用電滲析法淡化海水原理

【專家解說】：電滲析法:水中的離子在直流電場的作用下，可通過半透膜。最初的惰性半透膜電滲析法，主要用于溶膠的提純，電流效率很低。到了20世紀(jì)50年代初，由于選擇性離子交換膜向世，才能夠用電滲析法淡化海水或苦咸水。脫鹽用的選擇性離子交換膜有兩種:①陽膜，只允許陽離子透過的陽離子交換膜;②陰膜，只允許陰離子透過的陰離子交換膜。使陰膜和陽膜交替排列，中間襯以隔板(其中有水流通道)，夾緊之后，在兩端加上電極,就成電滲析脫鹽裝置。 當(dāng)海水流經(jīng)電滲器時，在直流電場的作用下，陰離子透過陰膜向陽極方向遷移，途中被陽膜擋住去路，被水流沖洗而出;陽離子透過陽膜向陰極方向遷移，途中被陰膜擋住，也被水流沖出。透過陽膜或陰膜的水為淡水。結(jié)果，從大約一半的夾層流出的水為淡水，從另一半流出的則為濃縮的海水。 電滲析脫鹽所用的半透膜，除要求電阻低、透過的選擇性高、交換容量大和水的電滲小之外，還要求有一定的機(jī)械強(qiáng)度、尺寸不變和化學(xué)穩(wěn)定性高等。 在電滲析脫鹽過程中，反離子(電荷與膜內(nèi)交換基團(tuán)相反的離子)在膜內(nèi)的遷移速度比在溶液里大，致使淡化夾層的內(nèi)膜半身，溶液界面上的離子濃度低于主體溶液濃度而形成濃度差。當(dāng)電流升至某值時，擴(kuò)散遷移的離子不足以補(bǔ)充界面上離子的缺額，而使界面濃度趨近于零，這時的電流稱為極限電流。如再增加電流，就會迫使界面上的水分子解離,由解離出的H和OH來承擔(dān)超過極限值那部分電流的輸送。這種現(xiàn)象稱為極化現(xiàn)象。這不僅使電流白白消耗在無助于脫鹽的 H和OH的遷移上，而且會引起溶液的pH值發(fā)生變化，使鈣鹽鎂鹽之類的離子濃度的乘積超過溶度積，而在濃縮海水夾層的陰膜和陽膜的表面沉淀，阻塞水流通道，甚至被迫停機(jī)拆洗。防止極化沉淀的根本措施，是設(shè)法增加夾層溶液的攪拌作用和布水的均勻性，并把操作電流控制在極限電流之下。此外，定期倒換電極的極性，在濃縮海水夾層中加酸和進(jìn)行不拆裝的化學(xué)清洗等，均能延長運轉(zhuǎn)周期。 采用高溫電滲析，可明顯地提高極限電流，防止極化沉淀和降低耗能量。例如:75C時的極限電流為25C時的2.5倍，而耗電量僅為25C時的50%。 電滲析脫鹽是離子在電場中遷移的結(jié)果，用于含鹽量高的海水淡化時，單位產(chǎn)量的耗電量大,很不經(jīng)濟(jì),故多用于淡化苦咸水，或結(jié)合離子交換技術(shù)制造工業(yè)純水，很少單獨用于淡化含鹽量高的海水。