电渗析法淡化与除盐

电渗析法淡化与除盐演示文稿当前1页，总共40页。优选电渗析法淡化与除盐当前2页，总共40页。各种膜分离法的分离对象推动力。当前3页，总共40页。当前4页，总共40页。

渗透——膜能使溶剂（水）透过的现象称为渗透。渗析——膜能使溶质透过的现象称为渗析。当前5页，总共40页。一、离子交换膜及其作用机理：（一）离子交换膜：

分类：阳膜：用阳离子交换树脂制成，只准阳离子按选择透过性分：通过。

阴膜：用阴离子交换树脂制成，只准阴离子通过。

当前6页，总共40页。

异相膜：用粘合剂（或膜材料）与树脂粘合成膜并加入衬网面制成，两相按结构分类：不均匀。特点：价低，机械强度好，适水性大，但膜电阻大，耐热性差。

均相膜：树脂与成膜材料均匀。特点：与异相膜相反。半均相膜：普通膜：按抗腐蚀分类：抗氯膜：当前7页，总共40页。当前8页，总共40页。

1、选择透过率：

离子在溶液中与在交换膜中迁移数量不相同，在理想情况下，在膜中迁移比例应等于1，但实际上达不到1。当前9页，总共40页。

阳膜对阳离子的选择透过率（P+）：

公式:

通电时阳离子所迁移的电量（实测电量）与所有离子迁移总电量（理论量）之比值。

t+——阳离子在溶液中的迁移数。

——阳离子在膜内的迁移数（理想膜，应为1）

分子为：实际膜条件下，阳离子在阳膜内与在溶液中的迁移数之差。

分母为：理想条件下阳离子在阳膜内与在溶液中的迁移数之差。

P+越大，越接近1，膜性能越好。

2、膜电阻：电阻率×膜厚，单位：Ω·cm2(测定)当前10页，总共40页。

（二）离子交换膜的作用机理：

膜的主要性能：离子的选择透过性，作用机理为道南（唐南Donnan）平衡理论。

Z离子不可透过膜，Na+；Cl－可自由透过膜。

NaZ膜NaCl（1）

膜

（2）→初始

平衡状态

当体系处平衡时，膜两侧的Na+和Cl-浓度的乘积,即扩散速率必须相等:1室2室Z-(C1)Na+(C1)Cl-(C2)Na+(C2)Z-(C1)Na(C1+x)Cl-(x)Cl-(C2-x)Na+(C2-x)当前11页，总共40页。

据电中性法则：则：将浓度代入:

平衡态膜两侧[Cl-]比值:当前12页，总共40页。

当1室Na+Z-浓度非常大时，x→0，2室中的Cl-几乎不能透过膜来。

我们把交换膜的溶液界面看成半透膜，固定于离子交换膜的活动基团（如树脂上的-SO4--…）相当于Z-可交换离子为Na+，当膜含有相当多的活性基团时，溶液中的Cl-

几乎不进入膜内，也即膜对离子具有选择透过性。

若增大C2，进入膜的Cl-也随着增加，→膜的选择透过性相应降低。

阴离子交换膜的原理也相同。当前13页，总共40页。二、电渗析原理及过程（一）原理：在电场力的作用下，使阴、阳离子作相反的一定向移动，利用阴阳离子交换膜对阴阳离子的选择透过性，使阴阳离子在浓室中浓度升高，淡室中浓度降低，来制取淡水。（二）电渗析的过程：

通电后：水中的阴离子向阳极方向移动，

阳离子向阴极方向移动。阴膜可选择通过阴离子而阳离子不能通过；

阳膜可选择通过阳离子而阴离子不能通过。

当前14页，总共40页。当前15页，总共40页。

极室中的反应：（1）阴极室进行还原反应：2H++2e→H2↑形成了：Na(OH)、NaCl碱性溶液。

并形成：Mg(OH)2、CaCO3沉积于电极上。（水垢）

（2）阳极室进行氧化反应：4OH--4e→O2↑+2H2O2Cl--2e→Cl2↑

形成了：HCl；NaCl酸性溶液。(三)耗电：1、极室反应耗电。

2、电流通过溶液和膜时的电阻耗能。当前16页，总共40页。三、电渗析的构造与组装：（一）构造：

部件：压板，电极托板，电极，极框，阴、阳膜，浓、淡水隔板等，整个结构分为膜堆、极区，紧固装置三大部分。当前17页，总共40页。

1、膜堆：一对阴、阳膜和一对浓、淡水隔板，交替排列，组成最基本的脱盐单元，称为膜对。

由许多膜对叠到一起构成膜堆。

隔板作用：隔开阴、阳膜，板上设有配水孔，布水槽，流水道及搅动水流的隔网等。

由于隔板与进出水的不同，浓、淡水室相连接，其分别相应地分为淡室和浓室。

隔板材料：聚氯乙烯、聚丙烯、合成橡胶。

隔网形式：鱼鳞、编织、冲膜式网。

当前18页，总共40页。

流水道：有回路式：流程长，流速高，电流效率高，一次除盐效果好。

适用：流量小，除盐率高场合。

无回路式：流程短，流速低，要求隔网搅动（搅动，水流冲动网，网使水流紊动）作用强，及水流分布均匀。

适用：流量大，除盐率低场合。当前19页，总共40页。

2、极区：接直流电流的电极板，设有原水进口，淡水，浓水出口及极室水的通路。

组成：电极，极框，电极托板，橡胶垫板等。

极框作用：防止膜贴到电极上，保证极室水流畅，及时排掉电极的反应产物。

常用电极：石墨、钛涂钌、铅、不锈钢等。

3、紧固装置：

包括：两端压板和紧固螺栓，把膜堆均匀夹紧，使其不漏水。

4、其它设备：整流器、水泵、转子流量计等。

当前20页，总共40页。（二）、电渗析的组装：级——一对电极之间的膜堆为一级。

段——具有同向水流的并联膜堆为一段。

一级一段组装方式：

多级一段

一级多段

多级多段当前21页，总共40页。当前22页，总共40页。四、电流效率与极限电流密度（一）电流效率：实际除盐量与理论除盐量之比：η

1、实际除盐量：m1（克）

q——一个淡水室的出水量（l/s）

C1；C2——（淡水室）进出水含盐量mmol/lt——通电时间sMB——物质的摩尔质量g/mol2、理论除盐量：m（g）

I——电流，A↗库仑

F——法拉第常数,96500C/mol当前23页，总共40页。

3、电流效率：η

η与膜对数无关，膜对数与电压成正增长。4、电能效率：与电流效率不同，是衡量电能利用程度的指标。

目前：电渗析的电能效率很低。当前24页，总共40页。（二）极限电流密度：1、电流密度：单位膜面积通过的电流强度称为电流密度i。

2、膜界面极化现象：

以阳膜淡水室一侧为例：

过大的电流密度会导致阳膜淡室侧膜表面的离子浓度低到接近于零。要保持电流通过，则在界面层中由水离解为H+和OH-，使之传递电流，这种现象称为极化现象，它主要发生在阳膜的淡室一侧。

同时产生的另一种膜界面现象是水离解出的OH-在电场力的作用下迁移过阴膜，造成阴膜浓室一侧PH上升。

产生沉淀反应。当前25页，总共40页。

（1）膜内迁移量：

i——电流密度，

F——法拉第常数。

——阳离子进膜内迁移数。

膜内迁移量，相当于单位时间，单位面积所迁移的物质的量。

当前26页，总共40页。

（2）溶液中的迁移量：

t+——阳离子进溶液中的迁移数，

由于＞造成浓度差C’；C。

据菲克扩散定律：扩散物质的通量φ为：mmol/cm2·sD——扩散系数cm2/sC’

；

C——界面层两侧物质的量浓度mmol/lδ——边界层厚cm当前27页，总共40页。

（3）当处于稳定状态时:

即

i——电流密度，mA./cm2

当i增大时，C’下降，i达某一值时，C’=0当i继续增大时，水H2O产生电离，H+、OH-传递电流。

这种现象——水的极化现象，也称浓差极化。当前28页，总共40页。

（4）极限电流密度：ilim(C'=0时的i)

δ——界面膜厚度与水流有关。

v——水的流速，

厘米/sn——是变量与温度有关，n=0.3~0.9与隔网形成的水紊动有关。

k——系数，与隔板形式及厚度等因素有关。

代入原式中：

C——浓度，水在流道中流动，C逐渐降低，变化规律：

沿流向按指数关系分布，C采用对数平均值。当前29页，总共40页。

C1、C2—淡室进出水浓度mmol/l令：

K——称为水力特性系数，主要与膜的性能，隔板形式与厚度、隔网形式，水的离子组成，水温等有关。

K和n可由实验确定。当前30页，总共40页。

（5）极限电流密度的测定：

电压——电流法，电压——流速法，PH——电流法，

极谱法，激光干涉法等。

常用：电压——电流法。

步骤：1）在进水浓度稳定的条件下，固定浓、淡水的水流和进口压力。

2）测定电压——电流，相关数据组。

3）建立膜对电压——电流密度曲线。当前31页，总共40页。

4）求极限电流强度：ilim

由曲线两端等实验点作两直线交于P点，过P点引垂线，即得到ilim和相应膜对电压VP。

许多流速下重复上述实验，可得许多ilim和相应的淡室对数平均离子浓度C值，再用图解法可确定K值和n值。当前32页，总共40页。五、极化和沉淀我们谈到了极化，当电流超过ilim时，

1、水极化产生H+和OH-（阳膜淡室侧）而在阴膜的浓室侧则出现沉淀。

2、危害：增加膜电阻，增加消耗电能，使膜的有效面积缩小。

当前33页，总共40页。当前34页，总共40页。

3、防除垢措施：

（1）控制操作电流，防极化，减缓生成水垢。

（2）定期倒换电极，但浓淡室也相应倒换。

（3）定期酸洗：用1~1.5%盐酸溶液清洗，酸洗周期1周~1月一次。当前35页，总共40页。六、电渗析工艺设计与计算(一)电渗析的总流程长度的计算：(进出口长度)

隔板厚度d（cm），流道宽b（cm），流道长l（cm）膜有效面积为blcm2平均电流密度i

I——电表所示电流量，一个淡室的流量：qv——流速cm/s电流效率公式：（已学）

将q、I代入当前36页，总共40页。

极化时电流强度

ilim=KCvn代入得：极限电流密度工况下的脱盐流程长度：llim

电渗析并联膜对数:np

Q——淡水产量