2023年環(huán)保工程師專業(yè)知識

環(huán)保工程師專業(yè)知識：電滲析原理應用

電滲析

⑴原理：

在外加直流電場作用下，運用離子互換膜的透過性（即陽膜只允許陽離子透過，陰膜只

允許陰離子透過），使水中的陰、陽離子作定向遷移，從而達成水中的離子與水分離的一種

物理化學過程。

原理是：在陰極與陽極之間，放置著若干交替排列的陽膜與陰膜，讓水通過兩膜及兩

膜與兩極之間所形成的隔室，在兩端電極接通直通電源后，水中陰、陽離子分別向陽極、陰

極方向遷移，由于陽膜、陰膜的選擇透過性，就形成了交替排列的離子濃度減少的淡室和離

子濃度增長的濃室。與此同時，在兩電極上也發(fā)生著氧化還原反映，即電極反映，其結果是

使陰極室因溶液呈堿性而結垢，陽極室因溶液呈酸性而腐蝕。因此，在電滲析過程中，電能

的消耗重要用來克服電流通過溶液、膜時所受到的阻力及電極反映。

例如，用電滲析方法解決含銀廢水，在直流電場作用下，廢水中的硫酸根離子向正極

遷移，由于離子互換膜具有選擇透過性，淡水室的硫酸根離子透過陰膜進入濃水室，但濃水

室內的硫酸根離子不能透過陽膜而留在濃水室內;銀離子向負極遷移，并通過陽膜進入濃水

室，濃水室內的銀離子不能透過陰膜而留在濃水室中。這樣濃水室因硫酸根離子、裸離子不

斷進入而使這兩種離子的濃度不斷增高;淡水室由于這兩種離子不斷向外遷移，濃度減少。

離子遷移的結果是把電滲析器的兩個電極之間隔室變成了溶液濃度不同的濃室和淡室。濃水

系統(tǒng)是一個溶液濃縮系統(tǒng)，而淡水系統(tǒng)是一個凈化系統(tǒng)。用電滲析法回收銀時，以硫酸鈉溶

液作為電極液，硫酸鈉可減輕鉛電極的腐蝕，濃水回用于鍍槽，淡水用于清洗鑲件。

⑵離子互換膜和電滲析裝置

①離子互換膜

（是電滲析的關鍵部件，其性能影響電滲析器的離子遷移效率、能耗、抗污染能力和使

用期限等。）

②電滲析離子互換膜的分類：

按膜結構分為：異相膜、均相膜和半均相膜。

按膜上活性基團不同分為：陽膜、陰膜和特種膜。

按膜材料不同分為：有機膜和無機膜。

③電滲析裝置

電滲析器的構造涉及壓板、電極托板、電極、極框、陰膜、濃水隔板、淡水隔板等部

件。將這些部件按一定順序組裝并壓緊，組成一定形式的電滲析器。電滲析器的輔助設備還

涉及水泵、整流器等，組成了電滲析裝置。

⑶電滲析器運營的工藝參數(shù)

①電流效率

電滲析析器運營時實際除鹽量與理論除鹽量之比稱為電滲析器的電流效率。

②電流密度與極化現(xiàn)象

電滲析器工作時，單位膜面積上通過的電流稱為電流密度。運營時，當電流密度達成

一定值時,界面層離子的遷移速度遠低于膜內離子遷移速度，迫使膜界面處水分子發(fā)生電離,

依靠氫離子和氫氧根離子來傳遞電流，這種膜界面現(xiàn)象稱為濃差極化，此時的電流密度稱為

極限電流密度。

極化涉及濃差極化和電極極化。極化發(fā)生后在陽膜淡室的一側富集著過量的氫氧根離

子，陽膜濃室的一側富集著過量的氫離子;而在陰膜淡室的一側富集著過量的氫離子，陰膜

濃室的一側富集著過量的氫氧根離子。由于濃室中離子濃度高，則在濃室陰膜的一側發(fā)生碳

酸鈣等沉淀，從而增長膜電阻，加大電能消耗，減小膜的有效面積，減少出水水質，影響正

常運營。

⑷解決廢水的電滲析器的特點

目前電滲析在海水或苦咸水淡化和某些工業(yè)用水的精制等應用中都已有大型裝置投入

生產(chǎn)性運營，而在廢水解決中的應用還相對較少，應注意以下三點：

①在給水解決中應用的電滲析器，只回收淡水和只關注淡水水質，水的回收率一般為

50%?70%;而應用電滲析解決廢水時，有時淡水和濃水均可回收運用，水的回收率高，有時

濃水的運用價值高于淡水。

②在給水解決中應用的電滲析器只具有陽膜和陰膜，并以膜對的形式存在，而在廢水

解決中，電滲透析器用膜的種類較多，有陽膜、陽膜、中性膜和復合膜等，根據(jù)解決對象組

成和解決目的的不同而有不同的膜組合形式。

③在給水解決中，關注電滲析電極反映多半是為了防止電極反映的負面影響，而在廢

水解決中，有時是運用電極反映來達成解決廢水和回收有用物質的目的。

⑸電滲析在廢水解決中的應用

電鍍廢水中具有銅、鋅、鍥等重金屬和氟化物，未經(jīng)解決而直接排放，會污染環(huán)境，

目前己經(jīng)許多電鍍車間應用電滲析解決電鍍廢水取得了較好的效果，既回收了重金屬，又使

水的反復運用率有較大的提高。

⑹電滲析器工藝設計

目前，電滲析器有系列產(chǎn)品規(guī)格，可根據(jù)淡水產(chǎn)量與解決規(guī)定擬定合理的設計參數(shù)，

選用所需電滲析器的臺數(shù)以及并聯(lián)或串聯(lián)的組裝方式。

滲析是指用膜把一容積隔成兩部分，膜的一側是溶液，另一

側是純水，小分子溶質透過膜向溶液側移動的過程；或者

膜的兩側是濃度不同的溶液時，溶質從濃度高的一側透過膜

擴散到濃度低的一側的過程。但假如僅僅是純水透過膜向溶

液側移動，使溶液變淡或者僅僅是低濃度溶液中的溶劑透

過膜進入高濃度的溶液，而溶質不透過膜，則此過程稱之為

滲透。電滲析是指在直流電場的作用下，溶液中帶電離子選

擇性地透過離子互換膜的過程，目前電滲析重要應用于溶

液中電解質的分離。

以鹽水中NaCl的脫除來闡述電滲析過程原理。在正、

負兩電極之間交替地平行放置陽離子互換膜（簡稱陽膜，以

符號C表達）和陰離子互換膜（簡稱陰膜，以A表達）。陽膜

常具有帶負電荷的酸性活性基團，能選擇性地使溶液中的陽

離子透過，而溶液中的陰離子則因受陽膜上所帶負電荷基團

的同性相斥作用不能透過陽膜。陰膜通常具有帶正電荷的堿

性活性基團，能選擇性地使陰離子透過，而溶液中的陽離子

則因陰膜上所帶正電荷基團的同性相斥作用不能透過陰

膜。陰、陽離子互換膜之間用特別的隔板隔開，組成濃縮

和脫鹽兩個系統(tǒng)。

當向電滲析器各室引入具有NaCl等電解質的鹽水

并通人直流電流時，陽極和陰極室即分別發(fā)生氧化和還原

反映。陽極室產(chǎn)生氯氣、氧氣和次氯酸等。陽極電化反映

為：

(10—20)

(10—21)

2CW--2e-[0]+也0

(10—22)

[07；5

(10—23)

因此陽極水呈現(xiàn)酸性，并產(chǎn)生新生態(tài)氧和氯，通

常在陽極加一張惰性多孔膜或陽極以保護電極。

陰極室產(chǎn)生氫氣和氫氧化鈉，其反映為

(10—24)

2H++2e―H2T

(10—25)

Na^+OH-=NaOH

(10—26)

可見陰極水呈堿性。當溶液中存在其它雜質時，還

會發(fā)生相應的副反映，如CY+、跡2+之類的離子存在時就

會生成崎。和等水垢。電極反映消耗的電能為

定值，與電滲析器中串聯(lián)多少對膜關系不大，所以兩電極

間往往采用很多膜對串聯(lián)的結構，通常有200-300對膜，

甚至多達1000對。在直流電流電場作用下，淡化室中帶正

電荷的陽離子(如加+)向陰極方向移動透過陽膜進入右側

的濃縮室，帶負電荷的陰離子(如“)向陽極方向移動并透

過陰膜進入左側的濃縮室，因而淡化室中的電解質(NaCl)濃

度逐漸減小，最終被除去。在濃縮室中，陽離子，涉及從左

側淡水室中透過陽膜進來的陽離子，在電場作用下趨向陰極

時，立即受到陰膜的阻擋留在此濃縮室中；陰離子，涉及

從右側淡水室中透過陰膜進來的陰離子，趨向陽極時立即受

到陽膜的阻擋也留在濃縮室中，這樣，此濃縮室中的電解質

(NaCl)濃度逐漸增長而被濃集。將各淡化室互相連通引出即

得到淡化水，將諸濃縮室互相連通即可得到濃鹽水

電滲析的工作原理.特點及一般應用

一、電滲析的工作原理

電滲析(簡稱ED)是以溶液中的離子選擇性地透過離子互換膜為特性的，一種新興的高效膜分

離技術。它是運用直流電場的作用使水中陰、陽離子定向遷移，并運用陰、陽離子互換膜對水溶

液中陰、陽離子的選擇透過性（即陽膜具有選擇透過陰離子而阻擋陽離子通過），使原水在通過

電滲析器時.，一部分水被淡化，另一部分則被濃縮，從而達成了分離溶質和溶劑的目的。

二、甩滲析的特點

電滲析和離子互換、反滲透同樣，也是分離、提取物質的一種方法。但它具有自己的特點，現(xiàn)將

重要特點歸納如下：

1、除鹽率比較任意。根據(jù)需要可在30~99%的范圍內選擇。

2、能量消耗很低。電滲析是用電能來將水中已離解的離子遷移掉，故其脫電耗與原水含鹽量和

脫鹽率有關。例如，含鹽量為1000mg/l的水，脫鹽率為80%,用中型電滲析器進行解決，直流

脫鹽電耗約為0.25KW?h/ni3。其進水壓力＜0.2Mpa,所以動力耗電也較低，是目前該領域中比較

經(jīng)濟的水解決技術之一。

3、對環(huán)境無污染。電滲析運營時，不象離子互換樹脂那樣有飽和失效問題，所以不用酸、堿頻

繁再生，也不需要加入其他藥劑，僅在定期清洗時用少量的酸，對環(huán)境基本無污染。與反滲透相

比，也沒有高壓泵的強烈躁聲。4、裝置設計靈活、使用壽命長、操作維修方便。

三、電滲析的一般應用

電滲析裝置已被廣泛應用于電力、化工、電子、環(huán)保、醫(yī)藥、紡織、食品等行業(yè)，獲得令人滿意

的經(jīng)濟效益，具體用途重要有：

1、海水、苦咸水淡化制取生活飲用水。

2、制取啤酒、汽水、純凈水等飲料用水。

3、制取低壓鍋爐用水。

4、電滲析和離子互換法聯(lián)合使用，制取蒸儲水、高純水、超純水，這種制水方法可節(jié)約酸堿

80~90%,避免樹脂的頻繁再生，并大大減少制水成本。

5、聯(lián)合其他不同的解決單元，可制成滿足電子、醫(yī)藥、食品、化工等更高檔次的行業(yè)用水。6、

電鍍、電子等工業(yè)廢水（液）中Au、Ag、Cu等貴重金屬

電滲析器的原理與應用

摘要：電滲析器除鹽基本原理，是運用離子互換膜選擇透過性。陽離子互換膜只允許陽離子，阻檔陰離子,

陰離子互換膜只允許陰離子，外加直流電場作用下，水中離子作定向遷移，使一路水中大部份離子遷移到

另一路離子水中去，達成含鹽水淡化目。

關鍵詞：電滲析器工作原理構造組裝方式

一、工作原理

電滲析器除鹽基本原理，是運用離子互換膜選擇透過性。陽離子互換膜只允許陽離子，阻檔陰離子，陰離

子互換膜只允許陰離子，外加直流電場作用下，水中離子作定向遷移，使一路水中大部份離子遷移到另一

路離子水中去，達成含鹽水淡化目。

二、應用范圍

電滲析器具有工藝簡樸，除鹽率高，制水成本低、操作方便、不污染環(huán)境等重要優(yōu)點，廣泛應用于水除

鹽，具體應用如下場合：海水及苦咸水淡化，我單位實驗資料，可將含鹽量高達60克/升苦咸水淡化成飲

用水，解決沙漠區(qū)飲用水源。制取軟水，（水電阻率為105歐姆一厘米），可供低壓鍋爐給水，不需要食

鹽再生，還可節(jié)煤20%左右。

深度除鹽水及高純水前級解決，采用電滲析一離子互換法，擴大了原水合用范圍，廣泛應用電力、電子、

化工、制藥、科研化驗等場合、減少制水成本50%以上。節(jié)省離子互換法再生用酸堿80%左右，延長再生周

期五倍以上。用于飲料食品工業(yè)提純，使啤酒、汽水質量提高，為創(chuàng)優(yōu)質名牌產(chǎn)品發(fā)明了條件。電滲析器

還可用于化工分離，濃縮及工業(yè)廢水解決回收率。

三、構造及組裝方式

1.構造：電滲析器由膜堆、極區(qū)和壓緊裝置三部分構成。

(1)膜塊：是由相稱數(shù)量膜對組裝而成。

膜對：是由一張陽離子互換膜，一張隔板甲(或乙)：一張陰膜，一張隔板乙(或甲)組成.

離子互換膜：是電滲析器關鍵部件，本廠采用上海化工廠產(chǎn)異相膜。

隔板：分濃、淡水隔板，交替放陰陽膜之間，使陰膜和陽膜之間保持一定間隔，隔板平面水流，垂直隔板

平面電流。隔板厚離0.9毫米。

(2)極區(qū)涉及電極、極框和導水板。

電極：為連接電源所用，本廠電極采用鈦涂釘。

極框：放置電極和膜之間，膜帖到電極上去，起支撐作用。

(3)壓緊裝置：是用來壓緊電滲析器，使膜堆、電極等部件形成一個整體，不致漏水。

2、組裝方式：電滲析器組裝是用“級”和“段”來表達，一對電極之間膜堆稱為“一級”。水流同向每一

個膜稱為“一段”。增長段數(shù)就等于增長脫鹽流程，也就是提高脫鹽效率，增長膜對數(shù)，可提高水解決量。

電滲析器組裝方式可淡水產(chǎn)量和出水水質不同規(guī)定而調整，一般有以下幾種組裝形式：一級一段；一級多

段：多段一段；多級多段。

四、輔助設備

電滲析器除本體以外尚須配備整流器、過濾器、酸洗設施，水泵儀表等輔助設備。為方便

用戶，本廠可提供全套輔助設備和儀表，現(xiàn)將與電滲析器配套輔助設備列于。

說明：

(1)合用于原水含鹽量W800毫克/升，如原水含鹽量＞800毫克/升時，則需含鹽量調整流器型號。

(2)電滲析器除鹽率計算采用DDS-11A型電導儀，配套供應。

(3)當采用濃水循環(huán)系統(tǒng)時，需配置濃水箱及水泵，濃水箱可用塑料水箱，其容積約相稱于淡水量40%

五、注意事項

(1)、水預解決是保證電滲析器正常運營因素之一，水進入電滲析器前必須進行必要預解決，保證進入電

滲析器原水水質符合以下指標。

a：濁度：＞3mg/l;b:含鐵總量：＜0.3mg/l;

c:含錦總量：＜0.lmg/1;d:色度〈15度；

e:耗氧量：＜3mg/l(KMno4)f:水溫：5-40'C

g：污染指數(shù)：＜7

(2)注意起動時，必須先通水，后通電，停止時先斷電，后斷水，嚴禁停水不斷電。

(3)淡水流量與濃、極水流量比例要調節(jié)適當，為防止?jié)馑疂B漏，濃水、極水壓力可適當減小，一般小

0.2X9.8X104Pao

(4)視水質情況，電滲析器工作2-8小時后要調換一次電極。

(5)膜堆上嚴禁放金屬物件，產(chǎn)生短路。

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電滲析

電滲析運用半透膜的選擇透過性來分離不同的溶質粒子（如離子）的方法稱為滲

析。在電場作用下進行滲析時，溶液中的帶電的溶質粒子（如離子）通過膜而遷移的

現(xiàn)象稱為電滲析。運用電滲析進行提純和分離物質的技術稱為電滲析法，它是20世

紀50年代發(fā)展起來的一種新技術，最初用于海水淡化，現(xiàn)在廣泛用于化工、輕工、

冶金、造紙、醫(yī)藥工業(yè)，尤以制備純水和在環(huán)境保護中解決三廢最受重視，例如用于

酸堿回收、電鍍廢液解決以及從工業(yè)廢水中回收有用物質等。

電滲析與近年引進的另一種膜分離技術反滲透相比，它的價格便宜，但脫鹽率低。

當前國產(chǎn)離子互換膜質量亦很穩(wěn)定，運營管理也很方便，自動控制頻繁倒極電滲析（E

DR）,運營管理更加方便。原水運用率可達80%,一般原水回收率在45-70%之間。

電滲析重要用于水的初級脫鹽，脫鹽率在45-90%之間。它廣泛被用于海水與苦咸水

淡化；制備純水時的初級脫鹽以及鍋爐、動力設備給水的脫鹽軟化等。

實質上，電滲析可以說是一種除鹽技術，由于各種不同的水（涉及天然水、自來

水、工業(yè)廢水）中都有一定量的鹽分，而組成這些鹽的陰、陽離子在直流電場的作用

下會分別向相反方向的電極移動。假如在一個電滲析器中插入陰、陽離子互換膜各一

個，由于離子互換膜具有選擇透過性，即陽離子互換膜只允許陽離子自由通過，陰離

子互換膜只允許陰離子以通過，這樣在兩個膜的中間隔室中，鹽的濃度就會由于離子

的定向遷移而減少，而靠近電極的兩個隔室則分別為陰、陽離子的濃縮室，最后在中

間的淡化室內達成脫鹽的目的。

實際應用中，一臺電滲析器并非由一對陰、陽離子互換膜所組成（由于這樣做效

率很低），而是采用一百對，甚至幾百對互換膜，因而大大提高效率。

一、應用范圍

目前電滲析器應用范圍廣泛，它在水的淡化除鹽、海水濃縮制鹽精制乳制品，果

汁脫酸精和提純，制取化工產(chǎn)品等方面，還可以用于食品，輕工等行業(yè)制取純水、電

子、醫(yī)藥等工業(yè)制取高純水的前解決。鍋爐給水的初級軟化脫鹽，將苦咸水淡化為飲

用水。

電滲析器合用于電子、醫(yī)藥、化工、火力發(fā)電、食品、啤酒、飲料、印染及涂裝

等行業(yè)的給水解決。也可用于物料的濃縮、提純、分離等物理化學過程。

電滲析還可以用于廢水、廢液的解決與貴重金屬的回收，如從電鍍廢液中回收保。

二、基本性能

(1)操作壓力0.5—3.0kg/cm2左右

(2)操作電壓、電流100—250V,1-3A

(3)本體耗電量每噸淡水約0.2-2.0度

三、電滲析法的特點為

①可以同時對電解質水溶液起淡化、濃縮、分離、提純作用；

②可以用于蔗糖等非電解質的提純，以除去其中的電解質；

③在原理上，電滲析器是一個帶有隔閡的電解池，可以運用電極上的氧化還原效

率高。

四、在電滲析過程中，也進行以下次要過程

①同名離子的遷移，離子互換膜的選擇透過性往往不也許是百分之百的，因此總

會有少量的相反離子透過互換膜；

②離子的濃差擴散，由于濃縮室和淡化室中的溶液中存在著濃度差，總會有少量

的離子由濃縮室向淡化室擴散遷移，從而減少了滲析效率；

③水的滲透，盡管互換膜是不允許溶劑分子透過的，但是由于淡化室與濃縮室之

間存在濃度差，就會使部分溶劑分子(水)向濃縮室滲透；

④水的電滲析，由于離子的水合作用和形成雙電層，在直流電場作用下，水分子

也可從淡化室向濃縮室遷移；

⑤水的極化電離，有時由于工作條件不良，會逼迫水電離為氫離子和氫氧根離子，

它們可透過互換膜進入濃縮室;

⑥水的壓滲，由于濃縮室和淡化室之間存在流體壓力的差別，迫使水分子由壓力

大的一側向壓力小的一側滲透。顯然，這些次要過程對電滲析是不利因素，但是它們

都可以通過改變操作條件予以避免或控制。

電滲析

電滲析運用半透膜的選擇透過性來分離不同的溶質粒子（如離子）的方法稱為滲

析。在電場作用下進行滲析時，溶液中的帶電的溶質粒子（如離子）通過膜而遷移的

現(xiàn)象稱為電滲析。運用電滲析進行提純和分離物質的技術稱為電滲析法，它是20世

紀50年代發(fā)展起來的一種新技術，最初用于海水淡化，現(xiàn)在廣泛用于化工、輕工、

冶金、造紙、醫(yī)藥工業(yè)，尤以制備純水和在環(huán)境保護中解決三廢最受重視，例如用于

酸堿回收、電鍍廢液解決以及從工業(yè)廢水中回收有用物質等.

電滲析與近年引進的另一種膜分離技術反滲透相比，它的價格便宜，但脫鹽率低。

當前國產(chǎn)離子互換膜質量亦很穩(wěn)定，運營管理也很方便，自動控制頻繁倒極電滲析（E

DR）,運營管理更加方便。原水運用率可達80%,一般原水回收率在45-70%之間。

電滲析重要用于水的初級脫鹽，脫鹽率在45-90%之間。它廣泛被用于海水與苦咸水

淡化；制備純水時的初級脫鹽以及鍋爐、動力設備給水的脫鹽軟化等。

實質上，電滲析可以說是一種除鹽技術，由于各種不同的水（涉及天然水、自來

水、工業(yè)廢水）中都有一定量的鹽分，而組成這些鹽的陰、陽離子在直流電場的作用

下會分別向相反方向的電極移動。假如在一個電滲析器中插入陰、陽離子互換膜各一

個，由于離子互換膜具有選擇透過性，即陽離子互換膜只允許陽離子自由通過，陰離

子互換膜只允許陰離子以通過，這樣在兩個膜的中間隔室中，鹽的濃度就會由于離子

的定向遷移而減少，而靠近電極的兩個隔室則分別為陰、陽離子的濃縮室，最后在中

間的淡化室內達成脫鹽的目的。

實際應用中，一臺電滲析器并非由一對陰、陽離子互換膜所組成（由于這樣做效

率很低），而是采用一百對，甚至幾百對互換膜，因而大大提高效率。

一、應用范圍

目前電滲析器應用范圍廣泛，它在水的淡化除鹽、海水濃縮制鹽精制乳制品，果

汁脫酸精和提純，制取化工產(chǎn)品等方面，還可以用于食品，輕工等行業(yè)制取純水、電

子、醫(yī)藥等工業(yè)制取高純水的前解決。鍋爐給水的初級軟化脫鹽，將苦咸水淡化為飲

用水.

電滲析器合用于電子、醫(yī)藥、化工、火力發(fā)電、食品、啤酒、