第五章-膜分离法

5.1几种膜分离技术简介膜分离法：是指在某种推动力作用下,利用特定膜的透过性能,达到分离水中离子或分子以及某些微粒的方法的统称。溶剂透过膜的过程称为渗透，溶质透过膜的过程称为渗析。

1.电渗析（ED）：在外加电场的作用下，利用阴、阳离子交换膜对阴、阳的选择透性，把电解质从水溶液中分离出来的膜分离技术。

2.渗析（D）：是由于膜两侧有浓度差，使水中的溶质透过膜分离的技术。第五章膜技术处理工业给水

7/15/202313.渗透：由于膜两侧有浓度差，使溶剂（如水）透过膜分离的技术。(溶质不发生迁移)4.反渗透（RO）：膜两侧有浓度差，在浓度高的一侧施加一定的压力，使溶剂（如水）透过膜而纯化或浓缩的膜分离技术。5.微滤（MF）：膜两侧有浓度差，在浓度高的一侧施加一定压力，截留水中的细菌、粘土等微粒的技术。6.超滤（UF）：膜两侧有浓度差，在浓度高的一侧施加一定压力，截留水中的大分子以及细菌、病毒、胶体等微粒的技术。分离粒径范围：微滤>超滤>纳滤>反渗透7/15/20232表几种主要膜分离法的特点7/15/20233膜分离技术的共同特点①膜分离过程不发生相变，因此能量转化的效率高。例如在现在的各种海水淡化方法中，反渗透法能耗最低。②膜分离过程在常温下进行，因而特别适于对热敏性物料，如对果汁、酶、药物等的分离、分级和浓缩。③装置简单，操作容易，易控制、维修，且分离效率高。作为一种新型的水处理方法，与常规水处理方法相比，具有占地面积小、适用范围广、处理效率高等特点。7/15/202345.2离子交换膜概述一、离子交换膜的物理化学性质（一）离子交换膜的一般概念及其使用特点1.基本概念和使用特点离子交换膜是指本体结构中具有连续交换基团的薄片，属于高分子电解质材料。

7/15/20235在膜中有二部分离子：固定离子与本体（高分子单体R）相连；活动离子与固定离子电荷相等、电性相反的。与固定离子电性相同的离子称为同离子，与活动离子电性相同的离子称为平衡离子。离子交换膜对溶液中离子具有选择透过性能，起到离子筛的作用：H+H+H+H+H+H+H+离子交换膜本体磺酸型离子交换膜结构NO3-为同离子，Na+为平衡离子7/15/202362.离子交换膜与离子交换树脂对比离子选择性膜与离子交换树脂有一些共同点（1）离子交换膜从化学组成来说，与离子交换树脂几乎相同，都属于高分子电解质。（2）两者都可用于去除水中的各种离子，达到除盐或软化水的目的7/15/20237离子选择性膜与离子交换树脂有很大差别粒状离子交换树脂的作用机理是树脂和溶液中的离子之间进行交换，即离子交换是它的主要机理；离子交换膜的行为是对溶液中的离子具有选择透过的特性，即离子选择透过是它的主要机理。7/15/20238离子交换膜与离子交换树脂比较类别

离子交换树脂

离子交换膜

外形特点

小球粒状（1~2mm）

膜片状

净化水方式

使水中同电荷离子进入本体

水中平衡离子通过本体反应机理

离子交换反应

离子选择透过

外界条件

水溶液中

水溶液中且有外加直流电场

反应条件

树脂有足够的交换容量膜有良好的选择透过性能

处理效果

水中目标离子被去除，树脂中的离子进入水中

水中目标离子通过膜发生定向迁移。

7/15/202393.离子交换膜分类按离子交换膜膜体结构不同可分有：

非均相离子交换膜、半均相离子交换膜和均相离子交换膜。按离子交换膜的活性基团可分为：

阳离子交换膜、阴离子交换膜、特种性能离子交换膜。按膜的应用则可分有：电渗析浓缩用膜、电渗析脱盐用膜、电解隔膜、特定离子选择透过膜、扩散渗析用膜和反渗透用膜等。7/15/202310

阳离子交换膜（阳膜）阳膜与阳离子交换树脂一样，带有阳离子交换基团，它能选择性透过阳离子而不让阴离子透过。按交换基团离解度的强弱，分为强酸性和弱酸性阳膜。酸性活性基团主要有：磺酸基(－SO3H)、磷酸基(－PO3H2)、膦酸基(－OPO3H)、羧酸基(－COOH)等。阴离子交换膜膜（阴膜）膜体中含有带正电荷的碱性活性基团，它能选择性透过阴离子而不让阳离子透过。按其交换基团离解度的强弱，分为强碱性和弱碱性阴膜。碱性活性基团主要有：季胺基[－N(CH3)2OH]、伯胺基(－NH2)、仲胺基(－NHR)、叔胺基(－NR2)等。特种膜：这类膜包括两极膜、两性膜、表面涂层膜等具有特种性能的离子交换膜。目前所采用的阳膜有聚苯乙烯磺酸型阳离子交换膜，阴膜有聚苯乙烯季胺型阴离子交换膜。离子交换膜又被称作离子选择透过性膜。7/15/202311二、离子交换膜的物理化学性能1.膜的电化学性能膜的电化学性能是衡量膜好坏的最为重要的一项指标，关系到膜使用的技术经济效果。（1）膜的选择透过率膜的选择透过率是指膜对不同离子的选择透过能力，一般用离子在膜中的迁移数来表示。膜的选择透过性能不可能达到100％。膜的选择透过性用膜的选择透过率P表示。7/15/202312t－离子在膜中的迁移数，通电时某种离子（如阳离子）在膜中所迁移的电量与所有离子在膜中迁移的电量的比值。t－离子在溶液中的迁移数，通电时某种离子（如阳离子）在溶液中所迁移的电量与所有离子在膜中迁移的电量的比值。式中是ti离子在理想膜中的迁移数，ti=1。ti取膜两侧溶液平均浓度下的迁移数。Pi=(t-t)/(1-t)*100%膜的选择透过度Pi定义为:i离子在膜中迁移数的增加值与该离子在理想膜中的迁移数的增加值之比。7/15/202313测定膜的迁移数方法：膜电位法将膜夹在两种不同浓度的同类电解质中，测定其膜电位，并由膜电位计算迁移数。外加直流电场法在外加直流电场下，在电渗槽中直接测定膜的迁移数。7/15/202314（2）膜的导电性能（即膜电阻）离子交换膜为高分子导电材料。膜的导电性取决于膜的结构及膜的厚度。膜的导电性一般以膜的比电导[欧姆－1•厘米－1（Ω－1•cm－1）]或单位面积的电阻[欧姆•厘米2（Ω•cm2）]来表示。（3）电解质的扩散和水的渗透电解质将从高浓度向低浓度溶液扩散，水则向相反方向渗透。水的渗透与电解质溶液和膜的空隙结构疏密程度有关。扩散和渗透使稀溶液侧浓度提高，浓溶液侧浓度减少。7/15/202315（4）水的电渗透离子常以水合状态存在，当其在离子交换膜内迁移时，同时发生水的移动（叫做水的电渗透）。水的电渗透现象受膜的电阻率支配。电阻率小的膜，水的电渗透有增大倾向。由于外液浓度的上升相反地水的电渗透还有减少的倾向，所以，当要由电渗析浓缩获得高浓度电解质时，电渗透的水量具有重要的影响。7/15/2023162.膜的化学性能膜的化学性能一般指膜的耐酸碱、耐溶剂、耐辐射、耐高温、耐有机污染等性能,用膜的化学稳定性表示。一般要求使用一至数年。因而要求膜在各方面的化学稳定性都好。7/15/2023173.膜的物理机械性能1）膜的机械强度一般要求1kg/cm2以上的爆破强度，以承受工作时所受的压力差。也要求膜具有相当的柔曲性能，以防组装时被损坏。膜的机械强度取决于膜本体的化学结构、增强材料性能以及粘合度。2）膜的膨胀性能一般通过膜的交联结构和增强工艺以控制膜的膨胀性能，使膜具有良好的尺寸稳定性。这是因为如果膜的膨胀性太大，就容易发生膜的弯曲和收缩，影响膜的使用和装置拆除后的重新组装。7/15/202318（3）膜的厚度膜不能太薄，要求具有一定的厚度及弹性，以利于电渗析、渗析器的组装，保证不发生内、外漏现象。（4）膜的平整度指膜表面要平整、光滑，不能有皱纹或波浪起伏，否则会直接影响到电渗析设备、渗析设备的组装及密封性能，并由此引起设备的内漏、外漏现象。7/15/202319三、适于工业用离子交换膜所必须具备的条件：（1）应具有高度的离子选择透过性膜的选择透过性本身大体上就代表了电流效率的高低。选择透性愈高，装置效率就愈高。（2）应具有良好的导电性膜电阻是决定电渗析设备耗电量的重要因素。膜导性差时，电渗析过程中由于膜电位降将带来不必要的电耗。（3）水的迁移量要小在电渗析过程中，由于水的迁移（包括电渗透和渗透的量）往往对浓缩液的浓度和淡化时淡水产量等有较大的影响。7/15/202320（4）应具有较好的物理机械性能

要求膜具有一定的强度和柔曲性能，不怕折叠，尺寸要稳定，不随外界溶液的变化而过分的膨胀、收缩，要经得住使用条件的变化而保持较高的尺寸稳定性。如果膜强度过低，不仅会给设备添加种种限制，而且会在装配或使用过程引起膜的破损。膜尺寸稳定性差，便会导致膜变形和随之而来的液流堵塞等障碍。（5）膜的均匀性要好（6）应该具有耐有机污染的能力（7）价格低廉（8）具有某些特殊性能7/15/202321（9）应具有较高的化学稳定性离子交换膜除在中性溶液中使用外，还经常在酸性、碱性或氧化还原介质中使用，有时还要较高温度下使用。因此，离子交换膜要经受酸碱、氧化破坏作用、高温破坏作用，有时是这些因素综合作用的影响。所以，要求膜的化学稳定性高，在实用中有较长的奉命。综上所述，对膜的要求很多。但一张膜要同时兼有这些性能在实际上是不可能的；而且有些性能是互相矛盾和互相制约的。只能根据不同的用途，作出相应的选择，以保证对膜的主要性能的要求，同时适当兼顾膜的其他各项性能。7/15/2023225.3电渗析脱盐的理论基础一、电渗析脱盐的基本原理电渗析器的脱盐，主要基于含盐水在阴阳离子交换膜和隔板组成的电渗析槽中流过时，在直流电场的作用下，发生离子迁移，阴阳离子分别通过阴阳离子交换膜，从而达到除盐的目的。7/15/202323空隙作用磺酸型阳膜的空隙结构作用静电作用和扩散作用离子交换膜的选择透过性7/15/202324

阳离子交换膜带有负电荷（如SO3-），空隙中构成负电场，可以允许带正电荷的离子（如Na+）进入和穿过。由于同性相斥的原理，则带有负电荷的离子（如Cl－）不能通过。

阴离子交换膜带有正电荷（如CH2N＋），在孔隙中构成正电场，排斥带有正电荷的离子（如Na+），而允许带负电荷的离子（如Cl－）透过。在电场作用下，阳离子向阴极运动，阴离子向阳极运动，如果一个隔室阳极的一侧为阳膜，阴极的一侧为阴膜，则阴阳离子受离子交换膜同电性基团的排斥，不能穿过交换膜。这样，电渗析器的一半隔室变成脱盐水，另一半隔室则变成浓缩水，从而达到脱盐目的。7/15/2023257/15/202326当原水进入这些小室时，在直流电场的作用下，溶液中的离子作定向迁移。阳离子向阴极迁移，阴离子向阳极迁移。但由于离子交换膜具有选择透过性，结果使一些小室离子浓度降低而成为淡水室，与淡水室相邻的小室则因富集了大量离子而成为浓水室。从淡水室和浓水室分别得到淡水和浓水。原水中的离子得到了分离和浓缩，水便得到了净化。在电渗析过程中，除了上述离子电迁移和电极反应两个主要过程以外，同时还发生一些列次要过程。7/15/202327二、电渗析过程的几个物理化学基本概念1.电极反应在电渗析过程中，在电极和溶液的界面上，通过氧化与还原反应，发生电子与离子之间的转换，即电极反应。以氯化钠溶液为例，在阴极发生还原反应在阳极发生氧反应为或7/15/202328通过上述电极反应，应注意的一些现象在阴极不断排出氢气，在阳极则有氧气或氯气放出；阴极极室溶液呈碱性，水中含有Ca2+、Mg2+、HCO3-离子使，会在阴极上产生CaCO3和Mg(OH)2水垢；阳极极室溶液呈酸性，对电极材料造成强烈腐蚀，要定期更换。电渗析中的电能主要用于克服电流通过溶液、膜时所受的阻力以及进行电极反应。7/15/202329２.离子的淌度在电场作用下，溶液中的阴离子向阳极运动，阳离子向阴极运动，其运动速度除与离子的本性和溶剂性质（粘度等）有关以外，还与电位梯度V有关。

电位梯度为1伏特/厘米时的离子运动速度为离子的淌度或离子的绝对速度。20.5×10－4

8.27×10－4

7.91×10－4

7.40×10－4

4.61×10－4

OH－

SO42－

Cl－

NO3－

HCO3－

36.2×10－4

7.61×10－4

5.19×10－4

H＋

K＋

Na＋

u－（厘米/秒）阴离子u＋（厘米/秒）阳离子常见离子的淌度注:25°C条件下7/15/202330３.法拉第定律和电能效率在电极上析出1克当量的电解质时，需要的电量为96500库仑，为法拉第常数，也叫电化当量，这个定律称法拉第定律。电渗析主要通过消耗电能来达到脱盐的目的，电能的消耗主要用来克服电流通过溶液、膜时所受到的阻力以及进行电极反应，其能耗指标就用电能效率表示。

电能效率＝理论电量÷实际电量×100%7/15/202331三、电渗析过程中几个迁移过程及其不利影响

1.反离子迁移

与离子交换膜交换基团所带的电荷相反的离子，穿过膜的现象，称为反离子迁移。反离子迁移是由于电渗透的结果，这是电渗析的发生的主要过程。这个过程也会由于水合离子的反离子迁移带走一部分水，影响淡水的产量。7/15/2023322.同名离子迁移

指与离子交换膜交换基团所带的电荷相同的离子穿过膜的现象，称同名离子迁移。同名离子迁移的数量不太多，一方面带走一定数量的水，另一方面影响淡水的水质。阴膜阳膜7/15/2023333.电解质扩散

由于浓水室与淡水室的浓度差，产生电解质的扩散。电解质扩散的速度随浓差的增高而增加，这种扩散也带有一定的水。阴膜阳膜电解质浓差扩散7/15/2023344.水的渗透

由于淡水室中水的浓度高于浓水室水的浓度，而产生水的迁移。5.压差渗漏

由于淡水室与浓水室两侧压力（如膜两侧进水压力不同）的不同而产生的机械渗漏。一般由压力高的一侧漏向压力低的一侧。7/15/2023357/15/202336四、电渗析对离子交换膜性能的要求（1）必须具有很高的化学稳定性，有较强的耐酸、碱性和抗氧化性，必要的机械严密性和机械强度。（2）对离子的选择性要高，对同名离子的穿过率必须很小，对反离子的穿过能力必须很高，可提高脱盐效率。（3）膜电阻小，导电能力就高，则电能效率就会提高。（4）对电解质的扩散系数D值应很小，即浓差扩散速度应很小，则水质就好。（5）水的渗透性要小。包括水的渗透和水的电渗透，水的渗透性小，产出的淡水量就越多。7/15/202337作业：1.离子交换膜和离子交换树脂的相同点和不同之处。2.简述电渗析脱盐的基本原理。3.电渗析对离子交换膜性能的要求。7/15/202338本节课重点：膜分离技术的概念；不同膜分离技术的区别；离子交换膜的基本概念及使用特点；离子交换膜与离子交换树脂的对比；离子交换膜分类（按交换膜膜体结构分；按离子交换膜作用分）；离子交换膜的物理化学性能（膜的选择透过性的概念及测定方法；膜的机械性能的决定因素；适用于工业用离子交换膜所必须具备的条件；电渗析脱盐的基本原理；电渗析过程中的电极反应；离子的淌度；法拉第定律和电能效率；电渗析过程中几个迁移过程及其不利影响；电渗析对离子交换膜性能的要求。7/15/202339

5.4电渗析器的构造和组装一、电渗析器的构造用夹紧板紧固在一起的膜堆部分称为电渗析器。电渗器的结构包括压板、电极托板、电极、极框、阴膜、阳膜、浓水隔板、淡水隔板等部件。将这些部件按一定顺序组装并压紧，组一定形式的电渗析器。整体结构可分为膜堆、极区和紧固装置等3大部分。7/15/202340阳膜阴膜阴极阴膜7/15/2023411.膜堆阴、阳膜和一对浓、淡水隔板交替排列，组成最基本的脱盐单元，称为膜对。电极之间由若干组膜对堆叠一起即为膜堆。用于隔开阴、阳膜之间的隔板由隔板框和隔网组成。其上有配水孔、布水槽、流水道以及搅动水流用的隔网。常用的隔网有鱼鳞网、编织网等形式。7/15/202342编织网7/15/2023437/15/2023447/15/2023452.极区极区由电极、极水室、导水板等组成。（1）电极工业上所用的电极材料要求：导电性能好、机械强度高、对所处理溶液的化学和电化学稳定性好、分解电压低、超电压小、取材资源广、加工方便、价格便宜。电极的形状有：丝状、网状和平板状等多种。电极一般都镶嵌在导水板中，通常简称为电极板。

电极材料有：石墨、铅、不锈钢、钛涂钌（或钛涂铂）、铅银合金和钛涂过氧化铅（PbO2）等。

7/15/202346板状电极7/15/202347网状电极7/15/202348（2）极水室直接与电极相接触的隔室称为极水室。极水室是由供极水流动的隔板构成,对极水室的要求是极水畅通,并能及时排去电极反应产生的气体和沉淀物,这也是电渗析过程进行的必要条件。（3）导水板导水板是作引入和导出浓、淡水之用，也可作引入和导出极水用。导水板分两种：一种是装在电渗析器两端的端导水板；另一种是多极多端组装中的中间导水板。7/15/2023493.压紧装置压紧装置用来把整个极区与膜堆均匀夹紧，使电渗析器在压力下运行时不致漏水。压紧装置主要由槽钢加强的钢板制成，紧固时四周用螺丝拧紧。7/15/202350二、电渗析器的组装方式电渗析的组装方式常用“级”和“段”来说明。一对电极之间的膜堆为一级，具有同向水流的并联膜堆称为一段。增加段数等于增加脱盐流程，可提高脱盐效率；增加级数，则可提高水处理量。

一台电渗析器的组装方式常有如下四种方式：一级一段；多级一段；一级多段；多级多段。7/15/202351

一级一段是一台电渗析器的基本组装方式，可采用多台并联的方式来增加水量；也可采用多台串联来增加脱盐效率。对于小水量，可以采用一级多段组装方式。一级一段二级一段一级二段二级二段7/15/202352三、电渗析器除盐工艺系统（一）电渗析器本体的除盐工艺系统1.直流式除盐工艺系统

原水流经一台或多台串联的电渗析器后，即能达到要求的水质。这种工艺的优点是可连续制水，管道简单；缺点是定型设备的出水水质随原水含盐量而变。7/15/2023532.循环式除盐工艺系统

将原水在电渗析器和水箱中多次循环，以达到所需出水的水质。缺点是需要设置循环水泵和水箱，且只能间歇供水。7/15/2023543.部分循环式除盐工艺系统

是直流式与循环式除盐工艺系统的相结合的一种方式，综合两种方式的优点。特点是用定型设备，可适应不同水质和水量的要求；在原水含盐量变化时，可调节循环量来保持出水水质稳定，但系统比较复杂。7/15/202355（二）电渗析器与其他工序组合的除盐工艺系统

1.“预处理-电渗析-离子交换”的组合除盐工艺系统2.“预处理-离子交换-电渗析”的组合除盐工艺系统3.“预处理-离子交换-电渗析-离子交换”的组合除盐工艺系统7/15/202356运行工艺参数符号单位物理意义淡水产量Q淡水m3/h单位时间的淡水产量除盐率ε％原水与淡水含盐量之差占原水含盐量的百分率原水利用率η水％淡水产量占原水总用量的百分率操作电流IA电渗析器的工作电流操作电压VV供给电渗析器的直流电压水流压降⊿PMPa电渗析器进出口水流压力差电流效率η％通入电渗析器电流在脱盐过程中得到有效利用的百分率电耗WkW.h/m3单位淡水产量的耗电量浓缩倍率K浓水与原水含盐量之比四、电渗析器的运行（一）电渗析的运行参数7/15/202357(二)电流效率

电渗析器用于水的淡化时，一个淡室实际去除的盐量与通过理论计算应当去除的盐量之比即为电流效率。

实际去除的盐量m1计算式为：7/15/202358依据法拉弟定律计算的理论去除的盐量m计算式为：电流效率η的计算式为

它表示每摩尔电子的电量7/15/202359（三）极化现象和极限电流密度1.极化：在电渗析运行过程中，由于反离子在膜内迁移速度大于在溶液中的迁移速度，因而淡水室膜表面滞流层的溶液浓度下降，并与淡室主体溶液形成浓度梯度。当工作电流增至一定值时，淡室膜表面滞流层的溶液浓度几乎下降为零，致使水分子大量电离，使H+和OH-起到传递电流的作用。这一现象称为极化，也叫浓差极化。7/15/2023602.电流密度和极限电流密度电渗析器运行时，单位面积膜通过的电流称为电流密度。当淡室膜表面滞流层的溶液浓度降为0时，发生极化现象，此时工作电流密度不能再增加，这一电流密度称为极限电流密度，即膜表面发生极化时的电流密度称为极限电流密度。由下式计算7/15/2023612.电流密度和极限电流密度大量实验研究表明，膜表面滞流层厚度δ主要与淡水室的水流速度有关，总结出极限电流密度更具实用价值的经验公式。上式为极限电流密度公式，在给定条件下，式中的K和n可通过试验确定，一般采用电压-电流法。7/15/2023623.极化的危害（1）使部分电能消耗在水的电离过程中，降低电流效率由于极化时，导致水分子大量解离，在电场作用下，水的解离造成H+和OH-的迁移。这个过程消耗部分能量，降低了电流效率。（2）浓室阳膜侧pH低，对膜造成腐蚀？？？

同样的道理，这是由于极化时，在电场作用下，水解离产生的H+透过阳膜迁移到浓水室一侧，由于扩散层（膜表面滞流层）的存在，H+扩散速度较慢，就在扩散内层富集，水的pH值降低，呈酸性。

7/15/202363（3）降低除盐率和降低产水量

极化会在浓水室阴膜上产生沉淀，形成水垢，对运行产生不良影响。这是由于极化时，在电场作用下，水解离产生的OH-透过阴膜迁移到浓水室一侧，由于扩散层（膜表面滞流层）的存在，OH-扩散速度较慢，就在扩散内层富集，水的pH值升高，呈碱性。同时水淡水室的HCO3-在电场作用下也透过阴膜到达浓水室一侧，并因扩散速度制约而富集在扩散层，苦浓水室含Ca2+、Mg2+等在电场作用下向阴极方向迁移，但被阴膜阻挡，也在扩散层内富集，这些离子均在扩散层内富集，就会产生沉淀，形成水垢，使膜电阻增加，除盐效率下降，严重时还会降低产水量。7/15/202364(四)电渗析器稳定运行的措施1.对原水进行预处理，降低其浊度、硬度、含铁量、游离余氯等2.控制操作电流在极限电流之下，避免极化现象的发生，减缓水垢的生成。3.确定合理的倒极周极。定时倒换电极，使浓、淡室亦随之相应变换，这样，阴两侧表面上的水垢，溶解与沉积交替，处于不稳定状态，达到稳定运行的目的。4.确定合理的流速和压力，流速过低，易造成沉积；流速过大，压力过大，易损坏膜。5.确定合理的酸洗周期。7/15/202365(五)电渗析技术的发展（1）频繁倒极电渗析新工艺：每小时倒极2-3次，以消除或防止结垢；（2）高温电渗析工艺：进水温度加热到70度，大幅度降低电耗，但对膜的要求高；（3）不解体清洗电渗析：采用有效的化学清洗剂清除膜面软垢，可保持3年不拆开。（4）鼓泡式电渗析：借且于鼓入气泡的搅动作用来提高传质效果，并能清除膜面污染。（5）与其它脱盐技术相组合的除盐工艺研究，如与离子交换联合组成的除盐系统，主要用于高纯水的制备。7/15/2023665.5电渗析器的工艺计算和参数选择一、基本概念电渗析器总流程是指给定条件下需要的电渗析脱盐流程长度。对于一级一段或者多级一段组装的电渗析器，也就是指其隔板的流水道长度；对于一级多段和多级多段的电渗析器，是指其各段隔板流水道的总长度。对于电渗析器工艺计算,就是要确定电渗析器总流程和电渗析器并联膜对数。7/15/202367不同组装方式的脱盐总流程7/15/202368二、电渗析器总流程的计算设隔板的高度为d(cm)，流水道宽度为b(cm)，流水道长度为l(cm)，膜的有效面积为bl，则平均电流密度(i)为：i=1000I/bl(mA/cm2)一个淡室的流量为：q=dbv/1000(L/s)式中：v----隔板流道中的水流速度，cm/s7/15/202369则得到脱盐流程的长度为：极限电流密度工况下的脱盐流程长度为：将上两式代入电流效率公式：7/15/202370三、电渗析器并联膜对数的计算电渗淅器并联膜对数np可由下式求出：式中：Q——电渗析品淡水产量

目前电渗析器有系列产品，可根据淡水产量与处理要求来选用。一般而言，增加段数可增加脱盐效率，有利于提高出水水质，而增加级数（膜对数）则可降低所需电压，增加水的产量。7/15/202371四、设计参数的初步确定

1.脱盐率：主要取决于隔板厚度、流程长度、流速以及实际操作电流密度。无回路网式聚丙烯隔板电渗析器单段脱盐率参考表注：流速6cm/s，进水含盐量2000mg/LNaCl，温度25oC。7/15/2023722.操作压力：根据当前的制造水平，无回路网式电渗析器的操作压力一般选用0.2MPa比较合适，超过0.3MPa难以保证安全运行。3.流速：对于无回路网式隔板，流速取4～10cm/s为佳4.每段膜对数：一般每段膜对数应不超200对，每台电渗析器的膜总对数在400对以下较为合适。7/15/202373在隔板主要规格为400X1600X0.9mm,膜对数为200对的情况下，单段电渗析器有关设计参数见下表，可供初步设计时参数。单台电渗析器主要工艺流程图见下图。7/15/2023747/15/2023755.5海水淡化全世界日产淡水100吨以上的脱盐装置有4600套，总容量9920000吨/日。其中用于淡化海水的装置为32％，而其总容量却占74.7％。一、海水的特性一般海水含盐量在33000至38000mg/L之间，平均为35000mg/L。我国沿海海水水质大致为：Cl－离子17700－20000mg/L，总含盐量27000－33000mg/L，全碱度2.5－2.8meq/L，总硬度65－120meq/L。7/15/202376二、电渗析海水淡化的特点和系统

采用同一种电渗析技术，一般是水的含盐量越高，单位产品水的耗电量越大。电渗析苦咸水淡化的耗电量一般只有2－3kwh/m3，电渗析海水淡化的耗电量，50年代为40kwh/m3；70年代为16～20kwh/m3。（一）电渗析海水淡化装置对主要部件的技术要求

1.对离子交换膜的要求

(1)膜电阻要低海水含盐量高，电导率大，电渗析海水淡化膜堆电阻中膜电阻起着主导作用。（2）电解质扩散要小在接近淡化终点时，浓、淡