环保工程师专业知识

环保工程师专业知识：电渗析原理应用电渗析⑴原理：在外加直流电场作用下，利用离子交换膜的透过性(即阳膜只允许阳离子透过，阴膜只允许阴离子透过)，使水中的阴、阳离子作定向迁移，从而达到水中的离子与水分离的一种物理化学过程。

原理是：在阴极与阳极之间，放置着若干交替排列的阳膜与阴膜，让水通过两膜及两膜与两极之间所形成的隔室，在两端电极接通直通电源后，水中阴、阳离子分别向阳极、阴极方向迁移，由于阳膜、阴膜的选择透过性，就形成了交替排列的离子浓度减少的淡室和离子浓度增加的浓室。

与此同时，在两电极上也发生着氧化还原反应，即电极反应，其结果是使阴极室因溶液呈碱性而结垢，阳极室因溶液呈酸性而腐蚀。

因此，在电渗析过程中，电能的消耗主要用来克服电流通过溶液、膜时所受到的阻力及电极反应。

例如，用电渗析方法处理含镍废水，在直流电场作用下，废水中的硫酸根离子向正极迁移，由于离子交换膜具有选择透过性，淡水室的硫酸根离子透过阴膜进入浓水室，但浓水室内的硫酸根离子不能透过阳膜而留在浓水室内;镍离子向负极迁移，并通过阳膜进入浓水室，浓水室内的镍离子不能透过阴膜而留在浓水室中。

这样浓水室因硫酸根离子、镍离子不断进入而使这两种离子的浓度不断增高;淡水室由于这两种离子不断向外迁移，浓度降低。

离子迁移的结果是把电渗析器的两个电极之间隔室变成了溶液浓度不同的浓室和淡室。

浓水系统是一个溶液浓缩系统，而淡水系统是一个净化系统。

用电渗析法回收镍时，以硫酸钠溶液作为电极液，硫酸钠可减轻铅电极的腐蚀，浓水回用于镀槽，淡水用于清洗镀件。

⑵离子交换膜和电渗析装置①离子交换膜(是电渗析的关键部件，其性能影响电渗析器的离子迁移效率、能耗、抗污染能力和使用期限等。

)②电渗析离子交换膜的分类：按膜结构分为：异相膜、均相膜和半均相膜。

按膜上活性基团不同分为：阳膜、阴膜和特种膜。

按膜材料不同分为：有机膜和无机膜。

③电渗析装置电渗析器的构造包括压板、电极托板、电极、极框、阴膜、浓水隔板、淡水隔板等部件。

将这些部件按一定顺序组装并压紧，组成一定形式的电渗析器。

电渗析器的辅助设备还包括水泵、整流器等，组成了电渗析装置。

⑶电渗析器运行的工艺参数①电流效率电渗析析器运行时实际除盐量与理论除盐量之比称为电渗析器的电流效率。

②电流密度与极化现象电渗析器工作时，单位膜面积上通过的电流称为电流密度。

运行时，当电流密度达到一定值时，界面层离子的迁移速度远低于膜内离子迁移速度，迫使膜界面处水分子发生电离，依靠氢离子和氢氧根离子来传递电流，这种膜界面现象称为浓差极化，此时的电流密度称为极限电流密度。

极化包括浓差极化和电极极化。

极化发生后在阳膜淡室的一侧富集着过量的氢氧根离子，阳膜浓室的一侧富集着过量的氢离子;而在阴膜淡室的一侧富集着过量的氢离子，阴膜浓室的一侧富集着过量的氢氧根离子。

由于浓室中离子浓度高，则在浓室阴膜的一侧发生碳酸钙等沉淀，从而增加膜电阻，加大电能消耗，减小膜的有效面积，降低出水水质，影响正常运行。

⑷处理废水的电渗析器的特点目前电渗析在海水或苦咸水淡化和某些工业用水的精制等应用中都已有大型装置投入生产性运行，而在废水处理中的应用还相对较少，应注意以下三点：①在给水处理中应用的电渗析器，只回收淡水和只关注淡水水质，水的回收率一般为50%～70%;而应用电渗析处理废水时，有时淡水和浓水均可回收利用，水的回收率高，有时浓水的利用价值高于淡水。

②在给水处理中应用的电渗析器只含有阳膜和阴膜，并以膜对的形式存在，而在废水处理中，电渗透析器用膜的种类较多，有阳膜、阳膜、中性膜和复合膜等，根据处理对象组成和处理目的的不同而有不同的膜组合形式。

③在给水处理中，关注电渗析电极反应多半是为了防止电极反应的负面影响，而在废水处理中，有时是利用电极反应来达到处理废水和回收有用物质的目的。

⑸电渗析在废水处理中的应用电镀废水中含有铜、锌、镍等重金属和氰化物，未经处理而直接排放，会污染环境，目前已经许多电镀车间应用电渗析处理电镀废水取得了较好的效果，既回收了重金属，又使水的重复利用率有较大的提高。

⑹电渗析器工艺设计目前，电渗析器有系列产品规格，可根据淡水产量与处理要求确定合理的设计参数，选用所需电渗析器的台数以及并联或串联的组装方式。

渗析是指用膜把一容积隔成两部分，膜的一侧是溶液，另一侧是纯水，小分子溶质透过膜向溶液侧移动的过程；或者膜的两侧是浓度不同的溶液时，溶质从浓度高的一侧透过膜扩散到浓度低的一侧的过程。

但如果仅仅是纯水透过膜向溶液侧移动，使溶液变淡或者仅仅是低浓度溶液中的溶剂透过膜进入高浓度的溶液，而溶质不透过膜，则此过程称之为渗透。

电渗析是指在直流电场的作用下，溶液中带电离子选择性地透过离子交换膜的过程，目前电渗析主要应用于溶液中电解质的分离。

以盐水中NaCl的脱除来阐述电渗析过程原理。

在正、负两电极之间交替地平行放置阳离子交换膜(简称阳膜，以符号C表示)和阴离子交换膜(简称阴膜，以A表示)。

阳膜常含有带负电荷的酸性活性基团，能选择性地使溶液中的阳离子透过，而溶液中的阴离子则因受阳膜上所带负电荷基团的同性相斥作用不能透过阳膜。

阴膜通常含有带正电荷的碱性活性基团，能选择性地使阴离子透过，而溶液中的阳离子则因阴膜上所带正电荷基团的同性相斥作用不能透过阴膜。

阴、阳离子交换膜之间用特别的隔板隔开，组成浓缩和脱盐两个系统。

当向电渗析器各室引人含有NaCl等电解质的盐水并通人直流电流时，阳极和阴极室即分别发生氧化和还原反应。

阳极室产生氯气、氧气和次氯酸等。

阳极电化反应为：(10—20)(10—21)(10—22)(10—23)因此阳极水呈现酸性，并产生新生态氧和氯，通常在阳极加一张惰性多孔膜或阳极以保护电极。

阴极室产生氢气和氢氧化钠，其反应为(10—24)(10—25)(10—26)可见阴极水呈碱性。

当溶液中存在其它杂质时，还会发生相应的副反应，如、之类的离子存在时就会生成。

和等水垢。

电极反应消耗的电能为定值，与电渗析器中串联多少对膜关系不大，所以两电极间往往采用很多膜对串联的结构，通常有200—300对膜，甚至多达1000对。

在直流电流电场作用下，淡化室中带正电荷的阳离子(如 )向阴极方向移动透过阳膜进入右侧的浓缩室，带负电荷的阴离子(如 )向阳极方向移动并透过阴膜进入左侧的浓缩室，因而淡化室中的电解质(NaCl)浓度逐渐减小，最终被除去。

在浓缩室中，阳离子，包括从左侧淡水室中透过阳膜进来的阳离子，在电场作用下趋向阴极时，立即受到阴膜的阻挡留在此浓缩室中；阴离子，包括从右侧淡水室中透过阴膜进来的阴离子，趋向阳极时立即受到阳膜的阻挡也留在浓缩室中，这样，此浓缩室中的电解质(NaCl)浓度逐渐增加而被浓集。

将各淡化室互相连通引出即得到淡化水，将诸浓缩室互相连通即可得到浓盐水电渗析的工作原理. 特点及一般应用一、电渗析的工作原理电渗析（简称ED）是以溶液中的离子选择性地透过离子交换膜为特征的，一种新兴的高效膜分离技术。

它是利用直流电场的作用使水中阴、阳离子定向迁移，并利用阴、阳离子交换膜对水溶液中阴、阳离子的选择透过性（即阳膜具有选择透过阴离子而阻挡阳离子通过），使原水在通过电渗析器时，一部分水被淡化，另一部分则被浓缩，从而达到了分离溶质和溶剂的目的。

二、电渗析的特点电渗析和离子交换、反渗透一样，也是分离、提取物质的一种方法。

但它具有自己的特点，现将主要特点归纳如下：1、除盐率比较任意。

根据需要可在30~99％的范围内选择。

2、能量消耗很低。

电渗析是用电能来将水中已离解的离子迁移掉，故其脱电耗与原水含盐量和脱盐率有关。

例如，含盐量为1000mg/l的水，脱盐率为80％，用中型电渗析器进行处理，直流脱盐电耗约为0.25KW·h/m3。

其进水压力<0.2Mpa，所以动力耗电也较低，是目前该领域中比较经济的水处理技术之一。

3、对环境无污染。

电渗析运行时，不象离子交换树脂那样有饱和失效问题，所以不用酸、碱频繁再生，也不需要加入其他药剂，仅在定时清洗时用少量的酸，对环境基本无污染。

与反渗透相比，也没有高压泵的强烈躁声。

4、装置设计灵活、使用寿命长、操作维修方便。

三、电渗析的一般应用电渗析装置已被广泛应用于电力、化工、电子、环保、医药、纺织、食品等行业，获得令人满意的经济效益，具体用途主要有：1、海水、苦咸水淡化制取生活饮用水。

2、制取啤酒、汽水、纯净水等饮料用水。

3、制取低压锅炉用水。

4、电渗析和离子交换法联合使用，制取蒸馏水、高纯水、超纯水，这种制水方法可节约酸碱80~90%，避免树脂的频繁再生，并大大降低制水成本。

5、联合其他不同的处理单元，可制成满足电子、医药、食品、化工等更高档次的行业用水。

6、电镀、电子等工业废水（液）中Au、Ag、Cu等贵重金属电渗析器的原理与应用摘要：电渗析器除盐基本原理，是利用离子交换膜选择透过性。

阳离子交换膜只允许阳离子，阻档阴离子，阴离子交换膜只允许阴离子，外加直流电场作用下，水中离子作定向迁移，使一路水中大部份离子迁移到另一路离子水中去，达到含盐水淡化目。

关键词：电渗析器工作原理构造组装方式一、工作原理电渗析器除盐基本原理，是利用离子交换膜选择透过性。

阳离子交换膜只允许阳离子，阻档阴离子，阴离子交换膜只允许阴离子，外加直流电场作用下，水中离子作定向迁移，使一路水中大部份离子迁移到另一路离子水中去，达到含盐水淡化目。

二、应用范围电渗析器具有工艺简单，除盐率高，制水成本低、操作方便、不污染环境等主要优点，广泛应用于水除盐，具体应用如下场合：海水及苦咸水淡化，我单位试验资料，可将含盐量高达60克/升苦咸水淡化成饮用水，解决沙漠区饮用水源。

制取软水，（水电阻率为105欧姆一厘米），可供低压锅炉给水，不需要食盐再生，还可节煤20%左右。

深度除盐水及高纯水前级处理，采用电渗析一离子交换法，扩大了原水适用范围，广泛应用电力、电子、化工、制药、科研化验等场合、降低制水成本50%以上。

节省离子交换法再生用酸碱80%左右，延长再生周期五倍以上。

用于饮料食品工业提纯，使啤酒、汽水质量提高，为创优质名牌产品创造了条件。

电渗析器还可用于化工分离，浓缩及工业废水处理回收率。

三、构造及组装方式1.构造：电渗析器由膜堆、极区和压紧装置三部分构成。

（1）膜块：是由相当数量膜对组装而成。

膜对：是由一张阳离子交换膜，一张隔板甲（或乙）；一张阴膜，一张隔板乙（或甲）组成。

离子交换膜：是电渗析器关键部件，本厂采用上海化工厂产异相膜。

隔板：分浓、淡水隔板，交替放阴阳膜之间，使阴膜和阳膜之间保持一定间隔，隔板平面水流，垂直隔板平面电流。

隔板厚离0.9毫米。

（2）极区包括电极、极框和导水板。

电极：为连接电源所用，本厂电极采用钛涂钌。

极框：放置电极和膜之间，膜帖到电极上去，起支撑作用。