用电渗析法淡化海水原理

【专家解说】：电渗析法:水中的离子在直流电场的作用下，可通过半透膜。最初的惰性半透膜电渗析法，主要用于溶胶的提纯，电流效率很低。到了20世纪50年代初，由于选择性离子交换膜向世，才能够用电渗析法淡化海水或苦咸水。脱盐用的选择性离子交换膜有两种:①阳膜，只允许阳离子透过的阳离子交换膜;②阴膜，只允许阴离子透过的阴离子交换膜。使阴膜和阳膜交替排列，中间衬以隔板(其中有水流通道)，夹紧之后，在两端加上电极,就成电渗析脱盐装置。 当海水流经电渗器时，在直流电场的作用下，阴离子透过阴膜向阳极方向迁移，途中被阳膜挡住去路，被水流冲洗而出;阳离子透过阳膜向阴极方向迁移，途中被阴膜挡住，也被水流冲出。透过阳膜或阴膜的水为淡水。结果，从大约一半的夹层流出的水为淡水，从另一半流出的则为浓缩的海水。 电渗析脱盐所用的半透膜，除要求电阻低、透过的选择性高、交换容量大和水的电渗小之外，还要求有一定的机械强度、尺寸不变和化学稳定性高等。 在电渗析脱盐过程中，反离子(电荷与膜内交换基团相反的离子)在膜内的迁移速度比在溶液里大，致使淡化夹层的内膜半身，溶液界面上的离子浓度低于主体溶液浓度而形成浓度差。当电流升至某值时，扩散迁移的离子不足以补充界面上离子的缺额，而使界面浓度趋近于零，这时的电流称为极限电流。如再增加电流，就会迫使界面上的水分子解离,由解离出的H和OH来承担超过极限值那部分电流的输送。这种现象称为极化现象。这不仅使电流白白消耗在无助于脱盐的 H和OH的迁移上，而且会引起溶液的pH值发生变化，使钙盐镁盐之类的离子浓度的乘积超过溶度积，而在浓缩海水夹层的阴膜和阳膜的表面沉淀，阻塞水流通道，甚至被迫停机拆洗。防止极化沉淀的根本措施，是设法增加夹层溶液的搅拌作用和布水的均匀性，并把操作电流控制在极限电流之下。此外，定期倒换电极的极性，在浓缩海水夹层中加酸和进行不拆装的化学清洗等，均能延长运转周期。 采用高温电渗析，可明显地提高极限电流，防止极化沉淀和降低耗能量。例如:75C时的极限电流为25C时的2.5倍，而耗电量仅为25C时的50%。 电渗析脱盐是离子在电场中迁移的结果，用于含盐量高的海水淡化时，单位产量的耗电量大,很不经济,故多用于淡化苦咸水，或结合离子交换技术制造工业纯水，很少单独用于淡化含盐量高的海水。