淺探電滲析技術(shù)的影響因素及相關(guān)應(yīng)用研究

羅斐 李立 郭海新 程松民

摘要：隨著科技發(fā)展，電滲析設(shè)備的制造水平提高，設(shè)備成本大大降低，電滲析技術(shù)固有的抗污染性，高化學(xué)性等優(yōu)點，再加上雙極膜電滲析技術(shù)、反滲透與電滲析相結(jié)合技術(shù)的發(fā)展，電滲析技術(shù)將會煥發(fā)新的活力及競爭力。電滲析技術(shù)作為一種膜法水處理技術(shù)，由于其對分離組分的選擇性高，原水回收率高，不污染環(huán)境等優(yōu)點，正受到越來越多的關(guān)注，成為目前水處理的熱點之一。

關(guān)鍵詞：電滲析;離子;膜技術(shù)

1電滲析的原理

電滲析技術(shù)是在離子交換法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的除鹽方法，是膜分離技術(shù)的一種，它的工作原理相對于反滲透、納濾、超濾、微濾來講，推動力不是壓力差，而是電位差。它將陰、陽離子交換膜交替排列于正負電極之間。并用特制的隔板將其隔開，組成除鹽（淡化）和濃縮兩個系統(tǒng)，在直流電場作用下，利用離子交換膜的選擇透過性（其實質(zhì)是反擴散），一部分水淡化，一部分水濃縮，把電解質(zhì)從溶液中分離出來， 從而實現(xiàn)溶液的濃縮、淡化、精制和提純。與其它膜分離技術(shù)相比，電滲析只需要稍微做預(yù)處理，并且不受壓力的影響，即可以得到高質(zhì)量的水，另外的一個優(yōu)勢是不需要能量的轉(zhuǎn)換，電能可以直接利用，即使在能量的輸入發(fā)生直接變化時，也可以直接利用。

2???? 電滲析的影響因素

從電滲析的原理可以看出，電滲析需要在直流電場的作用下，以此作為動力，使溶液通過離子交換膜，進行淡化處理，以達到脫鹽的目的。以此看出，電壓、電流是影響電滲析的重要因素，同時，流量與溶液的初始濃度也是影響淡化效率的重要因素。

2.1? 電流

電能是電滲析過程中最主要的傳質(zhì)推動力。因此，電流的大小直接決定著脫鹽過程的速率。濃差極化是電滲析過程中一個極為重要的概念。極化是在電滲析過程中，物料在脫鹽室、濃縮室流動時，離子交換膜與水之間存在一個滯留層，在直流電場作用下，溶質(zhì)發(fā)生定向遷移，在工作電流增加到一定程度時，主體溶液中的離子不能迅速補充到膜的表面，此時膜表面的離子濃度趨于零，引起滯留層中大量水分子電離，并生成H+和OH—離子來負載電荷，此現(xiàn)象稱為極化。而此時的電流密度也達到了一個極限值，稱為極限電流。在電滲析過程中，增大電流密度，酸堿濃度會迅速增大，脫鹽的效率也會相應(yīng)增加。因為電流密度增大，所需要的處理時間縮短，同離子滲漏和濃差擴散的量較少，產(chǎn)物濃度略有增加。在電滲析過程中，若使用高電流強度將會得出令人滿意的結(jié)果，但是伴隨著濃差極化的發(fā)生，使電流強度的提高受到限制，若操作電流強度高于濃差極化的極限電流強度，往往會出現(xiàn)電流效率下降、能耗上升、pH紊亂、大量氣泡產(chǎn)生（水電解）、膜發(fā)生沉淀結(jié)垢和堵塞等不良現(xiàn)象，嚴重影響電滲析的正常運行，電滲析效率下降，并且縮短電滲析器的使用壽命。為強化操作過程，必須選擇適宜的電流強度。因此，對極限電流的研究是極其重要的。

2.2? 電壓

由于電極間的電阻一定，當電極兩端所加的電壓越大，通過溶液的電流就越大，在單位時間內(nèi)就有更多的陰陽離子通過離子交換膜，脫鹽效率也會越大。但是電壓過大，電流也會增大，就會出現(xiàn)濃差極化的現(xiàn)象，另一方面，能耗也會增加。在電滲析運行的過程中，必須保證電壓的穩(wěn)定，電壓發(fā)生變動，會引起水壓突然波動，會使電滲析器隔板移動錯位，造成隔板變形及漏水，使水處理不徹底，影響后續(xù)一系列活動的進行。如果需要切換電壓，必須先停止電滲析的運行后再進行更換電壓。吳敏對不同電壓對出水離子濃度的影響進行探討，得出結(jié)論：在一定范圍內(nèi)，電壓越高，淡室的出水中離子含量就越少，離子濃度與電壓呈負相關(guān);而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)。

2.3? 流量

在電滲析過程中若流量超過一定的值，會對膜堆造成很大的沖擊，減小膜的壽命，若流量過小，處理效率較低，也會造成膜堆沉淀。但總體來說，增大流量，對溶液的處理時間會變短，提高效率。另外，隨著流量的提高，極限電流會增大，因為提高流量，流速變大，使脫酸濃縮兩室的溶液攪拌更加激烈，膜與溶液間的界面層的厚度變薄，擴散阻力減小，有利于離子的擴散和遷移，致使極限電流值增大。所以，尋求合適的流量值，對于電滲析過程也是至關(guān)重要的。

2.4? 溶液初始濃度

在處理一定的鹽溶液時，提高初始濃度和增加鹽溶液濃度均能降低操作電壓，從而降低能耗。

上述各種影響因素之間是互相關(guān)聯(lián)的，通過模擬的L-谷氨酸進行電滲析的分離處理，對影響電滲析器極限電流密度的因素進行了探討，闡述了設(shè)備的選用、溫度、流量、溶液濃度等因素之間的關(guān)系，得出電滲析器的極限電流密度分別隨著操作物料流量、操作溫度、物料濃稀相進料濃度比的上升而上升的結(jié)論。

3電滲析的應(yīng)用

3.1? 海水、苦咸水淡化

常用的海水、苦咸水淡化技術(shù)主要有蒸餾法及膜法。過去，蒸餾技術(shù)在海水淡化市場占據(jù)主流位置，一是因為這種技術(shù)便于結(jié)合水和電的生產(chǎn)，另外，則因為能源補貼有利于這些高能耗的技術(shù)。不過，近年來，大部分新建的淡化水工廠多采用膜處理技術(shù)，膜技術(shù)主要有反滲透、納濾、電滲析等。由于電滲析技術(shù)在能耗方面較低，去鹽效果好，所以較其它幾種處理技術(shù)具有顯著優(yōu)勢。利用電滲析技術(shù)進行海水淡化時，由于受海洋環(huán)境和海水特性的影響，海水淡化工程與其它水處理工程相比，在設(shè)計和施工上差異較大。電滲析技術(shù)在苦咸水淡化方面提供了一種高效可行的方法，它可以通過改變電流、電壓，來滿足不同含鹽量水的要求。目前常用的方法有添加阻垢劑、離子交換軟化、加酸去除進水中的碳酸根和重碳酸根以及降低水回收率、避免超過溶度積。

3.2? 化工行業(yè)

電滲析技術(shù)在化工行業(yè)的應(yīng)用比較成熟，已取得較大成效。電滲析技術(shù)在工業(yè)廢水處理方面的應(yīng)用有電鍍廢水處理、冶金工業(yè)廢水處理、氯堿工業(yè)廢水處理、造紙工業(yè)廢水處理、放射性生產(chǎn)廢水處理等方面的應(yīng)用。由于雙極膜電滲析較傳統(tǒng)電滲析有很多優(yōu)點：資源可以循環(huán)利用，耗水少，出水鹽含量明顯較少等，可以把雙極性膜電滲析技術(shù)應(yīng)用于脫鹽處理。王曉林分別在間歇模式和連續(xù)操作模式下，對雙極膜電滲析（EDBM）與發(fā)酵罐原位集成的可行性進行了考查，接著又進行了電滲析技術(shù)對氮磷的資源化，結(jié)果證明雙極膜電滲析技術(shù)對氮磷的回收利用是可行的。

3.3? 食品行業(yè)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電滲析技術(shù)在食品行業(yè)中的應(yīng)用是近年來的一大熱點，而且發(fā)展非常迅速。它不僅可以提高產(chǎn)品的純度，而且還能有效地脫除酸、鹽等雜質(zhì)，使食品的質(zhì)量得到保證，并能夠保持原有的營養(yǎng)成分。電滲析技術(shù)在食品方面的應(yīng)用有牛乳、乳清的脫鹽、果汁的去酸、食品添加劑的制備等。

3.4? 醫(yī)藥行業(yè)

目前膜技術(shù)日臻成熟，已開始應(yīng)用于醫(yī)藥領(lǐng)域，如臨床用于血透、血液凈化、親和過濾、腎透等。為醫(yī)藥生產(chǎn)的提取、分離、濃縮、純化一體化工程技術(shù)的解決提供了保證，為提高醫(yī)藥生產(chǎn)企業(yè)的整體水平奠定了基礎(chǔ)。而電滲析技術(shù)作為膜技術(shù)的一種，在醫(yī)藥工業(yè)方面的應(yīng)用主要有制備制藥用水與注射用水，皮膚給藥工藝，電滲析排毒儀，制備各種藥品等方面。

3.5? 生物發(fā)酵行業(yè)

電滲析技術(shù)在生物工程方面的應(yīng)用主要有蛋白質(zhì)的分離和氨基酸廢水的處理。電滲析脫鹽速度快，脫鹽率可以很好地控制，蛋白質(zhì)損失少，而且脫鹽的規(guī)模易于擴大，電滲析過程中蛋白質(zhì)不是被稀釋，而是在脫鹽的過程中同時被濃縮。

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