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          電滲析設備在海水淡化領域里的發展過程
          時間:2016-11-26   點擊:(3535)


          早在15世紀,航海部門就曾以簡易的蒸餾裝置來解決海船在長期航行中的淡水供應問題。第二次世界大戰期間,出于戰爭的需要,用蒸餾法淡化海水的技術有較大的發展,已用于供應戰艦和島嶼的淡水。從20世紀50年代以來,隨著工農業的發展和城市人口的增長,淡水供應逐漸緊張,造成有些沿海城市嚴重缺水。因此海水淡化的技術,成為開發新水源的重要途徑之一。據1980年統計,全世界淡化裝置的每天總造水量為 727.5萬立方米,其中75.9%是蒸餾法生產的,其余大部分用膜法(電滲析法和反滲透法)。
              電滲析法:水中的離子在直流電場的作用下,可通過半透膜。最初的惰性半透膜電滲析法,主要用于溶膠的提純,電流效率很低。到了20世紀50年代初,由于選擇性離子交換膜向世,才能夠用電滲析法淡化海水或苦咸水。脫鹽用的選擇性離子交換膜有兩種:①陽膜,只允許陽離子透過的陽離子交換膜;②陰膜,只允許陰離子透過的陰離子交換膜。使陰膜和陽膜交替排列,中間襯以隔板(其中有水流通道),夾緊之后,在兩端加上電極,就成電滲析脫鹽裝置。
           
              當海水流經電滲器時,在直流電場的作用下,陰離子透過陰膜向陽極方向遷移,途中被陽膜擋住去路,被水流沖洗而出;陽離子透過陽膜向陰極方向遷移,途中被陰膜擋住,也被水流沖出。透過陽膜或陰膜的水為淡水。結果,從大約一半的夾層流出的水為淡水,從另一半流出的則為濃縮的海水。 
             電滲析設備脫鹽所用的半透膜,除要求電阻低、透過的選擇性高、交換容量大和水的電滲小之外,還要求有一定的機械強度、尺寸不變和化學穩定性高等。 
              在電滲析脫鹽過程中,反離子(電荷與膜內交換基團相反的離子)在膜內的遷移速度比在溶液里大,致使淡化夾層的內膜半身,溶液界面上的離子濃度低于主體溶液濃度而形成濃度差。當電流升至某值時,擴散遷移的離子不足以補充界面上離子的缺額,而使界面濃度趨近于零,這時的電流稱為極限電流。如再增加電流,就會迫使界面上的水分子解離,由解離出的H和OH來承擔超過極限值那部分電流的輸送。這種現象稱為極化現象。這不僅使電流白白消耗在無助于脫鹽的 H和OH的遷移上,而且會引起溶液的pH值發生變化,使鈣鹽鎂鹽之類的離子濃度的乘積超過溶度積,而在濃縮海水夾層的陰膜和陽膜的表面沉淀,阻塞水流通道,甚至被迫停機拆洗。防止極化沉淀的根本措施,是設法增加夾層溶液的攪拌作用和布水的均勻性,并把操作電流控制在極限電流之下。此外,定期倒換電極的極性,在濃縮海水夾層中加酸和進行不拆裝的化學清洗等,均能延長運轉周期。 
              為確定裝置的極限電流密度和確定操作的參數,普遍用J.R.威爾孫的經驗公式:  
            
           
              式中Il為極限電流密度(毫安/厘米); 為淡水層流速(厘米/秒);c為淡水層的平均含鹽濃度(毫當量濃度);為流速指數;K為常數。不同的裝置,有不同的和K。通常為0.5~0.9。 
              采用高溫電滲析,可明顯地提高極限電流,防止極化沉淀和降低耗能量。例如:75C時的極限電流為25C時的2.5倍,而耗電量僅為25C時的50%。 
              電滲析脫鹽是離子在電場中遷移的結果,用于含鹽量高的海水淡化時,單位產量的耗電量大,很不經濟,故多用于淡化苦咸水,或結合離子交換技術制造工業純水,很少單獨用于淡化含鹽量高的海水。

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