解析电渗析原理、特点、应用

浅析电渗析的原理、特点及应用

⑴原理

在外部直流电场的作用下，利用离子交换膜的渗透性（即阳离子膜只允许阳离子通过，阴离子膜只允许阴离子通过）引起阴离子的定向迁移和水中的阳离子，从而实现水之间的离子交换和水分离的物理化学过程。

其原理是：在阴极和阳极之间，有许多交替排列的阳极膜和阴极膜，让水穿过两个膜以及两个膜和两个极之间形成的隔室。两端电极接通直接电源后，水中的阴离子和阳离子分别向阳极和阴极迁移。由于阳极膜和阴离子膜的选择透过性，形成交替排列的离子浓度降低的亮室和离子浓度升高的浓室。同时，两个电极上也发生氧化还原反应，即电极反应。结果是阴极室因溶液呈碱性而结垢，阳极室因溶液呈酸性而被腐蚀。因此，在电渗析过程中，消耗的电能主要用于克服电流通过溶液和膜时遇到的阻力和电极反应。

例如，电渗析用于处理含镍废水。在直流电场的作用下，废水中的硫酸根离子迁移到正极。由于离子交换膜具有选择透过性，淡水室中的硫酸根离子透过阴离子膜进入浓水中。室，但浓水室中的硫酸根离子不能透过阳极膜而保留在浓水室中；镍离子迁移到负极，通过阳极膜进入浓水室，而浓水室中的镍离子不能穿过阴离子膜，保留在浓水室中。在浓缩室中。这样，浓水室内的硫酸根离子和镍离子的浓度由于这两种离子的不断进入而不断增加；由于这两种离子不断向外迁移，淡水室的浓度降低。离子迁移的结果是将电渗析器两个电极之间的室变成具有不同溶液浓度的浓室和稀室。浓水系统是溶液浓缩系统，淡水系统是净化系统。电渗析回收镍时，采用硫酸钠溶液作为电极溶液。硫酸钠可以减少铅电极的腐蚀。浓缩水在电镀槽中重复使用，淡水用于清洗镀件。

⑵离子交换膜及电渗析装置

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、抗污染能力和使用寿命。）

②电渗析离子交换膜的分类

按膜结构分为：异质膜、均质膜和半均质膜。

根据膜上活性基团的不同分为：正膜、负膜和特殊膜。

根据膜材料不同分为：有机膜和无机膜。

③电渗析装置

电渗析器的结构包括压力板、电极支撑板、电极、极架、阴极膜、浓水分离器、淡水分离器等部件。这些零件按照一定的顺序组装、压制，就形成了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，它们构成了电渗析装置。

⑶电渗析器运行工艺参数

①电流效率

电渗析器运行时实际脱盐量与理论脱盐量的比值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，通过单位膜面积的电流称为电流密度。工作时，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的迁移速度，迫使膜界面处的水分子电离，依靠氢离子和氢氧根离子来传输电流。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。发生极化后，过量氢离子富集在阳极膜光室一侧，过量氢离子富集在阳极膜富室一侧，过量氢离子富集在光室一侧阳极膜室。氢离子，负膜浓缩室的一侧富含过量的氢氧根离子。由于浓缩室内离子浓度较高，浓缩室内负膜一侧会产生碳酸钙等沉淀，从而增加膜阻力，增加电耗，减少膜的有效面积，降低影响出水水质，影响正常运行。

⑷电渗析器处理废水的特点

目前，电渗析已在海水或苦咸水淡化、某些工业水精制等应用中投入生产运行。但其在废水处理中的应用还比较少见。应注意以下三点。

① 给水处理中使用的电渗析器只回收淡水，只关注淡水水质。水回收率一般为50%~70%；用电渗析法处理废水时，有时淡水和浓水均可循环利用。水回收率高，有时浓水的利用价值还高于淡水。

②给水处理中使用的电渗析器只有正极膜和负极膜，以膜对的形式存在。在废水处理中，电渗析器使用的膜种类很多，有阳膜、中性膜和复合膜等，根据处理对象的组成和处理目的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大多是为了防止电极反应带来的负面影响。在废水处理中，有时采用电极反应来处理废水并回收有用物质。

⑸电渗析在废水处理中的应用

电镀废水中含有铜、锌、镍、氰化物等重金属。未经处理直接排放会污染环境。目前，不少电镀车间已应用电渗析法处理电镀废水，取得了良好的效果。它们不仅回收重金属，还大大提高了水的回用率。

⑹电渗析器工艺设计

目前，电渗析器已形成系列产品规格。可根据淡水生产和处理要求确定合理的设计参数，选择所需电渗析器的数量以及并联或串联的组装方式。