反渗透法

电渗析法海水淡化原理

电渗析法是利用离子交换膜进行海水淡化的一种方法，以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性而脱出水中离子的淡化过程。电去离子(EDI)是一种电渗析和离子交换相结合的方法，在直流电场的作用下，实现电渗析过程，离子交换盐和离子交换连续再生过程。一起来看看电渗析法海水淡化原理：

电渗析法海水淡化的原理

电渗析法：水中的离子在直流电场的作用下，可通过半透膜。最初的惰性半透膜电渗析法，主要用于溶胶的提纯，电流效率很低。到了20世纪50年代初，由于选择性离子交换膜向世，才能够用电渗析法淡化海水或苦咸水。脱盐用的选择性离子交换膜有两种：①阳膜，只允许阳离子透过的阳离子交换膜;②阴膜，只允许阴离子透过的阴离子交换膜。使阴膜和阳膜交替排列，中间衬以隔板(其中有水流通道)，夹紧之后，在两端加上电极，就成电渗析脱盐装置。

当海水流经电渗器时，在直流电场的作用下，阴离子透过阴膜向阳极方向迁移，途中被阳膜挡住去路，被水流冲洗而出;阳离子透过阳膜向阴极方向迁移，途中被阴膜挡住，也被水流冲出。透过阳膜或阴膜的水为淡水。结果，从大约一半的夹层流出的水为淡水，从另一半流出的则为浓缩的'海水。

电渗析脱盐所用的半透膜，除要求电阻低、透过的选择性高、交换容量大和水的电渗小之外，还要求有一定的机械强度、尺寸不变和化学稳定性高等。

在电渗析脱盐过程中，反离子(电荷与膜内交换基团相反的离子)在膜内的迁移速度比在溶液里大，致使淡化夹层的内膜半身，溶液界面上的离子浓度低于主体溶液浓度而形成浓度差。当电流升至某值时，扩散迁移的离子不足以补充界面上离子的缺额，而使界面浓度趋近于零，这时的电流称为极限电流。如再增加电流，就会迫使界面上的水分子解离,由解离出的H和OH来承担超过极限值那部分电流的输送。这种现象称为极化现象。这不仅使电流白白消耗在无助于脱盐的 H和OH的迁移上，而且会引起溶液的pH值发生变化，使钙盐镁盐之类的离子浓度的乘积超过溶度积，而在浓缩海水夹层的阴膜和阳膜的表面沉淀，阻塞水流通道，甚至被迫停机拆洗。防止极化沉淀的根本措施，是设法增加夹层溶液的搅拌作用和布水的均匀性，并把操作电流控制在极限电流之下。此外，定期倒换电极的极性，在浓缩海水夹层中加酸和进行不拆装的化学清洗等，均能延长运转周期。

采用高温电渗析，可明显地提高极限电流，防止极化沉淀和降低耗能量。例如：75C时的极限电流为25C时的2.5倍，而耗电量仅为25C时的50%。

电渗析脱盐是离子在电场中迁移的结果，用于含盐量高的海水淡化时，单位产量的耗电量大,很不经济,故多用于淡化苦咸水，或结合离子交换技术制造工业纯水，很少单独用于淡化含盐量高的海水。

电渗析法的应用

电渗析法最先用于海水淡化制取饮用水和工业用水，海水浓缩制取食盐，以及与其它单元技术组合制取高纯水，后来在废水处理方面也得到较广泛应用。入在废水处理中，根据工艺特点电渗析操作有两种类型：一种是由阳膜和阴膜交替排列而成的普通电渗析工艺，主要用来从废水中单纯分离污染物离子，或者把废水中的污染物离子和非电解质污染物分离开来，再用其它方法处理;另一种是由复合膜与阳膜构成的特殊电渗析分窝工艺，利用复合膜中的极化反应和极室中的电极反应以产生H+离子和OH-离子，从废水中制取酸和碱。

电渗析法在废水处理实践中应用最普遍的有：

1)处理碱法造纸废液，从浓液中回收碱，从淡液中回收木质素;

2)从含金属离子的废水中分离和浓缩盈金属离子，然后对浓缩液进一步处理或回收利用

3)从放射性废水中分离放射性元素;

4)从芒硝废液中制取硫酸和氢氧化钠;

5)从酸洗废液中制取硫酸及沉积重金属离子;

6)处理电镀废水和废液等，含Cu2+、Zn2+、Cr(Ⅳ)、Ni2+等金属离子的废水都适宜用电渗析法处理，其中应用较广泛的是从镀镍废液中回收镍，许多工厂实践表明，用这种方法可以实现闭路循环。

海水淡化技术

一、反渗透法(RO)

将海水加压，使淡水透过渗透膜而盐分被截留的淡化方法。反渗透主体设备主要由高压泵、反渗透膜、能量回收三部分组成，无论海水、苦咸水，亦无论大型、中型、小型都适应，是海水淡化技术近二十年来发展最快的，除了中东国家，美洲、亚洲和欧洲，大中生产规模的装置都以反渗透为首选，也是我国目前的首选方法。

二、多级闪蒸(MSF)

将经过加热的海水，引入到一个压力较低的空间内，由于环境压力低于受热海水的温度所对应的饱和蒸汽压，此时海水急速地部分汽化，产生蒸汽，经冷凝而变成淡水。利用这一原理便可做成依次多个压力逐级降低的闪蒸室进行蒸发。多级闪蒸海水淡化装置其规模可以较大，成为大型海水淡化工厂，并可以与热电厂建在一起，利用热电厂的余热加热海水，而水电联产将可以大幅度降低生产成本，现行大型海水淡化厂大多采用此法。

三、多效蒸发(ME)

将加热后的海水经多个蒸发器串联运行的蒸发过程。也主要是与火电站联合运行，但规模一般在日产万吨以下。这包括两种类型，一类是多效分裂式，七八十年代较盛行，称为竖管蒸发(VTE)。操作温度一般较高，顶温在100~120度，欧洲和亚洲一些火电厂都在使用;另一类是低温多效蒸馏(LTMED)，顶温在70度左右，较前者更具竞争力，是蒸馏法中最节能的方法之一，国华黄骅电厂就是用的这项技术。

四、压汽蒸馏(VC)

海水预热后，进入蒸发器并在蒸发器内部分蒸发。所产生的二次蒸汽经压缩机压缩提高压力后引入到蒸发器的加热侧。蒸汽冷凝后得到淡水，如此实现热能的循环利用。其用电或蒸汽驱动，也属于最省能的淡化方法之一。但规模一般不大，多为日产千吨级。

五、电渗析法(ED)

电渗析以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性而脱出水中离子的淡化过程。电去离子(EDI)是一种电渗析和离子交换相结合的方法，在直流电场的作用下，实现电渗析过程，离子交换盐和离子交换连续再生过程。

六、冷冻法

即冷冻海水使之结冰，在液态淡水变成固态冰的同时盐被分离出去。从理论上分析，是最有前途的淡化方法之一，但目前未形成实用规模。我国海冰资源巨大，只是采集、融化、冰水除盐等的工耗、能耗以及相关设施问题，尚需进一步做工程研究。而人工冷却法，早在七十年代美国就着手研究，问题是从制冷、结冰、冰晶输送、洗滁、融化以及冷量回收等单元过程太多，效率不高，成本过大。