电渗析讲义

一边循环，一边补充原水，产水量与补水量相等。 渗析槽内流速不受产水量的影响，电流密度也可相 应恒定，运行管理比直流式容易。膜可保持稳定状 态，装置可适合任何进料情况。
适用于大规模水处理系统
淡水
原水
ED
九、 有关计算 （1）电流效率
=实际除盐量/理论除盐量
（2）电能效率 = 理论耗电量 / 实际耗电量
膜对1 (一)
(二)
Na
Na
Na
膜对2 膜对3 (一)
(二)
(一)
CI
CI
CI
CI
CI
1 2 34 5 6 7
淡进——淡水室； 离子只进不出——浓水室。
极水
+
原水 原水 原水
A
K
A
K
A
K
Na
Na
Na
Na
Na
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
浓水 淡水
极水
-
原水
浓水
极水
A
K
A
K
电能消耗在： 1）电极反应； 2）克服浓度差产生的电位（膜电位）； 3）电阻消耗； 包括膜电阻和溶液电阻（极水、浓水和淡水）
（3）最佳电流密度和极限电流密度 在水质、水量一定时，较大的电流密度，可
减少膜面积，降低造价，但电费会增加；反 之，～。使造价和运行费用为最低的电流密度， 称为最佳电流密度。
因为反离子在膜中的运动速度比在溶液中快， 当操作电流密度增达到一定的程度时，主体溶 液中的离子不能迅速地补充到膜的界面，使膜 界面中反离子的浓度趋近于零，从而迫使水分 子电离产生H+和OH-来荷载电流，此时的电流密 度称为极限电流密度。
级：一对电极成为一级 段：浓淡水隔板上水流方向一致为一段，改变一次
增加一段。
五、问题及解决办法 极化：运行中阴膜及阳膜的界面层两侧出现离子浓 度差的现象。
结垢：极化会造成膜表面的结垢。 什么物质？为什么结垢？
增加膜电阻、加大电耗、减小膜的有效面积、 降低出水水质、影响正常运行。
解决办法： 1) 调换电极。 2) 酸洗，常用盐酸。 3) 将原水软化，或加螯和或分散剂，阻垢。 4) 控制操作电流，避免极化现象的发生，减缓
离子交换膜
隔板： 作用？
1）保持两膜之间距离，提供水流通道 2）均匀布水，紊流，减小界面层厚度
隔板
隔板的构造 配水孔、布水道、流水道、具有搅拌作用的隔网。 分为有回路～和无回路～。
隔板材料： 绝缘、化学稳定、耐热、不老化、有弹性。
淡水室产水量？ 膜的有效面积？ 如何提高除盐效率？
极区
隔板厚0.5-0.9mm:＜0.3mg/l 淤泥密度指数（SDI）:＜3-5
预处理方式
地下水 一级过滤
电渗析
适于清洁地 下水
地下水 一级过滤 二级过滤
电渗析
适于浅层较 浑地下水
自来水 活性炭过滤
过滤 电渗析
适于含少量有 机物的原水
适于有机污染 的原水
河水
混凝沉淀 过滤
活性炭 滤筒过滤
电渗析
地下水
电渗析 离子交换 电化学再生
EDI除盐是在电压作用下使离子从淡水水流 进入到邻近的浓水水流。EDI与电渗析不同， 它在淡水室中充填离子交换树脂，而树脂可以 提高离子的迁移速度。树脂的作用是离子的导 体而不是离子交换源，其工作状态是连续稳定 的。
优点： 和传统离子交换相比
EDI不需化学再生，省略了混床和再生装置； 占地空间小； EDI再生时不需要停机，产水连续； 提供稳定的水质，出水质量高； 能耗低， 运行费用低。
缺点： 不除有机物 膜污染（浓差极化和结垢） 除盐率低于RO，设备庞大 安装要求高
二、 原理与过程
1. 离子交换膜 电渗析的“心脏”，是膜状的交换树脂。
离子交 换膜
基膜：高分子
活性基团
固定离子 可解离离子
特性与机理 选择透过性。Why?
性能要求：
高选择透过性；（0.9：0.1） 化学稳定； 低渗水性； 高机械强度； 低电阻；（小于溶液电阻） 低价格； 工艺简。
A
K
+
极 淡Na N浓a 淡Na 浓Na 淡Na 极
室 水 (一)
水(二)
水(一)
水(二)
水(一)
室
1
室CI 室CI 室CI 室CI 室CI
2
淡水
极水
-
原水 原水 原水
原水
三次革新： 1）具有选择性离子交换膜的应用； 2）设计出多层电渗析组件； 3）采用倒换电极的操作模式。
特点：
能耗低 药耗少（与离子交换相比） 对含盐量变化适应性强 操作简单，易于机械化、自动化 设备紧凑，预处理简单（水不过膜） 水的利用率高（90％）
水垢的生成。
六、频繁倒极电渗析（EDR）
每隔15-20min，正负极倒换一次。 作用：清除结垢，延长膜寿命，提高水质。 原理与流程：
C A C AC AC A C
极浓 淡浓淡浓淡浓淡极 C A C AC AC A C
阴膜的 阳极面
极 淡 浓 淡浓 淡 浓淡 浓极
组成：ED本体，整流器，自动倒极系统。 程序：倒极，阀门转换，排水，运行
八、电渗析水处理工艺
除盐方式：
（1）直流式 运行参数固定，水泵和ED均高效运行，省却了循环 水槽。
淡水
适用于水量、浓度 固定的场所。
原水
ED
（2）循环式 一次充满水槽，循环除盐直到达标。间歇运行， 出水水质恒定，不受原水影响。
适用于：原水含量高，出水要求高，水量小。
淡水
ED
（3）部分循环式
倒极前 倒极后
EDR和RO比较
EDR
RO
压力低（0.2-0.5MPa） 压力高
不需酸洗
需酸
膜不易堵，预处理简 易堵，预处理严格
不具过滤性
具过滤性
电渗析系统的进水水质要求 水温：5-40度 高锰酸盐指数：＜3mg/l 游离氯：＜0.3mg/l 铁：＜0.3mg/l 锰： ＜0.1mg/l 浊度：隔板厚1.5-2mm:＜3mg/l
第4节 电渗析
一、 概述
利用离子交 换膜和直流电 场，从水溶液 中分离带电离 子的一种电化 学分离过程。
基础： 三槽式电渗析器
1）离子在直流电场中的定向迁移
2）离子交换膜的选择透过性
三槽电渗析的问题： 处理的水量小； 产水不连续； 耗电多。
三个槽中，二个槽安放电极，离子在电极发 生电化学反应，耗电
1
2
3
4
5
6
7
b 电流接通
代表Na
代表 Cl
b 电流接通
代表Na
代表 Cl
正极 阴膜 阳膜 阴膜 阳膜 阴膜 阳膜 阴膜 阳膜 负极 1 23 4567
电
Cl2 +O2 + 2H2 O 4 NaOH+3 H2
荷
平
Cl2 +O2
衡
含氢及碱水
除盐水
c 电流流过后
代表Na
代表 Cl
阳极反应： 氧化反应 阴极反应：还原反应
改进措施： 多槽式：若干个膜对。 每个膜对电压2-3v，n个膜对，电压 (2-3)×n伏
，而消耗在极板的电压与一个膜对时相当，故极板 与总电压的比值降低，即电压的利用率提高。
上世纪初始于德国，50年代工业化应用。
例如：在槽内放３个膜对，将水槽隔为７室。
浓水
极水
+
原水 原水 原水
A
K
A
K
A
K
Na
Na
分类 按结构
异相膜：膜结构不连续 均相膜：组成均匀
半均相膜
阳膜 按活性基团 阴膜
特种膜：双极性膜
2. 电渗析过程
3. 电渗析原理
正极 阴膜 阳膜 阴膜 阳膜 阴膜 阳膜 阴膜 阳膜 负极
1
2
3
4
5
6
7
a 电流未接通
代表Na
代表 Cl
a 电流未接通
代表Na
代表 Cl
正极 阴膜 阳膜 阴膜 阳膜 阴膜 阳膜 阴膜 阳膜 负极
电渗析和离子交换相比：
(1)工作介质均为离子交换树脂，但前者是薄 膜，后者为颗粒；
(2) 树脂发生离子交换反应。而电渗析膜对离 子选择透过和截阻。
(3)离子交换膜不需再生，但耗电；树脂须再 生，但不耗电。
三、 电渗析装置
电渗析器本体和辅助设备。 要求：稳定运行，不易结垢，耗电小，效率高，易拆卸。 （1）本体 膜堆、极区、紧固装置 膜对：基本的脱盐单元。 膜堆：两电极间的膜对。
含电极、极框、电极托板和垫板。 材料：导电性能好、机械强度高、耐腐蚀、加工 方便。 极框主要使极水自成系统，不断将极室内生成的 电极反应物和沉淀物冲出，要求水流畅通、支撑 作用好。
电极
（2）辅助设备 料液槽 水泵 直流电源 进水预处理。
四、 电渗析器的组装 并联： 水流同向的膜堆装在一起。 产水量与膜对数成正比。 适于水量大， 水质要求不高。 串联： 水由前一个膜堆出来改变流向进入后一个膜堆。 适用于水量小，要求除盐率高的场所。
地下水
曝气 Cl2
活性炭
曝气 石 灰
混凝沉淀
滤筒过滤
过滤
电渗析
电渗析
地下水 石灰 苏打
混凝沉淀
过滤
电渗析
地下水 阳床 阴床 电渗析
适于含H2S 的地下水
适于含铁、暂时 硬度高的地下水
适于含铁、锰、 硬度高的地下水
七、填充床电渗析（EDI） 又名：电去离子技术 将离子交换与电渗析结合起来。 利用电渗析的极化现象对离子交换树脂再生。 原理：