電滲析原理和性能

ED的原理和性能

近些年來(lái)，ED技術(shù)逐漸在廢水處理lingpaifang工藝中展現(xiàn)出dute的優(yōu)勢(shì)。

ED的原理如圖1所示。

ED系統(tǒng)主要由電極、離子交換膜、隔板、輔助墊片等組成，并被液壓裝置壓緊在機(jī)架上。含鹽水經(jīng)過(guò)循環(huán)泵進(jìn)入ED膜堆，并通過(guò)隔板將鹽水分布在各個(gè)淡水室，在兩極板的強(qiáng)電場(chǎng)作用下，鹽水中的陰陽(yáng)離子發(fā)生定向移動(dòng)，陰離子穿過(guò)陰離子交換膜遷移到濃室，繼續(xù)遷移時(shí)受到陽(yáng)離子交換膜的阻擋而停留在濃室，陽(yáng)離子亦然。隨著離子的遷移，濃水室的含鹽量越來(lái)越大，淡水室的含鹽量越來(lái)越小，達(dá)到出水條件后在各自水箱中溢流排出[4]。

評(píng)價(jià)ED最直觀的性能在于淡水回收率、電流效率、脫鹽能力和使用壽命等因素。除了自然條件外，進(jìn)出水流速和模式、離子含量和種類、電流密度和離子交換膜的性質(zhì)等，均深深影響著ED設(shè)備的性能。

郭春禹等采用國(guó)產(chǎn)低含量淡化均相ED設(shè)備，考察了不同操作條件下的單程脫鹽率，研究表明，膜堆的單程脫鹽率隨著進(jìn)水含鹽量、流速的增大而降低，隨著電流密度的增加而升高，脫鹽率隨水中離子種類變化順序?yàn)椋篘aCl > Na2SO4 > NaCl+Na2SO4 >NaCl+MgSO4 > NaHCO3 > MgSO4[5]。這為ED處理水質(zhì)較雜的脫硫廢水提供了一定的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

由于離子在離子交換膜中的傳質(zhì)速率遠(yuǎn)大于在水中，因此隨著電流密度的不斷升高，膜兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)濃差極化現(xiàn)象，導(dǎo)致能耗的增加及膜破壞的可能，因此工作電流密度應(yīng)在極限電流密度之下。MENG等研究表明，膜堆的最大工作電流密度應(yīng)處于極限電流密度的70%～80%[6]。

離子交換膜是ED最核心的部分，幾乎決定著ED系統(tǒng)的性能。李麗等實(shí)驗(yàn)對(duì)比了中外5家生產(chǎn)商制備的離子交換膜除鹽性能，結(jié)果表明，其中AGC傳質(zhì)性能較好、能耗較低，應(yīng)用于純鹽濃縮工藝更占優(yōu)勢(shì)[7]。

王天成通過(guò)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法對(duì)隔網(wǎng)形狀進(jìn)行模擬研究，研究發(fā)現(xiàn)，采用菱形隔網(wǎng)可使進(jìn)水分布更均勻，傳質(zhì)更均勻，流動(dòng)死區(qū)更小，從而減緩濃差極化，降低能耗[8]。

如此多的因素影響了ED膜堆的性能，無(wú)疑增加了其理論計(jì)算，限制了其實(shí)用和推廣，因此建立ED的傳質(zhì)模型是非常有必要的。祝海濤等綜述了Maxwell-Stefan等6種ED傳質(zhì)模型，對(duì)比了各個(gè)模型的優(yōu)缺點(diǎn)，并提出了ED模型未來(lái)的研究方向在于采用仿真工具并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)方程和系數(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化ED的傳質(zhì)模型[9]。