電滲析實(shí)驗(yàn)中不同電壓對(duì)出水離子濃度的影響

吳 敏

(湖州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，浙江 湖州 313000)

膜分離技術(shù)是去除水中溶解物質(zhì)的重要方法之一。膜分離法具有一般溫度下可操作﹑沒有相的變化﹑設(shè)備可工廠化生產(chǎn)﹑容易操作等優(yōu)點(diǎn)。電滲析是其中的一種。它是在直流電場(chǎng)的作用下，利用陰﹑陽(yáng)離子交換膜對(duì)溶液中陰﹑陽(yáng)離子的選擇透過(guò)性(陽(yáng)膜只允許陽(yáng)離子通過(guò)而把陰離子截留下來(lái);陰膜只允許陰離子通過(guò)而把陽(yáng)離子截留下來(lái))，而使溶液中溶質(zhì)與水分離的一種物理化學(xué)過(guò)程。

電滲析主要用于水的淡化﹑除鹽。海水和苦咸水(鹽度小于10g/)的淡化是電滲析最主要的用途。它也可作為離子交換法制取純水的預(yù)處理，使離子交換柱的生產(chǎn)能力提高，延長(zhǎng)交換周期，節(jié)省再生劑的用量，操作簡(jiǎn)便。電滲析也用于廢水中離子雜質(zhì)的分離和回收。

電滲析過(guò)程是膜體上活性基團(tuán)所吸附的離子在直流電場(chǎng)作用下通過(guò)相互接觸的活性基團(tuán)或它們之間的溶液不停地定向傳遞遷移，直到透過(guò)膜體進(jìn)入濃室為止。因?yàn)殡姌O間的電阻一定，當(dāng)電極兩端所加的電壓越大，通過(guò)溶液的電流就越大，在單位時(shí)間內(nèi)就有更多的陰陽(yáng)離子通過(guò)離子交換膜。淡室的出水中離子含量就越少，濃室的出水中離子含量就越多?？赏ㄟ^(guò)對(duì)自來(lái)水脫鹽處理，用電導(dǎo)率儀或鹽度計(jì)測(cè)定進(jìn)水﹑出水(極室水﹑濃室水﹑淡室水)離子濃度變化來(lái)研究。

1 方法與材料

1.1 材料。自來(lái)水。

1.2 儀器。電滲析器，鹽度計(jì)，電導(dǎo)率儀。本電滲析實(shí)驗(yàn)裝置由電源整流器﹑進(jìn)水調(diào)節(jié)部分和交換膜組件部分構(gòu)成。電源整流器將220V 交流電轉(zhuǎn)換成直流電，輸出電壓根據(jù)要求在0 ～50V 范圍內(nèi)調(diào)整。水量調(diào)節(jié)器由壓力表和流量計(jì)構(gòu)成，壓力表主要指示電滲析器進(jìn)水壓力，一般不要超過(guò)2kg/cm2，否則將影響電滲析器的正常工作。交換膜組件部分采用鈦電極作為正﹑負(fù)電極，用40 對(duì)交換膜(一張陽(yáng)膜和一張陰膜為一對(duì))分多段串聯(lián)，以提高脫鹽效率。出水管有三根，一根為極水管(始終不變)，一根為濃水管，一根為淡水管，這三根出水管的出水性質(zhì)隨直流電源的極性改變而改變。

1.3 方法。通電前先取30ml 左右自來(lái)水測(cè)電導(dǎo)率和鹽度。打開進(jìn)水閥門，進(jìn)水穩(wěn)定后，打開整流開關(guān)和A 相極性開關(guān)，電源指示燈亮，調(diào)節(jié)輸出電壓為40V。調(diào)節(jié)進(jìn)水閥門至壓力為2.8kg/cm2，流量為0.5L/h，穩(wěn)定一段時(shí)間后，分別取其淡室出水﹑濃室出水和極室出水各適量測(cè)定鹽度和電導(dǎo)率。再將輸出電壓分別調(diào)節(jié)至30V ﹑20V，穩(wěn)定一段時(shí)間后，同樣分別取其淡室出水﹑濃室出水和極室出水各適量測(cè)定鹽度和電導(dǎo)率。當(dāng)以上實(shí)驗(yàn)完成后，將輸出電壓調(diào)至0，打開B 極性開關(guān)，此時(shí)直流電源控制器的輸出極性與剛才相反，電滲析反應(yīng)器中的離子遷移方向也隨之相反;原來(lái)的淡室出水變?yōu)闈馐页鏊?，濃室出水變?yōu)榈页鏊?。調(diào)節(jié)輸出電壓分別為20V ﹑30V﹑40V，穩(wěn)定一段時(shí)間后，分別取其淡室出水﹑濃室出水和極室出水各適量測(cè)定鹽度和電導(dǎo)率。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同電壓對(duì)各室出水鹽度的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明(圖1 和圖2):在不同的電壓下，極室出水的鹽度在A 相和B 相時(shí)都和原水的鹽度差不多;濃室出水的鹽度在A 相和B 相幾乎都比原水的鹽度大很多，但沒有呈現(xiàn)出與電壓的正或負(fù)相關(guān)性。淡室出水的鹽度在A 相和B 相幾乎都比原水的鹽度小很多，但也沒有呈現(xiàn)出與電壓的正或負(fù)相關(guān)性。

2.2 不同電壓對(duì)各室出水電導(dǎo)變化率的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明(圖3 和圖4):除了在B 相﹑電壓為20V 時(shí)，極室出水的電導(dǎo)率和原水的電導(dǎo)率相差很多外，在其它情況下，在不同的電壓下，極室出水的電導(dǎo)率在A 相和B 相時(shí)都和原水的電導(dǎo)率差不多;在不同的電壓下，濃室出水的電導(dǎo)率在A 相和B 相時(shí)都比原水的電導(dǎo)率大很多，但沒有呈現(xiàn)出與電壓的正或負(fù)相關(guān)性;在不同的電壓下，淡室出水的電導(dǎo)率在A 相和B相時(shí)都比原水的電導(dǎo)率小很多，淡室出水的電導(dǎo)變化率在A 相時(shí)呈現(xiàn)出與電壓正相關(guān)，在B 相時(shí)呈現(xiàn)出與電壓負(fù)相關(guān)。

3 結(jié)論與討論

按理電極間的電阻一定，當(dāng)電極兩端所加的電壓越大，通過(guò)溶液的電流就越大，在單位時(shí)間內(nèi)就有更多的陰陽(yáng)離子通過(guò)離子交換膜;淡室的出水中離子含量就越少，離子濃度與電壓呈負(fù)相關(guān);濃室的出水中離子含量就越多，離子濃度與電壓呈正相關(guān)。結(jié)果只有在B 相時(shí)的淡水出水的電導(dǎo)變化率符合上述推理?？赡苁敲看坞妷焊淖兒?，開始取樣時(shí)間的差異以及取樣過(guò)程中取樣時(shí)間的長(zhǎng)短導(dǎo)致了有時(shí)陰﹑陽(yáng)離子通過(guò)離子交換膜的速率還沒有達(dá)到該電壓下應(yīng)有的速率。至于在A相時(shí)，電導(dǎo)變化率(見圖3)出現(xiàn):40V 電壓下的濃室出水電導(dǎo)變化率下降，淡室出水電導(dǎo)變化率上升，可能是因?yàn)殡姖B析儀剛打開(起始時(shí)電壓先調(diào)為40V，然后30V ﹑20V)，穩(wěn)定時(shí)間還不夠長(zhǎng)。

［1］蔣展鵬主編. 環(huán)境工程學(xué)［M］. 北京:高等教育出版社，2005，6，154 -158.