电渗析除盐实验指导书

电渗析除盐实验指导书

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实验七电渗析除盐实验

一、实验的目的和要求

1、了解、熟悉电渗析设备的构造、组装及实验方法；

2、掌握在不同进水浓度或流速下，电渗析极限电流密度的测定方法；

3、求定电流效率及除盐率。

二、实验原理

电渗析是一种膜分离技术，已广泛地用于工业放心液回收及水处理领域（例如除盐或浓缩等）。

电渗析膜由高分子合成材料制成，在外加直流电场的作用下，对溶液中的阴阳离子具有选择透过性，使溶液中的阴阳离子在由阴膜及阳膜交借排列的隔室产生迁移作用，从而使溶质与溶剂分离。

离子选择透过是膜的主要特性，可用道南平衡理论予以解释。应用道南平衡理论于离子交换膜，可把离子交换膜与溶液的界面看成是半透膜，电渗析法用于处理含盐量不大的水时，膜的选择透过性较高。一般认为电渗析法适用于含量在3500mg/L以下的苦咸水淡化。

在电渗析器中，一对阴阳膜和一对隔板交错排列，组成最基本的脱盐单元，称为膜对。电极（包括共电极）之间由若干组膜对堆叠在一起，称为膜堆。电渗析器由一至数组膜堆组成。

电渗析器的组装方法常用“级”和“段”来表示。一对电极之间的膜堆称为一级，一次隔板流程称为一段。一台电渗析器的组装方式可分为一级一段、多级一段、一级多段和多级多段。一级一段是电渗析器的基本组装方式。

电渗析器运行中，通过电流的大小，与电渗析器的大小有关。因此为便于比较，采用电流密度这一指标，而不采用电流的绝对值。电流密度即单位除盐面积上所通过的电流，其单位为：mA/cm2.

若逐渐增大电流强度（密度）i，则淡水隔室膜表面的离子浓度C′必将逐渐降低。当i达到某一数值时C′→0，此时的I值称为极限电流。如果再稍稍提高I值，则由于离子来不及扩散，而在膜界面处引起水分子的大量电离，成为H+和OH-。它们分别透过阳膜和阴膜传递电流，导致淡水室中水分子的大量电离，这种膜界面现象称为极化现象，此时的电流密度称为极限电流密度，以i1im表示。

极限电流密度与流速、浓度之间的关系如式（7-1）所示。此式也称之为威尔逊公式

i1im=KCV n式（7-1）

式中n—流速系数（n=0.8-1.0）

v—淡水隔板流水道中的水流速度，cm/s；

C—浓室中水的平均浓度，me/L，实行应用中采用

对数平均浓度；

K—水力特性系数

其中n值的大小受格网型式的影响。

极限电流密度及系数n、K值的确定，通常采用电压、电流法，该法是在原水水质、设备、流量等条件不变的情况下，给电渗析器加上不同的电压U，得出相应的电流密度，作图求出这一流量下的极限电流密度。然后改变溶液浓度或流速，在不同的溶液浓度或流速下，测定电渗析器的相应极限电流密度。将通过实验所得到的若干组i1im、C、V值，代入威尔逊公式中。等号两边同时取对数，解此对数方程就可得到水力特性系数K值及流速指数n值,K值也可通过作图求出。

所谓电渗析器的电流效率，系指实际打出物质的量与应析出物质的量的比值。即单位时间实际脱盐量q（C1-C2）/1000与理论脱盐量

I/F 的比值，故电流效率也就是脱盐效率。如式（7-2）所示。

η=

%100/1000)

(21⨯-F

I C C q 式（7-2）

式中 q —一个淡室（相当于一对膜）单位时间的实际脱盐量，L/S

C 1、C 2—分别表示进出水含盐量，mmol/L I —电流强度，A ；

F —法拉第常数，F=96500C/mol 三、实验设备、仪器

1、电渗析器：采用阳膜开始阴膜结束的组装方式，用直流电源。离子交换膜（包括阴膜及阳膜）采用异相膜，隔板材料为聚氯乙稀，电极材料为经石腊浸渍处理后的石墨（或其它）。

2、进水水质：

（1）要求总含盐量与离子组成稳定； （2）浊度1-3mg/L; （3）活性氯（0.2mg/L ）; （4）总铁（0.3mg/L ） （5）锰（0.1mg/L ） （6）水温5-40℃,要稳定 （7）水中无气泡。 3、变压器、整流器各1台 4、转子流量计：0.5m 3/h ，3只 5、水压表：0.5MPa ，3只 6、滴定管：50ml 、100ml 各1只 烧杯：100ml ，5只

量筒：1000ml,1只 7、电导仪：1只，附万用表。 8、秒表：1只

实验装置如图7-2所示，采用人工配水，水泵循环，浓水淡水均用同一水箱，以减少设备容积及用水量，对实验结果无影响。 四、实验步骤

1、启动水泵，缓慢开启进水阀门1及2，逐渐使其达到最大流量，

排除管道和电渗析器中的空气。注意浓水系统和淡水系统的原水进水阀门1、2 应同时开关。

2、在进水浓度稳定的条件下，调节流量控制阀门1、2，使浓水、淡水流速均保持在50-100mm/s的范围内（一般不应大于100mm/s），并保持进口压力稳定，以淡水压力稍高于浓水压力为宜，一般高0.01-0.02MPa。稳定5分钟后记录淡水、浓水、极水的流量、压力。

3、测定原水的电导率（或称电阻率）、水温、总含盐量，必要时测PH值。

4、接通电源，调节作用于电渗析膜上的操作电压至一稳定值（例如0.3V/对）读电流表指示数。然后逐次提高操作电压。

在图4-2中，曲线OAD段，每次电压以0.1-0.2V/对的数值递增（依隔板厚薄、流速大小决定，流速小板又薄时取低值），每段取4-6个点，以便连成曲线；在DE段，每次以电压0.2-0.3V/对的数值逐次递增，同上取4-6个点，连成一条直线，整个OADE连成一条圆骨曲线。

之所以取DE段电压高于OAD段，是因为极化沉淀，使电阻不断增加，电流不断下降，导致测试误差增大之故。

5、边测试边绘制电压一电流关系曲线图，以便及时发现问题，改变流量（流速）重复上述实验步骤；

6、每台装置应测4-6个不同流速的数值，以便于求K和n。在进水压力不大于0.3MPa的条件下，应包括20、15、10及15cm/s这几个流速；

7、测定进水及出水含盐量，其步骤是先用电导仪测定电导率，然后由含盐量—电导率对应关系曲线求出含盐量，按式（7-2）求出脱盐效率。

五、注意事项

1、测试前检查电渗析器的组装及进、出水管路，要求组装平整、正确，支撑良好，仪表齐全，并检查整流器、变压器、电路系统，仪表组装是否正确。

2、注意电渗析器开始运行时要先通水后通电，停止运行时要先断电