用電滲析法淡化海水原理

【專(zhuān)家解說(shuō)】：電滲析法:水中的離子在直流電場(chǎng)的作用下，可通過(guò)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(yáng)膜，只允許陽(yáng)離子透過(guò)的陽(yáng)離子交換膜;②陰膜，只允許陰離子透過(guò)的陰離子交換膜。使陰膜和陽(yáng)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(shí)，在直流電場(chǎng)的作用下，陰離子透過(guò)陰膜向陽(yáng)極方向遷移，途中被陽(yáng)膜擋住去路，被水流沖洗而出;陽(yáng)離子透過(guò)陽(yáng)膜向陰極方向遷移，途中被陰膜擋住，也被水流沖出。透過(guò)陽(yáng)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(guò)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(guò)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(shí)，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(shí)的電流稱(chēng)為極限電流。如再增加電流，就會(huì)迫使界面上的水分子解離,由解離出的H和OH來(lái)承擔(dān)超過(guò)極限值那部分電流的輸送。這種現(xiàn)象稱(chēng)為極化現(xiàn)象。這不僅使電流白白消耗在無(wú)助于脫鹽的 H和OH的遷移上，而且會(huì)引起溶液的pH值發(fā)生變化，使鈣鹽鎂鹽之類(lèi)的離子濃度的乘積超過(guò)溶度積，而在濃縮海水夾層的陰膜和陽(yáng)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(zhǎng)運(yùn)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(shí)的極限電流為25C時(shí)的2.5倍，而耗電量?jī)H為25C時(shí)的50%。 電滲析脫鹽是離子在電場(chǎng)中遷移的結(jié)果，用于含鹽量高的海水淡化時(shí)，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(dú)用于淡化含鹽量高的海水。