鹽量，mmol/L；

cc --淡水室出水的含鹽量，mmol/L。

m與k可通過試驗求得。有關試驗表明，在設備、水溫、水質確定時，v 在5～20cm/s范圍內，m與k是常數(shù)。在使用同種離子交換膜時，m、k值越大的電滲析裝置可獲得較高的除鹽率。

電極極化：主要包括電極表面存在的濃差極化和電化學反應。

電極的濃差極化，是由于電極反應放電時放電離子在電極表面層的濃度低于電極液中的濃度。

3. 極化的危害

電阻增大而增加電耗

淡室中的水電離而消耗電能，且電流效率下降

引起結垢

4. 穩(wěn)定運行的措施

（1）原水的預處理

原水預處理的目的是為了避免因電滲析設備堵塞和膜污染而引起的電滲析器脫鹽率下降、產水量降低和能耗增大。為此應對進水采取相應的預處理措施，控制電滲析器的進水水質指標達到下列要求：

① 濁度 隔板厚度1.5～2.0mm，＜3mg/L,

隔板焊度0.5～0.9mm，＜O.3mg/L；

② 耗氧量 ＜3mg/L(高錳酸鉀煮沸法測定，以O2計)；

③ 游離性余氯含量 ＜0.2mg/L；

④ 鐵、錳含量 鐵含量＜0.3mg/L,錳含量＜0.1mg/L；

④ 水溫 5～40℃；

⑤ 淤塞密度指數(shù)(SDI) 頻繁倒極電滲析(EDR)，SDI＜7，

電滲析(ED)，SDI＜3～5。

一般應根據(jù)陰板厚度和倒極時間實測出適宜的SDI，一般＜10。

（2）確定合理的操作參數(shù)

電滲析器運行中的操作參數(shù)包括流速、壓力、電壓、電流、進水水質、倒極時間間隔和酸洗周期等。如果濃水是循環(huán)利用的，還要確定濃水的循環(huán)比例。為了保證電滲析器合理、安全、有效地運行，確定合理的操作參數(shù)是非常重要的。

① 流速和壓力

淡水室流速過低，會造成微量懸浮物沉積，阻力損失增大，各隔室配水不均，膜和水流界面處的擴散層過厚，易產生局部極化。但流速也不可過大，這樣會造成設備漏水和變形，出水水質下降，動力消耗增大。

一般流速5～10cm/s，進水壓力不超過0.3MPa為宜。進水壓力過高，會使膜對變形、漏水；進水壓力過低，水流速度就降低；

② 電壓和工作電流

在確定適當?shù)牧魉傧拢枰_定在什么直流電壓下運行。這個電壓參數(shù)的選取，應為與其相對應的工作電流為極限電流的70%～90%時的電壓為宜，使其能防止產生極化而造成電流效率降低和結垢。當原水含鹽量、硬度和有機物含量高時取低值，反之則取高值。

電滲析器運行時是控制直流電壓而不是控制工作電流。電滲析器有一個電壓的限值，它是由水溫、濃度、膜對尺寸和內管道面積確定的。電壓超過限值，將有過大電流由電極通過鄰近的膜傳到濃水管道，產生足夠的熱面損壞電極附近的隔板和膜。另一方面由于隨運行時間的增加，膜對電阻會有所上升，使電流下降，若為控制一定電流，必定要升高電壓．這樣易超過電壓的限值。

③ 確定倒極周期

定期切換電極，即定期改變電極的極性，使?jié)狻⒌仪袚Q。此時由于極性的交換，離子遷移方向也改變了，這樣在原陰膜濃水側生成的少量水垢在變換成淡水室后，會逐漸溶解，而在另一面沉積起來。定期倒換電極，造成了沉淀水垢的不穩(wěn)定狀態(tài)，可起到減輕結垢的作用。應根據(jù)水質和工藝操作條件，確定定時倒換電極的時間間隔，一般倒換電極的周期為l～4h。

倒極操作時，要防止?jié)馑M入淡水箱而污染水質。

頻繁倒極電滲析是每15～30min自動倒換電極一次，并自動地操作進出水口閥門使?jié)狻⒌髯詣忧袚Q。

④ 確定酸洗周期

當脫鹽率下降5%以后，應停機進行酸洗。

采用倒極后，一般能使下降的除鹽率得到恢復，但運行一斷時間后，除鹽率仍有下降趨勢，可能是由于局部極化、有機物污染和泥漿沉積等原因。對于這種情況應輔以酸洗和反沖洗去消除這種影響。

酸洗通常用1%～2%鹽酸進行循環(huán)清洗0.5～1h，再用水清洗至出水呈中性。

⑤濃水循環(huán)的濃縮倍率確定

用電滲析法淡化、脫鹽時，要排掉幾乎和淡水體積相等的濃水和少量的極水。為了提高水的利用率，通常采用濃水循環(huán)的方法。所謂濃縮倍率就是濃水含鹽量與原水含鹽量之比。由物料平衡原理，可得濃縮倍率公式如下

K = ( q + Qε）/q

K值的確定應以保證濃水系統(tǒng)不形成碳酸鹽和硫酸鹽垢為原則,同時也不顯著降低電流效率，應根據(jù)原水水質和所用的膜，通過試驗確定。

濃縮倍率的控制是通過改變給水的補充量來達到的。我國濃縮倍率一般為4～5，水的利用率為75%～85%。

五、常見故障

1. 漏水

（1）原因：

a. 隔板、夾緊板、導水板或膜厚度不均、變形；

b.一級膜對數(shù)太多，不易緊固；

c.未夾緊或鎖緊時用力不均勻；

d.運行中濃水、淡水、極水壓力不平衡等。

（2）解決方法

重視電滲析器各部件的選材和加工，組裝時應裝齊裝平。鎖緊時要用力均勻，對于膜對數(shù)較多的裝置可采用分次組裝或分次壓緊的辦法。運行時應嚴格操作規(guī)程。對已變形部件和不合格部件要更換。

2．水流阻力上升、進水流量下降

（1）產生原因

原水中懸浮物和膠體物質大量沉積在配水槽和離子交換膜面；嚴重極化產生沉淀

（2）解決方法

應設置必要的預處理裝置和反沖洗系統(tǒng)，在進水管道中設排污閥，防止啟動時將管道內的雜質帶入電滲析器中；運行時應采取防止極化的措施。

3．淡水水質下降

一般電滲析器正常運行中，淡水水質有一定的下降傾向，通過倒極和定期酸洗可使除鹽率回升。而運行中水質突然下降，或除鹽率明顯降低則應視為故障，水質下降的主要原因如下：

(1) 工作電壓過高或倒極、酸洗周期太長，致使嚴重極化，造成膜 面沉積水垢，膜堆電阻增加，工作電流下降；

(2) 預處理不當，進水帶入的沉積物會使水流阻力上升，膜電阻增加．從而影響水質，進水中有機物對膜的污染以及細菌微生物的生長也會造成類似的結果；

(3) 離子交換膜使用時間過長，或由于其他原因，如進水中氧化物質的作用，膜已老化，膜電阻增加；

(4) 組裝時膜與隔板裝錯，運行中膜的損壞造成濃、淡水互漏，同時電流效率也下降；

(5) 電極損壞，電路系統(tǒng)等發(fā)生電氣故障。

4．膜出現(xiàn)脹縮

電滲析器運行后，由于膜的質量原因，膜會出現(xiàn)脹縮，通常是陽膜縮短，陰膜變長，

脹縮差異不大，可用1％～2％鹽酸溶液浸泡、洗凈后．再行組裝。

脹縮太大，則可用純水浸泡陽膜使其伸展：陰膜可用稍濃鹽水浸泡使其收縮后，再行組裝。

七、電滲析最新研究進展

1. 倒極電滲析

70 年代以來，美國Ionics公司推出了倒極電滲析，簡稱EDR。

我國從1985年也發(fā)展了自己的EDR系統(tǒng)．1988年我國還引進了美國Ionics 公司的兩套50m3/h的EDR。EDR的出現(xiàn)是電滲析技術的一次重大突破，大大推動了電滲析技術的發(fā)展，擴展了它的應用領域。

（1）EDR原理

ED法由于結垢問題，因此發(fā)展速度緩慢。EDR的原理和BD法基本是相同的，只是在運行過程中，EDR每隔一定的時間(一般為15～20min)，正負電被極性相互倒換一次(國內電滲析器一般2～4h倒換一次)，因此稱現(xiàn)行的倒極電滲行為頻繁倒極電滲析。

它能自動清洗離子交換膜和電極表面形成的污垢，確保離子交換膜效率的長期穩(wěn)定性及淡水的水質相水量。

2.填充床電滲析

又稱電脫離子法(Electrodeio-nizationo簡稱EDI)．它是將電滲析法與離子交換法結合起來的一種新型水處理方法。

利用電滲析過程中極化現(xiàn)象對離子交換填充床進行電化學再生，它巧妙地集中了電滲析與離子交換這兩種方法的優(yōu)點，并且克服了它們的缺點，即電滲析過程的極化現(xiàn)象和離子交換的化學再生過程。

一般水中含鹽量為50～15000mg/L時都可使用，而對含鹽量低的水更為適宜。這種方法基本上能夠除去水中全部離子，所以它在制備高純水及處理放射性廢水方面有著廣泛的用途。

填充床電滲析原理

簡單的三隔室電滲析器，中間淡水室裝有混合陰、陽 離子交換樹脂或裝填離子交換纖維等．兩邊是濃室(與極室在一起)。填充床電滲析的原理見圖4-6。

它的作用原理有以下幾個過程。

a．電滲析過程：在外電場作用下，水中電解質通過離子交換膜進行選擇性遷移，從而達到去除離子的作用。

b．離子交換過程：此過程靠離子交換樹脂對水中電解質離子的交換作用，達到去除水中的離子。

c．電化學再生過程：利用電滲析的極化過程產生的H+離子和0H-離子及樹脂本身的水解作用對樹脂進行電化學再生。

3.高溫電滲析

高溫電滲析的優(yōu)點在于能使溶液的粘度下降，提高擴散速度，溶液和膜的電導增大，從而可以提高允許電流密度，提高設備的生產能力，或者降低動力消耗，從而降低處理費用。

八、電滲析器在水處理方面的應用

首先用于苦咸水淡化，

逐漸擴大到海水淡化及制取飲用水和工業(yè)純水的給水處理中，

在重金屬廢水處理、放射性廢水處理等工業(yè)廢水處理中部巳得到應用。