深度脱盐处理（一）

第6章 深度脱盐处理

6.1 电渗析技术 

6.1.1 什么是电渗析？ 

电渗析（Electrodialysis，简称ED）根据国标GB/T20103—2006定义为“以直流电为推动力，利用阴、阳离子交换膜对水溶液中阴、阳离子的选择透过性，使一个水体中的离子通过膜转移到另一个水体中的物质分离过程”。阳离子交换膜体中的固定基团为带有负电荷的荷电基团，可选择性透过阳离子，即只透过阳离子；阴离子交换膜体中的固定基团为带有正电荷的荷电基团，可选择性透过阴离子，即只透过阴离子。一般而言，离子交换膜从结构上可分为异相膜和均相膜，异相膜为膜体由含有活性基团的聚合物（如离子交换树脂粉末和作为黏合剂的线型聚合物）混炼而成，即两种聚合物间无关联的离子交换膜；均相膜为膜体由离子交换材料形成，除增强材料之外未混入其他黏结材料的膜。 

6.1.2 电渗析器的工作原理是什么？ 

电渗析器的基本单元称为膜对，由一张阳膜、浓水室、阴膜、淡水室组成。按照GB/T20103—2006的定义，淡水室是由一张隔板和两侧的一张面向阳极的阴膜和一张面向阴极的阳膜组成的使流过水溶液离子浓度降低的隔室，浓水室是由一张隔板和两侧的一张面向阴极的阴膜和一张面向阳极的阳膜组成的使流过水溶液离子浓度增加的隔室。电渗析器的工作原理如图6.1.2所示。当原水进入电渗析器时，分成了三股径流，分别进入淡水室、浓水室和极室，在两侧直流电场的作用下，水中的阴、阳离子发生定向迁移，阳离子向阴极方向运动，阴离子向阳极方向运动。在淡水室中，阳离子透过阳离子交换膜进入阴极侧浓室，阴离子透过阴离子交换膜进入阳极侧浓室，致使淡水室水体中的离子被逐步脱除，待流出淡室时成为淡水；在浓水室中，由于阴极侧的阴离子交换膜对阳离子的排斥和阳极侧阳离子交换膜对阴离子的排斥，致使浓水室水体中的离子被逐步富集，待流出浓室时成为浓水。在极室中发生的是电极反应，阳极室的主要反应产物是氯气和氧气，阴极室的主要反应产物是氢气。

6.1.3 电渗析除盐的基本过程与伴随过程有哪些？ 

电渗析除盐主要有八个基本过程与伴随过程。

（1）电解过程  电解过程是指电解质溶液在电场作用下，阴离子向阳极方向迁移，在阳极与溶液界面上发生氧化反应；阳离子向阴极方向迁移，在阴极与溶液界面上发生还原反应。电渗析电极反应过程就是电解，这是电渗析的基本过程，由此引起离子透过膜的迁移。

（2）反离子迁移  所谓反离子是指与离子交换膜的固定基团所带电荷相反的离子，也称平衡离子。在直流电场的作用下，其穿过离子交换膜的现象称为反离子迁移，是电渗析的基本过程。反离子迁移的方向与浓度梯度的方向相反，所以才能产生脱盐或浓缩效果。

（3）同名离子迁移  所谓同名离子是指与离子交换膜的固定基团所带电荷相同的离子。在直流电场的作用下，其穿过离子交换膜的现象称为同名离子迁移。同名离子迁移现象的发生是由于离子交换膜的选择透过性不可能达到100%，因此存在浓水室中的阴离子穿过阳膜、阳离子穿过阴膜而进入相邻的淡水室，其结果是降低了电渗析器的除盐效率。同名离子迁移的方向与浓度梯度的方向相同。同名离子迁移是电渗析的伴生过程、非正常过程。

（4）水的电渗透  由于水中离子是以水合离子的形式存在，伴随着反离子和同名离子的迁移，必然会引起水的迁移。这部分失水就是水的电渗透。通过1F电量，可迁移5～25mol的水。对于高浓度咸水，特别在海水淡化中，这个伴生过程不可忽视。

（5）离子渗析  浓室中的阴、阳离子透过膜向相邻淡室的扩散称为离子渗析，该过程缘于离子交换膜两侧的浓度差，渗析方向与浓度梯度一致，其结果是降低了ED的除盐效率。（6）水的渗透  水的渗透是指水透过膜的现象，该现象缘于力图减少膜两侧离子的浓度差。且通常淡水室的压力比浓水室略高，淡水室与浓水室的压力差使水会向浓水室渗透，从而造成产淡水量下降。

（7）渗漏过程  渗漏是指水中离子在离子交换膜两侧的压力差的推动下由压力高的一侧穿过膜进入压力低的一侧。由于电渗析装置水流分布的不均匀与流程的延长，渗漏过程总有发生，渗漏方向与压力梯度一致。

（8）极化过程  极化过程是指在一定直流电压的作用下，在水溶液与离子交换膜的界面上离子浓度接近为零，此时会出现水解离成为H⁺、OH^-的现象，这些解离的H⁺、OH^-会透过膜迁移，引起浓、淡水的中性紊乱，而且OH^-可以与浓水室的Ca²⁺、Mg²⁺生成沉淀，会对除盐过程造成严重影响。