5.1　電滲析

電滲析屬于膜分離技術，是水處理工藝和化工過程的一個操作單元。

5.1.1　原理與功能

（1）基本原理

電滲析是一種在電場作用下使溶液中的離子通過膜進行傳遞的過程。根據所用膜的不同，電滲析可分為非選擇性膜電滲析和選擇性膜電滲析兩類，非選擇性膜電滲析是指在電場力的作用下，陰、陽離子都能通過膜，而顆粒較大的膠體粒子不能透過膜的過程，因此多用于提純溶膠。

電滲析過程是以下面兩個基本條件作為基礎的。一是水中離子是帶電的。在直流電場作用下，水中陰、陽離子做定向遷移，根據同性相斥、異性相吸的原則，陽離子向陰極方向移動。陰離子向陽極方向移動。二是離子交換膜具有選擇透過性。離子交換膜分為陽離子交換膜（簡稱陽膜）和陰離子交換膜（簡稱陰膜），陽膜只允許陽離子透過，相反，陰膜只允許陰離子透過。

電滲析過程的基本原理如圖5-1所示。在陽極和陰極之間交替地放置著若干張陽膜和陰膜，膜和膜之間形成隔室，其中充滿含鹽水，當接通直流電后，各隔室中的離子進行定向遷移，由于離子交換膜的選擇透過作用，①、③、⑤隔室中的陰、陽離子分別遷出，進入相鄰隔室，而②、④、⑥隔室中的離子不能遷出，還接受相鄰隔室中的離子，從而①、③、⑤隔室成為淡水室，②、④、⑥隔室成為濃水室。陽、陰電極與膜之間形成的隔室分別為陽極室和陰極室。電極的電化學反應為：

陽極　　

2Cl^--2eCl₂↑　　　H₂OH⁺+OH^-

4OH^--4eO₂↑+2H₂O

陰極　　　

H₂OH⁺+OH^-　　2H⁺+2eH₂↑

由上可見，陽極發生氧化反應，產生氣體O₂和Cl₂，極水呈酸性，因此，選擇陽極材料時應考慮其耐氧化性和耐腐蝕性；陰極發生還原反應，產生氣體H₂，極水呈堿性，當水中含有Ca²⁺、Mg²⁺、、時，易產生水垢，在運行時應采取防垢和除垢措施。

（2）特點及應用范圍

電滲析具有以下幾個特點：a.電滲析只能將電解質從溶液中分離出去（脫鹽），不解離的物質不能被分離，解離度小的也難以被分離，如水中的硅酸根和硼等。電滲析也不能去除有機物、膠體物質、微生物、細菌等；b.電滲析使用直流電，設備操作簡便，不需酸、堿再生，有利于環境保護；c.電滲析的耗電量基本與原水含鹽量成正比，原水含鹽量在200～5000mg/L范圍內，制取成初級純水的能源消耗較其他脫鹽方法低，因此，制水成本也低；d.電滲析過程靠水中的離子來傳遞電流，因此，電滲析不能將水中的離子全部去除干凈，單獨使用電滲析不能制取高純水。

電滲析的應用范圍：a.海水、苦咸水淡化制取飲用水或工業用水；b.自來水脫鹽制取初級純水；c.電滲析與離子交換組合制取高純水；d.化工過程中產品的濃縮、分離、精制；e.廢水廢液的處理回收等。

5.1.2　技術與裝備

（1）脫鹽方式

電滲析的除鹽方式隨其目的不同而異，一般可分為直流式、循環式和部分循環式三種。

①直流式　原水經多臺單級或多臺多級串聯的電滲析器后，一次脫鹽達到給定的脫鹽要求，直接排出成品水。該方式具有連續出水、管道布置簡單等優點，缺點是操作彈性小，對原水含鹽量發生變化時的適應性較差。該流程是國內常用流程之一，常采用給定電壓操作，根據進水、產水量及產品水水質等要求，可采用單系列多臺串聯或多系列并聯的流程，適用于中、大型脫鹽場地，如圖5-2所示。

②循環式　如圖5-3所示，將一定量的原水注入淡水循環槽內，經電滲析器多次反復除鹽，當循環除鹽到給定的成品水水質指標后，輸送至成品水槽。該方式適用于脫鹽難度大，并要求成品水水質穩定的小型脫鹽水站。該流程的適應性較強，既可用于高含鹽量水的脫鹽，也適用于低含鹽量水的脫鹽，特別適用于用水水質經常變化的場合，能始終提供合格的成品水。例如流動式野外淡化車、船用脫鹽裝置等多采用此流程。其次是小批量工業產品料液的濃縮、提純、分離和精制也常用此方式。但需要較多的輔助設備，動力消耗較大，且只能間歇供水。

③部分循環式　部分循環式是直流式和循環式相結合的一種方式（如圖5-4所示），一方面，使溶液在混合水池內循環；另一方面，補充原水使水池內的水量保持穩定。在這種方式下，混合水池內流速不受產水量的影響。該方式的優點是膜可保持穩定狀態，而裝置可以適應任何進料情況，當然需要再循環系統，因此設備和動力消耗都會增加。

電滲析三種不同除鹽方式的特點比較見表5-1。

（2）電滲析器的組裝形式

電滲析器的組裝形式用“級”和“段”來表示，一對電極之間稱為一級，水流同向的若干并聯隔板稱為一段，如圖5-5所示，一臺電滲析器常有幾百個“膜對”，一個膜對包括陽膜、陰膜、隔板甲和隔板乙各一張。在膜對總數確定的條件下，增加級數可以降低電滲析的電壓，增加段數可以增加除鹽的流程。為了提高水的除鹽率，可以采用多級多段的組裝方式。電滲析器組裝形式一般有一級一段、二級二段、三級三段、四級四段等。

廢水電滲析處理設備統稱電滲析器，包括壓板、電極托板、電極、級框、陽極、陰極、隔板、墊板等部件。將這些部件按一定順序排列組成電滲析器，如圖5-6所示。

其中主要是三大部分：膜堆，是由一對陰、陽膜和一對濃、淡水隔板交替排列組成的基本處理單元；電極區，由電極、極框、電板托板等組成，該區直接連接直流電源，設有進水口、淡水與濃水及極水的出口等；緊固裝置，把電極區和膜堆均勻緊固成整體的部件，一般用由槽鋼加強的鋼板制成。

（3）電滲析器的選擇

目前，國內制造的電滲析器大多能滿足使用要求，一般可直接選購產品，而不必設計和加工電滲析器本體。

國產標準電滲析器分為3大類型：①DSA型為網狀隔板，隔板厚度為0.9mm；②DSB型為網狀隔板，隔板厚度為0.5mm；③DSC型為沖格式隔板，隔板厚度為1.0mm，和厚度為0.5mm的沖格薄片組成。

在選擇電滲析器時，除電滲析的脫鹽率和產水量滿足設計要求外，還必須要考慮膜和電極的材質。

離子交換膜是電滲析器的關鍵部件，各種膜的性能均有所不同。根據國家環境保護行業標準《環境保護產品技術要求　電滲析裝置》（HJ/T 334—2006），電滲析陰、陽離子交換膜的主要技術指標應滿足表5-2的要求。

電極的材料有石墨、不銹鋼、鈦涂釕等，應根據原水水質，結合電極強度、耐腐蝕性等因素，選擇合適的電極。不同材料電極的特點見表5-3。

（4）電滲析脫鹽系統的組成

電滲析的除鹽系統主要有以下幾種：

①原水→預處理→電滲析→除鹽水；

②原水→預處理→軟化→電滲析→除鹽水；

③原水→預處理→電滲析→反滲透→除鹽水；

④原水→預處理→電滲析→離子交換混合→除鹽水；

⑤原水→預處理→反滲透→樹脂電滲→除鹽水。

第①種脫鹽系統最簡單，可用于海水和苦咸水淡化及除氟、除砷、除硝酸鹽。當原水為自來水時，可制取脫鹽水，脫鹽水含鹽量低于普通蒸餾水，脫鹽率最高可達99%，脫鹽水的電阻率最高可達0.5MΩ·cm。

第②種脫鹽系統適合于處理高硬度含鹽水。原水如不經預先軟化，由于硬度高，容易在電滲析器中結垢。

第③種脫鹽系統中，電滲析作為反滲透的預處理。由于預先去除了大部分的硬度和含鹽量，可以充分發揮反滲透的優點，使反滲透的水利用率、產水量、使用壽命都有很大的提高。這種脫鹽系統常用來生產飲用純凈水。

第④種脫鹽系統用于制取高純水。電滲析可以代替離子交換復床，預先將原水的含鹽量降低80%～95%，剩余的少量鹽分再由離子交換混合床去除。由于取消了復床，可以減少酸、堿的消耗及再生廢液的產生。電滲析-混合床離子交換制取高純水系統應用廣泛。

第⑤種除鹽系統采用樹脂電滲析工藝制取高純度水。樹脂電滲析亦可稱為填充床電滲析，在國外還稱為電除離子（electro deionization，簡稱EDI）或連續除離子（continuous deionization，簡稱CDI）。

5.1.3　技術選擇與產品性能

（1）技術選擇與適用范圍

技術選擇與適用范圍見表5-4。

（2）電滲析器的規格和性能

電滲析器的規格和性能見表5-5～表5-7。

（3）電滲析器進水水質要求

水中所含的懸浮物、有機物、微生物、鐵和錳等重金屬雜質以及形成的膠體物質會造成離子交換膜的污染，降低離子交換膜的選擇透過性，還會使隔板布水槽堵塞，電滲析本體阻力增大，流量降低，除鹽效率下降。因此，原水進入電滲析之前，必須經過適當的預處理，去除原水中的膠體物質，達到電滲析進水標準。

根據國家行業標準《電滲析技術　脫鹽方法》（HY/T 034.4—1994）規定，電滲析器的進水水質應符合表5-8的要求。